频率选择性衰落和时间选择性衰落详解

引言

当移动台移动时，接收信号衰落的具体类型由传输方案和信道特点决定。传输方案由信号的参数确定，如信号带宽和符号周期。无线信道的特点由两种不同的信道参数描述，它们是多径时延扩展和多普勒扩展。多径时延扩展和多普勒扩展分别引起时间色散效应和频率色散效应，根据时间色散的程度或频率色散的程度，它们将分别引起频率选择性衰落或时间选择性衰落。

频率选择性衰落

多径时延扩展—>时间色散—>频率选择性衰落（主要由信号带宽决定）
先说结论：
若信号的符号周期小于信道的RMS（均方根）时延扩展，信号的带宽大于信道相关带宽。即Bs>Bc和T<**（见下图），则会产生频率选择性衰落。

若信号的符号周期大于信道的RMS（均方根）时延扩展，信号的带宽小于信道相关带宽。即Bs<Bc和T>**（见下图），则信号会经过平坦的频率响应，经历非频率选择性衰落。

对于频率选择性衰落有两种理解方式：

从时域来看，由于RMS时延扩展大于符号周期，因此前一个符号被扩展了，该结束的时候没有结束，在下一个符号到来时还没结束，因此对后来的符号产生了影响，即ISI符号间干扰
从频率域来看，由于信号的频谱过宽，在通过信道时候，高频部分被截断，因此导致了失真。

时间选择性衰落

多普勒扩展—>频率色散—>时间选择性衰落
先说结论：
符号周期：T
信道相干时间：Tc
多普勒频谱带宽：Bd
信号带宽：Bs

若T>Tc和Bs<Bd，此时平坦，不衰落
若T<Tc和Bs>Bd，此时快衰落
若T>>Tc和Bs<<Bd，此时慢衰落

对于时间选择性衰落有两种理解方式：

从时域来看，由于信道相干时间大于符号周期，因此相干时间段内会有≥2个符号同时通过信道。因为信道是和其中的信息进行卷积运算，所以后来的符号会对前面的符号产生影响，导致了失真。对于快衰落，是在相干时间内同时有好几个符号。对于慢衰落，是在相干时间内同时有好几十个甚至上百个符号。
从频率域来看，多普勒频移使得信号频谱被展宽，因此产生了失真

本文参考：《MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB》