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無線通信中的信號(hào)衰落問題介紹(一)

02/03 13:57
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一、無線射頻傳播環(huán)境影響

1、接收機(jī)和發(fā)射機(jī)在空間中的衰減,主要收到下面幾點(diǎn)因素的影響:

(1)距離

(2)地形類型

(3)多徑環(huán)境

信號(hào)路徑損耗可以由下面公式計(jì)算得到:

L(dB) = 32.45 + 20logD(km) + 20logF(MHz)

其中:

L:路徑損耗,單位為分貝(dB)。

D:傳播距離,單位為千米(km)。

F:信號(hào)頻率,單位為兆赫茲(MHz)。

2、引起多徑效應(yīng)產(chǎn)生的原因:

物體上的反射導(dǎo)致接收器多次接收到相同的信號(hào)。而每個(gè)信號(hào)都有自己的相位(由于延遲和反射)和幅度。這樣便會(huì)導(dǎo)致接受機(jī)對(duì)原始信號(hào)的解調(diào)收到影響。

信號(hào)反射的種類:

靜態(tài)物體的反射;

移動(dòng)物體的反射;

終端正在移動(dòng);

3、多徑效應(yīng)在時(shí)域里的表現(xiàn):

多徑意味著相同的信號(hào)會(huì)在不同的時(shí)間點(diǎn)以不同的幅度被多次接收。每個(gè)信號(hào)通常會(huì)單獨(dú)經(jīng)歷衰落。

延遲擴(kuò)展描述了從發(fā)射機(jī)沿不同路徑傳播的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)間延遲量。

如果延遲擴(kuò)展較長(zhǎng),傳輸符號(hào)的一些副本會(huì)泄露到下一個(gè)符號(hào)中。這會(huì)引起符號(hào)間干擾(ISI)。

4、多徑效應(yīng)在頻域里的表現(xiàn):

每條路徑都會(huì)因其延遲和反射而具有自己的相位和幅度。當(dāng)接收端將所有路徑的信號(hào)疊加在一起時(shí),某些頻率的信號(hào)會(huì)相干增強(qiáng),而其他頻率的信號(hào)則會(huì)相干減弱。這種復(fù)合信號(hào)會(huì)因頻率選擇性衰落而發(fā)生失真。

5、信號(hào)衰落信號(hào)衰落分為快衰落和慢衰落。

快衰落(Fast Fading)

是指由于多徑效應(yīng)引起的信號(hào)強(qiáng)度快速波動(dòng)。當(dāng)無線電波在傳播過程中遇到障礙物時(shí),會(huì)發(fā)生反射、折射和散射,形成多條路徑到達(dá)接收端。由于不同路徑上的信號(hào)傳播距離不同,導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)間有先后,相位有差異,從而造成信號(hào)強(qiáng)度的快速起伏變化。

快衰落主要由多徑傳播產(chǎn)生。移動(dòng)體周圍有許多散射、反射和折射體,這些物體引起信號(hào)的多徑傳輸,使到達(dá)的信號(hào)之間相互疊加,形成合成信號(hào)。這個(gè)合成信號(hào)的幅度會(huì)表現(xiàn)為快速的起伏變化。

快衰落的速度較快,通常在幾毫秒到幾十毫秒內(nèi)就能發(fā)生明顯變化。它反映的是瞬時(shí)值的快速波動(dòng)。

慢衰落(Slow Fading)

是指信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間緩慢變化的現(xiàn)象。這種變化通常是由信號(hào)在傳播路徑上遇到的大型障礙物(如建筑物、山脈等)引起的。這些障礙物會(huì)阻擋部分信號(hào),導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間發(fā)生變化。

慢衰落主要由大型障礙物阻擋信號(hào)產(chǎn)生。這些障礙物會(huì)在信號(hào)傳播路徑上形成陰影區(qū)域,使得接收端的信號(hào)強(qiáng)度下降。

慢衰落的速度較慢,可能在幾秒鐘到幾分鐘內(nèi)才發(fā)生明顯變化。它反映的是瞬時(shí)值加權(quán)平均后的中值變化。

衰落的程度取決于發(fā)射機(jī)、接收機(jī)或反射信號(hào)的物體移動(dòng)的速度有多快。

6、衰落的解決辦法:

快衰落的解決辦法:

解決快速衰落的方法是采用時(shí)域均衡器,即:

一個(gè)已知信號(hào)(訓(xùn)練序列)被發(fā)送并在接收端用于估計(jì)信道。然后,利用信道響應(yīng)的逆來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡處理。

CDMA系統(tǒng)使用RAKE均衡器來解決不同路徑的問題,并將它們以建設(shè)性方式合并。

時(shí)域均衡器在信道帶寬較低時(shí)表現(xiàn)良好。當(dāng)符號(hào)時(shí)間變短時(shí),濾波器長(zhǎng)度會(huì)增加,從而導(dǎo)致復(fù)雜度成為一個(gè)問題。一種解決方案是正交頻分復(fù)用(OFDM,用于LTE下行鏈路)。

慢衰落的解決辦法:

慢衰落導(dǎo)致信號(hào)幅度在某些時(shí)間低于噪聲基底。在這段時(shí)間內(nèi),會(huì)發(fā)生比特錯(cuò)誤。比特錯(cuò)誤的持續(xù)時(shí)間取決于傳播信道。

解決慢衰落的方法是采用分集技術(shù):

時(shí)域分集(Time domain diversity)

頻域分集(Frequency domain diversity)

空間分集(Space diversity)

極化分集(Polarization diversity)

下一部分講繼續(xù)介紹各個(gè)分集技術(shù)的方法。

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