第5章衰落信道与抗衰落技术5.1无线移动通信信道在无线信道中，一个通过无线信道传播的无线电信号往往会沿多条不同的路径传播到接收端的天线处，这种现象称为信号的多径传播。无线电波传播方式有：直射、反射、绕射和散射。（1）直射波。它是指在视距覆盖区内无遮挡、无阻塞地传播，直射波传播的信号强度最强。（2）反射波。当传播的电磁波入射到一个尺寸比电磁波波长大得多的物体时，电磁波就会发生反射。反射主要来自于地表面、建筑物和墙壁。反射波传播的信号强度次之。（3）绕射波。当移动台和基站之间的无线电磁波被一个具有明显不规则性物体的表面阻塞时，电磁波就会发生绕射，即使电磁波绕过障阻物传播。绕射波的信号强度与反射波的相当。（4）散射波。当电磁波在传播过程中遇到一些尺寸小于电磁波波长的物体时，电磁波就会发生散射。例如植物、街道路标和路灯等都会引起散射。散射波传播的信号强度最弱。与前面介绍的加性高斯白噪声（AWGN）信道相比，无线信道非常复杂。涉及的信道参量较多，例如无线信道与传输频率有关，频率范围包括中波、短波、超短波、微波等；无线信道的时变性；发射机和接收机的位置；移动台的移动速度；发射天线和接收天线的数目、性能和空间指向等。5.1.2无线移动信道无线移动信道是一种电波传播环境更为复杂的无线信道。通常，可将其传播环境分为：①高楼林立的城市中心繁华区；②以一般建筑物为主的近郊中小城镇区；③以湖泊、山丘、平原为主的农村及远郊区等。无线移动信道对无线电信号(简称信号)的影响主要有以下三类：①传播损耗，即自由空间的路径损耗；②阴影衰落，由传播环境中的地形起伏、建筑物和其他障碍物对电波的阻塞或遮蔽而引起的慢衰落；③多径衰落，由移动传播环境中的多径传播而引起的快衰落。多径衰落是无线移动信道特性中最具特色的部分，也是最重要的特征。由于路径损耗和衰落的影响，使接收到的信号要比发射的信号弱得多。路径损耗主要是由平方律扩展、水气和叶群的吸收、地面反射等引起的，它与移动台到基站的距离有关。对快速移动的移动台而言，平均路径损耗变化非常慢，信号的变化主要表现为衰落。衰落决定了移动通信无线信道的特征，因此，无线移动信道常称为衰落信道。传播损耗和阴影衰落主要影响无线区的覆盖，通过合理设计可以消除这种不利的影响。而多径衰落将严重影响信号的传输质量，是不可避免的，只能采用抗衰落技术来减少其影响。5.1.3无线移动信道的干扰在无线移动通信环境中，存在各种干扰。按干扰产生的来源来分，可以分为自然干扰和人为干扰。自然干扰主要包括：（1）接收机内部噪声。（2）外部噪声，包括自然噪声和人为噪声。其中，汽车运输噪声是城市噪声的主要来源之一。汽车密度越大，来源于汽车发动机点火系统的电磁辐射就越强。（3）同频干扰。（4）邻道干扰，例如发射机的旁瓣辐射等。（5）发射机的互调干扰和接收机的互调干扰。（6）数字传输系统的码间串扰。（7）多址干扰。人为干扰是为了破坏对方无线电通信而有意释放的干扰。例如，在通信对抗中，常常利用发射机发射或转发某种电磁波，以扰乱或欺骗敌方的电子接收设备，使其不能正常工作，达到战时破坏敌方通信指挥控制系统的目的。本书主要讨论自然干扰。5.1.4自由空间的无线电传播所谓自由空间是指在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，电波传播不存在反射、折射、绕射、散射和吸收现象，只存在由电磁波能量扩散而引起的传播损耗。在自由空间中，假设发射点处信号的发射功率为Pt，以球面波辐射；接收点处的信号功率为Pr，则有自由空间的传播损耗L定义为若以分贝(dB)表示，则有5.2衰落信道5.2.2多径衰落1.多径衰落由于地面和周围建筑物的反射，发射信号通常以不同的路径到达接收天线，称这些到达波为多径波。由于电波通过各个路径的距离不同，因而从各个路径来的反射波到达时间不同，相位也不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，同相叠加导致信号增强，反向叠加导致信号减弱。这样，叠加后的接收信号的幅度将急剧变化，引起信号畸变，即产生了衰落。由于这种衰落是由多径传播引起的，因而称为多径衰落。在无线移动通信信道中，移动台的运动与周围物体(散射体)的运动对接收信号的影响是一致的。若移动台与周围的物体之间存在相对运动，则接收信号包络将会有起伏变化。由于运动中移动台附近的地物反射或散射作用，多径信号可能会使接收场强产生快速、大幅度的变化，即多径快衰落。三种多径快衰落是：频率选择性衰落、时间选择性衰落和空间选择性衰落。2.影响多径衰落的因素在无线移动信道中，存在以下三种最重要的多径衰落效应：①信号强度在一段很小的传播时间间隔内快速变化；②多径传播在时域上引起信号的时延扩展，造成信号波形的展宽，导致严重的码间串扰；③当信号带宽大于多径信道的“带宽”(相干带宽)时就会发生频率选择性衰