移动通信信道是指用于移动通信的无线电波传输路径,其特征和传播方式对于通信质量有决定性影响。移动通信信道的一个主要特点是传播的开放性,即电磁波能在开放的空间中自由传播,与有线信道将电磁波限定在导线内不同。另一个特点是接收环境的复杂性,接收点的地理环境可以分为城市繁华区、近郊区和农村及远郊区等典型区域,这些区域的环境复杂多变,对信号传播有着不同的影响。此外,移动通信信道还具有通信用户的随机移动性特点,用户的移动会导致信号传播环境发生变化,进而影响信号的接收质量。
电波传播方式主要包括四种基本类型:直射波、反射波、绕射波和散射波。直射波是在没有障碍物的情况下,电磁波直接从基站到达手机。反射波发生在电磁波遇到尺寸大于其波长的障碍物时,在障碍物前形成反射。绕射波是电磁波绕过障碍物,在障碍物后方形成场强。散射波是电磁波遇到粗糙表面时,反射能量向所有方向散布形成的。这四种波型的交互作用对移动通信信号的质量和稳定性有着直接的影响。
移动信道中接收信号可能会受到四种效应的影响:阴影效应、远近效应、多径效应和多普勒效应。阴影效应是由大型建筑物或其他物体遮挡导致的传播半盲区。远近效应是指由于用户与基站距离不同,近处用户的信号可能会对远处用户的信号产生抑制。多径效应是因为用户位置的复杂性,信号可能由多条路径到达,各路信号的强度、到达时间和载波相位不同,最终接收的信号是这些信号矢量和。多普勒效应则是由于用户高速移动导致的传播频率扩散,移动速度超过70Km/h时尤为明显,这一效应在慢速移动或室内通信中通常可以忽略。
移动信道的衰落是另一个重要的概念,它通常分为大尺度衰落和小尺度衰落。大尺度衰落主要关注路径损耗和阴影效应,而小尺度衰落则更关注快速变化的信号衰落。路径损耗是由多种因素引起的信号功率随距离变化的现象,它不仅受到频率和距离的确定性影响,还受到地形地貌、建筑物分布和街道布局等不确定因素的影响。为了预测路径损耗,通常采用基于大量实测数据的经验模型,如奥村模型、哈塔模型及其COST231扩展等。
噪声和干扰也是影响移动通信信道性能的重要因素。噪声通常指通信系统中非期望的信号,可能来源于通信设备内部、外部电磁环境以及各种自然和人为干扰。为了提高通信质量,必须有效管理和降低噪声和干扰的影响。
在移动通信信道分析中,理解这些特性和效应对于设计高效、稳定的通信系统至关重要。通过预测模型和信号处理技术的应用,可以针对不同的传播环境和用户行为,优化信号覆盖、提高数据传输速率,确保通信的可靠性。