背景

无线通信利用电磁波在空气中传播信号，这与传统的有限传输（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）环境有很大的区别，电磁波的传播过程相对要复杂的多，传播特性也相对比较差。发送机发出信号，经过调制后在空间传播到达接收机。在这个过程中信号不仅会随着传播距离的增加而发生损耗，而且会受到多种障碍物或者复杂地形的影响引起“阴影衰落”，并且信号会经过多点反射、折射和散射，形成多条路径分量到达接收机，它们相互叠加，可能使信号减弱或增强。因此，接收到的信号幅度将发生急剧变化，即发生严重的衰落。这种衰落会降低可获得的有用信号功率并增加干扰的影响，使得接收机的接收信号产生失真、波形展宽、波形重叠和畸变，甚至造成通信系统解调器输出出现大量差错，以至完全不能通信。在高载频和高速移动环境下的无线通信，发射机和接收机和周围环境物体之一或全部都在快速运动，由于多普勒扩展的增大而导致信道的相干时间减小，造成信号的持续时间大于信道的相干时间，无线信道逐渐演变成由多径时延扩展造成的频率选择性衰落和多普勒频移造成的时间选择性衰落共同影响的时间-频率双选择性衰落信道，即时变信道。在时变信道中，每一条传输路径上的信道冲激响应是随时间快速变化的。

基本原理

时变信道的基本原理内容如下：

移动无线信道的主要特征是信道强度关于时间和频率的变化，这种变化的分类如图1所示。

图1. 移动通信衰落信道的具体分类

1.大尺度衰落

由于在大范围内移动而引起的平均信号能量的减少，当移动台运动的距离与小区尺寸相当时，就会出现通常与频率无关的大尺度衰落。大尺度衰落可以看作为信号小尺度衰落的空间平均。

（1）路径损耗

信号的平均能量随传播距离增加而耗散，衰减系数介于2（理论值）到5.5之间。

（2）阴影衰落

由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波的遮蔽引起的。在均值的基础上引起幅度变化，服从对数正太分布。

2.小尺度衰落

小尺度衰落是指由多径效应引起的信号幅值、相位的动态变化，这种变化是由于收发端之间空间位置的微小变化引起的。由于空间中存在折射、散射、反射、绕射等机制，发射信号可能要经过多个路径才能到达接收端，从而会引起多径衰落和闪烁。影响小尺度衰落的因素包括：

（1）多径传播。移动台（MS）接收到的信号是来自多个途径信号的叠加，多径信号具有随机分布的幅度、相位和入射角度。而多径信号的在接收天线处进行合并，由于相位抵消会产生衰落。

（2）移动台的运动速度。在MS高速移动的情形下或者多径环境迅速变化时，会产生多普勒效应。

（3）环境物体的运动速度。假如环境物体运动速度大于移动台的运动速度，则该运动会对小尺度衰落起决定性作用。不然的话，可以仅仅考虑MS运动速度的影响。

（4）信号的传输带宽。假如多径信道带宽小于信号的传输带宽，接收信号将会失真，而接收信号的强度衰落很小。

定义最大时延扩展στ，其倒数定义为相干带宽Bcoh（功率谱的第一零点带宽），定义σD为多普勒扩展，定义Tcoh为相干时间，定义TS为发射码元间隔，定义BS为发射基带信号带宽，则小尺度衰落具体的划分如图2所示。从时域和频域角度，小尺度衰落呈现为对偶机制，如图3所示。