如何区分频率选择性衰落信道与平坦衰落信道？ - 成都welcome乐彩汇科技股份有限公司

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如何区分频率选择性衰落信道与平坦衰落信道？

我们经常会听到“频率选择性衰落”信道和 “平坦衰落”信道这种描述。那么究竟什么是“频率选择性衰落”信道和“平坦衰落”信道呢？

首先，需要指出的是“频率选择性衰落”信道和“平坦衰落”信道并不是单纯的指某种信道，它们是一种相对关系。正式的描述就是：“收发两端的相对移动导致接收信号的衰落由传输方案和信道特点决定。传输方案由信号的带宽或符号周期等定义，无线信道的特点由多径时延扩展和多普勒扩展定义。多径时延扩展和多普勒扩展分别会引起时间色散效应和频率色散效应。根据时间色散的程度和频率色散的程度，他们将分别引起频率选择性衰落或时间选择性衰落”。简单的描述就是，如果存在一个信道，并不能立马就确定其是“频率选择性衰落”信道或者“平坦衰落”信道，需要和传输方案，即通信系统的传输带宽做比较才能确认。类比于生活中的例子，一个国家的足球队水平高不高，要和别的国家的足球队比了才知道。

那怎么确认信道是否是“频率选择性衰落”信道或者“平坦衰落”信道呢？

首先计算给定信道模型的均方根时延扩展，

其中，

如何区分频率选择性衰落信道与平坦衰落信道？表示时延为的可分辨径的功率。

其次，计算该信道模型的想干带宽Bc。通常，相干带宽与RMS时延扩展成反比，即

假设信号带宽为Bs，如果

成为发射信号经历频率选择性衰落，反之，经历平坦衰落。

为了验证上述理论分析，我们以Simulink为基础搭建2FSK的基带通信系统，该系统中，2FSK采用非相干解调，如下图所示。该系统仿真时，保持信道条件不变，改变发射信号的带宽，虽然信道条件没有变化，由于信号带宽改变，信号分别经历选择性衰落和平坦衰落。

如何区分频率选择性衰落信道与平坦衰落信道？

图1.1 2FSK基带通信系统Simulink框图

其中多径模型采用如下表所示：

如何区分频率选择性衰落信道与平坦衰落信道？

如何区分频率选择性衰落信道与平坦衰落信道？

图1.2 Rayleigh信道配置图

为了保证系统正确测试衰落，设置极小的频偏（排除频偏对误比特率的影响）。根相干带宽计算公式，计算得到该信道的相关带宽Bc=14.6kHz。

1）配置信道速率为32kbps，FSK频率间隔配置为40kHz，此时2FSK系统的信号带宽为Bs=72kHz，信号经历频率选择性衰落。此时系统的误比特率为0.3222。信道经历的频域冲击响应如下图所示。

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图1.3 频率选择性衰落信道频域冲击响应

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图1.4 2FSK系统经历频率选择性衰落信道

2）配置信道速率为1kbps，频率间隔设置为2kHz。此时2FSK系统的信号带宽为Bs=3kHz，信号经历平坦衰落。此时系统的误比特率为9.283×10-5。信道经历的频域冲击响应如下图所示。

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图1.5 平坦衰落信道频域冲击响应

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图1.6 2FSK系统经历平坦衰落信道

为了再次验证理论分析，本次采用设备进行实测。本次实测保证信号带宽不变，使用不同的信道（改变相干带宽），让同一种信号分别经历频率选择性衰落和平坦衰落。测试系统采用KSW无线自组网通信设备和KSW-WNS02B型无线信道仿真仪，该通信系统的配置如下表所示：

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其中多径模型1采用如下表所示：

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其中多径模型2采用如下表所示：

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通过计算，信道模型1的相干带宽为46.3723MHz，信道模型2的相干带宽为4.64MHz。由于信号带宽为20MHz，所以相对于模型1，信号经历平坦衰落信道信道，相对于模型2信号经历频率选择性衰落信道。其测试误帧统计如下图所示。为了保证系统正确测试衰落，设置极小的频偏（排除频偏对误帧率的影响）。

如何区分频率选择性衰落信道与平坦衰落信道？

图1.7 信号经历信道模型1误帧率统计

如何区分频率选择性衰落信道与平坦衰落信道？

图1.8 信号经历信道模型2误帧率统计

从上述两幅图可以看出，对于信道模型1，信号经历平坦衰落，系统发送10106�。砦笾∈�51帧，误帧率为0.5%；对于信道模型2，信号经历频率选择性衰落，系统发送10238�。砦笾∈�359�。笾÷饰�3.51%；

仿真分析中，通过改变信号的带宽，保持信道不变，分别使信号经历频率选择性衰落信道和平坦衰落信道，通过频率冲击响应可以看出，频率选择性衰落信道的频域冲击响应衰落严重，通信的效果不佳。

实际测试中，通过改变信道，保持通信的收发不变，分别使信号经历频率选择性衰落信道和平坦衰落信道。通过误帧率测试可以看出，相同的收发设备，频率选择性衰落信道会恶化系统的通信性能。

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