北京联合大学电波多径传播及衰落的分析与研究学 院： 信息学院 姓 名： 班 级： 2011 年 11 月 1 日电波多径传播及衰落的分析与研究摘 要 ： 随 着 无 线 通 信 的 迅 速 发 展 ， 无 线 通 信 在 日 常 生 活 中 的 地 位 越 来 越 重 要 ， 无 线 通信 的 电 波 传 输 是 一 个 非 常 复 杂 的 问 题 ， 在 通 信 系 统 中 ， 由 于 通 信 地 面 站 天 线 波 束 较 宽 ，受 地 物 、 地 貌 和 海 况 等 诸 多 因 素 的 影 响 ， 使 接 收 机 收 到 经 折 射 、 反 射 和 直 射 等 几 条 路径 到 达 的 电 磁 波 ， 电 波 在 传 播 信 道 中 的 多 径 传 输 就 会 引 起 干 涉 延 时 效 应 ， 产 生 多 径效 应 。 这 些 不 同 路 径 到 达 的 电 磁 波 射 线 相 位 不 一 致 且 具 有 时 变 性 ， 导 致 接 收 信 号 呈 衰落 状 态 ； 这 些 电 磁 波 射 线 到 达 的 时 延 不 同 ， 又 导 致 码 间 干 扰 。 若 多 射 线 强 度 较 大 ， 且 时延 差 不 能 忽 略 ， 则 会 产 生 误 码 ， 这 种 误 码 靠 增 加 发 射 功 率 是 不 能 消 除 的 ， 即 多 径 衰落 ， 它 也 是 产 生 码 间 干 扰 的 根 源 。关 键 字 ： 无 线 通 信 ； 反 射 ； 折 射 ； 多 径 效 应 ； 多 径 衰 落Abstract:These different paths to reach the phase of the electromagnetic radiation possessed sometimes inconsistent variability, resulting in the received signal was fading state; these different electromagnetic radiation to reach the delay, but also lead to inter-symbol interference. If the multi-ray intensity is greater and the time delay difference can not be ignored, it will produce error, this error by increasing the transmit power can not be eliminated, and the resulting decline of multi-path effects have called multipath fading, it is also produced inter-symbol interference source.Key words: Wireless communication;reflection refraction;multipatheffect;multipath fading一、多径传播：多径传播是指 无 线 电 波 在 传 播 时 通 过 了 两 个 以 上 不 同 长 度 的 路 径 到 达 接 收 点 ， 接 收天 线 检 测 的 信 号 是 几 个 不 同 路 径 传 来 的 电 场 强 度 之 和 。 多 径 传 播 也 会 引 起 信 号 畸 变 。在 无 线 通 信 领 域 ， 多 径 指 无 线 电 信 号 从 发 射 天 线 经 过 多 个 路 径 抵 达 接 收 天 线 的 传播 现 象 。 大 气 层 对 电 波 的 散 射 、 电 离 层 对 电 波 的 反 射 和 折 射 ， 以 及 山 峦 、 建 筑 等 地 表物 体 对 电 波 的 反 射 都 会 造 成 多 径 传 播 。多 径 会 导 致 信 号 的 衰 落 和 相 移 。 瑞 利 衰 落 就 是 一 种 冲 激 响 应 幅 度 服 从 瑞 利 分 布的 多 径 信 道 的 统 计 学 模 型 。 对 于 存 在 直 射 信 号 的 多 径 信 道 ， 其 统 计 学 模 型 可 以 由 莱斯 衰 落 描 述 。在 电 视 信 号 传 输 中 可 以 直 观 地 看 到 多 径 对 于 通 信 质 量 的 影 响 。 通 过 较 长 的 路 径 到 达接 收 天 线 的 信 号 分 量 比 以 较 短 路 径 到 达 天 线 的 信 号 稍 迟 。 因 为 电 视 电 子 枪 扫 描 是 由 左 到右 ， 迟 到 的 信 号 会 在 早 到 的 信 号 形 成 的 电 视 画 面 上 叠 加 一 个 稍 稍 靠 右 的 虚 像 。基 于 类 似 的 原 因 ， 单 个 目 标 会 由 于 地 形 反 射 在 雷 达 接 收 机 上 产 生 一 个 或 多 个 虚 像 。这 些 虚 像 的 运 动 方 式 与 它 们 反 射 的 实 际 物 体 相 同 ， 因 此 影 响 到 雷 达 对 目 标 的 识 别 。 为 克服 这 一 问 题 ， 雷 达 接 收 端 需 要 将 信 号 与 附 近 的 地 形 图 相 比 对 ， 将 由 反 射 产 生 的 看 上 去 在地 面 以 下 或 者 在 一 定 高 度 以 上 的 信 号 去 除 。在数字无线通信系统中，多径效应产生的符号间干扰（intersymbol interference，ISI）会影响到信号传输的质量。时域均衡、正交频分复用（OFDM）和 Rake 接收机都能用于对抗由多径产生的干扰。多径效应（multipatheffect）是指电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。在实际的无线电波传播信道中(包括所有波段) ，常有许多时延不同的传输路径。各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也就随时间而变化，由此引起合成波场的随机变化，从而形成总的接收场的衰落。因此，多径效应是衰落的重要成因。多径效应对于数字通信、雷达最佳检测等都有着十分严重的影响一 般 我 们 在 研 究 地 面 对 电 波 反 射 时 ， 通 常 都 是 按 照 平 面 波 处 理 的 ， 假 定 在 反 射 点 的入 射 角 度 等 于 反 射 角 度 ， 因 此 造 成 电 波 的 相 位 反 相 。 接 收 端 的 接 收 信 号 是 直 达 波 和 多 个反 射 波 的 合 成 。 由 于 大 气 折 射 是 随 时 间 变 化 的 ， 传 播 路 径 差 也 会 随 时 间 和 地 形 地 物 而 变化 。 那 么 多 径 信 号 如 果 同 相 ， 则 相 加 ； 如 果 反 相 ， 则 抵 消 。 由 此 造 成 接 收 端 信 号 的 幅 度变 化 ， 称 为 衰 落 。 由 于 这 种 衰 落 是 由 多 径 引 起 的 ， 因 此 ， 称 之 为 多 径 衰 落 。 在 FM（ 调 频 ） 无 线 电 广 播 中 ， 在 发 射 台 和 接 收 机 之 间 ， 信 号 出 现 了 二 个 或 更 多 个的 传 播 途 径 的 情 况 。 多 径 传 播 效 应 是 由 于 大 型 建 筑 物 或 山 脉 反 射 信 号 所 引 起 的 。 接 收 天线 将 会 收 到 直 达 信 号 和 经 反 射 而 有 延 迟 的 信 号 。 多 径 效 应 会 产 生 失 真 ， 在 收 看 电 视 节 目时 ， 多 径 传 播 效 应 便 会 让 图 像 出 现 “重 影 ”。传播的多径效应经常发生而且很严重。它有两种形式的多径现象：一种是分离的多径，由不同跳数 的 射 线 、 高 角 和 低 角 射 线 等 形 成 ， 其 多 径 传 播 时 延 差 较 大 ； 另 一 种 是 微 分 的多 径 ， 多 由 电 离 层 不 均 匀 体 所 引 起 ， 其 多 径 传 播 时 延 差 很 小 。 对 流 层 电 波 传 播 信 道 中的 多 径 效 应 问 题 也 很 突 出 。 多 径 产 生 于 湍 流 团 和 对 流 层 层 结 。 在 视 距 电 波 传 播 中 ，地 面 反 射 也 是 多 径 的 一 种 可 能 来 源 。多径效应不仅是衰落的经常性成因，而且是限制传输带宽或传输速率的根本因素之一。在短波通信中，为保证电路在多径传输中的最大时延与最小时延差不大于某个规定值，工作频率要求不低于电路最高可用频率的某个百分数。这个百分数称为多径缩减因子，是确定电路最低可用频率的重要依据之一。对流层传播信道中的抗多径措施，通常有抑制地面反射、采用窄天线波束和分集接收等。二 、 多 径 衰 落 ：1、 概 念 ：所 谓 衰 落 ， 一 般 是 指 信 号 电 平 随 时 间 的 随 机 起 伏 ， 根 据 引 起 衰 落 的 原 因 分 类 ， 大致 可 以 分 为 吸 收 型 衰 落 和 干 涉 型 衰 落 。 吸 收 型 衰 落 主 要 是 由 于 传 输 煤 质 的 电 参 数 发 生 变化 ， 使 得 信 号 在 煤 质 中 的 衰 减 发 生 相 应 的 变 化 而 引 起 的 ； 干 涉 型 衰 落 主 要 是 由 于 随 机 多径 干 涉 现 象 引 起 的 。 同 路 径 到 达 的 电 磁 波 射 线 相 位 不 一 致 且 具 有 时 变 性 ， 导 致 接 收 信号 呈 衰 落 状 态 ； 这 些 电 磁 波 射 线 到 达 的 时 延 不 同 ， 又 导 致 码 间 干 扰 。 若 多 射 线 强 度 较 大 ，且 时 延 差 不 能 忽 略 ， 则 会 产 生 误 码 ， 这 种 误 码 靠 增 加 发 射 功 率 是 不 能 消 除 的 ， 而 由 此 多径 效 应 产 生 的 衰 落 叫 多 径 衰 落 ， 它 也 是 产 生 码 间 干 扰 的 根 源 。 对 于 数 字 通 信 、 雷 达 最 佳检 测 等 都 会 产 生 十 分 严 重 的 影 响 。1、 多 径 衰 落 是 指 在 微 波 信 号 的 传 播 过 程 中 ,由 于 受 地 面 或 水 面 反 射 和 大 气 折 射 的影 响 ,会 产 生 多 个 经 过 不 同 路 径 到 达 接 收 机 的 信 号 ,通 过 矢 量 叠 加 后 合 成 时 变 信 号 .多径 衰 落 可 分 为 平 衰 落 和 频 率 选 择 性 衰 落 。2、 信 道 时 变 多 径 特 性 造 成 接 收 信 号 电 平 的 起 伏 现 象 被 称 为 多 径 衰 落 .通 常 在 移 动信 道 中 信 号 电 平 的 起 伏 呈 瑞 利 分 布 时 这 种 信 道 称 为 瑞 利 衰 落 信 道 。3、 由 于 这 种 衰 落 由 多 径 引 起 的 所 以 称 为 多 径 衰 落 .在 移 动 通 信 中 多 径 衰 落 以 瑞 利 (Rayleigh)衰 落 为 主 ,他 是 移 动 台 在 移 动 中 受 到 不 同 路 径 来 的 同 一 信 号 源 的折 射 或 反 射 等 信 号 所 产 生 ,他 的 变 化 是 随 机 的 ,因 此 只 能 用 统 计 或 概 率 的 观 点 来 定 量 描述 4、 前 者 是 由 多 径 引 起 的 ,因 此 又 称 为 多 径 衰 落 ,它 服 从 瑞 利 (Rayleigh)分 布 .它可 能 包 含 一 段 Text 文 本 或 一 幅 图 片 .g 为 真 实 重 力 值 5、 因 此 合 成 信 号 起 伏 很 大 ,称为 多 径 衰 落 .在 分 析 卫 星 移 动 信 道 传 播 特