时间分集（Time diversity）是被CDMA系统使用用来克服多路径衰减的技术。通过一个犁耙式接收机，单个元素或手指，能够偏移及时地说明多程信号的不同到达时间。时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信道，它是将同一信号相隔一定的时隙进行多次重发，只要各次发送的时间间隔大于信道的相干时间（相干时间定义：多普勒频展的倒数）， 则在接收端就可以获得衰落特性相互独立的几个信号。

时间分集（Time diversity）是被CDMA系统使用用来克服多路径衰减的技术。通过一个犁耙式接收机，单个元素或手指，能够偏移及时地说明多程信号的不同到达时间。时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信道，它是将同一信号相隔一定的时隙进行多次重发，只要各次发送的时间间隔大于信道的相干时间（相干时间定义：多普勒频展的倒数）， 则在接收端就可以获得衰落特性相互独立的几个信号。

针对对流层散射信号的时域衰落特点给出了一种适用于单天线、单发通道和单收通道轻便散射站的新型信号时间分集方法，即将待发送信息符号按等时间间隔多次延迟后重组为一个新的发送序列并共享带宽发出，在接收端对各冗余发送信息进行合并从而获得分集增益。分析了该体制的扩谱隐频率分集作用以及与各种前向纠错编码方法的兼容特性。实测结果表明，在平坦衰落与频率选择性衰落信道中信号的平滑能力均与传统的多天线空间分集体制相当。多面大口径天线空间分集是传统对流层散射通信站的一个显著特征，这种分集方式抗衰落效果显著但需要多部天线与多台发射机; 为降低成本，角分集、频率分集也经常使用或互相组合。大型站的空、频域组合分集技术非常成熟，但面对低成本要求或大批量装备需求该结构必须进一步删减。一个最新实例是雷声公司的 TELOS( Tactical Extensionof Line-of-Sight) 包装箱式设备，它采用 Ku 频段、一面0. 75 m小口径天线，通信距离在速率1 Mb/s时大于64 km。尽管如此，该设备仍需 2 部250 W发射机与双收发通道，功耗超过2 kW，成本依然较高。除空、频域分集可用外，散射信号在时域也有很强的衰落选择性，如果传输时延控制在用户可接受范围，时间分集可考虑作为一种不容忽略的抗快衰落措施予以采用。该技术仅需单天线、单发射机与单接收机，因此是一种用于低成本“三单”通信站开发的极具竞争力的手段。

时间分集设计要素经典的对流层散射站多采用多天线、多发射机和多接收机的物理结构，设备复杂、造价很高并不利于机动使用，“三单”结构虽然简化了设备但接收信号电平的快衰落波动太大( 可达20 dB) ，因此几乎不能无中断地正常解调。为解决此问题，一些可能的探索包括:采用扩谱的方法提高频率分集的作用，这在较低的传输速率下十分有效，但仍然无法摆脱分集重数少、快衰落平滑不充分的窘境; 特别在使用Turbo乘积码和 LDPC 等高效的 FEC 措施的情形下，分集不够还会造成编码增益减小甚至收效甚微的后果; 当信道出现反常传播时，即使占用带宽扩至20 ～ 30 MHz 也可能呈现带内平坦衰落而非频率选择性衰落，此时只能靠设备余量来保证衰落低谷时信息系统与网络不断链;国外雷声、Signatron 和 Comtech 等公司已充分意识到此问题，开发了双极化、4 波束角分集天线，而高功率放大器、接收机仍然为 2 套; 在近距离通信时，国外还配装小孔径天线，即通过扩展波束宽度而达到增大收发波束交汇公共体体积、加长多径时延和缩小信道相关带宽的目的，此时虽然天线增益有所降低，但传输稳定性反而得以提升。多次的野外试验均表明，散射信号的时域衰落特性与频域衰落特性没有简单的一一对应关系。无论信道的相关带宽如何变化，时域信号的包络起伏始终是存在的，在温带大陆性气候区，典型的衰落速率在0. 5 ～2 Hz。这一结果提示研究人员，若将信号重复多次发送，在接收端采用合适的方法进行合并可以起到与多天线空间分集类似的作用，特别需要明确的是即使信道出现不利的平坦型衰落，多次收发的分集效果依然有效，这一手段即散射通信的时间分集技术。

分集技术一种广泛应用的、成熟的通信技术，一种用相对较低廉的投资就可以大幅度改进无线链路性能的强有力的接收技术。它对独立的或至少是高度不相关的多径信号进行相加，从而改善接收端信号的瞬时信噪比和平均信噪比，提高通信质量。通常的分集有空间分集、极化分集、频率分集、时间分集等。相对于空间分集、极化分集、频率分集需要对设备进行物理通道的扩容等投入，时间分集的投入较少。仅牺牲有效通信速率一项指标，就可以大幅度提高通信性能，具有很好的优势及吸引力。主要针对时间分集技术进行研究讨论。时间分集就是在持续的一段时间内，重复发 n 遍具有固定数据帧结构的数据波形，接收端对接收到的 n 重数据信号进行技术合成。在短波通信中，时间分集技术是一种有效的抗衰落的技术手段。接收天线接收到的信号在接收时间轴上的特性反映了天波信道的衰落特点，短波天波信道通常具有快衰落和慢衰落两种特点。

天波信道的衰落时间（不可接收时段）小于单重数据波形持续时间的，我们称之为快衰落；天波信道的衰落时间大于 n 重数据波形总持续时间的，称为慢衰落。采用有效的分集合成算法后，可获得信噪比改善。以 n 重时间分集接收为例，在接收端对 n 重数据信号在波形上进行叠加合成，由于噪声信号不相关性，而信号是相关的，故合成后信号相加、噪声相消，信噪比得到提高。n 等于 2 时，即 2 重时间分集理论上对信噪比有 3dB 的改善，10 重分集即有 10dB 的信噪比增益。因此，时间分集技术不仅对快衰落具有改善，对慢衰落信号同样具有提高信噪比、改善通信质量的作用。由以上分析可知，这里讨论的时间分集是基于模拟波形信号的分集合成，区别于基于信息层面的分集合成。信息层面的分集合成指对数字解调后的比特流数据进行诸如“大数判决法”等数字域处理的方法。信息层面的分集合成实现难度较低，工程上已广泛应用。但实际上，当信号信噪比低于一定阈值后，由于误码率高，导致信息域的时间分集已经无明显效果。但是基于信号域的时间分集能够将不同时间段的信号进行合并以提高信号的 SNR，当分集重数足够大时，将可能获得足够高的SNR 增益，从而保证数据的可靠接收。

波形设计基于模拟信号层面的多重信号分集合并，需要将信号下变频到基带信号再对齐累加，这时就要求输入的信号同频同相。影响多路信号频率和相位的主要有多径效应和多普勒频移等，实际上在传输中频率的影响是很小的，比如多普勒频移最大只有 185Hz 左右，频移的影响可以通过移频校正消除。而相位 θt的累计效应是非常大的,对合并影响也非常大,所以对最大比合并而言最主要是调整多段信号达到同相状态，这就要求数据帧的长度必须合适，使得整段数据波形在合成时基本处于同相状态数据帧由用于捕获的同步头和有效数据载荷两部分组成。其中，同步头为固定长度的已知随机噪声序列，且该噪声为一个 0~3k 范围内的窄带高斯噪声。同步头用来作为解调时的帧同步头，接收端根据帧头的高度相关特性提取出各信号帧，并根据分集重数对接收到的各帧做分集合并处理，恢复出原始数据。根据短波信道特性可知，短波信道在一个相对较长的时间内（百毫秒数量级）是稳定的。因此只要保证短波数据帧的帧长在这个时间之内，即可确保不会受到信道的太大影响。设计数据帧的同步头与数据包长度比为 1∶3，即数据利用率为 75%。假设短波数据包每组包含 5 个符号，根据信道编码效率，经编码后数据量增加 1 倍。通过计算可得到每帧数据在通信速率为 2400bps 的情况下最多能传输数据报文的数量。关键技术实际应用研究中，其技术重点在于提高信号的捕获能力、提高时延信息提取精度、优化分集合成算法以及提高所有这些处理的处理速度等。

数字通信中，纠错编解码及交织技术是提高通信性能的常用有效方法。值得一提的是，为了充分发挥纠错编解码技术及交织技术的效能，需要根据实际的信道特点及数据帧结构进行针对性设计，同时，根据实际通信情况进行参数的适应性调整。

捕获方法快速可靠的同步捕获是时间分集处理的一项关键技术。通过研究比较可知，滑动相关法是最简单、最实用的方法。收信端将接收信号与参考帧做滑动相关处理，当接收信号的相关度足够大时，判定信号的捕获；同时通过相关算法提取各帧数据波形的时延信息，后续用于各帧数据波形的分集合成连续流入的解调数据，与参考的同步头（称为参考帧）相关后，相关值形成一条时域上的连续曲线。对该曲线进行一定统计上的处理，形成判据，就可以判断各重分集的数据帧波形的收取情况。·捕获能力理论分析表明：信号的信噪比越高，对信号的捕获能力越强；同步头的持续时间越长，对信号的捕获能力越强。仿真测试的数据举例如下：同步头信号长度为 500ms，信号的信噪比 SNR 等于-10dB 时，信号的捕获概率大于 99%；同步头信号长度每提高 1 倍，获得相同的信号的捕获概率，对信号的信噪比要求降低约 3dB。由此可见，不断加长同步头信号长度是提高信号捕获能力的有效办法。但实际应用中，加长同步头信号长度带来了处理的运算量的提高以及有效通信速率的降低，因此，同步头信号长度需要做合适的选择。

提取相位信息提取是通过计算各帧信号间的相位差得到的。我们采用相关法提取相位信息。当接收信号与参考帧存在相位差时，相关波形的形状和峰值大小随相位差变化而变化。将接收信号经过数字移相，再同参考帧信号进行相关，依据其峰值的大小及符号，便可求得接收信号同参考帧信号之间的相位差。另外一种方法：将信号进行正交化，I、Q 路分别进行相关，得到相关峰的峰值。参考帧信号与捕获帧信号的相位差信息通过对上述得到的峰值取反正切得到。

短波信号的多普勒频移问题是实际工程应用中必须解决的问题。滑动相关法进行信号捕获以及相位提取等处理，在低信噪比条件下，对频差较为敏感，超过一定频差就会引起相关失效。实际设计中，采用的设计思路是按合理小的步进频差设计多路并行相关器，多路并行相关器同时进行相关，得到各路相关器的相关结果后，采用合适算法估算频差准确值，最终采用准确值的频差参数再次相关，频差和相关结果用于后续处理工作。

实际信号的信噪比是后续的分集合并的一项关键参数，需要计算得到。但实际信号的信噪比通常是不容易计算的，特别是在低信噪比的情况下。本研究中，采用了一种实际验证有效的信噪比计算方法：基于相关法信噪比计算法。其基本思路是根据参考帧信号与捕获帧信号的滑动相关后的峰值及相关波形统计特点计算得到。通过实际校正测试，其精度满足要求。

分集多重信号的分集合并方式主要有：选择分集、反馈分集、等增益合并分集以及最大比合并分集。其中最大比合并分集综合性能最优，处理也相对复杂，本文讨论的时间分集技术采用的是最大比合并。最大比值合成是指在同相合成的基础上，按照各路信号信噪比和幅度的不同分别予以不同的比例系数加权，使得合成后的信噪比最大的一种分集合成方法。分集合成部分主要的处理包括：计算各路信号的信噪比和幅度，以及各路之间的相位差信息；通过数字移相使得各路信号的相位一致；根据每路信号的信噪比和幅度分别予以不同的比例系数加权；加权后的各路同相信号相加。