无线通信中的信号衰落问题介绍(一)
无线通信中的信号衰落问题介绍(一)
无线通信中的信号衰落是一个复杂的技术问题，它涉及到无线射频传播环境、多径效应以及信号频率和距离等因素。本文将详细介绍信号衰落的分类、影响因素及其解决方案，帮助读者更好地理解这一技术难题。
无线射频传播环境影响
- 接收机和发射机在空间中的衰减，主要收到下面几点因素的影响：
- 距离
- 地形类型
- 多径环境
信号路径损耗可以由下面公式计算得到：
L(dB) = 32.45 + 20logD(km) + 20logF(MHz)
其中：
L：路径损耗，单位为分贝（dB）。
D：传播距离，单位为千米（km）。
F：信号频率，单位为兆赫兹（MHz）。
- 引起多径效应产生的原因：
物体上的反射导致接收器多次接收到相同的信号。而每个信号都有自己的相位（由于延迟和反射）和幅度。这样便会导致接受机对原始信号的解调收到影响。
信号反射的种类：
- 静态物体的反射；
- 移动物体的反射；
- 终端正在移动；
多径效应在时域里的表现：
多径意味着相同的信号会在不同的时间点以不同的幅度被多次接收。每个信号通常会单独经历衰落。
延迟扩展描述了从发射机沿不同路径传播的信号到达接收机时所产生的时间延迟量。
如果延迟扩展较长，传输符号的一些副本会泄露到下一个符号中。这会引起符号间干扰（ISI）。多径效应在频域里的表现：
每条路径都会因其延迟和反射而具有自己的相位和幅度。当接收端将所有路径的信号叠加在一起时，某些频率的信号会相干增强，而其他频率的信号则会相干减弱。这种复合信号会因频率选择性衰落而发生失真。信号衰落
信号衰落分为快衰落和慢衰落。
快衰落(Fast Fading)
是指由于多径效应引起的信号强度快速波动。当无线电波在传播过程中遇到障碍物时，会发生反射、折射和散射，形成多条路径到达接收端。由于不同路径上的信号传播距离不同，导致信号到达接收端的时间有先后，相位有差异，从而造成信号强度的快速起伏变化。
快衰落主要由多径传播产生。移动体周围有许多散射、反射和折射体，这些物体引起信号的多径传输，使到达的信号之间相互叠加，形成合成信号。这个合成信号的幅度会表现为快速的起伏变化。
快衰落的速度较快，通常在几毫秒到几十毫秒内就能发生明显变化。它反映的是瞬时值的快速波动。
慢衰落(Slow Fading)
是指信号强度随时间缓慢变化的现象。这种变化通常是由信号在传播路径上遇到的大型障碍物(如建筑物、山脉等)引起的。这些障碍物会阻挡部分信号，导致信号强度随时间发生变化。
慢衰落主要由大型障碍物阻挡信号产生。这些障碍物会在信号传播路径上形成阴影区域，使得接收端的信号强度下降。
慢衰落的速度较慢，可能在几秒钟到几分钟内才发生明显变化。它反映的是瞬时值加权平均后的中值变化。
衰落的程度取决于发射机、接收机或反射信号的物体移动的速度有多快。
- 衰落的解决办法：
快衰落的解决办法：
解决快速衰落的方法是采用时域均衡器，即：
一个已知信号（训练序列）被发送并在接收端用于估计信道。然后，利用信道响应的逆来对数据进行均衡处理。
CDMA系统使用RAKE均衡器来解决不同路径的问题，并将它们以建设性方式合并。
时域均衡器在信道带宽较低时表现良好。当符号时间变短时，滤波器长度会增加，从而导致复杂度成为一个问题。一种解决方案是正交频分复用（OFDM，用于LTE下行链路）。
慢衰落的解决办法：
慢衰落导致信号幅度在某些时间低于噪声基底。在这段时间内，会发生比特错误。比特错误的持续时间取决于传播信道。
解决慢衰落的方法是采用分集技术：
- 时域分集（Time domain diversity）
- 频域分集（Frequency domain diversity）
- 空间分集（Space diversity）
- 极化分集（Polarization diversity）
下一部分将介绍各个分集技术的具体方法。