无线信道模拟设计 第7页

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2.4.2 大尺度衰落
电波在传播路径上遇到地形起伏、建筑物及其它障碍物的阻挡会形成电磁场的阴影，从而产生阴影效应，当移动台通过不同障碍物的阴影时，就造成接收场强中值的变化，这种由于阴影效应导致接收场强中值随地理位置改变，而出现的缓慢变化称为大尺度（慢）衰落。
另外，由于气象条件变化，导致大气折射系数随时间变化，也会造成同一地点的场强中值随时间而缓慢变化。
大量统计测试表明，大尺度（慢）衰落近似服从对数正态分布。所谓对数正态分布是以分贝数表示的信号电平为正态分布。
在陆上移动通信中，通信距离一般在数十公里之内。由于信号中值随时间的变动远小于随位置的变动，因此通常忽略大尺度（慢）衰落的影响，但在定点通信中，则必须考虑它。
2.4.3 衰落特性
通常用衰落率、电平交叉率、平均衰落周期，以及衰落持续时间等特征量来描述信道的衰落特性。
1）衰落率
衰落率是指信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数。简单地说，衰落率就是信号包络衰落的速率。衰落率与发射频率、移动台行进速度和方向，以及多径传播的路径数有关。测试结果表明，当移动台行进方向朝着或背着电波传播方向时，衰落最快。频率越高，速度越快，则平均衰落率的值越大。
2）衰落深度
衰落深度，即信号的有效值与该次衰落的信号最小值的差值。
3）电平通过率
电平通过率，定义信号包络单位时间内以正斜率通过某一规定电平值R的平均次数，描述衰落次数的统计规律。可见，衰落率是电平通过率的一个特例，即规定的电平值为信号包络的中值。

4）衰落持续时间
平均衰落持续时间，定义信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平所对应的电平通过率之比，由于衰落是随机发生的，所以只能给出平均衰落持续时间。当接收信号电平低于接收机门限电平时，就可能造成语音中断或误比特率增大，了解接收信号电平低于某个门限的持续时间的统计规律，就可以判定语音受影响的程度，以及在数字通信中是否会发生突发性错误和突发性错误的长度。
3  小尺度传播模型
基于不同角度，对小尺度衰落的基本分类如下
以下的分析及研究都是主要基于多径时延扩展来研究小尺度衰落。
3.1 平坦衰落信道
 平坦小尺度衰落信道的仿真，即为单径瑞利信道仿真，仿真平坦衰落信道实质上就是产生一个复高斯随机过程。仿真的主要方法有两类：第一类是正弦波叠加法，以Jakes仿真模型的应用最为广泛；第二类是成形滤波器法，即频率法。下面简单介绍这两种方法的基本原理及模拟方法。
3.1.1 Jakes仿真的方法
1. 基本原理分析
Jakes采用无穷加权谐波的叠加技术来仿真高斯随机过程。假设发射信号是垂直极化的，接收端波形表示为经历了N条路径的一系列平面波的叠加：
                                         (3-1)
      式中， 为电场余弦波的幅度，为载波角频率，为最大多普勒频移。、及均为随机变量，且相互独立，表示第n条路径的衰落因子，表示第n条路径的到达角，表示第n条路径的附加相移，不同路径的附加相移是互相独立的，且是在[0，2π)均匀分布的随机变量。由上式可见，平坦衰落的随机信号可以用N组独立的随机变量（、、）表示，n=1,2,…,N。
将归一化，使其具有单位功率，则式（4-1）变为：
                                    (3-2)
          为了仿真上式的信号，需要n个低频振荡器，每个对应一个多普勒频移 。为了降低低频振荡器的个数，简化计算，Jakes做了一些假设，选择:                                                  (3-4)
Jakes进一步设定N为：                                 (3-5)
这样，不同的多普勒频移的个数从N降到M+1。
2. 仿真过程
（1）Jakes仿真模型
   仿真框图如图3-1，图中随机变量信赖于 ：

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