無線衰落信道的分類和轉化條件

• 前言
• • 大尺度衰落
  • • 路徑損耗
    • 陰影衰落
  • 小尺度衰落（多徑衰落）
  • • 平坦衰落
    • 頻率選擇性衰落
    • 時間選擇性衰落
    • 空間選擇性衰落

前言

最近由于課題需要一直在研究無線衰落信道的問題，無奈網上文章雖然多，但是大多不全，整體一點的又大多犯了以偏概全的問題，干脆自己邊整邊寫，寫完了自己貼一篇出來算了。

無線衰落主要分為大尺度衰落和小尺度衰落兩種。

大尺度衰落

指在信號的傳播過程中由于通信路徑造成的衰落影響，特點是衰落尺度大，即在很大時間范圍內都存在的衰落，對信號影響程度小。其中又可以分為路徑損耗和陰影衰落。

路徑損耗

由電磁波在路徑中傳播造成的自然衰減，產生原因是空氣對電磁波的過濾作用，一般分為自由空間損耗、散射損耗、反射損耗、繞射損耗和吸收損耗等，路徑距離越大，衰減程度越大。簡單地說，跟你朝某個方向吼一嗓子，離得越遠聽到的聲音越小一個道理，小到一定程度就完全聽不清你吼的啥玩意兒了。

陰影衰落

由電磁波的傳播被障礙物影響，無法直接到達障礙物電磁陰影處的接收臺，從而造成的陰影效應產生，其衰落程度隨地理情況改變而緩慢變化。類似大白天站在樹蔭底下，沒法被光直射到所以比旁邊暗，但是也不至于跟晚上似的那么暗。

小尺度衰落（多徑衰落）

指信號在傳播過程中由于多徑效應，到達接收臺的時間有所不同，使得接收端收到的信號是由發射信號經過多徑傳輸后的矢量合成，多徑的隨機性使信號的相位也具有隨機性，因此接收端信號經過矢量合成后可能發生的嚴重衰落，此時信號可能在小范圍內快速起伏，造成衰落。小尺度衰落根據其是否滿足頻率選擇性衰落條件，可以分為平坦衰落和多徑衰落兩種，另外，頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落和空間選擇性衰落在不滿足選擇性衰落條件時均會變為平坦衰落。

平坦衰落

指多徑效應造成的影響不滿足選擇性衰落條件時的衰落形式，平坦衰落下，在時域上信道波形比信號的波形窄，在頻域上信道的波形比信號的波形寬，因此信號的幅度增益發生變化，而頻譜不變。
路徑損耗，陰影衰落和平坦衰落都具有衰落速度慢（相較于快衰落）的特點，在短時范圍內衰落不明顯，故統稱為慢衰落。

頻率選擇性衰落

當多徑效應造成的影響滿足選擇性衰落條件時的衰落形式，發射端的發送信號會由于多徑效應而產生不同時延，因此接收端接收到的信號表現為多個信號的疊加形式（即一串信號），接收信號相比發送信號，波形會發生展寬現象，這種現象稱為時延拓展，會導致頻率選擇性衰落。頻率選擇性衰落的判斷依據為相干帶寬與傳輸帶寬的關系。相干帶寬?f是指信道在兩個頻移處的頻率響應保持強相關時的最大頻率差，相干帶寬?f小于傳輸帶寬時，信號的相關性很好，信道衰落特性平坦，轉為平坦衰落；而當相干帶寬?f大于傳輸帶寬時，信號的相關性變差，信道呈現頻率選擇性衰落。相干帶寬?f是最大時延的倒數，有

其中最大時延是指最先到達的多徑分量和最后到達的多徑分量間的到達時間差。
簡單地說，選擇性衰落的特點在于打斷，一個碼元以一個完整的形式被接收到，就不會有什么問題，但是如果一個碼元內部以兩種不同程度的衰減被接收到，不管頻域衰減還是時域衰減，那這個碼元就很容易誤碼。頻率選擇性越強，信道的頻率響應越跌宕起伏，假設在當前頻率選擇性的時候，在1000hz和3000hz的頻率響應都差不多，在多頻率響應就變了，那你傳的信號帶寬在這個范圍內肯定不會有啥問題，因為這個帶寬內的信號變化情況都差不多，信號也不會有很大的變化，而如果超出了這個頻率范圍，一部分頻率分量衰減一個樣，另一部分又一個樣，猜猜信號會怎么樣

時間選擇性衰落

時間選擇性衰落的產生與多徑效應無關，但會對多徑效應造成影響。時間選擇性衰落由多普勒效應造成，當信號的接收端與發送端產生相對運動時，每個多徑波都會有一個明顯的頻率移動。這種由相對運動引起接收信號頻率變化的現象稱為多普勒頻移（或多普勒擴展），由于基站一般是不會移動的，故多普勒頻移的程度與用戶（即接收端）的移動速度成正比。多普勒頻移的公式為

其中，f指電磁波自身的頻率，v指的運動速度，c指光速，θ指信號方向和接收端運動方向的夾角。由于運動方向是可以變化的，故cosθ的范圍應從0到1，這導致f_D實際上也在變化，為了方便，令

時間選擇性衰落通過相干時間?t來判斷，相干時間?t是兩個瞬時時間的信道沖激響應可以保持強相關性的最大時間間隔，在這段時間內信道的特性是不會發生顯著變化的，相干時間通過最大多普勒頻移計算得到，有

當抽樣時間間隔小于相干時間時，信號相關性很好，信道衰落特性平坦，轉為平坦衰落；而當抽樣時間間隔大于相干時間時，信號的相關性變差，信道呈時間選擇性衰落。

空間選擇性衰落

空間選擇性衰落指在不同的空間位置上，不同傳輸路徑衰落特性不同的現象，空間選擇性衰落與信號幅值和天線位置有關，一般通過相干距離判定是否出現空間選擇性衰落，相干距離的計算公式為

其中，λ為信號的波長，φ為天線的擴散角。
相干距離為兩根天線上的信道響應保持強相關時的最大空間距離。相干距離越短，角度擴展越大；反之，相干距離越長，角度擴展越小。
如果角度擴展小于天線波束的寬度（或者說，信道的相干距離大于天線單元間的距離），信道衰落特性平坦，轉為平坦衰落，反之，信道呈現空間選擇性衰落。
頻率選擇性衰落，時間選擇性衰落和空間選擇性衰落都具有衰落速度快的特點，在短時內衰落很明顯，故統稱為快衰落。不同于慢衰落，快衰落已經到了能影響解碼的程度，會提高誤碼率，是無線衰落中需要面對的主要問題。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的无线衰落信道的分类方式和选择性衰落条件的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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