前言

最近由于课题需要一直在研究无线衰落信道的问题，无奈网上文章虽然多，但是大多不全，整体一点的又大多犯了以偏概全的问题，干脆自己边整边写，写完了自己贴一篇出来算了。

无线衰落主要分为大尺度衰落和小尺度衰落两种。

大尺度衰落

指在信号的传播过程中由于通信路径造成的衰落影响，特点是衰落尺度大，即在很大时间范围内都存在的衰落，对信号影响程度小。其中又可以分为路径损耗和阴影衰落。

路径损耗

由电磁波在路径中传播造成的自然衰减，产生原因是空气对电磁波的过滤作用，一般分为自由空间损耗、散射损耗、反射损耗、绕射损耗和吸收损耗等，路径距离越大，衰减程度越大。简单地说，跟你朝某个方向吼一嗓子，离得越远听到的声音越小一个道理，小到一定程度就完全听不清你吼的啥玩意儿了。

阴影衰落

由电磁波的传播被障碍物影响，无法直接到达障碍物电磁阴影处的接收台，从而造成的阴影效应产生，其衰落程度随地理情况改变而缓慢变化。类似大白天站在树荫底下，没法被光直射到所以比旁边暗，但是也不至于跟晚上似的那么暗。

小尺度衰落（多径衰落）

指信号在传播过程中由于多径效应，到达接收台的时间有所不同，使得接收端收到的信号是由发射信号经过多径传输后的矢量合成，多径的随机性使信号的相位也具有随机性，因此接收端信号经过矢量合成后可能发生的严重衰落，此时信号可能在小范围内快速起伏，造成衰落。小尺度衰落根据其是否满足频率选择性衰落条件，可以分为平坦衰落和多径衰落两种，另外，频率选择性衰落、时间选择性衰落和空间选择性衰落在不满足选择性衰落条件时均会变为平坦衰落。

平坦衰落

指多径效应造成的影响不满足选择性衰落条件时的衰落形式，平坦衰落下，在时域上信道波形比信号的波形窄，在频域上信道的波形比信号的波形宽，因此信号的幅度增益发生变化，而频谱不变。
路径损耗，阴影衰落和平坦衰落都具有衰落速度慢（相较于快衰落）的特点，在短时范围内衰落不明显，故统称为慢衰落。

频率选择性衰落

当多径效应造成的影响满足选择性衰落条件时的衰落形式，发射端的发送信号会由于多径效应而产生不同时延，因此接收端接收到的信号表现为多个信号的叠加形式（即一串信号），接收信号相比发送信号，波形会发生展宽现象，这种现象称为时延拓展，会导致频率选择性衰落。频率选择性衰落的判断依据为相干带宽与传输带宽的关系。相干带宽∆f是指信道在两个频移处的频率响应保持强相关时的最大频率差，相干带宽∆f小于传输带宽时，信号的相关性很好，信道衰落特性平坦，转为平坦衰落；而当相干带宽∆f大于传输带宽时，信号的相关性变差，信道呈现频率选择性衰落。相干带宽∆f是最大时延的倒数，有

其中最大时延是指最先到达的多径分量和最后到达的多径分量间的到达时间差。
简单地说，选择性衰落的特点在于打断，一个码元以一个完整的形式被接收到，就不会有什么问题，但是如果一个码元内部以两种不同程度的衰减被接收到，不管频域衰减还是时域衰减，那这个码元就很容易误码。频率选择性越强，信道的频率响应越跌宕起伏，假设在当前频率选择性的时候，在1000hz和3000hz的频率响应都差不多，在多频率响应就变了，那你传的信号带宽在这个范围内肯定不会有啥问题，因为这个带宽内的信号变化情况都差不多，信号也不会有很大的变化，而如果超出了这个频率范围，一部分频率分量衰减一个样，另一部分又一个样，猜猜信号会怎么样

时间选择性衰落

时间选择性衰落的产生与多径效应无关，但会对多径效应造成影响。时间选择性衰落由多普勒效应造成，当信号的接收端与发送端产生相对运动时，每个多径波都会有一个明显的频率移动。这种由相对运动引起接收信号频率变化的现象称为多普勒频移（或多普勒扩展），由于基站一般是不会移动的，故多普勒频移的程度与用户（即接收端）的移动速度成正比。多普勒频移的公式为

其中，f指电磁波自身的频率，v指的运动速度，c指光速，θ指信号方向和接收端运动方向的夹角。由于运动方向是可以变化的，故cosθ的范围应从0到1，这导致f_D实际上也在变化，为了方便，令

时间选择性衰落通过相干时间∆t来判断，相干时间∆t是两个瞬时时间的信道冲激响应可以保持强相关性的最大时间间隔，在这段时间内信道的特性是不会发生显著变化的，相干时间通过最大多普勒频移计算得到，有

当抽样时间间隔小于相干时间时，信号相关性很好，信道衰落特性平坦，转为平坦衰落；而当抽样时间间隔大于相干时间时，信号的相关性变差，信道呈时间选择性衰落。

空间选择性衰落

空间选择性衰落指在不同的空间位置上，不同传输路径衰落特性不同的现象，空间选择性衰落与信号幅值和天线位置有关，一般通过相干距离判定是否出现空间选择性衰落，相干距离的计算公式为

其中，λ为信号的波长，φ为天线的扩散角。
相干距离为两根天线上的信道响应保持强相关时的最大空间距离。相干距离越短，角度扩展越大；反之，相干距离越长，角度扩展越小。
如果角度扩展小于天线波束的宽度（或者说，信道的相干距离大于天线单元间的距离），信道衰落特性平坦，转为平坦衰落，反之，信道呈现空间选择性衰落。
频率选择性衰落，时间选择性衰落和空间选择性衰落都具有衰落速度快的特点，在短时内衰落很明显，故统称为快衰落。不同于慢衰落，快衰落已经到了能影响解码的程度，会提高误码率，是无线衰落中需要面对的主要问题。

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