陰影效應是指在無線通信系統中，移動台在運動的情況下，由於大型建築物和其他物體對電波的傳輸路徑的阻擋而在傳播接收區域上形成半盲區，從而形成電磁場陰影，這種隨移動台位置的不斷變化而引起的接收點場強中值的起伏變化叫做陰影效應。陰影效應是產生慢衰落的主要原因。
基本介紹
- 中文名：陰影效應
- 外文名：Shadowing Effect
- 套用學科：通信
- 影響範圍：GSM、OFDM、WCDMA
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背景闡釋
光是一種頻率較高的電磁波。當和煦的陽光普照大地的時候，樹木、房屋都有影子，這個影子不是完全的黑暗，是一種強度減弱很多的光，這就是光傳播過程的陰影效應，如下圖所示。
陰影效應在無線電波的傳播路徑上，遇到地形不平、高低不等的建築物、高大的樹木等障礙物的阻擋時，在阻擋物的背面，會形成電波信號場強較弱的陰影區，這一現象叫陰影效應，和可見光的陰影效應類似，只不過我們肉眼看不到。終端從無線電波直射的區域移動到某地物的陰影區時，接收到的無線信號場強中值就會有較大幅度的降低。手機受到陰影效應的影響，有時會努力地增加更多發射功率，耗費更多的電能，正像小樹生活在大樹的陰影下，往往在向陽的一面增加很多茂盛的枝葉，以便吸收儘量多的陽光。
理解陰影效應要注意以下幾點：
（1）不同地物類型的陰影效應的大小不一，密集城區一般要比普通城區、農村、郊區有更大的陰影效應影響；
（2）在做網路規劃的時候，要充分考慮不同無線環境中陰影效應對覆蓋效果的影響。
發展背景
無線通信的損耗
1、路徑傳播損耗
2、慢衰落損耗
它主要是指電磁波在傳播路徑上受到建築物等的阻擋產生的陰影效應而產生的損耗，它反映了在中等範圍內（數百波長量級）的接收信號電平平均值起伏變化的趨勢。 這類損耗一般為無線傳播所特有的。它服從對數常態分配，其變化率比傳送信息率慢，故稱為慢衰落。
3、快衰落損耗
它反映微觀小範圍（數十波長以下量級）接收電平平均值的起伏變化趨勢。它一般服從瑞利、萊斯、納卡伽米分布，其變化速率比慢衰落快，故稱快衰落。仔細劃分這一快衰落又可分為：空間選擇性快衰落、頻率選擇性快衰落與時間選擇性快衰落。
影響無線通信效應
陰影效應
由大型建築物和其它物體的阻擋，在電波傳播的接收區域中產生傳播半盲區。它類似於太陽光受阻擋後可產生的陰影，光波的波長較短，因此陰影可見，電磁波波長較長，陰影不可見，但是接收終端(如手機)與專用儀表可以測試出來。
由於接收用戶的隨機移動性，移動用戶與基站之間的距離也是在隨機變化，若各移動用戶發射信號功率一樣，那么到達基站時信號的強弱將不同，離基站近者信號強，離基站遠者信號弱。通信系統中的非線性將進一步加重信號強弱的不平衡性，甚至出現了以強壓弱的現象，並使弱者，即離基站較遠的用戶產生掉話（通信中斷）現象，通常稱這一現象為遠近效應。,
它是由於接收用戶處於高速移動中比如車載通信時傳播頻率的擴散而引起的，其擴散程度與用戶運動速度成正比。這一現象只產生在高速（≥70km/h）車載通信時，而對於通常慢速移動的步行和準靜態的室內通信，則不予考慮。
如果無線電波在傳播路徑中遇到起伏的地形、建築物和高大的樹木等障礙物時，就會在障礙物的後面形成電波的陰影。接收機在移動過程中通過不同的障礙物和陰影區時，接收天線接收的信號強度會發生變化，造成信號的衰落。
意義
信道是任何一個通信系統所必不可少的組成部分。陸地數字移動通信的信道和固定通信信道（無線本地環路例外）是完全不同的。在固定通信中,信號的傳輸媒介是人工製作，例如雙絞線、電纜、光纖等。這些媒質的傳輸特性在相當長的時間內是十分穩定的，可以認為這種信道為恆參信道。而在陸地移動通信信道中，信號在空間中自由傳播，受外界信道條件的影響很大。由於天氣的變化、建築物和移動物體的遮擋、反射和散射作用以及移動台的運動造成的都卜勒頻移的影響等造成信道的變化，可以認為這種信道為隨參信道。 移動通信信道的主要特點：
1.傳播的開放性
一切無線信道都是基於電磁波在空間傳播來實現信息傳播的。
2.接收點地理環境的複雜性與多樣性
一般可將地理環境劃分為下列三類典型區域：
高樓林立的城市中心繁華區；
以一般性建築物為主的近郊小城鎮區；
3.通信用戶的隨機移動性
慢速步行時的通信；
高速車載時的不間斷通信。
電磁波傳播的特點：
直射波：它指在視距覆蓋區內無遮擋的傳播，直射波傳播的信號最強。
多徑反射波：指從不同建築物或其他物體反射後到達接收點的傳播信號，其信號強度次之。
繞射波：從較大的山丘或建築物繞射後到達接收點的傳播信號，其強度與反射波相當。
隨參信道的一般衰落特性和選擇性衰落特性，是嚴重影響信號傳輸的重要特性。至於前面所說的慢衰落特性，因為它的變化速度十分慢，通常可以通過調整設備參量（如調整發射功率）來彌補。而為了抗快衰落，通常可採用多種措施，例如，各種抗衰落的調製解調技術、抗衰落接收技術及擴頻技術等。其中，明顯有效且被廣泛套用的措施之一，就是分集接收技術。其基本思想就是，快衰落信道中接收的信號是到達接收機的各徑分量的合成，如果在接收端同時獲得幾個不同路徑的信號，將這些信號適當合併構成總的接收信號，則能夠大大減小衰落的影響。
陰影效應影響GSM
在GSM系統最佳化流程上，在網路運行質量已處於穩定、良好的階段，需進一步提高指標，改善網路質量的深層次最佳化中應該將對性能統計數據的關注中轉移到對用戶投訴的處理，解決局部地區話音質量差的問題，高話務區的深度覆蓋等等具體事件中來。網路性能統計指標能夠從巨觀上反應整體的網路質量，具體事件點關注、性能統計數據分析、測試分析，最佳化方案的制定以及最佳化方案的實施成為較為穩定的網路最佳化流程。無線信號在傳播過程中，將受到各種掩體的阻擋，即手機接收的信號往往是基站發射信號經由不同的反射、散射、繞射路徑的疊加，疊加的結果必然造成無線信號傳播中的各種衰落及陰影效應，產生多徑干擾，在由於GSM900頻帶資源有限，頻點利用率高，容易產生頻率間的干擾。在測試中RXQUAL的值反映了話音質量的好與壞，即信號質量的誤碼率，級別為0-7級。RXQUAL=1（誤碼率：0.2%至0.4%），RXQUAL=5（誤碼率：3.2%至 6.4%），現網路採用跳頻技術，由於跳頻增益的原因，RXQUAL=3時，通話質量尚可，當RXQUAL≥6時，用記基本無法正常通話。如果某個區域 RXQUAL為6和7的採樣統計數高而RXLEV大於－85dBm的採樣數較高，一般可以認為該區域存在干擾。對於網路中存在外源或者頻點干擾，可以根據實際情況，調整基站天線方位角、下傾角，也可減小干擾。
GSM網路最佳化流程若無線網路參數設定不合理，也會影響通話質量。如在DT測試中常常發現切換前話音質量較差，即RXQUAL較大（如5、6、7），而切換後，話音質量變得很好，RXQUAL很小（如0、1），而反方向行駛通過此區域時話音質量可能很好（RXQUAL為0、1），因為占用的服務小區不同。對於這種情況，減小 RXQUAL的切換門限值，如原先從RXQUAL≥4時才切換，改為RXQUAL≥3時就切換，可以提高許多區域的通話質量。因此，根據測試情況，找出最佳的切換地點，適當調整調整切換相關門限參數來提高通話質量。
影響OFDM
OFDM並不是新生事物，它由多載波調製（MCM）發展而來。美國軍方早在上世紀的50、60年代就創建了世界上第一個MCM系統，在1970年衍生出採用大規模子載波和頻率重疊技術的OFDM系統。但在以後相當長的一段時間，OFDM理論邁向實踐的腳步放緩了。由於OFDM的各個子載波之間相互正交，採用FFT實現這種調製，但在實際套用中，實時傅立葉變換設備的複雜度、發射機和接收機振盪器的穩定性以及射頻功率放大器的線性要求等因素都成為OFDM技術實現的制約條件。後來經過大量研究，終於在20世紀80年代，MCM獲得了突破性進展，大規模積體電路讓FFT技術的實現不再是難以逾越的障礙，一些其它難以實現的困難也都得到了解決，自此，OFDM走上了通信的舞台，逐步邁入高速Modem和數字移動通信的領域。20世紀90年代,OFDM開始被歐洲和澳大利亞廣泛用於廣播信道的寬頻數據通信，數字音頻廣播（DAB）、高清晰度數位電視（HDTV）和無線區域網路（WLAN）。隨著DSP晶片技術的發展，格柵編碼技術、軟判決技術、信道自適應技術等成熟技術的套用，OFMD技術的實現和完善指日可待。 ODFM由於碼率低和加入了時間保護間隔而具有較強的抗多徑干擾能力。由於多徑時延小於保護間隔，所以系統不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網路（SFN）可以用於寬頻OFDM系統，依靠多天線來實現，即採用由大量低功率發射機組成的發射機陣列消除陰影效應，來實現完全覆蓋。
陰影效應對OFDM系統的影響多天線系統非常適用於無線區域網路。一般的區域網路由於陰影效應，信號無法完全覆蓋，需要使用中繼器。對於傳統系統來說，中繼器可能會帶來多徑干擾，但OFDM不存在這個問題，它的中繼器可以加在任何需要的地方，不僅可以完全覆蓋網路，並且可以消除多徑干擾。
影響WCDMA
在WCDMA系統中，功率是重要的無線資源之一，功率管理是無線資源管理中非常重要的一個環節。 從保證無線鏈路可靠性的角度考慮，提高基站和終端的發射功率能夠改善用戶的服務質量;而從自干擾的角度考慮，由於WCDMA採用了寬頻擴頻技術，所有用戶共享相同的頻譜，每個用戶的信號能量被分配在整個頻帶範圍內，而各用戶的擴頻碼之間的正交性是非理想的，這樣一來，某個用戶對其他用戶來說就成為寬頻噪聲，發射功率的提高會導致其他用戶通信質量的降低。因此，在WCDMA系統中功率的使用是矛盾的，發射功率的大小將直接影響到系統的總容量。
陰影效應對WCDMA系統的影響