无线通信 - 信道特性

无线信道容易受到各种传输障碍的影响，例如路径损耗、干扰和阻塞。这些因素限制了无线传输的范围、数据速率和可靠性。

路径类型

这些因素对传输的影响程度取决于环境条件以及发射器和接收器的移动性。信号到达接收器所遵循的路径有两种类型，例如 −

直接路径

当传输信号直接到达接收器时，可以称为直接路径，信号中存在的分量称为直接路径分量。

多径

当传输信号通过不同的方向经历不同的现象到达接收器时，这种路径称为多径，传输信号的分量称为多径分量。

它们被环境反射、衍射和散射，到达接收器时，相对于直接路径分量，其幅度、频率和相位会发生偏移。

无线信道的特征

无线信道最重要的特性是 −

• 路径损耗
• 衰落
• 干扰
• 多普勒频移

在以下章节中，我们将逐一讨论这些信道特性。

路径损耗

路径损耗可以表示为在给定路径上，发射信号的功率与接收器接收到的相同信号的功率之比。它是传播距离的函数。

• 路径损耗估计对于设计和部署无线通信网络非常重要

• 路径损耗取决于许多因素，例如所使用的无线电频率和地形性质。

• 自由空间传播模型是最简单的路径损耗模型，其中发射器和接收器之间存在直接路径信号，没有大气衰减或多径分量。

在此模型中，发射功率P_t与接收功率P_r之间的关系由以下公式给出

其中

• G_t 是发射机天线增益

• G_r 是接收机天线增益

• d 是发射机和接收机之间的距离

• λ 是信号的波长

双向模型也称为双路径模型，是广泛使用的路径损耗模型。上面描述的自由空间模型假设从发射机到接收机只有一条路径。

实际上，信号通过多条路径到达接收机。双路径模型试图捕捉这种现象。该模型假设信号通过两条路径到达接收器，一条是视线路径，另一条是接收反射波的路径。

根据双路径模型，接收功率由下式给出

Where

• p_t 是发射功率

• G_t 表示发射端的天线增益

• G_r 表示接收端的天线增益

• d 是发射端和接收端之间的距离

• h_t 是发射端的高度

• h_r 是接收端的高度

衰落

衰落是指接收端接收到信号时信号强度的波动。衰落可分为两种类型 −

• 快速衰落/小规模衰落和
• 慢速衰落/大规模衰落

快速衰落是指由于同一传输信号的多个版本在略微不同的时间到达接收器时相互干扰，导致接收信号的幅度、相位或多径延迟快速波动。

接收信号的第一个版本与最后一个回波信号之间的时间称为延迟扩展。发射信号的多径传播会导致快速衰落，这是由于三种传播机制造成的，即 −

• 反射
• 衍射
• 散射

多个信号路径有时在接收器处可能建设性地增加，有时也可能破坏性地增加，从而导致接收信号的功率水平发生变化。接收到的快速衰落信号的单个包络据说遵循瑞利分布，以查看发射器和接收器之间是否没有视距路径。

慢衰落

慢衰落这个名字本身就意味着信号慢慢地消失。慢衰落的特点如下。

• 当部分吸收传输的物体位于发射器和接收器之间时，就会发生慢衰落。

• 之所以称为慢衰落，是因为衰落的持续时间可能持续数秒或数分钟。

• 当接收器位于建筑物内，并且无线电波必须穿过建筑物的墙壁时，或者当接收器被建筑物暂时与发射器隔离时，可能会发生慢衰落。阻碍物会导致接收信号功率随机变化。

• 慢衰落可能导致接收信号功率发生变化，尽管发射器和接收器之间的距离保持不变。

• 慢衰落也称为阴影衰落，因为导致衰落的物体(可能是大型建筑物或其他结构)会阻挡从发射器到接收器的直接传输路径。

干扰

无线传输必须对抗来自各种来源的干扰。两种主要的干扰形式是 −

• 相邻信道干扰和
• 同信道干扰。

在相邻信道干扰情况下，邻近频率中的信号具有其分配范围之外的分量，并且这些分量可能会干扰相邻频率中正在进行的传输。可以通过在分配的频率范围之间小心地引入保护带来避免这种情况。

同信道干扰，有时也称为窄带干扰，是由于其他附近的系统使用相同的传输频率而引起的。

符号间干扰是另一种干扰，接收信号的失真是由时间扩展和信号中各个脉冲随之重叠引起的。

自适应均衡是一种常用的对抗符号间干扰的技术。它涉及将分散的符号能量收集到其原始时间间隔中。均衡过程中使用复杂的数字处理算法。