无线传播环境
现代无线电传播环境由多种成分组成，包括多条路径（多径传播）。系统设计和测试通常使用 4-24 条路径来模拟无线电信道，所需路径数量取决于信道带宽。每条路径由多个子路径组成，代表来自附近反射的个体平面波。多径传播导致每条路径具有独特的时延扩展（DS）和角度扩展（AS）。由于带宽限制，路径 DS 通常被认为为零，这意味着所有子路径同时到达接收器。
带宽对多径传播的影响
- 窄带信道：接收器无法分辨不同路径，所有多径分量叠加为单一复合信号，表现为瑞利衰落。
- 宽带信道：接收器可分辨不同路径，每条路径具有独特的功率-方位谱（PAS），路径数量随带宽增加而增加。
角度扩展
- 每条路径具有角度扩展（AS），表示信号到达角度的范围。
- 基站和移动站的 AS 不同，因为散射特性不同。移动站由于靠近地面和更多杂波，AS 更大。
- 复合角度扩展不同，基站和移动站的路径平均角度代表信号的角度到达（AoA）或离开（AoD）。
衰落模型
- 平坦衰落：窄带信道中，所有频率分量衰落相同，表现为平坦衰落，如 Jakes 衰落模型。
- 频率选择性衰落：宽带信道中，不同频率分量的衰落不同，表现为频率选择性衰落，如 CDMA、WCDMA、LTE、WiMAX 等。
频率选择性衰落的原因
- 多条路径的相对相位差随频率变化，导致路径干涉。
- 路径长度差与带宽的比值决定衰落数量。
- 示例：30kHz 窄带信号路径长度差需 10km 才出现显著衰落，而 20MHz 宽带信号路径长度差 15m-60m 可出现 1-4 次衰落。
多径延迟和时延扩展
- 频率选择性信道由多径传播引起，每条路径具有独特的延迟和相对功率。
- 功率延迟分布（如 ITU 车载 A 信道模型）描述路径延迟和功率关系。
多天线技术
- 多天线技术（如分集、波束成形、MIMO）可显著提高性能。
- 多天线配置表示为 MxN，M 为发射天线数，N 为接收天线数。
- 信道矩阵 H 表示天线元素间的复杂路径增益。
- 天线间相关性由局部散射、信号 AS、AoA 和移动方向（DoT）决定。
- 功率方位谱（PAS）通常建模为拉普拉斯分布，信号随角度增加呈指数下降。
- 基站和移动站天线相关性不同，移动站相关性较低（如半波长间距）。
宽带信道
- 宽带信道（≥ 20MHz）需要更多路径或路径内时延扩展以增强频率选择性建模。
- 空间-频率相关函数描述不同频率间的相关性，实际信道相关性较低，需通过增加路径或分裂路径改善。
阴影衰落
- 阴影衰落（SF）表示不同位置的接收功率变化，呈对数正态分布，与路径损耗无关。
- SF 与距离相关，城市区域去相关距离为几十米，郊区为几百米。
- SF 也与不同基站路径的角度相关，存在站点间相关性（通常建模为 50% 相关）。
信道建模和 MIMO 容量
- 信道模型需正确模拟实际条件，特别是天线间的相关性。
- 相关性降低 MIMO 系统能力，限制容量。
- MIMO 容量公式：$C = log_2 det(I + H^H \Phi)$，其中 H 为信道矩阵，Φ 为平均信噪比。
- 相关性降低矩阵特征值，减少容量。
- 平均容量：$C = E[log_2 det(I + H^H \Phi)]$，相关性越高，容量越低。
- 空间信道模型（SCM）需考虑相关性，影响 MIMO 系统能力。
- 系统仿真分析容量，考虑天线方向、AoA、AS 和 DoT 等因素。
