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多径频移对接收信号的影响

2022-07-28 22:25 作者:乐吧的数学  | 我要投稿

   我们在学习无线通信的时候,经常会遇到要研究多径效应,其中一种情况就是不同路径上频率有不同的偏移,在这种情况下,基站发射的一个单一频率信号,到达接收端会有什么样的效果?这是这篇浅显的短文要展示的主要内容。

   我们这里先不探讨为什么不同的路径上会有不同的频率偏移(这个与多普勒效应以及无线电波的入射角度有关)。

   假设基站要发射一个单频的波形给接收端,假如频率是 100Hz. 有两个不同的路径,其中一个路径的频率偏移是 5Hz, 另外一个路径的频率偏移是 7Hz.

    那么发射出来的信号,可以表示为:
cos(2%5Cpi*100*t)  

第一个路径接收到的信号,可以表示为:

cos(2%5Cpi*(100-5)*t)

第二个路径接收到的信号,可以表示为:

cos(2%5Cpi*(100-7)*t)


   那么,接收端接收到的信号,可以表示为:

cos(2%5Cpi*(100-5)*t)%20%2B%20cos(2%5Cpi*(100-7)*t)


下面的 python 代码,把接收到的两个路径的信号分别画在第一个图和第二个图中



图中上边一个波形是偏移 5 Hz 的,第二个波形时偏移 7Hz 的,乍一看上去也没什么不同,实际上是有微小的差别的,我们把他们画在一起,就能明显看出来差别。


从图中可以明显看到,随着时间的延长,两个波形偏差越来越大,如果把这两个波形叠加再一起,会有什么效果呢?下图就是叠加在一起的波形:


  可以明显看出来,随着时间的推移,波形的幅度先是增强到 2 ,然后逐渐降低,大概在 0.25 秒左右,已经是相互抵消了。这就是多径有不同频率偏移,在时间轴上的表现。

结论:专业一点的说法,多径频移在时间上有选择性衰落,不同时刻接收的信号(来自发送者同一个频率的)幅度会有选择性。

我们把上面最后一个代码中的时间,拉长到 1 秒,看看什么效果:


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