什么是多径效应_多径效应的简介及描述参数

　　什么是多径效应？多径效应（multipath effect）是指电磁波经不同路径传播后，各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真，或者产生错误。比如电磁波沿不同的两条路径传播，而两条路径的长度正好相差半个波长，那么两路信号到达终点时正好相互抵消了（波峰与波谷重合）。这种现象在以前看模拟信号电视的过程中经常会遇到，在看电视的时候如果信号较差，就会看到屏幕上出现重影，这是因为电视上的电子枪从左向右扫描时，用后到的信号在稍靠右的地方形成了虚像。因此，多径效应是衰落的重要成因。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。

　　多径效应简介

　　多径效应移动体（如汽车）往来于建筑群与障碍物之间，其接收信号的强度，将由各直射波和反射波叠加合成。多径效应会引起信号衰落。各条路径的电长度会随时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。这些分量场的随机干涉，形成总的接收场的衰落。各分量之间的相位关系对不同的频率是不同的。因此，它们的干涉效果也因频率而异，这种特性称为频率选择性。在宽带信号传输中，频率选择性可能表现明显，形成交调。与此相应，由于不同路径有不同时延，同一时刻发出的信号因分别沿着不同路径而在接收点前后散开，而窄脉冲信号则前后重叠。

　　在无线通信的信道中，电波传播除了直射波和地面反射波之外，在传播过程中还会有各种障碍物所引起的散射波，从而产生多径效应。

　　所谓多径效应是指：无线信号在经过短距离传播后其幅度快速衰落，以致大尺度影响可以忽略不计，而这种衰落是由于同一传播信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉所引起的，这些波称为多径波，接收机天线将它们合成一个幅度和相位都急剧变化的信号，其变化程度取决于多径波的强度、相对传播时间以及传播信号的带宽。

　　多径效应描述参数

　　多径时延特性可用时延谱或多径散布谱（即不同时延的信号分量平均功率构成的谱）来描述。与时延谱等价的是频率相关函数。实际上，人们只简单利用时延谱的某个特征量来表征。例如，用最大时延与最小时延的差，表征时延谱的尖锐度和信道容许传输带宽。这个值越小，信道容许传输频带越宽。

　　无线信道的多径性，会导致小尺度衰落的多径性，多径传播导致经过短距离或短时间传播后信号强度的急速变化，对不同的多径信号，存在着时变的多普勒频移引起的随机频率调制。

　　多径信道的特性可以用以下一些参数描述：时间色散参数、带宽、多普勒扩展、相干时间以及衰落。时延展宽和相干带宽是用于描述本地信道时间色散特性的两个参数。然而，它们并未提供描述信道时变特性的信息。这种时变特性或是由移动台与基站间的相对运动引起的，或是由信道路径中物体的运动引起的。多普勒扩展和相干时间就是描述小尺度内信道时变特性的两个参数。

　　时间色散

　　时延扩展是由反射及散射时传播路径引起的现象。多径效应在时域上造成数字信号波形的展宽。

　　假设基站发射一个极短的脉冲信号，经过多径信道后，移动台接收到的信号呈现为一串脉冲，结果使脉冲宽度被展宽。这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为多径时散。由于多径性质是随时间而变化的，如果进行多次发送试验，则接收到的脉冲序列是变化的，如图3所示，图中包括脉冲数量N的变化、脉冲大小的变化及脉冲时延差的变化。

 

　　图中（a） N=3，（b）N=4，（c）N=5

　　在接收方收到的信号为N个不同路径传播的信号之和，即：

　　式中：为第条路径的衰减系数；为第条路径的相对延时差。

　　由于实际上各个脉冲幅度是随机变化的，它们在时间上可以互不重叠，也可以相互重叠，甚至随移动台周围散射体数目的增加，所接收到离散脉冲会变成有一定宽度的连续信号脉冲。

　　设E（t）为接收到的离散信号的归一化包络特性曲线，它是以不同的时延信号所构成的时延谱。E（t）的一阶矩为平均多径时延τ；E（t）的均方根为多径时延散布，称为时延扩展，记作，它表示多径时延程度。

　　Δ越大时延扩展越严重；Δ越小时延扩展越轻。

　　在测定最大时延扩展时，一般是用包络下降30dB时测定的时延值。通常情况下，市区的时延扩展要比郊区大，为了避免码间干扰，在无抗多径措施时，则要求信号的传输速率比1/ Δ低得多。

　　相关带宽

　　相干带宽是一定范围内频率的统计测量值，是建立在信道上所有谱分量均以几乎相同的增益及线性相位通过的基础上的。也就是说，相干带宽是指一特定的频率范围，在该范围内，两个频率分量有很强的幅度相关性。频率间隔大于Bc的两个正弦信号受信道影响大不相同。如果相干带宽定义为频率相关函数大于0.9的某特定带宽，则相干带宽近似为：

　　式中σt为时延扩展。

　　如果将定义放宽到相关函数值大于0.5，则相干带宽近似为：

　　到目前为止，相干带宽与时延扩展之间不存在确定的关系。一般来说，谱分析技术与仿真可用于确定时变多径系统对某一特定发送信号的影响。因此，在无线应用中，设计特定的调制解调方式必须采用精确的信道模型。

　　多普勒扩展

　　多普勒扩展BD是谱展宽的测量值，这个谱展宽是移动无线信道的时间变化率的一种量度。多谱勒扩展定义为一个频率范围，在此范围内接收的多普勒谱有非0值。当发送频率为f的纯无线信号时，接收信号谱即多谱勒谱在 fc-fd至fc+fd范围内存在分量，fd是多谱勒频移。如果基带信号带宽远大于BD，则在接收机端可忽略多普勒扩展的影响，这是一个慢衰落信道。

　　相干时间是多普勒扩展在时域中的表示，用于在时域中描述信道频率色散的时变特性，用Tc表示，它与频率成反比。

　　相干时间是信道冲激响应保持不变的时间间隔统计平均值。也就是说，相干时间是指一段时间间隔，在此间隔内，两个到达信号有很强的幅度相关性。如果基带信号带宽的倒数大于信道相干时间，那么传输中的基带信号可能会发生改变，导致接收机信号失真。如时间相关函数定义大于0.5时，相干时间近似为：

　　式中fm是多普勒频移。