衰落

在无线通信领域，衰落是指由于信道的变化导致接收信号的幅度发生随机变化的现象，即信号衰落。导致信号衰落的信道被称作衰落信道。 衰落可按时间、空间、频率，三个角度来分类。

（1）在时间上，分为慢衰落和快衰落。

慢衰落描述的是信号幅度的长期变化，是传播环境在较长时间、较大范围内发生变化的结果，因此又被称为长期衰落、大尺度衰落。

快衰落则描述了信号幅度的瞬时变化，与多径传播有关，又被称为短期衰落、小尺度衰落。慢衰落是快衰落的中值。 多径传播使信号包络产生的起伏虽然比信号的周期缓慢，但是仍然可能是在秒或秒以下的数量级，衰落的周期常能和数字信号的一个码元周期相比较，故通常将由多径效应引起的衰落称为快衰落。 即使没有多径效应，仅有一条无线电路径传播时，由于路径上季节、日夜、天气等的变化，也会使信号产生衰落现象。这种衰落的起伏周期可能较长，甚至以若干天或若干小时计，故称这种衰落为慢衰落。

无线通信中，接收端可能会在一段时间内接收到许多来自不同路径的相同信号，这段时间称为延迟扩散(delay spread)，而延迟扩散的倒数称相干带宽(Coherence Bandwidth)，物理意义就是在这段带宽区间，衰落的大小可视为相同的，当延迟扩散越大，相干带宽越小。而无线的信道是会随着时间的变化而不相同， 如果有移动的情况下，信道变化的情况会更快速，因为相干时间会缩短，而相干时间的倒数，为多普勒频移，物理意义就是在这段时间区间，衰落的情况差不多，当 信号的传送时间大于相干时间，就会产生所谓的快衰落。

（2）在空间上，分为瑞利衰落和莱斯衰落。

瑞利衰落适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况；相反，莱斯衰落适用于发射机到接收机存在直射路径的情况。 在无线通信信道环境中，电磁波经过反射折射散射等多条路径传播到达接收机后，总信号的强度服从瑞利分布。 同时由于接收机的移动及其他原因，信号强度和相位等特性又在起伏变化， 故称为瑞利衰落。在无线通信信道中，由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各个方向分量波的叠加，又 产生了驻波场强，从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。 如果收到的信号中除了经反射折射散射等来的信号外，还有从发射机直接到达接收机（如从卫星直接到达地面接收机）的信号，那么总信号的强度服从莱斯分布， 故称为莱斯衰落。

（3）在频率上，分为平坦性衰落和选择性衰落。

多径衰落可分为平坦衰落和频率选择性衰落。 如果无线传播信道的频带比传送信号还宽，则接收到的信号会受到平坦衰落。在平坦衰落中，多重路径信道中的传送信号的 频谱大致维持不变，虽然信号的强度会因多重路径引起的增益波动而随时间变化。在一个平坦衰落的信道里，信号的讯符周期远大于信道的延迟扩散时间，因此信道 的脉冲响应近似于没有延迟延展(delay spread)。平坦衰落信道亦被称为窄频信道(narrowband channel)，因为信号的带宽与平坦衰落的信道带宽相比下较为狭窄。 当传送信号的带宽大于信道的同调带宽时，接收信号的增益和相位将会随着信号频谱的改变而变化，因而在接收端产生了信号失真，这就是选择性衰落。 一般来说， 多路信号到达接收机的时间有先有后，即有相对时（间）延（迟）。 如果这些相对时延远小于一个符号的时间， 则可以认为多路信号几乎是同时到达接收机的。 这种情况下多径不会造成符号间的干扰。 这种衰落称为平坦衰落， 因为这种信道的频率响应在所用的频段内是平坦的。 相反地，如果多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略，那么当多路信号迭加时，不同时间的符号就会重叠在一起，造成符号间的干扰。 这种衰落称为频率选择性衰落，因为这种信道的频率响应在所用的频段内是不平坦的。 平衰落是相对频率选择性衰落来说的。平衰落是指一个信号经过信道后保持频谱形状不变，如果一个信号经过传输后其频谱发生了变化，则认为是经历了频率选择性衰落。 在Proakis的数字通信一书中，作者是这样描述频率选择性衰落的：如果在发送端发送一个理想脉冲信号，接收端能够接收到多个脉冲信号，那么这是一个频率选择性衰落信道。从频谱的角度来看，（只有）单个脉冲信号具有无限宽的平坦频谱；而多个脉冲信号的叠加其频谱必定不是平坦的。