在無線通信領(lǐng)域，我們常常會遇到一些令人困擾的場景。明明手機信號滿格，視頻卻卡成 PPT；Wi-Fi 路由器近在咫尺，網(wǎng)速卻堪比蝸牛。這些糟糕體驗的背后，都指向了一個共同的 “罪魁禍?zhǔn)住薄?衰落。它就像無線通信道路上的絆腳石，讓信號在傳輸過程中狀況百出，甚至嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。今天，我們就來深入揭開衰落的神秘面紗，探究它是如何讓我們的通信變得 “不靠譜” 的。
多徑效應(yīng)是幾乎所有類型接收機都會面臨的主要問題。一般而言，經(jīng)過不同時間延遲的反射和散射信號，會在原始傳輸信號到達后再到達接收機。每個多徑信號都包含著一系列與原始信號不同的失真組合，如時延、相移、幅度變化和多普勒頻移等。當(dāng)這些多徑信號與直射信號（LOS，視距信號）以建設(shè)性或破壞性方式疊加時，接收端就會出現(xiàn)稱為衰落（或多徑衰落）的現(xiàn)象。
圖 1 展示了一個簡單的多徑場景，汽車內(nèi)的接收機接收到三個信號，分別是直射信號、來自建筑物的反射信號以及來自路標(biāo)的散射信號。在實際情況中，影響衰落的主要因素包括反射、衍射、散射、多普勒頻移（由移動物體引起）、陰影衰落、吸收和折射等。下面我們將對這些因素逐一進行詳細分析。
- 反射
無線電波在空氣中傳播時，部分信號會從發(fā)射端到接收端路徑上的高密度物體表面反彈。這種反射現(xiàn)象在時域和頻域中都表現(xiàn)得較為復(fù)雜，涉及不同路徑長度導(dǎo)致的時延、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)生的時序誤差會導(dǎo)致碼間干擾（ISI），其作用類似于噪聲，從而降低通信的可靠性。例如，在城市高樓林立的環(huán)境中，信號經(jīng)過多次反射后，到達接收端的信號可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的失真，影響通信質(zhì)量。 - 衍射
盡管從直覺上不太容易理解，但射頻信號在遇到障礙物（如墻壁或拐角）或開口時會發(fā)生彎曲。這種現(xiàn)象可以用菲涅爾的理論來解釋，即波前上的每一點都可以被視為一個新的波的源點。通過相關(guān)公式，我們可以基于距離和波長來預(yù)測并建模這種行為。當(dāng)波前穿過障礙物時，產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象可能會導(dǎo)致接收端出現(xiàn)額外的衰落效應(yīng)。比如，在室內(nèi)環(huán)境中，信號穿過墻壁時會發(fā)生衍射，使得信號強度和質(zhì)量發(fā)生變化。
- 散射
當(dāng)無線電波遇到粗糙表面時，會像臺球母球撞擊一組子球那樣，向多個隨機方向擴散或 “散射”。對于射頻信號的波長而言，幾乎所有物體都會造成一定程度的散射，像路燈、道路標(biāo)志牌、樹葉、茂密的灌木叢等。其終效應(yīng)是增加了多徑反射信號到達接收機的可能性，進一步加劇了信號的衰落。例如，在森林環(huán)境中，信號經(jīng)過樹葉等物體的散射后，會變得更加復(fù)雜，增加了接收的難度。
- 多普勒頻移
如果您曾遇到過鳴笛的急救車輛從身邊駛過，您會感受到相對速度引起的頻率升高和降低，這就是多普勒頻移。類似的現(xiàn)象也會發(fā)生在射頻信號的直射和反射過程中，無論移動物體是發(fā)射端、接收端還是傳輸路徑上的其他物體。當(dāng)物體移動時，信號的頻率會發(fā)生變化，這種變化會進一步影響信號的衰減和接收機的性能。比如，在高速移動的列車上，通信信號會受到明顯的多普勒頻移影響，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降。 - 陰影衰落
在發(fā)射機到接收機的路徑上，建筑物或山丘等大型靜止物體會投射出一個射頻陰影，遮蔽主信號。陰影衰減會導(dǎo)致接收功率的隨機變化，這種現(xiàn)象可以使用平均值為零的高斯分布或鐘形曲線來建模，以描述接收功率的變化規(guī)律。例如，在城市中，高樓大廈會對信號產(chǎn)生遮擋，使得信號在陰影區(qū)域內(nèi)的強度明顯減弱。
- 吸收
在傳輸路徑中，水（如雨、雪）和其他材料會吸收射頻能量，從而衰減所有接收信號，包括原始信號、反射信號、衍射信號、散射信號、陰影信號或折射信號。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。比如，在雨天或霧天，信號的傳播會受到很大影響，因為水分會吸收信號能量，導(dǎo)致信號強度減弱。 - 折射
如同光線穿過棱鏡或透鏡，某些材料會使入射射頻信號在從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)（如空氣到玻璃、空氣到水）時改變方向。完整的衰落模型需要考慮此類效應(yīng)。例如，當(dāng)信號穿過玻璃幕墻時，會發(fā)生折射現(xiàn)象，改變信號的傳播方向和強度。
當(dāng)信號在無線通信道路上遭遇反射、衍射、散射等 “絆腳石” 時，接收機的性能可能會瞬間崩塌。為了確保設(shè)備在正常工作中的可靠性，我們采用兩種信號類型對接收機進行測試，分別是理想信號和失真信號。
理想信號用于驗證接收機性能是否符合設(shè)計目標(biāo)或公開規(guī)格參數(shù)。此類測試要求對信號純度進行控制，包括標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)制信號，常見于設(shè)計實驗室和生產(chǎn)線的測試環(huán)節(jié)。
在實際應(yīng)用場景中，設(shè)備接收到的信號會受到發(fā)射端失真和物理信道損傷的雙重影響（即發(fā)射機損傷和信道損傷）。通過使用可控制的失真信號進行測試，可以確保接收機在日常運行中保持預(yù)期性能。這類測試通常在設(shè)計驗證階段實施。
- 集成衰落測試
對通信系統(tǒng)有效的測試方法是以理想信號為基礎(chǔ)，疊加衰落效應(yīng)后直接輸入接收機。這種測試方案稱為集成衰落測試，需要借助矢量信號發(fā)生器來實現(xiàn)。這種方法可以模擬現(xiàn)實世界中的信號傳輸情況，幫助設(shè)計人員和工程師評估接收器的性能并優(yōu)化其設(shè)計。 - 集成衰落測試解決方案
雖然直接在真實環(huán)境中使用空中傳輸?shù)母鞣N信號來測試接收機頗具吸引力，但這種方法存在明顯缺陷，“野外測試” 既不可控也難以復(fù)現(xiàn)。取而代之的是使用集成衰落測試，即在實驗室環(huán)境中通過生成理想信號，再疊加典型運行中可能出現(xiàn)的各類損傷和失真，從而構(gòu)建出可重復(fù)性的非理想條件測試方案。采用 R&SSMW200A 矢量信號發(fā)生器配合 R&SSMW - B15 寬帶衰落模擬器，即可高效實現(xiàn)這一目標(biāo)。
R&SSMW200A 能夠滿足多種測試系統(tǒng)和應(yīng)用場景的性能與功能需求。在開發(fā)和驗證階段，無論是元器件、模塊、手機還是完整基站等各類被測設(shè)備，該設(shè)備都能以卓越性能輕松生成所需測試信號。憑借靈活的模塊化設(shè)計，該儀器可配置為從經(jīng)典單通道矢量信號發(fā)生器到多通道 MIMO 接收機測試系統(tǒng)等多種應(yīng)用方案。
