无线通信
近年来移动通信技术飞速发展，经历了三个发展阶段，第一代模拟系统仅提供语音服务，不能传输数据；第二代数字移动通信系统的数据传输速率也只有9.6Kbit/s，最高可达32kbit/s；第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbit/s。随着第三代移动通信(3G)陆续在各国投入商业运营，必将给人们的生活带来更多的方便。过去所采用的一些成熟的无线技术，例如窄带信道中的调制技术，由于其速率的限制，已渐渐被宽带信道调制技术所代替，对宽带信道的传输性能及调制技术的研究已经达到前所未有的高度。无线通信的发展目标是使用者能够在任意地点、任何时间与任何人实现即时通信。
喷水壶无线电波的传播
无线信道的电波传输特性与传播环境—地貌、人工建筑、气候特征、电磁干扰情况、通信体移动速度和使用的频段等密切相关。无线通信系统的通信能力和服务质量、无线通信设备要采用的无线传输技术都与无线移动信道性能的好坏密切相关。电磁波在空中传播时，墙壁、地面、建筑物和其他物体会对电磁波形成反射、散射、折射和衍射等现象。
无线移动信号的损耗包括自由空间传播损耗与弥散、阴影衰落和多径效应。无线电波在理想的空间中传 播时，电磁波的能量不会被障碍物吸收，也不存在电波的反射、折射、绕射、散和吸收等现象，但是随着传播距离的增大，电磁能量在扩散过程中产生球面波扩散损耗；由于电波传播遇到的障碍物等阻挡，形成电波阴影区，阴影区的电场强度减弱的现象称为阴影效应。引起的衰落幅度服从对数正态分布（正态衰落或高斯衰落）；由于移动传播环境的多径传播引起的衰落称为多径衰落。当接收信号中无主导信号时，衰落振幅服从瑞利分布。当接收信号中有主导信号时，衰落振幅服从莱斯分布。多径衰落使信号电平起伏不定，严重时将影响通话质量。 无线电波的衰落作用使得到达接收端的信号的功率变小。在发射机和接收机之间的存在的任何障碍物都会引起信号功率的衰减。
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发送和接收信号模型
在频率范围为0.3GHz~3GHz的UHF频段和频率范围为3GHz~30GHz的SHF 频段，电波的传播特性良好，天线尺寸也比较小，很适合无线通信。我们假设传播距离不是很大，这样地球曲率的影响可以忽略。
调制器中的振荡器产生的是实正弦信号，所以我们认为接收与发送的信号均是实信号，虽然为了简化分析，我们经常采用复数信道建模，但信道实际上只是改变了发送信号在不同频率处的幅度和相位，因此接收信号也是实信号。因此，我们所研究的发射和接收信号都是实信号。但为了便于分析，常把
实的发送和接收信号表示成一个复信号的实部，这就是带通信号的等效基带表示。
发送信号表示为
2()Re{()}
c j f t s t u t e π=Re{()}cos(2)Im{()}sin(2)
seggc c u t f t u t f t ππ=−()cos(2)()sin(2)I c Q c s t f t s t f t ππ=−公式（1-1）其中()()()I Q u t s t js t =+是一个复基带信号，其同相分量为()Re{()}I s t u t =，正交分量为()Im{()}Q s t u t =，带宽为u B ，功率为u P 。()u t 称为()s t 的复包络或等效基带信号。复包络得名于()u t 的振幅就是()s t 的振幅。()u t 的相位包括了载波相位移。对于带宽c B f <<；的带通信号，等效基带表示使信号通过()u t 体现而与载波频率无关。发送信号的功率为/2t u P P =。
接收信号的表示与发送信号类似，只是叠加了噪声：
2()Re{()}()c j f t r t v t e n t π=+公式（1-2）
其中()n t 为信道噪声。等效基带信号()v t 与()s t 所传输的信道有关。当()s t 经过时不变信道时，可知()()*()v t u t c t =，其中()c t 是等效基带信道的冲激响应。
公式（1-2）中的接收信号包括两项，第一项是经过信道传播之后的发送信号，第二项是信道噪声。接收信号的信噪比定义为第一项和第二项的功率之比。由于信号的传播特性与噪声无关，为了突出所研究的信号传播问题，我们忽略了随机噪声分量()n t 。
当发射机和接收机有一方在移动式时，接收效应会有一个多普勒频移。如果
接收机朝着发射机的方向移动，多普勒频移为正值，反之则为负值。对于典型的车速（75km/h ）和频率（约1GHz ），多普勒频移只有100Hz 左右。
cn-m假设发送信号()s t 的功率为t P ，相应的接收信号()r t 的功率为r P 。存在阴影时，r P 指对阴影平均后的结果。定义信道的路径损耗真值为发射功率和接收功率的比值：
t
L r P P P =公式（1-3）
定义信道的路径损耗为路径损耗真值的分贝数，即发送功率和接收功率的分贝差：
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1010log t L r P P dB dB P =公式（1-4）
信道时无源的，它只能衰减信号，所以用分贝表示的路径损耗一般都是非负值。定义路径增益分贝值为路径损耗分贝值的负数：1010log (/)G L r t P P P P dB =−=，通常是负值。考虑阴影效应时，物体的随机遮蔽将使接收功率呈现出随机性。大尺度衰落
为了深入研究和实际应用的需要，把无线信道的衰落主要分为两种形式：大尺度衰落和小尺度衰落。大尺度衰落使由于发射机和接收机之间的距离和两者之间的障碍物引起的平均信号能量减少，包括路径损耗和阴影衰落。
假设信号经过自由空间到达距离d 处的接收机，发射机和接收机之间没有任何障碍物，信号沿直线传播。这样的信道称为视距信道，相应的接收信号为LOS 信号或直射信号。自由空间路径损耗使接收信号相对于发送信号引入了一个复数
因子，产生的接收信号：
2()Re ()c j f t r t t e π⎫⎪=⎬⎪⎪⎩⎭公式（1-5）
公式中，是在视距方向上发射天线和接收天线的增益之积，2/j d e πλ−是由传播视距d 引起的相移。
发射信号()s t 的功率为t P ，由公式（1-5）
可得到接收功率和发射功率的比为
2r P P =⎣⎦公式（1-6）
可见接收功率与收发天线间距离d 的平方成反比。公式（1-6）中的接收功率还和波长的平方成正比，因此，载波频率越高则接收功率越小。接收功率与波长λ有关是因为接收天线的有效面积和波长有关。
自由空间传播时，接收功率也可以表示为dBm 的形式
1010101010log ()20log ()20log (4)20log ()r t
l P dBm PdBm G d λπ=++−−公式（1-7）自由空间路径损耗定义为自由空间模型下的路径损耗
2
10102
10log 10log (4)t l L r P G P dB P d λπ==−公式（1-8）相应的自由空间路径增益为2
10210log (4)l G L G P P d λπ=−=公式（1-9）
信号在无线信道传播过程中，我们用统计模型来来表征包括障碍物的位置、大小和介电特性及反射面和散射体的变化情况造成的信号的随机衰减。最常用的模型是对数正态阴影模型，它可以精确地建模室外和室内无线传播中接收功率的变化。
对数正态阴影模型把发射和接收功率的比值/t r P P ψ=假设为一个对数正态
分布的随机变量，即()210210log (2dB dB p ψψψµψσ⎡⎤−⎢⎥−⎢⎥⎣⎦0ψ>公式（1-10）
其中10/ln10ξ=、dB ψµ是以dB 为单位的()1010log dB ψψ=的均值、dB ψσ是dB ψ的标准差（单位也是dB ）。确定均值时，可以实测，dB ψµ等于路径损耗；也可以用
解析模型，dB ψµ必须结合考虑障碍物造成的平均衰减和路径损耗。服从对数正态
分布的随机变量称为对数正态随机变量。如果ψ为对数正态分布，那么接收功率和接收信噪比也是对数正态分布的，因为这两个量只是ψ乘上了一个常系数。路径损耗真值ψ的平均值可以从公式（1-10）求出为
[]22exp 2dB dB E ψψψµσµψξξ⎡⎤==+⎢⎥⎢⎥⎣⎦档案管理方法
公式（1-11）由此可得线性平均与对数平均的转换关系为
21010log 2dB dB ψψψσµµξ=+公式（1-12）
对数正态阴影衰落的参数一般采用对数均值dB ψµ，称为平均分贝路径损耗，
单位是dB 。经过变量代换后可以看出，ψ的分贝值服从均值为dB ψµ、标准差为
dB ψσ的正态分布
(
)()22
2dB dB dB dB p ψψψµψσ⎡⎤−⎢⎥=−⎢⎥⎣⎦公式（1-13）
对数正态分布由两个参数dB ψµ和dB ψσ确定。
当阴影衰落主要由阻挡衰减决定时，分贝平均接收功率的高斯模型可以用下面的衰减模型来分析。信号穿过宽度为d 的物体时其衰减近似为
()d s d e α−=公式（1-14）
公式中α是依赖于障碍物材料和介电性质的衰减常数。若第i 个障碍物的衰减常数为i α、宽度为随机值i d ，那么信号穿过该区域时的衰减为
()i i i d i s d e α−∑=公式（1-15）
如果发射机和接收机之间有多个障碍物，那么由中心极限定理，i i i d α∑可
s d就是一个均值为µ，方差为σ的随机变近似为高斯随机变量。这样，()
log
t
量（σ的值由传播环境决定）。
小尺度衰落
小尺度衰落是由于发射机与接收机之间空间位置的微小变化引起的，描述小范围内接收信号场强中瞬时值的快速变化特性，是由多径传播和多普勒频移两者共同作用的结果，包括由多径效应引起的衰落和信道时变性引起的衰落，具有信号的多径时延扩展特性和信道的时变特性。根据信号带宽和多径信道的相干带宽关系，将由多径效应引起是衰落分为平坦衰落和频率选择性衰落。
若多径信道的相干带宽远大于信号的带宽，此时的信道衰落称为平坦衰落。研究表明，平坦衰落的幅度符合瑞利分布或莱斯分布。若某一路经信号在传播过程中存在视距路经传播时，衰落信号幅度符合莱斯分布。当反射路经的数量很多，并且没有主要的视距传播路经时，衰落信号的幅度服从瑞利分布。
若信号的相干带宽小于信号的带宽，此时的信道衰落称之为频率选择性衰落。此时，信道冲激响应具有多径时延扩展，反应衰落信号相位的随机变化。频率选择性衰落是由于多径时延接近或超过发射信号的周期引起的，是影响信号传输的重要特性。信号在多径传播过程中，容易引起选择性衰落，从而造成码间干扰。为了不引起明显的频率选择性衰落，传输信号带宽必须小于多径信号的相关带宽。为了减少码间干扰的影响，通常限制信号的传输速率。
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