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无线信道常识（符号与多径、窄带与宽带）

news 来源：原创 2025/9/17 17:37:43

符号长度与时延扩展

符号长度：
符号长度是指一个符号（即一个信息单元）在传输过程中所占用的时间。符号长度通常与系统的带宽和调制方式有关。例如，在GSM系统中，符号长度大约为 5μs。
时延扩展：
时延扩展是指信号通过不同路径到达接收端时的时间差。在城市环境中，典型的时延扩展为 5μs。这意味着信号通过最短路径和最长路径到达接收端的时间差大约是5微秒。
符号长度与时延扩展的比较：（符号长度越大越好）

如果符号长度大于时延扩展，那么不同路径的信号到达接收端时，它们的时间差不会导致符号间的干扰（ISI，Inter-Symbol Interference）。在这种情况下，系统可以很好地处理多径效应。
如果符号长度小于时延扩展，那么不同路径的信号到达接收端时，它们的时间差会导致符号间的干扰（ISI）。这种情况下，系统需要额外的技术（如均衡器或正交频分复用（OFDM））来减轻ISI的影响。

窄带系统和宽带系统

窄带系统和宽带系统是根据系统带宽相对于信道特性（如多径效应、时延扩展等）的大小来区分的。以下是它们的定义和特点：

窄带系统

定义：

窄带系统是指系统的带宽远小于信道的相干带宽（Coherence Bandwidth）。相干带宽是信道的一个特性，表示信道在频率上保持相对平坦的频率范围。

特点：

带宽较小：
- 窄带系统的带宽通常较小，例如GSM系统的带宽为 180kHz。
- 由于带宽小，信号的频谱范围较窄。
多径效应影响较小：
- 在窄带系统中，信号的带宽远小于信道的相干带宽，因此多径效应（如时延扩展）对信号的影响较小。
- 不同路径的信号到达接收端时，它们的频率响应变化不大，因此可以认为信道在频率上是平坦的。
符号间干扰（ISI）较小：
- 由于多径效应的影响较小，符号间干扰（ISI）也较小，系统不需要复杂的均衡技术来处理ISI。
符号长度与时延扩展相当：
- 在窄带系统中，符号长度通常与时延扩展相当。例如，GSM系统的符号长度为 5μs，时延扩展也为 5μs。
简化信道模型：
- 由于多径效应的影响较小，窄带系统可以简化信道模型，通常只需要考虑少数几条主要的多径路径（如 Nh = 2）。

宽带系统

定义：

宽带系统是指系统的带宽接近或大于信道的相干带宽。宽带系统的带宽较大，信号的频谱范围较宽。

特点：

带宽较大：
- 宽带系统的带宽通常较大，例如LTE系统的带宽可以达到 20MHz 或更高。
- 由于带宽大，信号的频谱范围较宽。
多径效应影响较大：
- 在宽带系统中，信号的带宽接近或大于信道的相干带宽，因此多径效应（如时延扩展）对信号的影响较大。
- 不同路径的信号到达接收端时，它们的频率响应变化较大，因此信道在频率上是频率选择性的（Frequency-Selective）。
符号间干扰（ISI）较大：
- 由于多径效应的影响较大，符号间干扰（ISI）也较大，系统需要复杂的均衡技术（如频域均衡或时域均衡）来处理ISI。
符号长度远小于时延扩展：
- 在宽带系统中，符号长度通常远小于时延扩展。例如，LTE系统的符号长度可能为 0.1μs，而时延扩展可能为 10μs。
复杂信道模型：
- 由于多径效应的影响较大，宽带系统需要更复杂的信道模型，通常需要考虑更多的多径路径（如 Nh > 2）。
常用技术：
- 为了应对多径效应和符号间干扰，宽带系统通常采用正交频分复用（OFDM）技术，将宽带信号分成多个窄带子载波，从而降低多径效应的影响。

窄带系统与宽带系统的对比

特性	窄带系统	宽带系统
带宽	较小（如180kHz）	较大（如20MHz或更高）
多径效应影响	较小	较大
符号间干扰（ISI）	较小	较大
符号长度与时延扩展关系	符号长度与时延扩展相当	符号长度远小于时延扩展
信道模型复杂度	简单（如Nh = 2）	复杂（如Nh > 2）
常用技术	无需复杂均衡技术	正交频分复用（OFDM）等复杂技术

注：消除符号间的干扰技术就是均衡。频域均衡主要在宽带系统得以应用。

总结：

窄带系统：带宽小，多径效应影响小，符号间干扰小，信道模型简单。
宽带系统：带宽大，多径效应影响大，符号间干扰大，信道模型复杂，通常需要采用OFDM等技术来应对多径效应。

为什么说频域均衡在宽带系统下时，FFT优势才明显

频域均衡在宽带系统中具有明显的优势，主要是因为：

宽带系统的带宽大，信号长度大，FFT的计算效率优势显著。
宽带系统的多径效应严重，频域均衡可以更好地处理频率选择性衰落。通过FFT，可以将多径效应的影响转换为频域的频率选择性衰落，从而更容易进行均衡处理。
FFT的并行处理特性适合宽带系统的并行处理需求。
频域均衡与OFDM的结合使得FFT在宽带系统中成为核心技术。

因此，在宽带系统中，FFT的优势才得以充分发挥，频域均衡成为一种高效且实用的均衡技术。

为什么宽带系统下，多径效应严重

在宽带系统中，多径效应严重的原因是：

宽带系统的带宽大，信号的频谱范围宽，信号的不同频率成分会经历不同的衰落（频率选择性衰落）。
宽带系统的符号长度小，符号长度远小于时延扩展，导致符号间干扰（ISI）严重。例如，LTE系统的符号长度可能为 0.1μs，而时延扩展可能为 10μs。
宽带系统的多径路径数量多，信号在传播过程中会经历更多的反射、折射和散射，导致多径路径的时延差异大。

因此，宽带系统的带宽大、符号长度小以及多径路径数量多，共同导致了多径效应的严重性。

无线信道常识（符号与多径、窄带与宽带）

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