本站原创摘 要：移动无线信道的主要特征是多径传播,它是移动通信中的关键内容.然而关于移动信道模型以及相关概念的分析和教学一直是一个难点,尤其是多径信道的本质问题,教材中所述概念容易混淆.本文引入物理多径和时间多径信道概念,由浅入深,详细地分析了二者的关系,进而过渡到移动信道模型,使抽象的问题变得浅显而简单.
关 键 词 ：移动信道；多径信道；信道衰落
1引言
随着移动通信技术的发展和其在当代社会生活中的应用日益广泛,移动通信课程的重要性和实用性越来越突出,学习和掌握好移动通信课程是通信专业学生普遍关注的问题.针对该课程具有教学内容多、涉及面广、内容更新快而课时较少的特点,如何在较少的课时内使学生较好地掌握丰富的课程内容,并最大限度地培养学生分析和解决实际问题的能力,是大家感兴趣的课题.
移动信道虽然在课程中占用的篇幅和学时较少,但它是整个移动通信的关键内容之一,也是最难理解的问题之一,既有抽象的理论分析模型,又有具体的应用特点.而这些概念的理解,不论是对从事工程实践还是进一步进行科学研究都至关重要.特别是多径信道概念,很多教科书的表述前后看起来容易混淆.如在讨论多径信道的统计特征时,由统计独立的多径信号的叠加,依中心极限定理知其横向和纵向分量服从高斯分布,由此可知,在无直视路径下信号幅度衰落服从瑞利分布.而在讨论多径信道的冲激响应模型时,又认为每一径服从瑞利衰落.这让初学者产生混淆,很难理解.根据多年的教学经验,学生关于该概念的理解和应用始终不够深入.本文引入物理多径和时间多径信道概念,分析了多径信道概念的本质,给出了现象和本质的关系.
2移动信道的多径传播特点
2.1 物理多径信道概念
现代移动通信系统采用UHF频段的电磁波作为载体传输信号,而该波段的电磁波传播方式主要是直射和反射,而在城市等复杂环境中,由于建筑物和各种障碍物的影响,直射波很少,主要以反射方式传播,而且,构成收发天线间的反射路径很多,可以说有无数条路径,即多径.实际的接收信号是这些多径信号的叠加,这种多径信号我们称之为物理多径.这些多径信号的场强随时间变化,达到接收天线的多径分量信号的相位关系也是随时间而变化的,因此,多径信号的叠加造成信号衰落,称为多径效应,而且其衰落是一个随机量.
2.2 多径衰落的统计特点
多径仅仅是传播过程中存在的一个问题,通信中的用户可能在移动.因此,孤立地研究多径的统计特点是没有意义的,必须将其放在实际通信环境中分析.也就是说,在考虑移动环境下分析多径衰落的统计特点才符合实际应用.而且,影响移动信道特性的主要因素就是多径效应和多普勒效应.
首先,检测设多径中没有可视路径（直射）情况下,若发射端发射信号为：
S0（t）等于exp
则接收端多径信号为：
Si（t）等于aiexpexp等于aiexpS0（t）
叠加后的合成信号为S（t）等于Si（t）,经过变量代换和化简为：S（t）等于r（t）expjθ（t）S0（t）.其中,r（t）为信号的幅度衰减因子,θ（t）为信号的相移量.对于任意t,对应分布的概率密度函数分别为：
P（r）等于exp P（θ）等于
即在没有直射路径下,多径信号的叠加,其幅度衰落服从瑞利分布,而相位变化服从均匀分布.
若多径中包含一条可视路径,则幅度衰落服从赖斯分布：
P（r）等于等于expI0（）
其中I0为零阶贝塞尔函数,a为直射波幅度.
2.3 信号传输过程中的时间多径特点
由于物理多径信道中的各径信号达到接收天线的距离不同,使得各径信号到达时间不同,存在时间扩散.理论上来说,在最大时延范围内信号的达到是连续分布的,而且,在该时间范围内的任何时刻到达的信号都是物理多径信号的叠加.大量的测试表明,在该持续时间范围内达到的信号的强弱不同,有些时刻较强,有些时刻较弱.在忽略较弱信号情况下,取有限个较强信号分支,形成信号达到的多个离散时刻,每一时刻达到的信号可以理解为（或等价为）一条路径的信号.因此,从信号达到时刻方面来看,形成了有限的多径信号,我们称之为时间多径.实际的时间多径中的每一经信号仍然是物理多径信号的叠加.
3多径信道的冲激响应模型
基于物理多径的传播原理,从信号达到时间方面来看,又形成了时间多径,基于时间多径,信道的冲激响应可以表示为：
h（t）等于akδ（t-t）e
式中,N表示多径的数目；ak表示第k径的幅值（衰减系数）；tk表示第k径的时延（相对时延差）；θk表示第k径的相位.
检测设最大多普勒频率为fm,每一条路径的幅度均服从瑞利分布,则其功率谱可以表示为：
S（f）等于
式中,P是每一路信号的平均功率.该式被称为典型的多普勒谱（简称为典型谱）.
若每一路径信号中有直射分量时,其信号幅度的功率谱由典型谱和一条直射路径谱组成,可以表示为：
S（f）等于+0.91δ（f-0.7fm）
该式被称为莱斯多普勒谱（简称为莱斯谱）.
4物理多径信道与时间多径信道的统一
从实际的电磁波传播角度来看,多径是其普遍特征,而且多径信号的叠加造成信号衰落,这个现象比较容易理解.该现象反映到信号达到时间上,可以近似为有有限个分支信号,每一个分支等价为一个路径信号,即由物理的多径现象形成了时间上的多径信道.时间上多径信道中一径,可以等价为电磁波沿某条路径到达,而该路径不存在,是虚拟的,它不是实际物理上的一径,仍然是物理上多径信号的叠加.在定量的分析,建立信道模型时往往用时间多径信道.由于时间多径来源于物理多径,所以也省略时间,就称为多径,即多径信道.从这个角度来看就不会出现混淆,也容易理解.
总之,关于多径信道中的多径,在不同地方所指可能不同,有时指物理多径,有时指时间多径,但是,只要把这两个概念及关系分析清楚,就不会有混淆问题.