移动通信信道 — 径传播特性及定量描述

Answer 1

移动通信信道中，电波传播损耗特性是影响信号传输质量的关键因素。信号在传播过程中，会受到不同类型的损耗。其中，传播损耗（路径损耗）是长程范围内的信号电平变化，主要由发射机与接收机之间的距离决定，路径的衰减因子n在自由空间时为2，一般情况下为3～5。此外，阴影衰落（慢衰落）是短程范围内的信号电平变化，主要由大型障碍物的遮挡引起，包括地形起伏、人造建筑物等。小尺度衰落（快衰落）则主要由多径效应和多普勒效应引起，数十波长量级内的信号电平变化，接收信号场强的瞬时值快速变化，变化幅度可达30dB。为了应对大尺度衰落和小尺度衰落的影响，设计合理的网络规划是必要的。

多径传播是移动环境下信号接收的重要现象，它对接收信号产生显著影响。多径传播的基本概念是指信号到达接收端的路径有多个，这种现象会导致接收信号在不到一个波长范围内会出现几十分贝的电平变化和剧烈的相位摆动，同时延长信号到达接收机的时间，引起码间串扰。多径传播的影响需要通过抗衰落技术，如分集、均衡、编码等方法来缓解。

多普勒频移是当发射源与接收体之间发生相对运动时，接收频率与发射频率之差的现象。接收信号的频率与发射信号的频率不一致，多普勒频移与移动台的运动速度及移动方向与无线电波入射方向之间的夹角有关。频率变化值随移动台的运动方向而变化，朝向入射波方向移动时多普勒频移为正值，背向入射波方向移动时多普勒频移为负值。

描述多径衰落信道的主要参数包括衰落率、电平通过率（LCR）和平均衰落持续时间。衰落率定义为信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数，与发射频率、移动台行进速度、方向及多径传播的路径数有关。电平通过率定义为包络在单位时间以正斜率通过某规定电平R的次数。平均衰落持续时间定义为信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平值所对应的电平通过率之比。接收信号电平低于接收机门限电平时，可能造成语音中断或误比特率突然增大。平均衰落持续时间可以判断通信受影响的程度，确定是否会发生突发错误及突发错误的长度。

时延扩展与相关带宽是描述多径衰落信道的另一个关键参数。时延扩展定义为多径传播造成的信号时间扩散，多径时散现象使得在数字传输中，信号时间扩散造成接收数字信号波形展宽，接收信号中一个码元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰，增大误码率。为了避免码间串扰，需要使码元周期大于多径引起的时延扩展，或者使信号传输速率低于时延扩展的倒数。平坦衰落与频率选择性衰落是根据数据传输速率的不同，对多径信号的干扰程度进行区分，数据传输速率低时，多径信号不会干扰整个码元，信号带宽小于信道相关带宽，为平坦衰落；数据传输速率高时，多径信号干扰码元程度高，信号带宽大于信道相关带宽，为频率选择性衰落。