信道:六大域初论

目录
  1. 信道模型的建立
  2. 六大域
    1. 扩散性与选择性
    2. 时域 - 多普勒域
    3. 频域 - 时延域
    4. 空域 - 角域
TOC

作为通信原理课程关于六大域的一些小总结,也是帮助自己对这些概念做一个梳理。

信道模型的建立

简单粗暴地说,无线信号的通讯环境无非就是一个电磁空间,利用电磁波相关理论可以完备地描述它的特性。但是,作为一门应用学科,研究信道的目的只是为了更好地通信。所以,根据信息流传的规律,将这种电磁空间建模为了一种通道般的存在,即信道。

一般认为,信道的影响分为4部分,前三部分为乘性影响,分别为:path loss(能量的衰减), shadowing(大型物体的遮挡) 和 multipath (多径),而且其影响依次减小。最后一个部分为加性噪声,比如高斯白噪声。

在本文中,主要讨论信道在多径衰减上的相关特性。

六大域

信道在多径上的特性可以分为3对二元域进行描述。所谓二元域,如同信号与系统中时域和频域一般,属于对同一种特性从不同角度进行观察的结果,描述的归根结底其实是一码事。因此,对于这3对二元域,可以有2的三次方——8种系统方程进行描述。

六大域为:时域 - 多普勒域,频域 - 时延域,空域 - 角域。

扩散性与选择性

这两对性质是对六大域的描述,其中选择性描述时域,频域和空域,而扩散性描述多普勒域,时延域和角域。也就是说,对于一对域来说,一个对应扩散性,另一个就对应选择性。

简单来说,扩散性指的是通过后信号变宽的特性。而选择性指的是在一定范围内(一般是极值点附近),该特性对信号影响不大的范围。

时域 - 多普勒域

这两个域描述的是对于同一个信号,收发端的“移动”对信号的影响。其中时域具有选择性,指的是若收发端移动得相对不快,那么接收到的信号的时延基本没有改变,此时“移动”这一个特性对信号的影响就比较小。(此时信道称为“慢衰落信道”(Slow fading channel))

从多普勒的角度来说,收发端速度越快,频率的漂移也越远,换句话说,接收到的信号频率也就越宽。反之,信号频率就比较窄。而这种对信号的变宽就被称为扩散性,对应的信道被称为“快衰落信道”(Fast fading channel)。

频域 - 时延域

该二元域描述了“多径”对信号的影响。时延域的扩散指的是,同一个信号,在经过不同路径到达接收端后,因为多条路径的长度不同,使得时延各不一样,在时延上呈现变宽的性质。这时候,我们可以发现信道的时延性质对收发端的信号频率提出了要求,即当发出信号的时间间隔小于这种被变宽的时延时,上一帧信号和这一帧将会出现重叠,此时的信道被定义为“宽带信号”(Wideband channel)。

相反的,从频域上来看,一个自身频率对应的信道频率比较平稳的信号,将不会出现重叠的问题。这种平稳的要求,就是需要频域上的极大值附近的区域,这是频域的选择性的体现。此时的信道也被称为“窄带信号”(Narrowband channel)。

空域 - 角域

这对域描述的是信源阵列对信号的影响,所谓空域的“空”字,便是指的信源的相对空间位置排布。空域的选择性体现为,随着两个信源距离的增加,信号大小出现忽高忽低的情况,而在极大值附近,信号变化趋于稳定,此时认为两个信源位置的些微变换对信号影响很小。此时称信道为“空间相干信道”(Spatial correlated channel)。

所谓角域的“角”,指的是不同信源与同一个反射物的连线,与同一参考线的夹角。随着空间上信源的位置变远,角域上角也越来越大。这种角度的变化,被称作角域的扩展性。当信源位置很远,使得角域上很大时,被称为“空间非相干信道”(Spetial uncorrelated channel)。

DAR
SON