发布时间 : 星期六 文章无线衰落信道、多径与OFDM、均衡技术更新完毕开始阅读
在移动传播环境中，移动台天线接收的信号不是来自单一路径，而是来自许多路径的众多反射波的合成，这种现象称作多径效应。无线信道中，发射机与接收机之间不仅仅存在有一条路径，而是具有不同的幅值、相位、时延以及到达角度的反射路径，在时域内得到的时间弥散信号。
由于电波通过各个路径的距离不同，各条路径来的反射波到达时间不同，相位也不同，在接收端不同相位的多个信号的叠加，使得接收信号的幅度/电平急剧变化产生多径衰落。 如果同相叠加则会使信号幅度增强，而反相叠加则会削弱信号幅度。这样，接收信号的幅度将会发生急剧变化，就会产生衰落。
例如，发射端发生一个窄脉冲信号，则在接收端可以收到多个窄脉冲，每一个窄脉冲的衰落和时延以及窄脉冲的个数都是不同的，对应一个发送脉冲信号，下图给出接收端所接收到的信号情况。这样就造成了信道的时间弥散性（time dispersion），其中τmax被定义为最大时延扩展。
图 多径接收信号
符号间干扰ISI的避免
在传输过程中，由于时延扩展，接收信号中的一个符号的波形会扩展到其他符号当中，造成符号间干扰（InterSymbol Interference，ISI）。为了避免产生ISI，应该 令符号宽度要远远大于 无线信道的最大时延扩展，或 符号速率 要小于最大时延扩展的倒数。 ，由于移动环境十分复杂，不同地理位置，不同时间所测量到的时延扩展都可能是不同的，因此需要采用大量测量数据的统计平均值。
下表给出不同信道环境下的时延扩展值。 表 不同信道环境下的时延扩展值
环境 室内 室外
最大时延扩展 40ns～200ns 1μs～20μs
最大到达路径差 12m～16m 300m～5000m
频率选择性衰落和非频率选择性衰落
根据衰落与频率的关系，可将衰落分成两类：即频率选择性衰落和非频率选择性衰落（平坦衰落）。
1，频率选择性衰落：指信号中各分量的衰落状况与频率有关，衰落信号波形将产生失真（因为信号中不同频率分量衰落不一致）。
2，非频率选择性衰落：指信号中各分量的衰落与频率无关，无波形失真，仅仅幅度发生变化。
非频率选择性衰落，它对于不关心幅度值的调制方式是各种通信系统希望满足的传
输方式，也称为 平坦衰落。因为各频率分量所遭受的衰落具有一致性（即相关性），因而这种衰落信号的波形不失真。 已经发现：
当码元速率较低，信号带宽远小于信道相关带宽时，信号通过信道传输后各频率分量的
变化具有一致性，则信号波形不失真，无码间串扰ISI，此时出现的衰落为非频率选择性衰落； 当码元速率较高，信号带宽大于相关带宽时，信号通过信道后各频率分量的变化是不一致的，将引起波形失真，造成码间串扰，此时出现的衰落为频率选择性衰落。
总之，窄带信号通过移动信道时将引起非频率选择性衰落； 宽带扩频信号通过移动信道时将引起频率选择性衰落。
多径信号的时延扩展引起频率选择性衰落，相干带宽=最大时延扩展的倒数
在频域内，与时延扩展相关的另一个重要概念是相干带宽(coherent bandwidth)，是应用中通常用最大时延扩展的倒数来定义相干带宽，即：
从频域角度观察，多径信号的时延扩展可以导致频率选择性衰落（frequency-selective fading），即针对信号中不同的频率成分，无线传输信道会呈现不同的随机响应，由于信号中不同频率分量的衰落是不一致的，所以经过衰落之后，信号波形就会发生畸变。
由此可以看到，当信号的频率较高，信号带宽超过无线信道的相干带宽时，信号通过无线信道后各频率分量的变化是不一样的，引起信号波形的失真，造成符号间干扰，此时就认为发生了频率选择性衰落；
反之，当信号的传输速率较低，信道带宽小于相干带宽时，信号通过无线信道后各频率分量都受到相同的衰落，因而衰落波形不会失真，没有符号间干扰，则认为信号只是经历了平衰落，即非频率选择性衰落。
相干带宽是无线信道的一个特性，至于信号通过无线信道时，是出现频率选择性衰落还是平衰落，这要取决于信号本身的带宽。
相关带宽是移动信道的一个特性； 相关带宽表征的是信号两个频率分量基本相关的频率间隔； 相关带宽实际上是对移动信道对具有一定带宽信号传输能力统计的度量。 相干带宽
B_c是
通过多径时延定义的：B_c=1/(50*T_m)，当T_s>>T_m（即B_s< 在实际应用中，对于多个频率分量的信号，相关带宽为最大时延Tm的倒数，即B=1/Tm 例：某市区实测最大时延Tm3.5us，其相关带宽为： B=1/Tm=280kHz 对于带宽为25kHz的窄带数字信号，其衰落为非频率选择性衰落。 OFDM在每个子载波上传输低速率数据流，子载波带宽仅为15KHz非频率选择性衰落 的要求。 或7.5KHz。满足 解释：相干带宽是描述时延扩展的：相干带宽 是表征多径信道特性的一个重要参数， 它是指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位。通常，相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。 从频域看，如果相干带宽小于发送信道的带宽，则该信道特性会导致接收信 号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱 ， 当两个发射信号的频率间隔小于信道的相干带宽，那么这两个经过信道后的，受到的信道传输函数是相似的，由于通常的发射信号不是单一频率的，即一路信号也是占有一定带宽的，如果，这路信号的带宽小于相干带宽，那么它整个信号受到信道的传输函数是相似的，即信道对信号而言是平坦特性的，非频率选择性衰落的，同样在相干时间内，两路信号受到的传输函数也是相似的特性，通常发射的一路信号由于多径效应，有多路到达接收机，若这几路信号的时间间隔（解释：指同一个符号到达接收机的时间间隔吗 ）在相干时间之内，那么他们具有很强的相关性，接收机都可以认为是有用信号，若大于相干时间，则接收机无法识别，只能认为是干扰信号。 解释：什么是相干 对于两个平稳信号S1（t）和S2（t），它们的相关系数的绝对值大于0小于1时，两个信号相关，相关系数等于1时，两个信号相干。当两个信号相干时，它们之间只相差一个复常数。复常数既一有幅度成分，又有频率成分。由此我们可见，若是两个信号相干，它们其中一个可以看作是另一个的幅度的衰减，频率上衰落造成的，其实二者可以看作同一个信号。相关系数越是接近1，相关性越大。 解释：时域的时延 反映到 频域，相干带宽的计算实际上来源于： 矩形脉冲的宽带变化时，其频谱分量的变化趋势 。 可以看到，由于时延，脉冲的时域波形被展宽了，从接收机看来就是：脉冲宽度增大。所以也把 多径 称为: 时间弥散 现象。 而从 傅立叶变换 可得“脉冲宽度 与 频谱：呈反比关系”。 所以：时延增大，脉冲宽度变大，则 频谱变得更狭小。 根据，如信号带宽较大，则要求信号在 小时延 信道中传输。 每个多径信号 在一个特定的信道中传输，每个信道的时延不同，则频谱变化的情况也不同。 按 可见，当 多径信道1的时延 大于 多径信道2的时延 时，多径信道1在x轴的第一个交点 将向坐标轴原点移动，即带宽变小。 对于 有最大时延扩展 的信道，其带宽是各信道中最小的。 只要 信号的带宽 小于 最大时延扩展的信道带宽，则 这个信号 就没有任何频率分量受影响，或幅度的衰落呈等比变化（带宽内各频率分量的幅度可近似画成一条下降直线的） 反之，如 信号的带宽 大于 最大时延扩展的信道带宽，则 超出带宽 的一部分频率分量的幅度无疑会衰落。 这部分频率分量也是受 频率选择性衰落 所影响的频率分量。 上述解释回答了“为什么 时延扩展 会产生 频率选择性衰落、相干带宽 ?” 无线信道的时变性以及多普勒频移 多普勒效应 当移动台在运动中进行通信时，接收信号的频率会发生变化，成为多普勒效应，这是任何波动过程都具有的特性。 以可见光为例，假设一个发光物体在远处以固定的频率发出光波，我们可以接收到的频率应该是与物体发出的频率相同。 现在假定该物体开始向我们运动，但光影发出第二个波峰时，它距我们的距离应该要比发出第一个波峰到达我们的时间远，因此两个波峰到达我们的时间间隔变小了，与此相应我们接收到的频率就会增加， 相反，当发光物体远离我们而去的时候，我们就受到的频率就要减小，这就是多普勒效应的原理。 在天体物理学中，天文学家利用多普勒效应可以判断出其他星系的恒星都在远离我们而去，从而得出宇宙是在不断膨胀的结论。这种称为多普勒效应的频率和速率的关系是我们日常熟悉的，例如我们在路边听汽车汽笛的声音：当汽车接近我们时，其汽笛音调变高（对应频率增加）；而当它驶离我们时，汽笛音调又会变地（对应频率减小）。