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移动无线信道是一个时变衰落信道具有时变性的原因是什么

发布时间:2019-08-26 12:08 来源:未知 编辑:admin

  在无线通信领域,衰落是指由于信道的变化导致接收信号的幅度发生随机变化的现象,即信号衰落。导致信号衰落的信道被称作衰落信道。 衰落可按时间、空间、频率,三个角度来分类。 (1)在时间上,分为慢衰落和快衰落。慢衰落描述的是信号幅度的长期变化,是传播环境在较长时间、较大范围内发生变化的结果,因此又被称为长期衰落、大尺度衰落。快衰落则描述了信号幅度的瞬时变化,与多径传播有关,又被称为短期衰落、小尺度衰落。慢衰落是快衰落的中值。 多径传播使信号包络产生的起伏虽然比信号的周期缓慢,但是仍然可能是在秒或秒以下的数量级,衰落的周期常能和数字信号的一个码元周期相比较,故通常将由多径效应引起的衰落称为快衰落。 即使没有多径效应,仅有一条无线电路径传播时,由于路径上季节、日夜、天气等的变化,也会使信号产生衰落现象。这种衰落的起伏周期可能较长,甚至以若干天或若干小时计,古称这种衰落为慢衰落。 无线通信中,接收端可能会在一段时间内接收到许多来自不同路径的相同信号,这段时间称为延迟扩散(delay spread),而延迟扩散的倒数称作同调带宽(Coherence Bandwidth),物理意义就是在这段带宽区间,衰落的大小可视为相同的,当延迟扩散越大,同调带宽越小。而无线的信道是会随着时间的变化而不相同, 如果有移动的情况下,信道变化的情况会更快速,因为同调时间会缩短,而同调时间的倒数,为多普勒扩散,物理意义就是在这段时间区间,衰落的情况差不多,当 信号的传送时间大于同调时间,就会产生所谓的快衰落。 (2)在空间上,分为瑞利衰落和莱斯衰落。瑞利衰落适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况;相反,莱斯衰落适用于发射机到接收机存在直射路径的情况。 在无线通信信道环境中,电磁波经过反射折射散射等多条路径传播到达接收机后,总信号的强度服从瑞利分布。 同时由于接收机的移动及其他原因,信号强度和相位等特性又在起伏变化, 故称为瑞利衰落。在无线通信信道中,由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径,各条路径延时时间是不同的,而各个方向分量波的叠加,又 产生了驻波场强,从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。瑞利衰落属于小尺度的衰落效应,它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。 如果收到的信号中除了经反射折射散射等来的信号外,还有从发射机直接到达接收机(如从卫星直接到达地面接收机)的信号,那么总信号的强度服从莱斯分布, 故称为莱斯衰落。 (3)在频率上,分为平坦性衰落和选择性衰落。 多径衰落可分为平坦衰落和频率选择性衰落。 如果无线传播信道的频带比传送信号还宽,则接收到的信号会受到平坦衰落。在平坦衰落中,多重路径信道中的传送信号的 频谱大致维持不变,虽然信号的强度会因多重路径引起的增益波动而随时间变化。在一个平坦衰落的信道里,信号的讯符周期远大于信道的延迟扩散时间,因此信道 的脉冲响应近似于没有延迟延展(delay spread)。平坦衰落信道亦被称为窄频信道(narrowband channel),因为信号的带宽与平坦衰落的信道带宽相比下较为狭窄。 当传送信号的带宽大于信道的同调带宽时,接收信号的增益和相位将会随着信号频谱的改变而变化,因而在接收端产生了信号失真,这就是选择性衰落。 一般来说, 多路信号到达接收机的时间有先有后,即有相对时(间)延(迟)。 如果这些相对时延远小于一个符号的时间, 则可以认为多路信号几乎是同时到达接收机的。 这种情况下多径不会造成符号间的干扰。 这种衰落称为平坦衰落, 因为这种信道的频率响应在所用的频段内是平坦的。 相反地,如果多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略,那么当多路信号迭加时,不同时间的符号就会重叠在一起,造成符号间的干扰。 这种衰落称为频率选择性衰落,因为这种信道的频率响应在所用的频段内是不平坦的。 平衰落是相对频率选择性衰落来说的。平衰落是指一个信号经过信道后保持频谱形状不变,如果一个信号经过传输后其频谱发生了变化,则认为是经历了频率选择性衰落。 在Proakis的数字通信一书中,作者是这样描述频率选择性衰落的:如果在发送端发送一个理想脉冲信号,接收端能够接收到多个脉冲信号,那么这是一个频率选择性衰落信道。从频谱的角度来看,(只有)单个脉冲信号具有无限宽的平坦频谱;而多个脉冲信号的叠加其频谱必定不是平坦的。

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