标题：慢衰落
背景
在无线通信系统中，由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度  慢衰落示意图下降，但该场强中值随地理改变变化缓慢，故称慢衰落。又称为阴影衰落、对数正态衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置/地点相关，衰落的速度取决于移动台的速度。 接收信号电平的随机起伏，即接收信号幅度随时间的不规则变化。衰落对传输信号的质量和传输可靠度都有很大的影响，严重的衰落甚至会使传播中断。衰落主要由多径干涉和非正常衰减引起。多径干涉，即多条射线的相互干涉，是最常见的也是最重要的衰落成因。多条射线的产生，可能是由于地面、大气不均匀层或天线附近的地形地物的反射，也可能是由于电离层多次反射、电离层中的寻常波和非常波或天波和地波的同时出现。多径干涉形成的衰落通常称为多径衰落或干  慢衰落示意图涉型衰落。非正常衰减的典型例子有降水衰减和次折射引起的绕射衰减；后者是由于发射点和接收点之间的直射线弯曲而被地面阻挡所形成的。这类衰减发生时，接收信号电平低于正常值，从而形成衰落。这种衰落通常称为衰减型衰落。其中，降水和次折射条件下的绕射所形成的衰落，分别称为降水衰落和绕射衰落。
概述
信道特性对无线信号的传输至关重要，信号通过不同的信道发生不同的失真和畸变。通信系统的收发设备必须依据信道特征来设计，采用不同技术的无线扩频系统应用定位也不相同。
在无线通信中由于气候，环境，距离等各种因素的影响，接收到的信号幅度和相位是随机起伏变化的，主要需要考虑的是慢衰落，快衰落，平衰落，频率选择性衰落。室内信  无线通信信道中的慢衰落道的时间衰落特性是慢衰落的，同时时延扩展因素小，因而较为简单的达到通信速率Mbps数量级以上。而室外无线传输信道的特征有很大不同。必须考虑各种快衰落，深度平衰落，长扩展时延等因素。通信速率高（占用带宽大）时还要考虑频率选择性衰落等各种不确定因素。另外其接收灵敏度必须保障在信号衰减上百dB情况下的信号拾取。
为保证通信质量和通信可靠性（用可用度表示）。常规微波频段通信系统为了保证足够的性能指标（误码指标）一般会预先在链路设计上予留30~50dB的链路裕度（或称衰落储备）。然而对于多径传输和深度衰落等原因造成的误码，除了采用快速自动增益控制AGC等手段之外。必须采用抗多径衰落的技术。采用直扩技术中高性能的实现手段（先解扩再解调）可以很好抵消多径衰落的不利影响。更好的RAKE接收技术甚至可以实现多径分集接收，进而抵消室外无线衰落信道系统中的性能严重恶化。另外由于直扩技术的频谱很宽，部分频带的选择性衰落不会影响整体接收。
信号幅度随时间、频率和空间而起伏的衰落，分别称为时间选择性衰落、频率选择性衰落和空间选择性衰落。若电波在传播过程中由于极化发生变化而产生衰落，则称为极化衰落。例如，电波在电离层中传播时，由于地磁场的作用分成两个椭圆极化波。当电离层的电子密度变化时，椭圆极化波时刻改变极化椭圆主轴的取向，从而接收信号发生极化衰落。不过，这种衰落的出现机会比多径衰落小得多。
衰落通常分为快衰落和慢衰落两种。前者是指在足够短的时间间隔内（如几秒、几分钟内）接收信号电平的快速变化。多径传输是引起快衰落的主要原因。例如，对流层散射传播中的快衰落就是由收、发天线波束交割的区域内许多不均匀体的散射分量随机干涉形成的，它有很强的频率与空间选择性。慢衰落是短期信号电平中值(如几分钟中值，日、月、年中值等)在较长时间间隔内的变化。引起慢衰落的主要原因，是传输媒质结构发生变化。如对流层散射传播中，慢衰落是由大气折射、大气湍流、大气层结等平均大气条件的变化而引起的，通常与频率的关系不大，而主要与气象条件、电路长度、地形等因素有关。
特性
由于衰落具有随机的特性，须用统计方法如概率密度或分布函数描述。快衰落的幅度分布一般服从瑞利分布。对慢衰落进行较准确的统计分布描述比较困难。对流层散射传播中，慢衰落通常服从对数正态分布。 衰落特性可用衰落深度、衰落率和衰落持续时间等主要  慢衰落的特性参量描述。衰落深度衰落深度：信号电平瞬时值与中值（或自由空间电平值）之差；或分布概率分别为50%和10%的电平间分贝数之差，它表征衰落的严重程度。衰落率衰落率：每秒钟瞬时值超过中值的次数除以二；或单位时间内，信号幅度自上而下通过某给定值的次数，它表征衰落的频繁程度。在电离层电波传播中，寻常波与非常波形成的极化衰落的衰落率约在每秒几次以下。在对流层散射传播中，中值电平处的衰落率约每秒百分之几次到几十次，一般它与频率、风速、散射角和天线波束宽度等因素有关。衰落持续时间衰落持续时间：即信号幅度低于其给定值的持续时间。在对流层散射传播中，中值电平处的平均衰落持续时间在超短波频段为几秒至几十秒，在高频段则可达百分之几秒至几秒。电离层传播中的中波波段平均持续时间约几秒至几十秒。
此外，还可用衰落幅度、衰落速度、衰落带宽等参数描述衰落的某些特性。
克服衰落的方法主要根据形成衰落的原因而确定。例如，在对流层视距电波传播中，为克服由于地面反射引起的干涉型衰落，可通过选择粗糙的反射面、用刃型屏蔽体阻挡反射波、加大收发天线的高差等方法，减少或消除由多径产生的衰落。此外，分集接收技术是克服多径衰落的最有效的方法。有时，也用提高发射功率、采用强方向性天线、抗衰落天线、自适应接收技术和留足够衰落余额等方法克服衰落的影响。
影响
移动信道的特点及其带来的传播上的特点，对接收点的信号  慢衰落的影响将会产生三种效应。阴影效应移动台在运动中，由于大型建筑物和其他物体对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。阴影效应是产生慢衰落的主要原因。远近效应由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站间的距离也是在随机的变化，若各用户发射功率一样，那么到达基站的信号强弱不同，离基站近信号强，离基站远信号弱。通信系统的非线性则进一步加重，出现强者更强、弱者更弱和以强压弱的现象，通常称这类现象为远近效应。因为CDMA是一个自干扰系统，所有用户共同使用同一频率，所以“远近效应”问题更加突出。多普勒效应它是由于接收的移动用户高速运动而引起传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户的运动速度成正比。
随参信道的一般衰落特性和选择性衰落特性，是严重影响信号传输的重要特性。至于前面所说的慢衰落特性，因为它的变化速度十分慢，通常可以通过调整设备参量（如调整发射功率）来弥补。而为了抗快衰落，通常可采用多种措施，例如，各种抗衰落的调制解调技术、抗衰落接收技术及扩频技术等。其中，明显有效且被广泛应用的措施之一，就是分集接收技术。其基本思想就是，快衰落信道中接收的信号是到达接收机的各径分量的合成，如果在接收端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适当合并构成总的接收信号，则能够大大减小衰落的影响。
STBC对抗慢衰落
空时分组码（Space-TimeBlockCode，STBC）是近年来发展起来的一种新的编码方法。STBC的一个显著的特点是各天线发射的信号之间正交，这不仅能够保证在平坦的慢衰落信道下获得最大的分集增益，而且还可以降低译码复杂度。因此STBC性能好、易于实现，现成为人们研究的热点。目前，对于STBC的大部分研究仍局限于平坦慢衰落信道、并且假设各信道之间的衰落互不相关的条件下进行的。在实际的无线信道中，快衰落和频率选择性衰落是不可避免的，而且多天线的  STBC对抗慢衰落引入使不相关的假设也不可能实现。因此为了探讨STBC的实用性，研究人员开展了在时变衰落信道、频率选择性衰落信道和空间相关衰落信道等小尺度衰落信道下对STBC性能的研究工作，并进行了仿真和分析。在某些科技文献中，介绍了无线传播的信道特征和空时码技术，详细给出了小尺度衰落信道的分类和STBC的编译码原理。在此基础上采用SIMULINK仿真工具分别构造了在时变衰落信道、频率选择性衰落信道和空间相关衰落信道下的仿真模型，并进行了仿真。通过对仿真结果的分析得出了相应的结论。
研究人员的分析结果表明：在时变衰落信道下随着信道变化的加快，空时分组码的性能有所下降，尤其在快衰落信道下其性能下降显著；在频率选择性衰落信道下，接收端使用了理想的RAKE接收机进行接收，当信道变化慢时，随着信道路径数的增加性能有很大程度的改善，当信道变化快时，性能有所下降，而且信道路数越多性能下降越明显；在空间相关衰落信道下的仿真结果表明，当保持相关系数小于一定值时，空时分组码便可以具有良好的性能。
CDMA对抗快衰落
分集技术是指系统同时接收衰落互不相关的两个或更多个输入信号后，系统分别解调这些信号然后将他们相加，这样系统可以接收到更多有用信号，克服衰落。 移动通信信道是一种多径衰落信道，发射的信号要经过直射、反射、散射等多条传播途径才能达到接收端，而且随着移动台的移动，各条传播路径上的信号幅度、时延及相位随时随地发生变化，所以接收到的信号的电平是起伏、不稳定的，这些多径信号相互叠加就会形成衰落。叠加后的信号幅度变化符合瑞利分布，又称瑞利衰落。瑞利衰落随时间急剧变化时，称为“快衰落”。快衰落严重衰落深度达到20~30dB。瑞利衰落的中值场强只产生比较平缓的变化，称为“慢衰落”，且服从对数正态分布。分集技术是克服叠加衰落的一个有效分发。由于具有频率、时间、空间的选择性，因此分集技术包括频率分集、时间分集、空间分集。
减弱慢衰落采用空间分集，即用几个独立天线或在不同场地分别发射和接收信号，以保证各信号之间的衰落独立。根据衰落的频率选择性，当两个频率间隔大于信道带宽相关带宽时，接收到的此两种频率的衰落信号不相关，市区的相关带宽一般为50kHz左右，郊区的相关带宽一般为250kHz左右。而CDMA的一个信道带宽为1.23MKz，无论在市区还是郊区都远远大于相关带宽的要求，所以CDMA的宽带传输本身就是频率分集。时间分集是利用基站和移动台的RAKE接收机来完成的。对于一个信道带宽为1.23MHz的CDMA系统，当来自两个不同路径信号的时延为1us时，也即这两条路径相差大约300m 时，RAKE接收机就可以将它们分别提取出来而不混淆。