你是否遇到過(guò)這樣的場(chǎng)景：明明手機(jī)信號(hào)滿(mǎn)格，視頻卻卡成PPT？Wi-Fi路由器近在只尺，網(wǎng)速卻堪比蝸牛？

這些令人抓狂的體驗(yàn)背后有一個(gè)共同的“罪魁禍?zhǔn)住薄ヂ洌拖?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/1252/" target="_blank">無(wú)線(xiàn)通信路上的絆腳石，讓信號(hào)在傳輸過(guò)程中“迷路”“摔跤”，甚至“粉身碎骨”。

今天，我們就來(lái)揭開(kāi)衰落的神秘面紗，看看它是如何讓我們的通信變得“不靠譜”的？

PART-01 衰落的定義

多徑效應(yīng)是幾乎所有類(lèi)型接收機(jī)面臨的主要問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，這些是經(jīng)過(guò)不同時(shí)間延遲的反射和散射信號(hào)，它們?cè)谠紓鬏斝盘?hào)到達(dá)后再到達(dá)接收機(jī)。

每個(gè)多徑信號(hào)都包含一系列與原始信號(hào)不同的失真組合——包括時(shí)延、相移、幅度變化和多普勒頻移。當(dāng)這些多徑信號(hào)與直射信號(hào)（LOS，視距信號(hào)）以建設(shè)性或破壞性方式疊加時(shí)，接收端會(huì)表現(xiàn)出稱(chēng)為衰落（或多徑衰落）的現(xiàn)象。

圖1展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的多徑場(chǎng)景：汽車(chē)內(nèi)的接收機(jī)接收到三個(gè)信號(hào)——直射信號(hào)、來(lái)自建筑物的反射信號(hào)以及來(lái)自路標(biāo)的散射信號(hào)。實(shí)際中，影響衰落的主要因素包括：反射、衍射、散射、多普勒頻移（由移動(dòng)物體引起）、陰影衰落、吸收和折射。以下逐一分析這些因素。

圖1：接收機(jī)看到的信號(hào)包括原始直射信號(hào)、反射信號(hào)和散射信號(hào)，這些信號(hào)之間的相互作用導(dǎo)致了衰減的發(fā)生。如果汽車(chē)正在移動(dòng)，信號(hào)還會(huì)受到多普勒效應(yīng)的影響，導(dǎo)致信號(hào)頻率的變化。這種變化會(huì)進(jìn)一步影響信號(hào)的衰減和接收機(jī)的性能。

01 反射

無(wú)線(xiàn)電波在空氣中傳播時(shí)，部分信號(hào)會(huì)從發(fā)射端到接收端路徑上的高密度物體表面反彈（見(jiàn)圖1）。這種現(xiàn)象在時(shí)域和頻域中均表現(xiàn)出復(fù)雜性，涉及不同路徑長(zhǎng)度導(dǎo)致的時(shí)延、反射引起的相位變化（如相位反轉(zhuǎn)）等。在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中，由此產(chǎn)生的時(shí)序誤差會(huì)導(dǎo)致碼間干擾（ISI），其作用類(lèi)似于噪聲，從而降低通信可靠性。

02 衍射

盡管直覺(jué)上不明顯，但射頻信號(hào)在遇到障礙物（如墻壁或拐角）或開(kāi)口時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲。這種現(xiàn)象可以用菲涅爾的理論來(lái)解釋?zhuān)床ㄇ吧系拿恳稽c(diǎn)都可以被視為一個(gè)新的波的源點(diǎn)（圖2）。通過(guò)公式可基于距離和波長(zhǎng)預(yù)測(cè)并建模這種行為：

Δ?：兩束波的相位差

圖2：當(dāng)波前穿過(guò)橙色墻體時(shí)，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象可能導(dǎo)致接收端出現(xiàn)額外的衰落效應(yīng)。

03 散射

當(dāng)無(wú)線(xiàn)電波遇到粗糙表面時(shí)，會(huì)像臺(tái)球母球撞擊一組子球那樣，向多個(gè)隨機(jī)方向擴(kuò)散或"散射"。那么表面需要多"粗糙"才會(huì)引發(fā)散射呢？對(duì)于射頻信號(hào)的波長(zhǎng)而言，幾乎所有物體都會(huì)造成一定程度的散射：路燈、道路標(biāo)志牌、樹(shù)葉、茂密的灌木叢等等。其最終效應(yīng)是增加了多徑反射信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的可能性。

04 多普勒頻移

如果您曾遇到過(guò)鳴笛的急救車(chē)輛從身邊駛過(guò)，您會(huì)感受到相對(duì)速度引起的頻率升高和降低——這就是多普勒頻移（圖3）。類(lèi)似現(xiàn)象也發(fā)生在射頻信號(hào)的直射和反射過(guò)程中，無(wú)論移動(dòng)物體是發(fā)射端、接收端還是傳輸路徑上的其他物體。

圖3：對(duì)于兩名靜止的觀察者而言，由于消防車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，他們聽(tīng)到的警笛聲頻率會(huì)呈現(xiàn)降低（觀察者B）或升高（觀察者A）的現(xiàn)象。

05 陰影衰落

在發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的路徑上，建筑物或山丘等大型靜止物體會(huì)投射出一個(gè)射頻陰影，遮蔽主信號(hào)。陰影衰減會(huì)導(dǎo)致接收功率的隨機(jī)變化，這種現(xiàn)象可以使用平均值為零的高斯分布或鐘形曲線(xiàn)來(lái)建模（圖4），以描述接收功率的變化規(guī)律。

圖4：陰影衰落可視為路燈、標(biāo)識(shí)牌、樹(shù)木等物體散射射頻能量所產(chǎn)生的次級(jí)效應(yīng)。由此導(dǎo)致的路徑損耗會(huì)隨收發(fā)信機(jī)之間距離的對(duì)數(shù)值而變化。

06 折射

如同光線(xiàn)穿過(guò)棱鏡或透鏡，某些材料會(huì)使入射射頻信號(hào)在從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)（如空氣到玻璃、空氣到水）時(shí)改變方向。完整的衰落模型需考慮此類(lèi)效應(yīng)。

07 吸收

在傳輸路徑中，水（如雨、雪）和其他材料會(huì)吸收射頻能量，從而衰減所有接收信號(hào)——包括原始信號(hào)、反射信號(hào)、衍射信號(hào)、散射信號(hào)、陰影信號(hào)或折射信號(hào)。這種效應(yīng)在11 GHz以上頻段（衛(wèi)星通信中使用的Ku波段起始頻率）尤為顯著。

PART-02 衰落場(chǎng)景測(cè)試

當(dāng)信號(hào)在無(wú)線(xiàn)通信道路上遭遇反射、衍射、散射等“絆腳石”時(shí)，接收機(jī)的性能可能瞬間崩塌。為確保設(shè)備在正常工作中的可靠性，我們采用兩種信號(hào)類(lèi)型對(duì)接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試：理想信號(hào)和失真信號(hào)。

理想信號(hào)用于驗(yàn)證接收機(jī)性能是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)或公開(kāi)規(guī)格參數(shù)。此類(lèi)測(cè)試要求對(duì)信號(hào)純度進(jìn)行精確控制，包括標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)制信號(hào)，常見(jiàn)于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線(xiàn)的測(cè)試環(huán)節(jié)。

實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)備接收到的信號(hào)會(huì)受到發(fā)射端失真和物理信道損傷的雙重影響（即發(fā)射機(jī)損傷和信道損傷）。通過(guò)使用可精確控制的失真信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，可確保接收機(jī)在日常運(yùn)行中保持預(yù)期性能。這類(lèi)測(cè)試通常在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段實(shí)施。

01 集成衰落測(cè)試

對(duì)通信系統(tǒng)最有效的測(cè)試方法是以理想信號(hào)為基礎(chǔ)，疊加衰落效應(yīng)后直接輸入接收機(jī)。這種測(cè)試方案稱(chēng)為集成衰落測(cè)試，需借助矢量信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)。這種方法可以模擬現(xiàn)實(shí)世界中的信號(hào)傳輸情況，幫助設(shè)計(jì)人員和工程師評(píng)估接收器的性能并優(yōu)化其設(shè)計(jì)。

02 集成衰落測(cè)試解決方案

雖然直接在真實(shí)環(huán)境中使用空中傳輸?shù)母鞣N信號(hào)來(lái)測(cè)試接收機(jī)頗具吸引力，但這種方法存在明顯缺陷——"野外測(cè)試"既不可控也難以復(fù)現(xiàn)。取而代之的，是使用集成衰落測(cè)試，即在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中通過(guò)生成理想信號(hào)，再疊加典型運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各類(lèi)損傷和失真，從而構(gòu)建出最具可重復(fù)性的非理想條件測(cè)試方案。采用R&SSMW200A矢量信號(hào)發(fā)生器配合R&SSMW-B15寬帶衰落模擬器，即可高效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

R&SSMW200A能夠滿(mǎn)足多種測(cè)試系統(tǒng)和應(yīng)用場(chǎng)景的性能與功能需求。在開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證階段，無(wú)論是元器件、模塊、手機(jī)還是完整基站等各類(lèi)被測(cè)設(shè)備，該設(shè)備都能以卓越性能輕松生成所需測(cè)試信號(hào)。憑借靈活的模塊化設(shè)計(jì)，該儀器可配置為從經(jīng)典單通道矢量信號(hào)發(fā)生器到多通道MIMO接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)等多種應(yīng)用方案（如圖5所示）。

圖5：R&SSMW200A可配置為最高44GHz輸出頻率、2GHz調(diào)制帶寬及800MHz衰落帶寬的工作模式。其可選第二射頻通道支持高達(dá)20GHz頻率范圍，最多可配置8個(gè)獨(dú)立基帶，該通道既可用作干擾源，也可用于擴(kuò)展衰落信道。

結(jié) 語(yǔ)

在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，衰落效應(yīng)是信號(hào)傳輸質(zhì)量的核心威脅。從城市樓宇的密集反射到高速移動(dòng)引發(fā)的頻移畸變，各類(lèi)衰落因素時(shí)刻威脅著通信的穩(wěn)定性。為確保設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境中的可靠性，實(shí)驗(yàn)室級(jí)的衰落測(cè)試成為破解這一難題的關(guān)鍵。

當(dāng)衰落場(chǎng)景模擬技術(shù)集成于高端矢量信號(hào)發(fā)生器時(shí)，衰落測(cè)試能夠全面評(píng)估以下要素：

直射信號(hào)(LOS)質(zhì)量

干擾信號(hào)影響

多種信道損傷：包括反射、衍射、散射、多普勒效應(yīng)、陰影衰落、折射及吸收

R&SSMW200A矢量信號(hào)發(fā)生器是此類(lèi)應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)桿設(shè)備。如需了解該儀器、可選寬帶衰落模擬模塊及相關(guān)軟件功能的詳細(xì)信息，歡迎訪(fǎng)問(wèn)羅德與施瓦茨官方網(wǎng)站。

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