### 无线信道特性
#### 一、无线信道传播特性及分类
无线通信系统的主要性能受到移动无线信道的制约。由于无线信道极为复杂，对其进行建模一直是系统设计中的一个难题。通常采用统计方法，基于特定频带上通信系统的测量值来进行建模。
##### 1. 大尺度衰落
大尺度衰落主要是由于在大范围内移动所引起的平均信号能量减少或路径损耗。产生原因包括地形地貌的影响，例如高山、森林、建筑物等，这些因素导致接收机信号被“遮挡”。大尺度衰落可以用几种模型来描述：
- **Okumura-Hata模型**：最早提出的一种模型，适用于城市环境中的移动通信，考虑了不同频率、不同距离下的路径损耗。
- **COST231-Hata模型**：基于Okumura-Hata模型进行改进，更适用于微小区和超微小区环境中。
- **Lee模型**：考虑到了郊区和开阔地的情况，适合于低频段（小于1GHz）的路径损耗计算。
- **Keenan-Motley模型**：适用于室内环境中的大尺度衰落。
##### 2. 小尺度衰落
小尺度衰落指的是信号幅值和相位的快速波动，这是由于收发端之间空间位置微小变化引起的。小尺度衰落可以分为两种类型：
- **多径传播**：当信号通过多个路径到达接收机时，不同路径的信号会相互干涉，产生幅度和相位的变化。
- 如果不存在直射路径（LOS），则衰落为瑞利（Rayleigh）衰落。
- 如果存在直射路径，则衰落为莱斯（Rician）衰落。
- **多普勒效应**：当收发端相对移动时，接收到的信号频率会发生变化，这种现象称为多普勒效应。它可以引起信号的相位和幅度的快速变化，导致衰落。
#### 二、信号时间扩展
信号时间扩展是指信号在传播过程中因多径效应而产生的时延扩展现象。这会导致信号的能量分布在不同的时间点上，进而影响到信号的完整性。
##### 1. 时延域上的信号时间扩展
在时延域中，信号的时间扩展可以通过多径传播模型来描述。多径传播模型考虑了信号经过不同路径到达接收机的时间差，这将导致信号在接收端的时间扩展。
##### 2. 时间扩展信号在频域中的特征
在频域中，信号的时间扩展表现为频率选择性衰落。这意味着信号的不同频率成分会经历不同程度的衰减，从而导致整个信号的失真。
#### 三、移动引起的信道时变性
信道的时变性是指随着时间和空间的变化，信道特性也会发生变化。
##### 1. 时域中的时变性
在时域中，信道的时变性主要体现在信号的幅度和相位随时间的变化。这种变化可以是快速的（快衰落），也可以是缓慢的（慢衰落）。
##### 2. 多普勒频移域中的时变性
在多普勒频移域中，信道的时变性可以通过多普勒频谱来描述。多普勒频谱反映了信号频率的变化情况，这对于理解信号如何随着时间改变提供了重要的信息。
#### 四、总结
无线信道特性的研究对于设计高效的通信系统至关重要。通过对大尺度衰落和小尺度衰落的理解，以及对信号时间扩展和信道时变性的掌握，可以更好地优化无线通信系统的设计，提高通信质量。此外，针对不同的应用场景选择合适的模型和技术也是十分关键的。例如，在移动通信中，考虑到用户的高速移动，采用能够有效应对多普勒频移的方法是非常必要的。而在室内环境中，则需要更多关注小尺度衰落的影响，并采取相应的措施来改善信号质量。