无线信道分析：大尺度衰落与阴影效应

"无线信道中的路径损耗与阴影衰落" 无线通信中，信道特性是理解和设计无线系统的关键因素。本资料详细阐述了无线信道中的大尺度衰落（路径损耗和阴影衰落）以及LOS（直视）和非NLOS（非直视）条件下的影响。 1. 路径损耗（Path Loss） 路径损耗是指信号从发射端传播到接收端过程中能量的自然衰减。它主要由距离引起的，通常用 Friis传输公式来描述： \[ P_{RX} = \frac{P_{TX}}{d^2} \cdot G_{TX} \cdot G_{RX} \cdot (\frac{\lambda}{4\pi d})^2 \] 其中，\( P_{TX} \) 是发射功率，\( P_{RX} \) 是接收功率，\( d \) 是距离，\( G_{TX} \) 和 \( G_{RX} \) 分别是发射和接收天线的增益，\( \lambda \) 是波长。 2. 小尺度衰落（Small-scale Fading） 小尺度衰落是由于多径传播引起的，导致信号强度在短时间内快速变化。这包括反射、折射、散射等现象，造成信号的相位差和幅度变化。 3. Friis传输公式 Friis公式是理想自由空间中无损传播的一个简单模型，适用于远场条件。在远场，即当距离 \( d \) 大于Fraunhofer距离 \( d_F \) 时，路径损耗可以简化为自由空间路径损耗（FSPL）： \[ P_{RX} = P_{TX} \cdot \left(\frac{\lambda}{4\pi d}\right)^2 \] 其中 \( \lambda = c/f \)，\( c \) 是光速，\( f \) 是频率。 4. 近场与远场 Fraunhofer距离 \( d_F \) 定义为： \[ d_F = \frac{2D^2}{\lambda} \] 其中 \( D \) 是天线的最大物理尺寸，\( \lambda \) 是波长。只有当 \( d > d_F \) 时，Friis公式才适用。 5. 阴影衰落 阴影衰落，也称为大尺度衰落，是由环境障碍物如建筑物、树木等引起的信号强度随机变化。这种衰落通常用对数正态分布来描述，影响整个通信区域。 6. LOS与非NLOS传播 LOS传播是指信号直接从发射端到达接收端，没有显著的障碍物。非NLOS传播则涉及多次反射和散射，导致更复杂的传播特性，包括更高的路径损耗和更多的多径效应。 7. 接收信号 经过自由空间路径损耗后，接收信号的强度会减弱，同时可能伴有相位变化，这取决于传播距离。信号的复包络与载波结合，形成实际接收到的信号。 8. 实例：远场距离计算 计算远场距离是确保无线通信系统设计中正确应用路径损耗模型的重要步骤。具体计算方法需要根据发射天线的尺寸和工作频率来确定。 无线信道的特点和行为对于优化无线通信系统的性能至关重要，包括理解路径损耗、阴影衰落、LOS和非NLOS传播，以及如何利用这些知识来设计有效的无线通信网络。