無線通道衰落基本概念

2.2.1 大規模衰落

無線電波在傳輸過程中，路徑損失和遮蔽效應是屬於大範圍衰落 (large scale fading)，主要是經由距離、地形、建築物等大區域環境的影響 而產生，以長時間衰落較緩慢的方式，使得信號平均功率減弱。

波頻率和距離而定，表示如下 (Non-line-of sight, NLOS)的傳輸環境下，設定在某一特定區域環境條件，

利用天線實際量測的功率值統計所得的衰減指數，加上常被採用的距離 常態分佈(lognormal distribution)，其表示如下

2

其中X = 10log10(X) (dBm)， Xm 是區域平均信號功率(dBm)，X 是接 收信號功率(mW)，0 _是在dB值上的標準差，依賴所選擇的傳輸環境條 件而定，一般在室外大區域都市地區大約會呈現一個標準差 6 ~ 10dB。 而在室內 LOS 和 NLOS 混和的大區域環境下，標準差會大於10dB 以 上，假如要單獨估算獨立在 LOS 或 NLOS 的環境條件下的路徑損失，

則標準差可以降低。

2.2.2 小規模衰落

多重路徑衰落是屬於小規模衰落(small scale fading)，主要是因發射 機、接收機或環境在移動改變時而產生，以短時間快速的方式，使得信 號的振幅和相位產生變動而發生信號失真現象。造成多重路徑衰落的原 因 可 分 成 時 間 延 遲 擴 散(time-delay spread)和 都 普 勒 擴 散(Doppler spread)。分類敘述如下[16]:

時間延遲擴散是因為不同路徑到達時間變動而產生如圖2-1所示；若 訊號之傳輸頻寬小於通道同調頻寬(coherence bandwidth)或訊號延遲擴散 時間小於信號符元週期，則稱頻率非選擇性衰落(frequency-nonselective fading)或平坦衰落(flat fading)，反之說明，若訊號之傳輸頻寬大於通道同 調頻寬或信號延遲擴散時間大於信號符號週期，則稱頻率選擇性衰落 (frequency-selective fading)。

圖2-1 時間延遲擴散

都普勒效應是由於發射端與接收端之間的通道環境相對位置的移動 而產生如圖 2-2 所示，由於會造成信號頻率的漂移，稱為都普勒偏移 (Doppler shift)或都普勒擴散；若當所傳輸訊號之信號符元週期比通道之 同調時間(coherence time)小時，即通道變動比基頻信號變動慢，則此通道 被稱為慢速衰落(slow fading)，但若訊號之信號符元週期大於通道之同調 時間，即通道變動比基頻信號變動快，則被稱為快速衰落(fast fading)。

圖2-2 都普勒擴散

由於一個無線通信系統的好壞除了系統本身之性能外，也會受到外 在傳輸路徑與雜訊的影響，在最差的情形之下有可能使系統誤差錯誤機 率達到二分之一，此時的通訊系統就會大幅降低它的功能，由於通道對 於通訊系統的影響很大，因此當要建構一個無線通訊系統模擬與設計之 前，必須先瞭解通訊系統架構所處的環境通道特性及相關參數設定，以 建立一個適當的通道模型。

2.2.3 多重路徑衰落通道數學模型

時間延遲擴散為多重路徑傳輸的一項特徵；假如我們在一時變性多 重路徑通道下傳輸一時序間隔極短之脈波 (pulse)，則在接收機所接收到 之訊號將會是一脈波序列 (pulse train) 而不單只是一個脈波而已。若我們

一再地重覆傳送此種脈波，則我們將會發現每次所接收到之脈波序列均 impulse response)可以下列數學方程式描述[16]

( ) ( )

均勻分佈 (uniform distribution)，αn(t) 則視通道環境而定，可分成瑞雷 分佈 (Rayleigh distribution)、萊斯分佈 (Ricean distribution)、對數常態分 佈 (log-normal distribution)等等。其中形成瑞雷分佈情況的通道環境是我 們相當感興趣的通道模型，因為在行動無線通訊中大部分情況是屬於

NLOS 的傳輸環境，並且在這樣的環境下通訊品質較 LOS 的傳輸環境

惡劣，故可用來評估通訊系統的性能，以下的章節我們將詳細介紹各種 分佈。