移动通信-多径效应，多普勒效应，菲涅尔区，阴影效应，快衰落，慢衰落

多径效应
信号从发射端到接收端常有许多时延不同、损耗各异的传输路径，可以是直射、反射或是绕射。无线电波的多径效应是指不同路径的相同信号在按收端叠加会增大或减小接收信号能量的现象。
时间色散
在无线通信中，无线电波从发射端到接收端会经过直射、反射等很多传播途径，反射路径要比直射路径长一些，因此，从发射端辐射出的波经过反射路径到达接收端用的时间要比走直射路径长一些。从接收端看，先后收到了来自同一信源的两列波；这两列波走的路径不同，传播环境不同，受到的干扰也不同。
时间色散是指到达接收机的直射信号和其他多径信号由于空间传输的时间差异而带来的彼此干扰问题。发射信号经过远离接收天线的物体反射容易导致时间色散，可以通过工程参数调整来规避时间色散问题，也可以通过创新技术来识别和避免此类问题。
多普勒效应
多普勒效应是指无线电波在波源快速移向观察者时接收频率变高。在移动通信中，当移动台移向基站时，接收频率变高；远离基站时，频率变低。
接收频率随移动台与基站之间的相对速度而变化的现象，就是移动通信中的多普勒效应。
多普勒频偏的大小与终端和基站的相对移动速度v有很大关系；也和无线电波的波长λ有关，当然在一定频点的无线制式下，波长λ可以认为近似不变；多普勒频偏的大小还和入射角θ有很大关系，入射角θ是终端与基站的连线与相对运动速度v的方向的夹角。
△f=（v/λ）cosθ
其中：△f为多普勒频偏，单位是Hz；v为相对移动速度，单位是m/s；λ为波长，单位是m，2 000MHz时为0.15m；θ为相对移动速度方向与信号到达方向的夹角。
从式可以得出，终端和基站的相对移动速度越大，频偏越严重，这就要求在高速移动的通信中，必须考虑频偏问题。波长越小，频偏越严重，5G的无线制式使用的频率比4G时代要高很多，波长也小很多，因此在5G时代更需要考虑多普勒效应的影响。终端和基站相互靠近的时候，0°＜θ＜90°，频偏为正，接收频率变大；终端和基站相互远离的时候，90°＜θ＜180°，频偏为负，接收频率变小；入射角θ越接近90°，频偏越小，入射角θ越接近0°和180°，频偏越大。
这就要求覆盖高速公路或高速铁路等移动场景的基站不能离路太近，太近的话，夹角在某些时候会很小，频偏就会很大；也不能太远，太远的话，覆盖就会较弱。工程上一般要求基站离高速公路或高速铁路100m左右为宜。
菲涅尔区
从电磁波的发射点到接收点的传播路径上，既有直射波，又有反射波和绕射波。直射波和反射波的传播路径差不大的情况下，反射波的电场方向正好与直射波相反，相位相差180°，这样反射波将会减弱直射波的信号强度，对传播效果产生破坏作用。
直射波与反射波路径差△d为：△d=2hthr/d
带来的相位变化δ为：δ=4πhthr/λd
其中：ht为发射端离地面（反射面）的高度；hr为接收端离地面（反射面）的高度；d为发射机到接收机间的水平距离；λ为无线电波波长。
从上面两式可以看出，直射波与反射波的路径差以及其带来的相位变化和天线高度、传播距离有关系。
天线高度较低且距离较远时，路径差就会变小，相位变化也会减小，反射波对直射波的影响就会加大。从这一角度上看，天线高度越高越好，传播范围越小越好。因此，在无线工程设计中，在成本允许、干扰可控的条件下，要求基站的天线尽可能地高。在自由空间，从发射点辐射到接收点的电磁能量主要是通过第一菲涅尔区传播的，只要第一菲涅尔区不被阻挡，就可以获得近似自由空间的传播条件，否则电磁波的多径传播就会产生不良影响，导致通信质量下降，甚至通信中断。

第一菲涅尔区是主传播区，它的半径R为：

其中：dt为反射点到发射端的距离；dr为反射点到接收端的距离；d为发射机到接收机间的水平距离。
应用：在无线站址勘测的时候，一定要注意覆盖范围内是否有大于菲涅尔半径的阻挡物，尤其要避免大的广告牌、高楼等障碍物阻挡。阴影效应在无线电波的传播路径上，遇到地形不平、高低不等的建筑物、高大的树木等障碍物的阻挡时，在阻挡物的背面，会形成电波信号场强较弱的阴影区，这一现象叫阴影效应，和可见光的阴影效应类似，只不过我们肉眼看不到。终端从无线电波直射的区域移动到某地物的阴影区时，接收到的无线信号场强中值就会有较大幅度的降低。
理解阴影效应要注意以下几点：
（1）不同地物类型的阴影效应的大小不一，密集城区一般要比普通城区、农村、郊区有更大的阴影效应影响；
（2）在做网络规划的时候，要充分考虑不同无线环境中阴影效应对覆盖效果的影响。
快衰落和慢衰落
路径损耗：系统设计取决于发射机与接收机之间的距离阴影–慢衰落：系统设计在50-100波长距离内平均信号电平移动台的移动，传播路径上地形地物等的变化引起多径衰落—快衰落：抗衰落技术在几个波长间距内的变化幅度可达30dB阴影衰落：信号电平局部中值随时间、地点以及移动台速度做比较平缓的变化，其衰落周期以秒级计，称为慢衰落或者阴影衰落。
地形阴影：起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）的阻挡，移动台通过阴影区时引起的慢衰落气象阴影：由大气折射率随时间变化，引起信号中值电平的变化。常常因变化小而可忽略。
慢衰落的衰落速率与频率无关，这一点与快衰落不同慢衰落的深度，取决于信号频率与障碍物的状况。
慢衰落的局部均值近似服从对数正态分布。
慢衰落产生的原因有：（1）慢衰落的主要原因是路径损耗；（2）阴影效应也可以造成信号电平中值一定幅度的降低。
其标准偏差随地形波动的高度和频率的变化而变化。波动高度越大，工作频率越高，标准偏差增大。且郊区比市区大。
衰落储备：为了防止因衰落而通信中断，在信道设计时留有足够的余量，使中断率满足要求。
多径传播是陆地移动通信的主要特征。近端区域对多径影响大。
移动信道是弥散信道。
当信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落–相关频率。多普勒效应会导致发送信号在传输过程中，信道特性发生变化，产生所谓的时间选择性衰落—相干时间。空域上波束的角度扩散造成了同一时间、不同地点的信号衰落起伏不一样，即所谓的空间选择性—相干距离。
多径（小尺度）衰落成因：
由同一传输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。
效应：短距或短时传播后信号强度的急速变化（多径衰落）。不同多径信号上，存在时变的多普勒频移（脉冲展宽）。多径传播时延引起的扩展（脉冲展宽）。多径衰落：可由信号衰落深度、衰落率来描述。
脉冲展宽：直接影响码间串扰。多径效应和多普勒效应可以引起快衰落。
一般快衰落可以细分为：（1）空间选择性衰落：多径效应引起的不同地点、不同传输路径的衰落特性不一样；（2）频率选择性衰落：多普勒频移导致了载波频率的偏移，变化了的频率范围可能超出了接收带宽的范围，从而引起信号失真；（3）时间选择性衰落：多普勒效应或多径效应可以引起不同信号到达接收点的时间不一样，从而引起信号失真。
dB(m,i)与功率(W)换算
dBm，dB，dBi，W之间的关系dBm：dBm是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：10 lg功率值/1mW。例如：如果发射功率为1mW，按dBm单位进行折算后的值应为：10 lg 1mW/1mW = 0dBm；
dB：db，表示一个相对值。
当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时，可按公式10lg A/B计算。例如：A功率比B功率大一倍，那么10lg A/B = 10 lg 2 = 3dB，也就是说，A的功率比B的功率大3dB；
如果A的功率为46dBm，B的功率为40dBm，则可以说，A比B大6dB；如果A天线为12dBm，B天线为14dBm，可以说A比B小2dBdBi：dBi和dBd是功率增益的单位，两者都是相对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线；dBd的参考基准为偶极子。一般认为dBi和dBd表示同一个增益，用dBi表示的值比用dBd表示的值要大2.15。（即 dBi=dBd+2.15）
粗略计算
这里将dBm转换为W的口算规律是要先记住“1个基准”和“2个原则”:
“1个基准”: 30dBm=1W
“2个原则”: 基准+ 3dBm,功率乘2倍; 基准-3dBm,功率乘1/2
举例: 33dBm = 30dBm+3dBm= 1Wx2=2W27dBm= 30dBm- 3dBm= 1Wx1/2=0.5W
2) + 10dBm，功率乘10倍;
一10dBm,功率乘1/10
举例: 40dBm= 30dBm+10dBm= 1Wx10=10W20dBm=30dBm- 10dBm= 1Wx0.1=0.1W
以上可以简单的记作: 30是基准，等于1W整，互换不算难，口算可完成。加3乘以2,加10乘以10;减3除以2,减10除以10。

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