空间分集技术是无线通信中用于对抗多径衰落、提高信号传输可靠性和系统容量的关键技术，其核心思想是通过在不同空间位置、极化方向或角度上获取相互独立的衰落信号，并进行合并处理，从而降低深衰落发生的概率，根据实现方式和信号特性的不同，空间分集技术主要包括以下几类：
接收分集技术
接收分集是最常用的空间分集形式,通过在接收端部署多根天线，利用不同天线接收到的信号在空间上的独立性进行合并，典型技术包括：
- 选择合并（SC, Selection Combining）：从所有接收支路中选择信噪比（SNR）最高的信号作为输出，实现简单但性能有限。
- 最大比合并（MRC, Maximum Ratio Combining）：对各支路信号进行加权合并，权重与信号SNR成正比，合并后SNR达到各支路SNR之和，性能最优但需精确信道估计。
- 等增益合并（EGC, Equal Gain Combining）：对各支路信号等幅加权后合并，无需估计信号幅度，实现复杂度介于SC和MRC之间，性能接近MRC。
发射分集技术
发射分集通过在发射端部署多根天线,利用不同天线发送经过编码或调制的信号，接收端通过联合检测实现分集增益，典型技术包括：
- 空时编码（STC, Space-Time Coding）：将信号在时间和空间维度进行联合编码，如Alamouti编码（两发一收系统），通过正交设计实现发射分集，无需接收端信道信息即可获得分集增益。
- 波束赋形（Beamforming）：通过调整各发射天线的相位和幅度，使信号在特定方向上相干叠加，增强目标用户信号功率，抑制干扰，本质上是一种角度维度的空间分集。
- 循环延迟分集（CDD, Cyclic Delay Diversity）：在多根发射天线上发送相同信号，但引入不同的循环延迟，接收端通过频域均衡消除多径干扰，实现频率分集与空间分集的结合。
极化分集技术
极化分集利用电磁波不同极化方向（如垂直极化、水平极化、圆极化）的衰落特性，通过极化正交的天线收发信号，由于多径效应会导致不同极化方向的信号衰落相关性较低，极化分集可有效提升链路可靠性，常用于卫星通信和移动通信基站。
角度分集技术
角度分集利用信号在空间不同到达角度（AoA, Angle of Arrival）上的差异性，通过多天线阵列接收来自不同方向的信号分量，结合波达方向（DOA, Direction of Arrival）估计技术，可分离多径信号并实现角度选择性合并，适用于毫米波通信等高频段场景， where 多径效应显著且角度分辨率较高。
协作分集技术
协作分集是一种分布式空间分集,通过单天线用户节点中继其他节点的信号，形成虚拟多天线阵列（虚拟MIMO），典型方式包括：放大转发（AF）、解码转发（DF）和协作波束赋形，可扩展覆盖范围、提升小区边缘用户性能，是5G/6G中继技术的核心之一。
分数阶傅里叶变换分集
分数阶傅里叶变换（FrFT）是一种时频分析工具，可分离多径信号在不同分数阶域的分量，通过在不同分数阶域合并信号实现分集，该技术适用于非平稳多径信道，能有效抑制时变衰落，但计算复杂度较高。
空间分集技术性能对比
| 技术类型 | 核心原理 | 优点 | 缺点 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 接收分集（MRC） | 多天线接收加权合并 | 性能最优，SNR增益最大化 | 需精确信道估计，复杂度高 | 基站接收端、高端用户设备 |
| 发射分集（Alamouti） | 空时编码联合发射 | 无需接收端CSI，实现简单 | 频谱效率较低，需多天线发射 | 5G NR、Wi-Fi 6 |
| 极化分集 | 利用极化方向独立性 | 天线结构紧凑，不增加空间占用 | 极化相关性随环境变化 | 卫星通信、室内分布式天线系统 |
| 协作分集 | 多节点中继形成虚拟MIMO | 扩展覆盖，提升边缘用户性能 | 需同步和资源分配，增加协议复杂度 | 5G中继网络、物联网 |
相关问答FAQs
Q1：空间分集技术与频率分集、时间分集的区别是什么？
A：空间分集利用空间位置的信号独立性，通过多天线实现；频率分集利用不同频率的衰落特性（如跳频技术），需占用额外频谱；时间分集利用时间维度上的信道变化（如交织编码），需牺牲时间资源，空间分集无需扩展频谱或时间资源，但需增加硬件天线数量，适用于带宽和时延敏感场景。
Q2：空间分集技术是否适用于所有无线通信系统？
A：并非所有系统都适用，空间分集的增益依赖于多径信道的丰富程度：在视距（LOS）主导或极低多径环境中（如卫星通信），空间相关性高，分集增益有限；而在多径丰富的散射环境（如城市移动通信）中，分集效果显著，小型设备（如手机）受限于天线尺寸和数量，通常采用接收分集或极化分集，而基站等设备可部署多天线发射/接收分集。
