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1、北京联合大学电波多径传播及衰落的分析与研究学 院： 信息学院 姓 名： 班 级： 2011年11月1日电波多径传播及衰落的分析与研究摘要：随着无线通信的迅速发展，无线通信在日常生活中的地位越来越重要，无线通信的电波传输是一个非常复杂的问题，在通信系统中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波，电波在传播信道中的多径传输就会引起干涉延时效应，产生多径效应。这些不同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性，导致接收信号呈衰落状态；这些电磁波射线到达的时延不同，又导致码间干扰。若多射线强度较大，且时延差不能忽略，则会产生
2、误码，这种误码靠增加发射功率是不能消除的，即多径衰落，它也是产生码间干扰的根源。关键字：无线通信；反射；折射；多径效应；多径衰落Abstract:These different paths to reach the phase of the electromagnetic radiation possessed sometimes inconsistent variability, resulting in the received signal was fading state; these different electromagnetic radiation to reach the d
3、elay, but also lead to inter-symbol interference. If the multi-ray intensity is greater and the time delay difference can not be ignored, it will produce error, this error by increasing the transmit power can not be eliminated, and the resulting decline of multi-path effects have called multipath fa
4、ding, it is also produced inter-symbol interference source.Key words: Wireless communication;reflection refraction;multipatheffect;multipath fading一、多径传播：多径传播是指无线电波在传播时通过了两个以上不同长度的路径到达接收点，接收天线检测的信号是几个不同路径传来的电场强度之和。多径传播也会引起信号畸变。在无线通信领域，多径指无线电信号从发射天线经过多个路径抵达接收天线的传播现象。大气层对电波的散射、电离层对电波的反射和折射，以及山峦、建筑等地表物
5、体对电波的反射都会造成多径传播。多径会导致信号的衰落和相移。瑞利衰落就是一种冲激响应幅度服从瑞利分布的多径信道的统计学模型。对于存在直射信号的多径信道，其统计学模型可以由莱斯衰落描述。在电视信号传输中可以直观地看到多径对于通信质量的影响。通过较长的路径到达接收天线的信号分量比以较短路径到达天线的信号稍迟。因为电视电子枪扫描是由左到右，迟到的信号会在早到的信号形成的电视画面上叠加一个稍稍靠右的虚像。基于类似的原因，单个目标会由于地形反射在雷达接收机上产生一个或多个虚像。这些虚像的运动方式与它们反射的实际物体相同，因此影响到雷达对目标的识别。为克服这一问题，雷达接收端需要将信号与附近的地形图相比对
6、，将由反射产生的看上去在地面以下或者在一定高度以上的信号去除。在数字无线通信系统中，多径效应产生的符号间干扰（intersymbol interference，ISI）会影响到信号传输的质量。时域均衡、正交频分复用（OFDM）和Rake接收机都能用于对抗由多径产生的干扰。多径效应（multipatheffect）是指电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。在实际的无线电波传播信道中(包括所有波段)，常有许多时延不同的传输路径。各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也就随时间而变化，由此引起合成波场的随机变化，从而形成总的接收场的衰落。因此，多径效应是衰落的重要成因
7、。多径效应对于数字通信、雷达最佳检测等都有着十分严重的影响一般我们在研究地面对电波反射时，通常都是按照平面波处理的，假定在反射点的入射角度等于反射角度，因此造成电波的相位反相。接收端的接收信号是直达波和多个反射波的合成。由于大气折射是随时间变化的，传播路径差也会随时间和地形地物而变化。那么多径信号如果同相，则相加；如果反相，则抵消。由此造成接收端信号的幅度变化，称为衰落。由于这种衰落是由多径引起的，因此，称之为多径衰落。 在FM（调频）无线电广播中，在发射台和接收机之间，信号出现了二个或更多个的传播途径的情况。多径传播效应是由于大型建筑物或山脉反射信号所引起的。接收天线将会收到直达信号和经反射
8、而有延迟的信号。多径效应会产生失真，在收看电视节目时，多径传播效应便会让图像出现“重影”。传播的多径效应经常发生而且很严重。它有两种形式的多径现象：一种是分离的多径，由不同跳数的射线、高角和低角射线等形成，其多径传播时延差较大；另一种是微分的多径，多由电离层不均匀体所引起，其多径传播时延差很小。对流层电波传播信道中的多径效应问题也很突出。多径产生于湍流团和对流层层结。在视距电波传播中，地面反射也是多径的一种可能来源。多径效应不仅是衰落的经常性成因，而且是限制传输带宽或传输速率的根本因素之一。在短波通信中，为保证电路在多径传输中的最大时延与最小时延差不大于某个规定值，工作频率要求不低于电路最高可
9、用频率的某个百分数。这个百分数称为多径缩减因子，是确定电路最低可用频率的重要依据之一。对流层传播信道中的抗多径措施，通常有抑制地面反射、采用窄天线波束和分集接收等。二、多径衰落：1、概念：所谓衰落，一般是指信号电平随时间的随机起伏，根据引起衰落的原因分类，大致可以分为吸收型衰落和干涉型衰落。吸收型衰落主要是由于传输煤质的电参数发生变化，使得信号在煤质中的衰减发生相应的变化而引起的；干涉型衰落主要是由于随机多径干涉现象引起的。同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性，导致接收信号呈衰落状态；这些电磁波射线到达的时延不同，又导致码间干扰。若多射线强度较大，且时延差不能忽略，则会产生误码，这种误
10、码靠增加发射功率是不能消除的，而由此多径效应产生的衰落叫多径衰落，它也是产生码间干扰的根源。对于数字通信、雷达最佳检测等都会产生十分严重的影响。1、多径衰落是指在微波信号的传播过程中,由于受地面或水面反射和大气折射的影响,会产生多个经过不同路径到达接收机的信号,通过矢量叠加后合成时变信号.多径衰落可分为平衰落和频率选择性衰落。2、信道时变多径特性造成接收信号电平的起伏现象被称为多径衰落.通常在移动信道中信号电平的起伏呈瑞利分布时这种信道称为瑞利衰落信道。3、由于这种衰落由多径引起的所以称为多径衰落.在移动通信中多径衰落 以瑞利(Rayleigh)衰落为主,他是移动台在移动中受到不同路径来的同一
11、信号源的折射或反射等信号所产生,他的变化是随机的,因此只能用统计或概率的观点来定量描述4、前者是由多径引起的,因此又称为多径衰落,它服从瑞利(Rayleigh)分布.它可能包含一段Text文本或一幅图片.g为真实重力值5、因此合成信号起伏很大,称为多径衰落.在分析卫星移动信道传播特性的概率分布模型时,多径效应主要是用瑞利分布描述衰落，简单的说是指接收点信号电平因受各种因素影响而随时间变化叫衰落。多径传播是由于无线传播环境的影响，在电波的传播路径上电波产生了反射、绕射和散射，这样当电波传输到接收天线时，信号不是单一路径来的，而是许多路径来的多个信号的叠加 因为电波通过各个路径的距离不同，所以各个
12、路径电波到达接收机的时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，有时是同相叠加而加强，有时是反相叠加而减弱。这样接收信号的幅度将急剧变化，即产生了所谓的多径衰落。2、分类：1、瑞利衰落如果各条路径传输时延差别不大，而传输波形的频谱较窄（数字信号传输速率较低），则信道对信号传输频带内各频率分量强度和相位的影响基本相同。此时，接收点的合成信号只有强度的随机变化，而波形失真很小。这种衰落称为一致性衰落，或称平坦型衰落。如果发送端发射一个余弦波Acost，接收端接收到的一致性衰落信号是一个具有随机振幅和随机相位的调幅调相波，从频域来看，由单一频率变成了一个窄带频谱，这叫频率弥散。可见衰落信
13、号实际上成为一个窄带随机过程，它的包络的一维统计特性服从瑞利分布，所以通常又称为瑞利衰落。2、频率选择性衰落如果各条路径传输时延差别较大，传输波形的频谱较宽（或数字信号传输速率较高），则信道对传输信号中不同频率分量强度和相位的影响各不相同。此时，接收点合成信号不仅强度不稳定而且产生波形失真，数字信号在时间上有所展宽，这就可能千万前后码元的波形重叠，出现码间（符号间）干扰。这种衰落称为频率选择性衰落，有时也简称选择性衰落3、基本特性：多径衰落的基本特性表现在信号幅度的衰落和时延扩展。1、从空间角度考虑多径衰落时，接收信号的幅度将随着移动台移动距离的变动而衰落，其中本地反射物所引起的多径效应表现为
14、较快的幅度变化（快衰落），而其局部均值是随距离增加而起伏的，反映了地形变化所引起的衰落以及空间扩散损耗（慢衰落）； 2、从时间角度考虑，由于信号的传播路径不同，所以到达接收端的时间也就不同，当基站发出一个脉冲信号时，接收信号不仅包含该脉冲，还将包括此脉冲的各个延时信号，这种由于多径效应引起的接收信号中脉冲的宽度扩展现象称为时延扩展。4、防范措施：1、分集接收：衰落作为一种乘性干扰，严重影响着通信系统的性能，因此必须采取相应的措施加以克服。比较有效的抗衰落措施有：分集接收就是将在接收端分散接收到的几个衰落情况不同（相互统计独立）的合成信号，再以一定的方式将它们合并集中，使总接收信号的信噪比得到改
15、善，衰落的影响减小。这是一种历史较久、应用较广的克服衰落影响的有效方法。可用的分集方式有：空间分集、频率分集，角度分集、极化分集、时间分集等。2、信号设计：所谓信号设计就是针对信道的情况，设计具有较强抗衰落能力的信号，并在发端收端采用相应的调制和检测技术。如采用多进制信号 、时频相调制技术以及时频调制信号、伪噪声编码（伪随机编码）等扩频通信技术。3、自适应通信技术：主要自适应均衡技术，就是根据信道对信号的影响，调整接收机参数，以抵消上述影响。例如，在数字微波通信中等容量的系统中，常 以频域自适应均衡器对信道的频率特性进行补偿。在大容量系统中，除采用频域均衡器外，还采用了对波形进行补偿的时域自适应均衡器，效果显著。参考文献【1】 许雪梅，杨延嵩 天线技术西安：西安电子科技大学出版社，2009【2】 百度百科：http:/ 百度百科：http:/ IT168：http:/ 通信世界网：http:/ 维
