在无线通信领域，我们常常会遇到一些令人困扰的场景。明明手机信号满格，视频却卡成 PPT；Wi-Fi 路由器近在咫尺，网速却堪比蜗牛。这些糟糕体验的背后，都指向了一个共同的 “罪魁祸首”—— 衰落。它就像无线通信道路上的绊脚石，让信号在传输过程中状况百出，甚至严重影响通信质量。今天，我们就来深入揭开衰落的神秘面纱，探究它是如何让我们的通信变得 “不靠谱” 的。
多径效应是几乎所有类型接收机都会面临的主要问题。一般而言，经过不同时间延迟的反射和散射信号，会在原始传输信号到达后再到达接收机。每个多径信号都包含着一系列与原始信号不同的失真组合，如时延、相移、幅度变化和多普勒频移等。当这些多径信号与直射信号（LOS，视距信号）以建设性或破坏性方式叠加时，接收端就会出现称为衰落（或多径衰落）的现象。
图 1 展示了一个简单的多径场景，汽车内的接收机接收到三个信号，分别是直射信号、来自建筑物的反射信号以及来自路标的散射信号。在实际情况中，影响衰落的主要因素包括反射、衍射、散射、多普勒频移（由移动物体引起）、阴影衰落、吸收和折射等。下面我们将对这些因素逐一进行详细分析。
- 反射
无线电波在空气中传播时，部分信号会从发射端到接收端路径上的高密度物体表面反弹。这种反射现象在时域和频域中都表现得较为复杂，涉及不同路径长度导致的时延、反射引起的相位变化（如相位反转）等。在数字调制系统中，由此产生的时序误差会导致码间干扰（ISI），其作用类似于噪声，从而降低通信的可靠性。例如，在城市高楼林立的环境中，信号经过多次反射后，到达接收端的信号可能会出现严重的失真，影响通信质量。 - 衍射
尽管从直觉上不太容易理解，但射频信号在遇到障碍物（如墙壁或拐角）或开口时会发生弯曲。这种现象可以用菲涅尔的理论来解释，即波前上的每一点都可以被视为一个新的波的源点。通过相关公式，我们可以基于距离和波长来预测并建模这种行为。当波前穿过障碍物时，产生的衍射现象可能会导致接收端出现额外的衰落效应。比如，在室内环境中，信号穿过墙壁时会发生衍射，使得信号强度和质量发生变化。
- 散射
当无线电波遇到粗糙表面时，会像台球母球撞击一组子球那样，向多个随机方向扩散或 “散射”。对于射频信号的波长而言，几乎所有物体都会造成一定程度的散射，像路灯、道路标志牌、树叶、茂密的灌木丛等。其终效应是增加了多径反射信号到达接收机的可能性，进一步加剧了信号的衰落。例如，在森林环境中，信号经过树叶等物体的散射后，会变得更加复杂，增加了接收的难度。
- 多普勒频移
如果您曾遇到过鸣笛的急救车辆从身边驶过，您会感受到相对速度引起的频率升高和降低，这就是多普勒频移。类似的现象也会发生在射频信号的直射和反射过程中，无论移动物体是发射端、接收端还是传输路径上的其他物体。当物体移动时，信号的频率会发生变化，这种变化会进一步影响信号的衰减和接收机的性能。比如，在高速移动的列车上，通信信号会受到明显的多普勒频移影响，导致信号质量下降。 - 阴影衰落
在发射机到接收机的路径上，建筑物或山丘等大型静止物体会投射出一个射频阴影，遮蔽主信号。阴影衰减会导致接收功率的随机变化，这种现象可以使用平均值为零的高斯分布或钟形曲线来建模，以描述接收功率的变化规律。例如，在城市中，高楼大厦会对信号产生遮挡，使得信号在阴影区域内的强度明显减弱。
- 吸收
在传输路径中，水（如雨、雪）和其他材料会吸收射频能量，从而衰减所有接收信号，包括原始信号、反射信号、衍射信号、散射信号、阴影信号或折射信号。这种效应在 11 GHz 以上频段（卫星通信中使用的 Ku 波段起始频率）尤为显著。比如，在雨天或雾天，信号的传播会受到很大影响，因为水分会吸收信号能量，导致信号强度减弱。 - 折射
如同光线穿过棱镜或透镜，某些材料会使入射射频信号在从一种介质进入另一种介质（如空气到玻璃、空气到水）时改变方向。完整的衰落模型需要考虑此类效应。例如，当信号穿过玻璃幕墙时，会发生折射现象，改变信号的传播方向和强度。
当信号在无线通信道路上遭遇反射、衍射、散射等 “绊脚石” 时，接收机的性能可能会瞬间崩塌。为了确保设备在正常工作中的可靠性，我们采用两种信号类型对接收机进行测试，分别是理想信号和失真信号。
理想信号用于验证接收机性能是否符合设计目标或公开规格参数。此类测试要求对信号纯度进行控制，包括标准化的调制信号，常见于设计实验室和生产线的测试环节。
在实际应用场景中，设备接收到的信号会受到发射端失真和物理信道损伤的双重影响（即发射机损伤和信道损伤）。通过使用可控制的失真信号进行测试，可以确保接收机在日常运行中保持预期性能。这类测试通常在设计验证阶段实施。
- 集成衰落测试
对通信系统有效的测试方法是以理想信号为基础，叠加衰落效应后直接输入接收机。这种测试方案称为集成衰落测试，需要借助矢量信号发生器来实现。这种方法可以模拟现实世界中的信号传输情况，帮助设计人员和工程师评估接收器的性能并优化其设计。 - 集成衰落测试解决方案
虽然直接在真实环境中使用空中传输的各种信号来测试接收机颇具吸引力，但这种方法存在明显缺陷，“野外测试” 既不可控也难以复现。取而代之的是使用集成衰落测试，即在实验室环境中通过生成理想信号，再叠加典型运行中可能出现的各类损伤和失真，从而构建出可重复性的非理想条件测试方案。采用 R&SSMW200A 矢量信号发生器配合 R&SSMW - B15 宽带衰落模拟器，即可高效实现这一目标。
R&SSMW200A 能够满足多种测试系统和应用场景的性能与功能需求。在开发和验证阶段，无论是元器件、模块、手机还是完整基站等各类被测设备，该设备都能以卓越性能轻松生成所需测试信号。凭借灵活的模块化设计，该仪器可配置为从经典单通道矢量信号发生器到多通道 MIMO 接收机测试系统等多种应用方案。
