2.2 无线信道

2.2.1 移动通信信道概述

移动通信信道是移动通信首先要遇到的问题。研究移动通信信道就是要搞清楚无线电信号在移动信道中可能发生的变化和发生这些变化的原因，这与载波频段、传播环境、移动速度、传播的信号形式以及信道上下行方向等都有密切关系，具体移动通信系统的设计、设备开发、网络规划需考虑所有上述方面，但这里主要讨论移动信道的一般方面。在无线通信系统中，由基站发射机到移动台的无线连接为前向链接或下行链接（Downlink），而由移动台到基站接收机的无线连接则称反向链接或上行链接（Uplink），典型地，前向链接和反向链接被分成不同类型的信道。无线电信号无论是在前向链接还是在反向链接的传播，都会以多种方式受到物理信道的影响。由于无线信道的复杂性，一个通过无线信道传播的信号往往会沿一些不同的路径到达接收端，这一现象称为信号的多径传输。虽然电磁波传播的形式很复杂，但一般可归结为反射、绕射和散射三种基本传播方式。

移动通信信道是一种时变信道，无线电信号通过移动信道时会遭到来自不同途径的衰减损耗。一般来说，这些损耗可归纳为三类：电波传播的路径损耗、阴影效应产生的大尺度衰落（或称长区间衰落）、多径效应产生的小尺度衰落（或称短区间衰落），接收信号功率的表示见公式（2-1）。

其中，|d|表示移动台与基站的距离，当移动台运动时，距离是时间的函数，所以接收信号功率也是时间的函数。

无线信道对传输信号的影响可以分为以下三种。

（1）自由空间传播损耗，用|d|-n表示，其中n一般为3～4，表明是在以km为单位的较大范围内接收信号的变化特性。

（2）阴影衰落，又称慢衰落，用S（d）表示，产生衰落是由于传播环境的地形起伏、建筑物和其他障碍物对电波的阻塞或遮蔽引起的衰落；反映在数百波长的区间内，信号的短区间中值出现的缓慢变动，其衰落特性符合对数正态分布。

（3）多径衰落，又称快衰落，用R（d）表示，由于无线电波在空间传播会存在反射、衍射、绕射等，因此造成信号可以经过多条路径到达接收端。而每个信号分量的时延、衰落和相位都不相同，因此在接收端对多个信号分量叠加时，会造成同相增加，异相减小的现象。在数十波长的范围内，接收信号场强的瞬时值呈现快速变化的特征，其衰落特性一般符合瑞利分布。

由于路径损耗和衰落的影响，接收信号要比发射的信号弱的多，对快速移动的用户而言，平均路径损耗变化很慢，信号的变化主要表现为衰落。阴影衰落常称为慢衰落，也称为长期衰落，主要来自建筑物和其他障碍物的阻塞效应。多径衰落常称快衰落，又称短期衰落或Rayleigh衰落，由移动用户附近的多径散射产生。

从移动通信系统工程的角度看，传播损耗和阴影衰落主要影响到无线区的覆盖，而多径衰落则严重影响信号的传输质量，必须采用抗衰落技术减少其影响。下面对多径衰落信道进行进一步讨论。