多径效应

多径效应(multipatheffect):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。
目录
? 简介
? 描述
? 短波的多径效应
? 影响
? 抵抗措施
? 应用
? 相关词条
? 参考资料
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简介编辑本段回目录
工作原理
多径效应移动体(如汽车)往来于建筑群与障碍物之间,其接收信号的强度,将由各直射波和反射波叠加合成。多径效应会引起信号衰落。各条路径的电长度会随时间而变化,故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。这些分量场的随机干涉,形成总的接收场的衰落。各分量之间的相位关系对不同的频率是不同的。因此,它们的干涉效果也因频率而异,这种特性称为频率选择性。在宽带信号传输中,频率选择性可能表现明显,形成交调。与此相应,由于不同路径有不同时延,同一时刻发出的信号因分别沿着不同路径而在接收点前后散开,而窄脉冲信号则前后重叠。
描述编辑本段回目录
多径效应
多径时延特性可用时延谱或多径散布谱(即不同时延的信号分量平均功率构成的谱)来描述。与时延谱等价的是频率相关函数。实际上,人们只简单利用时延谱的某个特征量来表征。例如,用最大时延与最小时延的差,表征时延谱的尖锐度和信道容许传输带宽。这个值越小,信道容许传输频带越宽。
短波的多径效应编辑本段回目录
多径效应
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。
影响编辑本段回目录
多径效应影响
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(intersymbolinterference,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。
抵抗措施编辑本段回目录
抗干扰措施
抗多径干扰主要有如下几个方面措施:
(1)提高接收机的距离测量精度,如窄相关码跟踪环、相位测距、平滑伪距等;
(2)抗多径天线;
智能天线利用多个天线阵元的组合进行信号处理,自动调整发射和接收方向图,以针对不同的信号环境达到最优性能。智能天线是一种空分多址(SDMA)技术,主要包括两个方面:空域滤波和波达方向(DOA)估计。空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布,运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声,以获得尽可能好的信号估计。
智能天线通过自适应算法控制加权,自动调整天线的方向图,使它在干扰方向形成零陷,将干扰信号抵消,而在有用信号方向形成主波束,达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。智能天线波束成型大大降低了多用户干扰,同时也减少了小区间干扰。
(2)抗多径信号处理与自适应抵消技术等。
多址干扰是由于在多用户系统中采用传统单用户接收方案而造成的恶果。单用户接收机采用匹配滤波器作为相关判决的工具,并不考虑多址干扰的存在,每个用户的检测都不考虑其他用户的影响,是一种针对单用户检测的策略。一般说来,单个用户传输时不存在多址干扰,但在多用户环境中,当干扰用户数增加或者他们的发射功率增加时,多址干扰将不容忽视。因此多用户检测技术应允而生,其算法有最优检测算法和次优检测算法。
在CDMA系统中,多用户检测问题实际上就是从若干个随机变量线性组合后加噪声的观察值中提取出目标随机变量的过程。一般情况下,多用户接收机不仅需要知道所有用户的扩频信息而且还需随着系统的时变不断更新。此外,还需估计用户的幅值、相位以及定时信息用于接收端的检测,这样势必造成计算复杂度的增加。由于这一限制,多用户检测大都应用于基站一侧,若要将其应用于移动台一侧,一种实现方法是发送已知的训练序列自适应地将接收机参数调整到理想的工作状态。该方法有明显的弊病:当信道响应突变或者用户数目变化时,就必须重新发送训练序列,而频繁发送训练序列会造成频谱资源的极大浪费。鉴于以上原因,开发不需要所有用户的扩频信息,也不需要发送训练序列的盲多用户检测算法成为业界研究的新热点。以线性检测为例,线性盲多用户检测就是在不知道干扰用户扩频信息,也不需要训练序列的情况下求出权向量的过程。由于所有用户都以相同调制方式独立工作,可以假设各用户的信息码元及同一用户的不同码元之间都是独立同分布的,而幅度的差异可以反映在信道响应混合矩阵的系数中。
应用编辑本段回目录
多径效应
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。

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