GSM移动通信系统无线信道的性能分析 第5页
无线电波在空中传播时，除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，到达接收天线的电波不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传输。当电波以不同的时延从不同方向到达接受机时，他们在接收机天线处会通过矢量叠加而形成振幅或大或小的合成信号，振幅的变化取决于来波是否互相加强合成（波峰－波峰）还是互相抵消合成（波谷－波谷）。因此相距不远处的两个接收机的接受信号往往会相差几十个db。无线电波在空中传播时还存在绕射现象，绕射是指电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕过障碍物，再向前传播。一般来讲，频率越高，建筑物越高、越近，影响也越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响也越小。因此，GSM波段（超短波）的绕射能力较弱，在高大建筑物后面会形成所谓的“阴影区”。
在移动通信中，移动中的用户所接受到信号的相位关系也是变化的，因此容易产生大幅度的变化；在更高的频率上，即使移动用户不运动，但如果汽车等散射体经过也会引起周围无线电场的衰落而导致接受电平场强的变化。此外，多径传输的影响，也会使电波的极化方向发生改变，造成有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。例如：钢筋水泥建筑物对超短波的反射能力比砖墙强。因此，无线信道是一种难以估计的不友善信道。为了更深入的研究，我们可以将无线信道的衰落简单分成三层模式，如下(见下图)：
第一层是描述发射机和接受机之间的路径损耗特征的区域平均功率。这是单纯由于路径损耗引起的衰落，一般包括直接视距路径的扩散损耗，由于建筑物、山或森林引起的反射损耗和绕射损耗，建筑物的穿透损耗等
第二层是叠加在路径损耗区域平均功率上的慢衰落平均功率，服从对数正态分布。主要是由于阴影衰落所引起的，通常是由于建筑物、树和树叶遮挡所产生，是慢衰落。分为大尺度模式（遮挡物超过100m）和中尺度模式（遮挡物在100米以内），都服从对数正态分布。
第三层是再叠加在呈对数正态分布的慢衰落平均功率上的快衰落瞬时功率，它服从莱斯（GSM 视线范围内的衰落）或瑞利分布（非视线范围内的衰落），是快衰落（小尺度模式）。这种衰落是由于发射的电磁波被散射体，如房屋、建筑物、树林等反射、绕射、散射而产生的多径效应造成的。
图4-2无线信道衰落
多径衰落是深衰落（如瑞利衰落），会带来很多的问题，我们应当尽可能的避免。下面就集中描述一下多径信道的特点。
a)多径传播
由多径传播所引起的接受信号短期起伏称为小尺度衰落（快衰落）。各条多径信号的不同传播路径长度产生不同的传播时延，称之为多径分支。（如下图）
4-3多径分支
由于各条多径分支的功率是时变的，而各路多径信号到达接收机的相位是不同的，因此产生衰落，而衰落的深度取决于信道的类型。在直接视线不可接触的范围内，快衰落的信道类型为瑞利衰落。瑞利衰落的是最严重的移动无线衰落信道。因为视线不可及，因此没有一个绝对占优势的信道，所有的多径信道都是独立的，没有一个占优，因此造成的衰落很深；而在直接视线接触的范围内，快衰落的信道类型则是莱斯衰落，莱斯衰落的深度较之前者为浅。这是因为视距路径就是一条占优势的信道。多径信道的各种影响可以用下面一些概念来描述。
b）延迟扩展
由于多径反射，无线信号将沿着不同的路径传播到接收机处。每条路径都有着不同的路径长度，所以每条路径到达接收机的时间是不同的，这使得接收机在时域窗口内接受到的信号轮廓不清或被扩展。这种现象称为延迟扩展。
图4-4
例如，上图中（图4-4），发射机发出一个冲激，在接收机端接受到的信号是若干个振幅衰减的连续脉冲，而这些脉冲构成的包络是一个在时域上扩展了的脉冲包，它与发射端相比显得轮廓变得平缓不清了。这在数字系统中就会产生码间干扰，从而影响限制传输的最大码率。
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