多径效应是指电磁波在传播过程中，通过不同的路径到达接收端，这些路径可能包括直射、反射、折射等多种方式。由于这些路径的长度不同，导致信号到达时间不同，从而使得接收到的信号相位发生变化。当这些不同相位的信号在接收端叠加时，可能会增强或减弱某些信号分量，造成信号失真或错误。
具体来说，当电磁波沿着两条长度相差半个波长的路径传播时，这两条路径上的信号在到达终点时可能正好相互抵消，即波峰与波谷重合，这种现象称为信号的相互抵消。此外，由于路径距离的不同，接收机收到的信号相位也不同，这种现象称为多径衰落。
多径效应不仅影响信号的幅度，还可能引起信号的相位变化和频率扩展，这对无线通信系统的性能有着重要影响，如瑞利性衰落和频率弥散等。因此，理解和处理多径效应是无线通信领域中的一个重要课题。
一、 多径效应在无线通信中的具体影响是什么?
多径效应在无线通信中的具体影响主要体现在以下几个方面：
- 信号衰落和相移：由于电磁波沿不同路径传播，导致各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真甚至产生错误。这种情况下，信号的相位变化和频率选择性衰落会引起传输的信号产生失真，增加了无线通信系统的误码率。
- 时频展宽：多径效应会导致信道传递函数h(t)展宽，即信号从不同路径到达接收端时间不同，从而导致信道传递函数变化。这种展宽对应频率轴的不规则压缩，使得原本整个通频带平坦的系统传递函数变得不平坦，从而无法满足奈奎斯特定律，导致码间干扰。
- 信号失真和干扰：多径效应会导致信号的时间色散和频率选择性衰落，引起传输的信号产生失真，增加了无线通信系统的误码率。这种失真和干扰会影响通信质量，需要采取一些措施来解决这些问题。
- 系统性能受损：多径效应对无线通信系统性能的影响包括信号衰减、失真、干扰和时频展宽等问题，这些问题从而影响通信质量。
多径效应在无线通信中的具体影响包括信号的衰落和相移、时频展宽、信号失真和干扰，以及系统性能受损等方面。
二、 如何有效减少多径效应对无线通信系统性能的影响?
要有效减少多径效应对无线通信系统性能的影响，可以采取以下几种技术手段：
- 协同信号处理和联合资源管理：通过多个接入点(AP)之间的信号协同处理和联合资源管理，可以改善信号质量、提高传输速率并降低干扰。这种方式有助于在整个网络范围内实现更平滑的信号覆盖和更高效的资源利用。
- 分布式MIMO技术：利用MIMO技术，特别是在WiFi 7中，通过多AP协作实现分布式MIMO技术，这可以进一步增强MIMO的性能表现，提供更强大的数据传输能力。
- 智能表面(RIS)技术：使用可重构智能表面进行通信，可以通过波吸收、可调谐异常反射和反射相位修改等功能，有效减少由于多普勒效应引起的接收信号强度的快速波动。
- 大规模MIMO技术：大规模MIMO技术可以有效利用多径效应，消除传统无线通信信道存在的多径衰落等不利因素影响，从而明显提高无线通信数据传输速率。
- 空时自适应信号处理(STAP)：采用基于空时自适应信号处理的方法，如多级维纳滤波器，可以改善远距离无线通信接收机处的多径效应与干扰信号影响。
- 波束成形技术：通过波束成形技术，将信号以一种能量集中和定向方式发送给无线终端，这能全面改善无线终端接收的信号质量，并提升吞吐量。
三、 多径衰落与瑞利性衰落有何区别?
多径衰落与瑞利衰落的区别主要体现在信号传播的路径和接收机对信号的处理方式上。多径衰落涉及到信号通过不同的路径(如地面反射、大气折射等)到达接收机，这些路径会导致信号在时间和空间上的变化。而瑞利衰落则是指在无线通信中，由于信号经过多条路径传播，导致接收点处的场强来自不同传播的路径，且各条路径延时时间不同，从而形成了驻波场强。
具体来说，多径衰落可以分为平衰落和频率选择性衰落，其中平衰落是由于电波通过不同路径到达接收机时，各路径中的发射波的到达时间、相位不同时，可能导致信号幅度急剧变化;频率选择性衰落则是由于电波通过不同路径到达接收机时，各路径的频率响应在所用频段内是平坦的。相比之下，瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于大尺度的衰落效应上，如阴影、衰减等。
此外，瑞利衰落通常适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况，否则应使用莱斯衰落作为信道模型。这意味着，如果收到的信号中除了经反射折射散射等来的信号外，还有从发射机直接到达接收机的信号，那么总信号的强度服从瑞利分布，这种情况下的多径不会造成符号间的干扰，因此这种情况下的多径衰落被称为平坦衰落。
四、 在不同环境下，多径效应的表现形式有哪些差异?
在不同环境下，多径效应的表现形式主要体现在以下几个方面：
- 雷达探测中的多径效应：由于地球曲率和地形的影响，低仰角飞行物体更难被雷达发现。这种情况在舰载、地基和天波超视距雷达中尤为明显，而在地波雷达中较少受到此类遮挡的影响。
- 光学成像(ToF)中的多径效应：在实际场景中，由于漫反射材料表面的存在，会导致入射光向各个方向反射，从而使得ToF相机接收到的信号不是两个信号的结合，而是无限多的信号。这通常会导致间接反射光的幅值远小于直接反射光，使得ToF测量值在大多数情况下仍然可信。
- 无线通信中的多径效应：包括时延扩展、信号衰减等因素，这些都对信号传输产生了影响。特别是在移动通信中，接收信号由多个可分辨的独立多径信号组成，导致接收信号持续时间比发送时长，造成时延扩展;在频域上反映为频率选择性衰落，用相干带宽衡量。
- 卫星导航系统中的多径误差：在卫星导航系统中，多径误差与系统周围环境有密切关系，不仅影响单点定位的精度，还限制了高精度单点定位的收敛速度。在北斗卫星导航系统中，多径干扰同样制约用户获得更高精度的定位结果。
- 室内定位中的多径效应：室内环境的多径效应导致RSSI在波长量级上波动并作用于更大尺度上的阴影X_σ，由于多径阴影的较大偏差，模糊了单调趋势导致我们几乎无法区分邻近位置。
五、 多径效应的测量方法和技术是什么?
多径效应的测量方法和技术主要涉及到如何准确地检测、消除或减轻由于多种路径(如反射、折射等)引起的信号干扰。这些方法包括但不限于以下几种：
- 消除多径效应的方法：这通常涉及到使用特定的技术来检测并消除多径效应，以提高测量数据的精度，并用于监测导航信号质量，给出相关曲线的包络。
- 紧缩场测试中的消除方法：这种方法通过将待测天线沿任意特定方向等距移动，进行多次测量，不同位置测得的多径信号会有不同的相移因子。利用这些相移因子构造一范德蒙特矩阵，对该矩阵直接求逆，可以得到被测单元对所有信号的响应输出，其中零度方向的响应输出即为待测单元的方向图。
- 基于机器学习的GNSS多径检测：这种方法利用复杂的接收机相关机器设计来大致减轻多径效应，特别是非视线(NLOS)接收的情况。这种设计原则是在代码跟踪环路中的早期、提示和晚期信道，将直接信号与反射信号进行比较。
- GPS共视授时中的多径效应分析：在进行GPS共视授时时，通过分析接收到的卫星信号来确定卫星的方位角和仰角与多径干扰的关系，进而得出其函数修正公式，消除多径。
- 声波多径效应处理：这种方法可能涉及到提高指向性，使声波只能打在被测物上，同时只接收被测物方向返回的声波。此外，多径效应产生的回波与物体直接反射的回波有很多不同特征，可以加以利用，例如多径回波在时间上通常位于直接反射波之后、能量大多更低。
