無線通信中的信號衰落問題介紹(一)

一、無線射頻傳播環(huán)境影響

1、接收機和發(fā)射機在空間中的衰減，主要收到下面幾點因素的影響：

（1）距離

（2）地形類型

（3）多徑環(huán)境

信號路徑損耗可以由下面公式計算得到：

L(dB) = 32.45 + 20logD(km) + 20logF(MHz)

其中：

L：路徑損耗，單位為分貝（dB）。

D：傳播距離，單位為千米（km）。

F：信號頻率，單位為兆赫茲（MHz）。

2、引起多徑效應產(chǎn)生的原因：

物體上的反射導致接收器多次接收到相同的信號。而每個信號都有自己的相位（由于延遲和反射）和幅度。這樣便會導致接受機對原始信號的解調(diào)收到影響。

信號反射的種類：

靜態(tài)物體的反射；

移動物體的反射；

終端正在移動；

3、多徑效應在時域里的表現(xiàn)：

多徑意味著相同的信號會在不同的時間點以不同的幅度被多次接收。每個信號通常會單獨經(jīng)歷衰落。

延遲擴展描述了從發(fā)射機沿不同路徑傳播的信號到達接收機時所產(chǎn)生的時間延遲量。

如果延遲擴展較長，傳輸符號的一些副本會泄露到下一個符號中。這會引起符號間干擾（ISI）。

4、多徑效應在頻域里的表現(xiàn)：

每條路徑都會因其延遲和反射而具有自己的相位和幅度。當接收端將所有路徑的信號疊加在一起時，某些頻率的信號會相干增強，而其他頻率的信號則會相干減弱。這種復合信號會因頻率選擇性衰落而發(fā)生失真。

5、信號衰落信號衰落分為快衰落和慢衰落。

快衰落(Fast Fading)

是指由于多徑效應引起的信號強度快速波動。當無線電波在傳播過程中遇到障礙物時，會發(fā)生反射、折射和散射，形成多條路徑到達接收端。由于不同路徑上的信號傳播距離不同，導致信號到達接收端的時間有先后，相位有差異，從而造成信號強度的快速起伏變化。

快衰落主要由多徑傳播產(chǎn)生。移動體周圍有許多散射、反射和折射體，這些物體引起信號的多徑傳輸，使到達的信號之間相互疊加，形成合成信號。這個合成信號的幅度會表現(xiàn)為快速的起伏變化。

快衰落的速度較快，通常在幾毫秒到幾十毫秒內(nèi)就能發(fā)生明顯變化。它反映的是瞬時值的快速波動。

慢衰落(Slow Fading)

是指信號強度隨時間緩慢變化的現(xiàn)象。這種變化通常是由信號在傳播路徑上遇到的大型障礙物(如建筑物、山脈等)引起的。這些障礙物會阻擋部分信號，導致信號強度隨時間發(fā)生變化。

慢衰落主要由大型障礙物阻擋信號產(chǎn)生。這些障礙物會在信號傳播路徑上形成陰影區(qū)域，使得接收端的信號強度下降。

慢衰落的速度較慢，可能在幾秒鐘到幾分鐘內(nèi)才發(fā)生明顯變化。它反映的是瞬時值加權平均后的中值變化。

衰落的程度取決于發(fā)射機、接收機或反射信號的物體移動的速度有多快。

6、衰落的解決辦法：

快衰落的解決辦法：

解決快速衰落的方法是采用時域均衡器，即：

一個已知信號（訓練序列）被發(fā)送并在接收端用于估計信道。然后，利用信道響應的逆來對數(shù)據(jù)進行均衡處理。

CDMA系統(tǒng)使用RAKE均衡器來解決不同路徑的問題，并將它們以建設性方式合并。

時域均衡器在信道帶寬較低時表現(xiàn)良好。當符號時間變短時，濾波器長度會增加，從而導致復雜度成為一個問題。一種解決方案是正交頻分復用（OFDM，用于LTE下行鏈路）。

慢衰落的解決辦法：

慢衰落導致信號幅度在某些時間低于噪聲基底。在這段時間內(nèi)，會發(fā)生比特錯誤。比特錯誤的持續(xù)時間取決于傳播信道。

解決慢衰落的方法是采用分集技術：

時域分集（Time domain diversity）

頻域分集（Frequency domain diversity）

空間分集（Space diversity）

極化分集（Polarization diversity）

下一部分講繼續(xù)介紹各個分集技術的方法。