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路径损耗和信道衰落

衰落：信道的随机时变冲激响应。
这种随机响应可以建模为一个拥有时间相关性的随机过程。
参考Proakis的《Digital Communications 》第13章。仅仅摘要一页就已经说清楚了啥叫衰落（fading）。
那么推演一下就是：路径损耗描述了一个确定的损耗（确定函数），衰落描述了时变的响应（随机函数）。而且，往往数学上都会对衰落进行归一化操作，从而让它不和损耗混淆。

路径损耗是信道衰落的一部分。
对于衰落信道，下面几条是比较粗略的理论，不是绝对的。例如路径损耗和多径效应并不能严格区分(e.g. reflection from ground plane, see Tse-Viswanath 05 or Gallager 08)。

  • 信道衰落反映的是接收机观察到的信道强弱变化。它通常是大尺度衰落（路径损耗、阴影）和小尺度衰落（多径效应）的综合。
  • 大尺度衰落中，路径损耗主要源于信号功率在空间的扩散和吸收。阴影主要源于巨物对信号的阻挡。
  • 小尺度衰落主要来自于多径信号叠加导致的相长相消。
  • 运动（主要是发、收机的运动）导致信道的时变性（也可以叫做时间选择性衰落，但不是十分推荐这个术语）。从频域来看，运动导致多普勒效应。因此多普勒效应是一种结果，并非原因。

讨论：

  1. 关于信道衰落的平坦与选择性。如果没有多径，那信道在频域总是平坦的。一个多径信道表现为平坦衰落还是频率选择性衰落，与带宽有关。对宽带信号（其带宽远超相干带宽），信道表现出频率选择性衰落；对窄带信号（其带宽相比相干带宽很小），信道可近似为平坦衰落。如果脱离了信号模型，那么一个物理信道并不能直接判定为窄带信道/平坦衰落还是宽带信道/频率选择性衰落。因此宽窄是相对的，要和相干带宽比较。相干带宽是信道本身的属性，但是并不存在唯一的定义方法。
  2. 关于快衰落和慢衰落。如果没有移动性，那么信道理论上不会变，也就谈不上衰落快慢了。一个时变信道建模为快衰落还是慢衰落，与通信需求（特别是时延需求）等外在约束有关系。例如，当相干时间远小于容许时延，即建模为快衰落信道；若相干时间大于容许时延，则建模为慢衰落信道。如果脱离了通信问题，那么一个物理信道并不能直接判定为快衰落还是慢衰落。因此快慢是相对的，要和相干时间比较。相干时间是信道本身的属性，但是并不存在唯一的定义方法。
  3. 关于“时间选择性衰落”。我不太推荐这个术语，首先是学术界本来也不优先用它。Tse-Viswanath05 和Goldsmith05这两本主要无线通信教科书中并没有用这个术语，他们只提时变信道。Proakis似乎也是这样。IEEE期刊论文中，“time-selective fading"的出现频率也远远少于"frequency-selective fading”（可能也有后者容易做的原因？）。其次，不优先用它可能也有些理由（只是我也不完全明白）。前面的两条讨论明显具有时频对偶性，但是时频终究不是完全对称的，也许过分强调对偶性会有一些问题。最后，时变性这个术语似乎更具一般性。评论区有朋友指出，时间选择性衰落也是多径引起的。这我基本上也同意。然而如果没有多径，运动仍然会导致信道时变性（频域来看即多普勒），只是有多径时，时变性可能是小尺度的。如果把小尺度的时变性叫做时间选择性衰落，大概也可以吧。

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