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此外，由于移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，還會(huì)使得無(wú)線信道呈現(xiàn)出時(shí)變性，其中一種具體表現(xiàn)就是會(huì)出現(xiàn)多普勒頻移。自由空間的傳播損耗和陰影衰落主要影響到無(wú)線區(qū)域的覆蓋，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)就可以消除這種不利影響。
無(wú)線信道的大尺度衰落
無(wú)線電波在自由空間內(nèi)傳播，其信號(hào)功率會(huì)隨著傳播距離的增加而減小，這會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)速率以及系統(tǒng)的性能帶來(lái)不利影響。最簡(jiǎn)單的大尺度路徑損耗模型可以表示為：
其中Pi表示本地平均發(fā)射信號(hào)功率，Pr表示接收功率，d是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離。對(duì)于典型環(huán)境來(lái)說(shuō)，路徑損耗指數(shù)γ一般在2～4中選擇。由此可以得到平均的信號(hào)噪聲比（SNR）為：
其中N0是單邊噪聲功率譜密度，B是信號(hào)帶寬，K是獨(dú)立于距離、功率和帶寬的常數(shù)，如果為保證可靠接收，要求SNR ≥ SNR0，其中SNR0表示信噪比門限，則路徑損耗會(huì)為比特速率帶來(lái)限制：
以及對(duì)信號(hào)的覆蓋范圍帶來(lái)限制：
可見，如果不采用其它特殊技術(shù)，則數(shù)據(jù)的符號(hào)速率以及電波的傳播范圍都會(huì)受到很大的限制，但是在一般的蜂窩系統(tǒng)中，由于小區(qū)的規(guī)模相對(duì)較小，所以這種大尺度衰落對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的影響并不需要單獨(dú)加以考慮。
陰影衰落
當(dāng)電磁波在空間傳播受到地形起伏、高大建筑物的阻擋，在這些障礙物后面會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的陰影，造成場(chǎng)強(qiáng)中值的變化，從而引起衰落，被稱作陰影衰落。與多徑衰落相比，陰影衰落是一種宏觀衰落，是以較大的空間尺度來(lái)衡量的，其中衰落特性符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其中接收信號(hào)的局部場(chǎng)強(qiáng)中值變化的幅度取決于信號(hào)頻率和障礙物狀況。頻率較高的信號(hào)比低頻信號(hào)更加容易穿透障礙物，而低頻信號(hào)比較高頻率的信號(hào)具備更強(qiáng)的繞射能力。
無(wú)線信道的多徑衰落
無(wú)線移動(dòng)信道的主要特征就是多徑傳播，即接收機(jī)所接收到的信號(hào)是通過(guò)不同的直射、反射、折射等路徑到達(dá)接收機(jī)，如下圖所示：
由于電波通過(guò)各個(gè)路徑的距離不同，因而各條路徑中發(fā)射波的到達(dá)時(shí)間、相位都不相同。不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端疊加，如果同相疊加則會(huì)使信號(hào)幅度增強(qiáng)，而反相疊加則會(huì)削弱信號(hào)幅度。這樣，接收信號(hào)的幅度將會(huì)發(fā)生急劇變化，就會(huì)產(chǎn)生衰落。例如，發(fā)射端發(fā)生一個(gè)窄脈沖信號(hào)，則在接收端可以收到多個(gè)窄脈沖，每一個(gè)窄脈沖的衰落和時(shí)延以及窄脈沖的個(gè)數(shù)都是不同的，對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)送脈沖信號(hào)，下圖給出接收端所接收到的信號(hào)情況。這樣就造成了信道的時(shí)間彌散性（time dispersion），其中τmax被定義為最大時(shí)延擴(kuò)展。如下圖所示：
在傳輸過(guò)程中，由于時(shí)延擴(kuò)展，接收信號(hào)中的一個(gè)符號(hào)的波形會(huì)擴(kuò)展到其他符號(hào)當(dāng)中，造成符號(hào)間干擾（InterSymbol Interference，ISI）。為了避免產(chǎn)生ISI，應(yīng)該令符號(hào)速率要先于最大時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)，由于移動(dòng)環(huán)境十分復(fù)雜，不同地理位置，不同時(shí)間所測(cè)量到的時(shí)延擴(kuò)展都可能是不同的，因此需要采用大量測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)平均值。
下表給出不同信道環(huán)境下的時(shí)延擴(kuò)展值。
|
環(huán)境 |
最大時(shí)延擴(kuò)展 |
最大到達(dá)路徑差 |
|
室內(nèi) |
40ns～200ns |
12m～16m |
|
室外 |
1μs～20μs |
300m～5000m |
在頻域內(nèi)，與時(shí)延擴(kuò)展相關(guān)的另一個(gè)重要概念是相干帶寬，是應(yīng)用中通常用最大時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)來(lái)定義相干帶寬，即：
從頻域角度觀察，多徑信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展可以導(dǎo)致頻率選擇性衰落（frequency-selective fading），即針對(duì)信號(hào)中不同的頻率成分，無(wú)線傳輸信道會(huì)呈現(xiàn)不同的隨機(jī)響應(yīng)，由于信號(hào)中不同頻率分量的衰落是不一致的，所以經(jīng)過(guò)衰落之后，信號(hào)波形就會(huì)發(fā)生畸變。由此可以看到，當(dāng)信號(hào)的頻率較高，信號(hào)帶寬超過(guò)無(wú)線信道的相干帶寬時(shí)，信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道后各頻率分量的變化是不一樣的，引起信號(hào)波形的失真，造成符號(hào)間干擾，此時(shí)就認(rèn)為發(fā)生了頻率選擇性衰落；反之，當(dāng)信號(hào)的傳輸速率較低，信道帶寬小于相干帶寬時(shí)，信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道后各頻率分量都受到相同的衰落，因而衰落波形不會(huì)失真，沒(méi)有符號(hào)間干擾，則認(rèn)為信號(hào)只是經(jīng)歷了平衰落，即非頻率選擇性衰落。相干帶寬是無(wú)線信道的一個(gè)特性，至于信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道時(shí)，是出現(xiàn)頻率選擇性衰落還是平衰落，這要取決于信號(hào)本身的帶寬。
