移动通信系统多建于大中城市的市区,城市中的高楼林立、高低不平、疏密不同、形状各异,这些都使移动通信中无线电波的传播路径进一步复杂化,并导致其传输特性变化十分剧烈。据以上原因,使移动台接收到的电波一般是直射波和随时变化的绕射波、反射波、散射波的叠加,这样就造成所接收信号的电场强度起伏不定,这种现象称为衰落。
在移动通信中,无线电波主要是以空间波的形式传播。但是由于表面波随着频率的升高衰减增大,传播距离很有限。所以在分析移动通信信道时,主要考虑直达波和反射波的影响。认为在接收端的接收信号是直达波和多个反射波的合成。
由于到达移动台天线的信号不是单一路径来的,而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同,因而各个路径来的反射波到达时间不同,相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加,有时迭加而加强(方向相同),有时迭加而减弱(方向相反)。这样,接收信号的幅度将急剧变化,即产生了衰落。这种衰落是由多径引起的,所以称为多径衰落。
它使接收端的信号近似于一种叫做青黛的功效与作用Rayleigh分布的数学分布,故多径快衰落又称为 Rayleigh衰落。
此外,接收信号除瞬时值出现快衰落之外,场强中值(平均值)也会出现缓慢变化。变化的原因主要有两方面:一是地区位置的改变;二是由于气象条件变化,大气的条件发生缓变,以致电波的折射传播随时间变化而变化,多径传播到达固定接收点的信号的时延随之变化。这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化,称为慢衰落。后一原因引起的变化较小,通常忽略。
慢衰落接收信号近似服从一种叫做对数正态分布的数学分布,变化幅度取决于障碍物状况、工作频率、障碍物和移动台移动速度等。快衰落和慢衰落是由相互独立的原因产生,随着移动台的移动,这二者构成移动通信接收信号不稳定的因素。
瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后,其信号幅度是随机的,即“衰落”,并且其包络服从瑞利分布。
这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道,以及建筑物密集的城市环境。[1][2]瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号(LoS亚特兰蒂斯传说,Line of Sight)的情况,否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。
瑞利衰落能有效描述存在能够大量散射无线电信号的障碍物的无线传播环境。若传播环境中存在足够多的散射,则冲激信号到达接收机后表现为大量统计独立的随机变量的叠加,根据中心极限定理,则这一无线信道的冲激响应将是一个高斯过程。如果这一散射信道中不存在主要的信号分量,通常这一条件是指不存在直射信号(LoS),则这一过程的均值为0,且相位服从0 到2π 的均匀分布。即,信道响应的能量或包络服从瑞利分布。若信道中存在一主要分量,例如直射信号(LoS),则信道响应的包络服从莱斯分布,对应的信道模型为莱斯衰落信道。
通常将信道增益以等效基带信号表示,即用一复数表示信道的幅度和相位特性。由此瑞利衰落即可由这一复数表示,它的实部和虚部服从于零均值的独立同分布高斯过程。
瑞利衰落模型适用于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直射路径,而且使得无线信号被衰减、反射、折射、衍射。在曼哈顿的实验证明,当地的无线信道环境确实接近于瑞利衰落。[3] 通过电离层和对流层反射的无线电信道也可以用瑞利衰落来描述,因为大气中存在的各种粒子能够将无线信号大量散射。
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。瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后,其信号幅度是随机的,即“衰落”,并且其包络服从瑞利分布。
这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道,以及建筑物密集的城市环境。[1][2]瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号(LoS,Line of Sight)的情况,否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。
瑞利衰落能有效描述存在能够大量散射无线电信号的障碍物的无线传播环境。若传播环境中存在足够多的散射,则冲激信号到达接收机后表现为大量统计独立的随机变量的叠加,根据中心极限定理,则这一无线信道的冲激响应将是一个高斯过程。如果这一散射信道中不存在主要的信号分量,通常这一条件是指不存在直射信号(LoS),则这一过程的均值为0,且相位服从0 到2π 的均匀分布。即,信道响应的能量或包络服从瑞利分布。若信道中存在一主要分量,例如直射信号(LoS),则信道响应的包络服从莱斯分布,对应的信道模型为莱斯衰落信道。
通常将信道增益以等效基带信号表示,即用一复数表示信道的幅度和相位特性。由此瑞利衰落即可由这一复数表示,它的实部和虚部服从于零均值的独立同分布高斯过程。
瑞利衰落模型适用于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直射路径,而且使得无线信号被衰减、反射、折射、衍射。在曼哈顿的实验证明,当地的无线信道环境确实接近于瑞利衰落。[3] 通过电离
层和对流层反射的无线电信道也可以用瑞利衰落来描述,因为大气中存在的各种粒子能够将无线信号大量散射。
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。
信道衰落的快慢与发射端和接收端的相对运动速度的大小有关。相对运对导致接收信号的多普勒频移。图中所示即为一固定信号通过单径的瑞利衰落信道后,在1秒内的能量波动,这一瑞利衰落信道的多普勒频移最大分别为10Hz和100Hz,在GSM1800MHz的载波频率上,其相应的移动速度分别为约6千米每小时和60合同的概念千米每小时。特别需要注意的是信号的“深衰落曹薇”现象,此时信号能量的衰减达到数千倍,即30~40分贝。
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信道衰落的快慢与发射端和接收端的相对运动速度的大小有关。相对运对导致接收信号的多普勒频移。图中所示即为一固定信号通过单径的瑞利衰落信道后,在1秒内的能量波动,这一瑞利衰落信道的多普勒频移最大分别为10Hz和100Hz星座英文,在GSM1800MHz的载波频率上,其相应的移动速度分别为约6千米每小时和60千米每小时。特别需要注意的是信号的“深衰落”现象,此时信号能量的衰减达到数千倍,即30~40分贝。
衰落特性:
(a)五行五脏平坦衰落
这种情况,时域上信道的波形比信号的波形窄,频域上信道波形比信号波形宽。所以,接收信号幅度增益发生改变(引起深度衰落),而频谱依然保持。条件:信号带宽<信道相关带宽 或 时延扩展<信号的符号周期即Bs<<Bc, Ts>>στ。
(b)频率选择性衰落
由于信道对传输信号的时间散布,而引起的符号间干扰(ISI).频选衰落是由接近或超过传输信号周期的多径时延引起的。条件:信号带宽>信道相关带宽 或 时延扩展>信号的符号周期即Bs>Bc, Ts<στ。
(c) 快衰落
信道的脉冲响应在信号的符号周期内变化。由于多普勒扩展引起的频率分散(时间选择性衰落)导致信号的畸变。条件:相关时间<符号周期,信道变化率快于基带信号变化率即Tc<Ts, BD>Bs
快衰落只涉及信道由运动产生的变化率,它既可以发生在平坦性衰落信道中,也可发展到频率选择性衰落中。
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(d)慢衰落
信道脉冲响应以低于传输的基带信号的变化而变化。信道被假定成在一个或几个带宽倒数的间隔上静止。条件:相关时间>符号周期,信道变化率慢于基带信号变化率。