英文全稱：Slow Fading
由于移動臺的不斷運(yùn)動，電波傳播路徑地形地貌是不斷變化的，因而局部中值也是不斷變化的．這種變化所造成的衰落比多徑效應(yīng)引起的快衰落要慢得多，稱為慢衰落。


慢衰落-背景


慢衰落示意圖
在無線通信系統(tǒng)中，由障礙物阻擋造成陰影效應(yīng)，接收信號強(qiáng)度下降，但該場強(qiáng)中值隨地理改變變化緩慢，故稱慢衰落。又稱為陰影衰落、對數(shù)正態(tài)衰落。慢衰落的場強(qiáng)中值服從對數(shù)正態(tài)分布，且與位置/地點相關(guān)，衰落的速度取決于移動臺的速度。
接收信號電平的隨機(jī)起伏，即接收信號幅度隨時間的不規(guī)則變化。衰落對傳輸信號的質(zhì)量和傳輸可靠度都有很大的影響，嚴(yán)重的衰落甚至?xí)�使傳播中斷。衰落主要由多徑干涉和非正常衰減引起。多徑干涉，即多條射線的相互干涉，是最常見的也是最重要的衰落成因。多條射線的產(chǎn)生，可能是由于地面、大氣不均勻?qū)踊蛱炀�附近的地形地物的反射，也可能是由于電離層多次反射、電離層中的尋常波和非常波或天波和地波的同時出現(xiàn)。多徑干涉形成的衰落通常稱為多徑衰落或干涉型衰落。非正常衰減的典型例子有降水衰減和次折射引起的繞射衰減；反者是由于發(fā)射點和接收點之間的直射線彎曲而被地面阻擋所形成的。這類衰減發(fā)生時，接收信號電平低于正常值，從而形成衰落。這種衰落通常稱為衰減型衰落。其中，降水和次折射條件下的繞射所形成的衰落，分別稱為降水衰落和繞射衰落。
慢衰落-概述


無線通信信道中的慢衰落
信道特性對擴(kuò)頻系統(tǒng)的影響
信道特性對無線信號的傳輸至關(guān)重要，信號通過不同的信道發(fā)生不同的失真和畸變。通信系統(tǒng)的收發(fā)設(shè)備必須依據(jù)信道特征來設(shè)計，采用不同技術(shù)的無線擴(kuò)頻系統(tǒng)應(yīng)用定位也不相同。
在無線通信中由于氣候，環(huán)境，距離等各種因素的影響，接收到的信號幅度和相位是隨機(jī)起伏變化的，主要需要考慮的是慢衰落，快衰落，平衰落，頻率選擇性衰落。室內(nèi)信道的時間衰落特性是慢衰落的，同時時延擴(kuò)展因素小，因而較為簡單的達(dá)到通信速率Mbps數(shù)量級以上。而室外無線傳輸信道的特征有很大不同。必須考慮各種快衰落，深度平衰落，長擴(kuò)展時延等因素。通信速率高（占用帶寬大）時還要考慮頻率選擇性衰落等各種不確定因素。另外其接收靈敏度必須保障在信號衰減上百dB情況下的信號拾取。
為保證通信質(zhì)量和通信可靠性（用可用度表示）。常規(guī)微波頻段通信系統(tǒng)為了保證足夠的性能指標(biāo)（誤碼指標(biāo)）一般會預(yù)先在鏈路設(shè)計上予留30~50dB的鏈路裕度（或稱衰落儲備）。然而對于多徑傳輸和深度衰落等原因造成的誤碼，除了采用快速自動增益控制AGC等手段之外。必須采用抗多徑衰落的技術(shù)。采用直擴(kuò)技術(shù)中高性能的實現(xiàn)手段（先解擴(kuò)再解調(diào)）可以很好抵消多徑衰落的不利影響。更好的RAKE接收技術(shù)甚至可以實現(xiàn)多徑分集接收，進(jìn)而抵消室外無線衰落信道系統(tǒng)中的性能嚴(yán)重惡化。另外由于直擴(kuò)技術(shù)的頻譜很寬，部分頻帶的選擇性衰落不會影響整體接收。
信號幅度隨時間、頻率和空間而起伏的衰落，分別稱為時間選擇性衰落、頻率選擇性衰落和空間選擇性衰落。若電波在傳播過程中由于極化發(fā)生變化而產(chǎn)生衰落，則稱為極化衰落。例如，電波在電離層中傳播時，由于地磁場的作用分成兩個橢圓極化波。當(dāng)電離層的電子密度變化時，橢圓極化波時刻改變極化橢圓主軸的取向，從而接收信號發(fā)生極化衰落。不過，這種衰落的出現(xiàn)機(jī)會比多徑衰落小得多。
衰落通常分為快衰落和慢衰落兩種。前者是指在足夠短的時間間隔內(nèi)（如幾秒、幾分鐘內(nèi)）接收信號電平的快速變化。多徑傳輸是引起快衰落的主要原因。例如，對流層散射傳播中的快衰落就是由收、發(fā)天線波束交割的區(qū)域內(nèi)許多不均勻體的散射分量隨機(jī)干涉形成的，它有很強(qiáng)的頻率與空間選擇性。慢衰落是短期信號電平中值(如幾分鐘中值，日、月、年中值等)在較長時間間隔內(nèi)的變化。引起慢衰落的主要原因，是傳輸媒質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。如對流層散射傳播中，慢衰落是由大氣折射、大氣湍流、大氣層結(jié)等平均大氣條件的變化而引起的，通常與頻率的關(guān)系不大，而主要與氣象條件、電路長度、地形等因素有關(guān)。
慢衰落-特性


慢衰落的特性
由于衰落具有隨機(jī)的特性，須用統(tǒng)計方法如概率密度或分布函數(shù)描述。快衰落的幅度分布一般服從瑞利分布。對慢衰落進(jìn)行較準(zhǔn)確的統(tǒng)計分布描述比較困難。對流層散射傳播中，慢衰落通常服從對數(shù)正態(tài)分布。
衰落特性可用衰落深度、衰落率和衰落持續(xù)時間等主要參量描述。
①　衰落深度：信號電平瞬時值與中值（或自由空間電平值）之差；或分布概率分別為50％和10％的電平間分貝數(shù)之差，它表征衰落的嚴(yán)重程度。
②　衰落率：每秒鐘瞬時值超過中值的次數(shù)除以二；或單位時間內(nèi)，信號幅度自上而下通過某給定值的次數(shù)，它表征衰落的頻繁程度。在電離層電波傳播中，尋常波與非常波形成的極化衰落的衰落率約在每秒幾次以下。在對流層散射傳播中，中值電平處的衰落率約每秒百分之幾次到幾十次，一般它與頻率、風(fēng)速、散射角和天線波束寬度等因素有關(guān)。
③　衰落持續(xù)時間：即信號幅度低于其給定值的持續(xù)時間。在對流層散射傳播中，中值電平處的平均衰落持續(xù)時間在超短波頻段為幾秒至幾十秒，在高頻段則可達(dá)百分之幾秒至幾秒。電離層傳播中的中波波段平均持續(xù)時間約幾秒至幾十秒。
此外，還可用衰落幅度、衰落速度、衰落帶寬等參數(shù)描述衰落的某些特性。
克服衰落的方法主要根據(jù)形成衰落的原因而確定。例如，在對流層視距電波傳播中，為克服由于地面反射引起的干涉型衰落，可通過選擇粗糙的反射面、用刃型屏蔽體阻擋反射波、加大收發(fā)天線的高差等方法，減少或消除由多徑產(chǎn)生的衰落。此外，分集接收技術(shù)是克服多徑衰落的最有效的方法。有時，也用提高發(fā)射功率、采用強(qiáng)方向性天線、抗衰落天線、自適應(yīng)接收技術(shù)和留足夠衰落余額等方法克服衰落的影響。
慢衰落-影響


慢衰落的影響
移動信道的特點及其帶來的傳播上的特點，對接收點的信號將會產(chǎn)生三種效應(yīng)。
1.陰影效應(yīng)
移動臺在運(yùn)動中，由于大型建筑物和其他物體對電波的傳輸路徑的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)，從而形成電磁場陰影，這種隨移動臺位置的不斷變化而引起的接收點場強(qiáng)中值的起伏變化叫做陰影效應(yīng)。陰影效應(yīng)是產(chǎn)生慢衰落的主要原因。
2. 遠(yuǎn)近效應(yīng)
由于接收用戶的隨機(jī)移動性，移動用戶與基站間的距離也是在隨機(jī)的變化，若各用戶發(fā)射功率一樣，那么到達(dá)基站的信號強(qiáng)弱不同，離基站近信號強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)信號弱。通信系統(tǒng)的非線性則進(jìn)一步加重，出現(xiàn)強(qiáng)者更強(qiáng)、弱者更弱和以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，通常稱這類現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。因為CDMA是一個自干擾系統(tǒng)，所有用戶共同使用同一頻率，所以“遠(yuǎn)近效應(yīng)”問題更加突出。
3. 多普勒效應(yīng)
它是由于接收的移動用戶高速運(yùn)動而引起傳播頻率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)散程度與用戶的運(yùn)動速度成正比。
隨參信道的一般衰落特性和選擇性衰落特性，是嚴(yán)重影響信號傳輸?shù)闹匾�特性。至于前面所說的慢衰落特性，因為它的變化速度十分慢，通�？梢酝ㄟ^調(diào)整設(shè)備參量（如調(diào)整發(fā)射功率）來彌補(bǔ)。而為了抗快衰落，通�？刹捎枚喾N措施，例如，各種抗衰落的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、抗衰落接收技術(shù)及擴(kuò)頻技術(shù)等。其中，明顯有效且被廣泛應(yīng)用的措施之一，就是分集接收技術(shù)。其基本思想就是，快衰落信道中接收的信號是到達(dá)接收機(jī)的各徑分量的合成，如果在接收端同時獲得幾個不同路徑的信號，將這些信號適當(dāng)合并構(gòu)成總的接收信號，則能夠大大減小衰落的影響。
慢衰落-STBC對抗慢衰落


STBC對抗慢衰落

空時分組碼（Space-TimeBlockCode，STBC）是近年來發(fā)展起來的一種新的編碼方法。STBC的一個顯著的特點是各天線發(fā)射的信號之間正交，這不僅能夠保證在平坦的慢衰落信道下獲得最大的分集增益，而且還可以降低譯碼復(fù)雜度。因此STBC性能好、易于實現(xiàn)，現(xiàn)成為人們研究的熱點。目前，對于STBC的大部分研究仍局限于平坦慢衰落信道、并且假設(shè)各信道之間的衰落互不相關(guān)的條件下進(jìn)行的。在實際的無線信道中，快衰落和頻率選擇性衰落是不可避免的，而且多天線的引入使不相關(guān)的假設(shè)也不可能實現(xiàn)。因此為了探討STBC的實用性，研究人員開展了在時變衰落信道、頻率選擇性衰落信道和空間相關(guān)衰落信道等小尺度衰落信道下對STBC性能的研究工作，并進(jìn)行了仿真和分析。在某些科技文獻(xiàn)中，介紹了無線傳播的信道特征和空時碼技術(shù)，詳細(xì)給出了小尺度衰落信道的分類和STBC的編譯碼原理。在此基礎(chǔ)上采用SIMULINK仿真工具分別構(gòu)造了在時變衰落信道、頻率選擇性衰落信道和空間相關(guān)衰落信道下的仿真模型，并進(jìn)行了仿真。通過對仿真結(jié)果的分析得出了相應(yīng)的結(jié)論。
研究人員的分析結(jié)果表明：在時變衰落信道下隨著信道變化的加快，空時分組碼的性能有所下降，尤其在快衰落信道下其性能下降顯著；在頻率選擇性衰落信道下，接收端使用了理想的RAKE接收機(jī)進(jìn)行接收，當(dāng)信道變化慢時，隨著信道路徑數(shù)的增加性能有很大程度的改善，當(dāng)信道變化快時，性能有所下降，而且信道路數(shù)越多性能下降越明顯；在空間相關(guān)衰落信道下的仿真結(jié)果表明，當(dāng)保持相關(guān)系數(shù)小于一定值時，空時分組碼便可以具有良好的性能。
慢衰落-CDMA對抗?jié)M衰落


CDMA對抗慢衰落
分集技術(shù)是指系統(tǒng)同時接收衰落互不相關(guān)的兩個或更多個輸入信號后，系統(tǒng)分別解調(diào)這些信號然后將他們相加，這樣系統(tǒng)可以接收到更多有用信號，克服衰落。
移動通信信道是一種多徑衰落信道，發(fā)射的信號要經(jīng)過直射、反射、散射等多條傳播途徑才能達(dá)到接收端，而且隨著移動臺的移動，各條傳播路徑上的信號幅度、時延及相位隨時隨地發(fā)生變化，所以接收到的信號的電平是起伏、不穩(wěn)定的，這些多徑信號相互疊加就會形成衰落。疊加后的信號幅度變化符合瑞利分布，又稱瑞利衰落。瑞利衰落隨時間急劇變化時，稱為“快衰落”。快衰落嚴(yán)重衰落深度達(dá)到20~30dB。瑞利衰落的中值場強(qiáng)只產(chǎn)生比較平緩的變化，稱為“慢衰落”，且服從對數(shù)正態(tài)分布。分集技術(shù)是克服疊加衰落的一個有效分發(fā)。由于具有頻率、時間、空間的選擇性，因此分集技術(shù)包括頻率分集、時間分集、空間分集。
減弱慢衰落采用空間分集，即用幾個獨立天線或在不同場地分別發(fā)射和接收信號，以保證各信號之間的衰落獨立。根據(jù)衰落的頻率選擇性，當(dāng)兩個頻率間隔大于信道帶寬相關(guān)帶寬時，接收到的此兩種頻率的衰落信號不相關(guān)，市區(qū)的相關(guān)帶寬一般為50kHz左右，郊區(qū)的相關(guān)帶寬一般為250kHz左右。而CDMA的一個信道帶寬為1.23MKz，無論在市區(qū)還是郊區(qū)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相關(guān)帶寬的要求，所以CDMA的寬帶傳輸本身就是頻率分集。時間分集是利用基站和移動臺的RAKE接收機(jī)來完成的。對于一個信道帶寬為1.23MHz的CDMA系統(tǒng)，當(dāng)來自兩個不同路徑信號的時延為1us時，也即這兩條路徑相差大約300m 時，RAKE接收機(jī)就可以將它們分別提取出來而不混淆。

[ 本帖最后由 wfwuxian 于 2010-1-30 00:28 編輯 ]