什么是多徑效應(yīng)？多徑效應(yīng)（multipath effect）是指電磁波經(jīng)不同路徑傳播后，各分量場(chǎng)到達(dá)接收端時(shí)間不同，按各自相位相互疊加而造成干擾，使得原來(lái)的信號(hào)失真，或者產(chǎn)生錯(cuò)誤。比如電磁波沿不同的兩條路徑傳播，而兩條路徑的長(zhǎng)度正好相差半個(gè)波長(zhǎng)，那么兩路信號(hào)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)正好相互抵消了（波峰與波谷重合）。這種現(xiàn)象在以前看模擬信號(hào)電視的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到，在看電視的時(shí)候如果信號(hào)較差，就會(huì)看到屏幕上出現(xiàn)重影，這是因?yàn)殡娨暽系?a target="_blank">電子槍從左向右掃描時(shí)，用后到的信號(hào)在稍靠右的地方形成了虛像。因此，多徑效應(yīng)是衰落的重要成因。多徑效應(yīng)對(duì)于數(shù)字通信、雷達(dá)最佳檢測(cè)等都有著十分嚴(yán)重的影響。

　　多徑效應(yīng)簡(jiǎn)介

　　多徑效應(yīng)移動(dòng)體（如汽車）往來(lái)于建筑群與障礙物之間，其接收信號(hào)的強(qiáng)度，將由各直射波和反射波疊加合成。多徑效應(yīng)會(huì)引起信號(hào)衰落。各條路徑的電長(zhǎng)度會(huì)隨時(shí)間而變化，故到達(dá)接收點(diǎn)的各分量場(chǎng)之間的相位關(guān)系也是隨時(shí)間而變化的。這些分量場(chǎng)的隨機(jī)干涉，形成總的接收?qǐng)龅乃ヂ洹８鞣至恐g的相位關(guān)系對(duì)不同的頻率是不同的。因此，它們的干涉效果也因頻率而異，這種特性稱為頻率選擇性。在寬帶信號(hào)傳輸中，頻率選擇性可能表現(xiàn)明顯，形成交調(diào)。與此相應(yīng)，由于不同路徑有不同時(shí)延，同一時(shí)刻發(fā)出的信號(hào)因分別沿著不同路徑而在接收點(diǎn)前后散開(kāi)，而窄脈沖信號(hào)則前后重疊。

　　在無(wú)線通信的信道中，電波傳播除了直射波和地面反射波之外，在傳播過(guò)程中還會(huì)有各種障礙物所引起的散射波，從而產(chǎn)生多徑效應(yīng)。

　　所謂多徑效應(yīng)是指：無(wú)線信號(hào)在經(jīng)過(guò)短距離傳播后其幅度快速衰落，以致大尺度影響可以忽略不計(jì)，而這種衰落是由于同一傳播信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播，以微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)相互干涉所引起的，這些波稱為多徑波，接收機(jī)天線將它們合成一個(gè)幅度和相位都急劇變化的信號(hào)，其變化程度取決于多徑波的強(qiáng)度、相對(duì)傳播時(shí)間以及傳播信號(hào)的帶寬。

　　多徑效應(yīng)描述參數(shù)

　　多徑時(shí)延特性可用時(shí)延譜或多徑散布譜（即不同時(shí)延的信號(hào)分量平均功率構(gòu)成的譜）來(lái)描述。與時(shí)延譜等價(jià)的是頻率相關(guān)函數(shù)。實(shí)際上，人們只簡(jiǎn)單利用時(shí)延譜的某個(gè)特征量來(lái)表征。例如，用最大時(shí)延與最小時(shí)延的差，表征時(shí)延譜的尖銳度和信道容許傳輸帶寬。這個(gè)值越小，信道容許傳輸頻帶越寬。

　　無(wú)線信道的多徑性，會(huì)導(dǎo)致小尺度衰落的多徑性，多徑傳播導(dǎo)致經(jīng)過(guò)短距離或短時(shí)間傳播后信號(hào)強(qiáng)度的急速變化，對(duì)不同的多徑信號(hào)，存在著時(shí)變的多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)制。

　　多徑信道的特性可以用以下一些參數(shù)描述：時(shí)間色散參數(shù)、帶寬、多普勒擴(kuò)展、相干時(shí)間以及衰落。時(shí)延展寬和相干帶寬是用于描述本地信道時(shí)間色散特性的兩個(gè)參數(shù)。然而，它們并未提供描述信道時(shí)變特性的信息。這種時(shí)變特性或是由移動(dòng)臺(tái)與基站間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的，或是由信道路徑中物體的運(yùn)動(dòng)引起的。多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間就是描述小尺度內(nèi)信道時(shí)變特性的兩個(gè)參數(shù)。

　　時(shí)間色散

　　時(shí)延擴(kuò)展是由反射及散射時(shí)傳播路徑引起的現(xiàn)象。多徑效應(yīng)在時(shí)域上造成數(shù)字信號(hào)波形的展寬。

　　假設(shè)基站發(fā)射一個(gè)極短的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)多徑信道后，移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)呈現(xiàn)為一串脈沖，結(jié)果使脈沖寬度被展寬。這種因多徑傳播造成信號(hào)時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象，稱為多徑時(shí)散。由于多徑性質(zhì)是隨時(shí)間而變化的，如果進(jìn)行多次發(fā)送試驗(yàn)，則接收到的脈沖序列是變化的，如圖3所示，圖中包括脈沖數(shù)量N的變化、脈沖大小的變化及脈沖時(shí)延差的變化。

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　　圖中（a） N=3，（b）N=4，（c）N=5

　　在接收方收到的信號(hào)為N個(gè)不同路徑傳播的信號(hào)之和，即：

　　式中：為第條路徑的衰減系數(shù)；為第條路徑的相對(duì)延時(shí)差。

　　由于實(shí)際上各個(gè)脈沖幅度是隨機(jī)變化的，它們?cè)跁r(shí)間上可以互不重疊，也可以相互重疊，甚至隨移動(dòng)臺(tái)周圍散射體數(shù)目的增加，所接收到離散脈沖會(huì)變成有一定寬度的連續(xù)信號(hào)脈沖。

　　設(shè)E（t）為接收到的離散信號(hào)的歸一化包絡(luò)特性曲線，它是以不同的時(shí)延信號(hào)所構(gòu)成的時(shí)延譜。E（t）的一階矩為平均多徑時(shí)延τ；E（t）的均方根為多徑時(shí)延散布，稱為時(shí)延擴(kuò)展，記作，它表示多徑時(shí)延程度。

　　Δ越大時(shí)延擴(kuò)展越嚴(yán)重；Δ越小時(shí)延擴(kuò)展越輕。

　　在測(cè)定最大時(shí)延擴(kuò)展時(shí)，一般是用包絡(luò)下降30dB時(shí)測(cè)定的時(shí)延值。通常情況下，市區(qū)的時(shí)延擴(kuò)展要比郊區(qū)大，為了避免碼間干擾，在無(wú)抗多徑措施時(shí)，則要求信號(hào)的傳輸速率比1/ Δ低得多。

　　相關(guān)帶寬

　　相干帶寬是一定范圍內(nèi)頻率的統(tǒng)計(jì)測(cè)量值，是建立在信道上所有譜分量均以幾乎相同的增益及線性相位通過(guò)的基礎(chǔ)上的。也就是說(shuō)，相干帶寬是指一特定的頻率范圍，在該范圍內(nèi)，兩個(gè)頻率分量有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。頻率間隔大于Bc的兩個(gè)正弦信號(hào)受信道影響大不相同。如果相干帶寬定義為頻率相關(guān)函數(shù)大于0.9的某特定帶寬，則相干帶寬近似為：

　　式中σt為時(shí)延擴(kuò)展。

　　如果將定義放寬到相關(guān)函數(shù)值大于0.5，則相干帶寬近似為：

　　到目前為止，相干帶寬與時(shí)延擴(kuò)展之間不存在確定的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，譜分析技術(shù)與仿真可用于確定時(shí)變多徑系統(tǒng)對(duì)某一特定發(fā)送信號(hào)的影響。因此，在無(wú)線應(yīng)用中，設(shè)計(jì)特定的調(diào)制解調(diào)方式必須采用精確的信道模型。

　　多普勒擴(kuò)展

　　多普勒擴(kuò)展BD是譜展寬的測(cè)量值，這個(gè)譜展寬是移動(dòng)無(wú)線信道的時(shí)間變化率的一種量度。多譜勒擴(kuò)展定義為一個(gè)頻率范圍，在此范圍內(nèi)接收的多普勒譜有非0值。當(dāng)發(fā)送頻率為f的純無(wú)線信號(hào)時(shí)，接收信號(hào)譜即多譜勒譜在 fc-fd至fc+fd范圍內(nèi)存在分量，fd是多譜勒頻移。如果基帶信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于BD，則在接收機(jī)端可忽略多普勒擴(kuò)展的影響，這是一個(gè)慢衰落信道。

　　相干時(shí)間是多普勒擴(kuò)展在時(shí)域中的表示，用于在時(shí)域中描述信道頻率色散的時(shí)變特性，用Tc表示，它與頻率成反比。

　　相干時(shí)間是信道沖激響應(yīng)保持不變的時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)平均值。也就是說(shuō)，相干時(shí)間是指一段時(shí)間間隔，在此間隔內(nèi)，兩個(gè)到達(dá)信號(hào)有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。如果基帶信號(hào)帶寬的倒數(shù)大于信道相干時(shí)間，那么傳輸中的基帶信號(hào)可能會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致接收機(jī)信號(hào)失真。如時(shí)間相關(guān)函數(shù)定義大于0.5時(shí)，相干時(shí)間近似為：

　　式中fm是多普勒頻移。