无线通信中的衰落类型

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简介

本页介绍无线通信中的衰落基础知识和衰落类型。衰落类型分为大尺度衰落和小尺度衰落（多径延迟扩展和多普勒扩展）。

平坦淡化和频率选择淡化是多径淡化的一部分，其中快速淡化和 缓慢衰落是多普勒扩散衰落的一部分。这些淡化类型是根据 Rayleigh 实现的， Rician、Nakagami 和 Weibull 分布或模型。

简介：
众所周知，无线通信系统由发射器和接收器组成。从发射器到接收器的路径不平坦，传输的信号可能会消失 通过各种衰减，包括路径损耗、多路径衰减等。通过路径的信号衰减取决于各种因素。他们是 时间、射频和发射器/接收器的路径或位置。发射器和接收器之间的通道可以是时变的或固定的，具体取决于 发射器/接收器是固定的还是彼此移动的。

什么是衰落？

由于传输介质或路径的变化而导致的接收信号功率的时间变化称为衰落。淡化取决于上述各种因素。在固定情况下，衰落取决于大气条件，例如降雨、闪电等。在移动场景中，衰落取决于路径上的障碍物，这些障碍物随时间而变化。这些障碍物会对传输的信号产生复杂的传输效果。

图 1 描述了慢速衰落和快速衰落类型的振幅与距离的关系图，我们将在后面讨论。

衰落类型

考虑到各种与信道相关的损伤和发射机/接收机的位置，以下是衰落的类型 在无线通信系统中。
➤大尺度衰落：它包括路径丢失和阴影效果。

➤小尺度衰落：它分为两大类，即。多径延迟扩展和多普勒扩展。多径延迟扩展进一步分为 平坦淡化和频率选择性淡化。多普勒扩散分为快速衰落和慢速衰落。
➤淡化模型：以上淡化类型在各种模型中实现或 分布包括 Rayleigh、Rician、Nakagami、Weibull 等。

众所周知，衰落信号是由于地面和周围建筑物的反射而发生的，因为 以及来自大面积树木、人和塔楼的分散信号。有两种类型的淡化，即大比例淡化和小规模淡化。

1.） 大尺度衰落

当发射器和接收器之间有障碍物时，就会发生大规模衰落。这种干扰类型会导致信号强度显著降低。这是因为 EM 波被障碍物遮挡或阻挡。它与信号随距离的大幅波动有关。

1.a） 路径损耗

自由空间路径损耗可以表示如下。
➤ Pt/Pr = {（4 * π * d）2/ λ2} = （4*π*f*d）2/c2
其中，
Pt = 发射功率
Pr = 接收功率
λ = 波长
d = 发射和接收天线
之间的距离 c = 光速，即 3 x 108

从方程式中可以看出，随着信号从越来越大的区域传播，传输的信号会随着距离的增加而衰减。传输端朝向接收端。

1.b） 阴影效果

• 在无线通信中观察到。阴影是 EM 信号的接收功率与平均值的偏差。
• 这是发射器和接收器之间路径上障碍物的结果。
• 这取决于地理位置以及 EM（电磁）波的射频。

2. 小尺度衰落

小尺度衰落与接收信号强度的快速波动有关 短距离和短时间。

基于多径延迟扩展，有 两种类型的小规模衰落，即平坦淡化和频率选择性衰落。这些多路径衰落类型取决于传播环境。

2.a） 平坦衰落

如果出现 在带宽范围内具有恒定的增益和线性相位响应 大于传输信号的带宽。

在这种类型的衰落中，接收信号的所有频率分量同时以相同的比例波动。它也被称为非选择性衰落。

• 信号 BW << 通道 BW
• 符号周期 >> 延迟扩展

平坦褪色的影响被视为 SNR 的降低。这些平坦的衰落通道称为振幅变化 信道或窄带信道。

2.b） 频率选择性衰落

它影响具有不同振幅的无线电信号的不同频谱分量。因此得名 selective fadeding。

• 信号 BW > 通道 BW
• 符号周期 < 延迟扩展

根据多普勒扩散，有两种类型的衰落，即。快速淡化和慢淡化。这些多普勒扩散衰落类型取决于 移动速度，即接收器相对于发射器的速度。

2.c） 快速衰落

快速衰落的现象由小区域（即带宽）上的信号。当信号从平面中的所有方向到达时， 将观察到所有运动方向的快速淡化。

当通道脉冲响应时发生快速衰落 在 symbol duration 内变化非常快。

• 高多普勒扩散
• 符号周期>相干时间
• 信号变化 < 通道变化

此参数导致频率色散或 由于多普勒扩散而导致的时间选择性衰落。快速淡化是局部对象反射的结果，并且 对象相对于这些对象的运动。

在快速衰落中，接收信号是众多信号的总和 它们从各种表面反射。此信号是多个信号的总和或差值，其中 可以是基于相对的 它们之间的相移。相位关系取决于运动速度， 传输频率和相对路径长度。

快速衰落会扭曲基带脉冲的形状。这种失真是线性的，并产生 ISI（符号间干扰）。自适应均衡通过消除通道引起的线性失真来降低 ISI。

2.d） 缓慢衰落

缓慢衰落是建筑物、丘陵、山脉和 路径上的其他对象。

• 低多普勒扩散
• 符号周期<<相干时间
• 信号变化 >> 信道变化

缓慢的衰落会导致 SNR 丢失。纠错编码和接收器分集技术用于克服缓慢衰落的影响。 

实现衰落模型或衰落分布

衰落模型或衰落分布的实现包括 Rayleigh 褪色，Rician 褪色，Nakagami 褪色和 Weibull 褪色。这些通道分布或模型旨在将衰落合并到基带数据信号中 根据淡化配置文件要求。

瑞利衰落

• 在 Rayleigh 模型中，发射器和接收器之间仅模拟非视距 （NLOS） 分量。假设 发射器和接收器之间不存在 LOS 路径。
• MATLAB 提供 “rayleighchan” 函数进行仿真 Rayleigh Channel 模型。
• 功率呈指数分布。
• 相分布均匀，独立于 波幅。它是无线通信中最常用的淡化类型。

Rician 衰落

• 在里西亚模型中，发射器和接收器之间的视线 （LOS） 和非视距 （NLOS） 分量都被模拟。

• MATLAB 提供 “ricianchan” 函数来模拟 rician 通道模型。

Nakagami 衰落

Nakagami fadding channel 是一种统计模型，用于描述接收到的 sgnal 经历的无线通信信道 多路径衰落。它表示具有中度到重度衰落的环境，例如城市或郊区。以下方程可用于模拟 Nakagami 衰落信道模型。

• 在本例中，我们表示 h = r*ejΦ且角度 Φ 均匀 分布于 [-π， π]
• 假定变量 r 和 Φ 是相互独立的。
• Nakagami pdf 表示如上。
• 在 Nakagami pdf 中，2σ2= E{r2}， Γ（.） 是 Gamma 函数，k >= （1/2） 是淡化数字（自由度与添加的高斯随机数有关 变量）。
• 它最初是根据测量经验开发的。
• 瞬时接收功率是 Gamma 分布的。• k = 1 Rayleigh = Nakagami

Weibull 衰落

该信道是另一种用于描述无线通信信道的统计模型。Weibull 衰落通道通常用于表示具有各种衰落条件的环境 包括弱衰落和重度衰落。

其中，
2σ2= E{r2}

• Weibull 分布表示 Rayleigh 分布的另一种泛化。
• 当 X 和 Y 是 i.i.d. 零均值高斯变量时，包络线 的 R = （X2+ Y2)1/2是 Rayleigh 分布的。• 无论包络如何定义 R = （X2+ Y2)1/2和 相应的 PDF（配电配置文件）是 Weibull 分布式的。
• 以下方程可用于模拟 Weibull 衰落模型。

在此页面中，我们介绍了有关衰落的各种主题，例如什么是衰落通道、其类型、衰落模型、它们的应用、功能等。可以使用此页面上提供的信息来比较和推导出小规模衰落和大规模衰落之间的区别。平坦淡化和频率选择性淡化的区别，快速淡化和慢速淡化的区别， Rayleigh Fading 和 Rician Fading 之间的区别等等。

无线通信中的不同类型的干扰

参考无线通信中不同类型的干扰，包括邻信道干扰 （ACI）、同信道干扰 （CCI）、电磁干扰 （EMI）、ICI（载波间干扰）、ISI（符号间干扰）、 光干扰、声音干扰等。

完