通信原理第3章信道素材

1、第3章 信道與噪聲1第3章 信道與噪聲v3.1 信道及其數(shù)學(xué)模型信道及其數(shù)學(xué)模型v3.2 恒參信道與隨參信道恒參信道與隨參信道v3.3信道的加性噪聲信道的加性噪聲 v3.4信道容量的概念信道容量的概念第3章 信道與噪聲2為什么要研究信道v信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，其特性對(duì)于通信系統(tǒng)的性能有很大影響 v研究信道及噪聲的目的是弄清它們對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，尋求提高通信有效性與可靠性的方法。 第3章 信道與噪聲3v信道的概念:就是信號(hào)傳輸?shù)拿劫|(zhì)v狹義信道:某些物理通信信道，如有線信道和無線信道；也可以是物理存儲(chǔ)介質(zhì)，如光盤、磁盤等v廣義信道:一種邏輯信道，它與傳輸媒質(zhì)無關(guān)?？煞譃檎{(diào)制信道和編碼信道。

2、調(diào)制信道：恒參信道和變參信道編碼信道：無記憶編碼信道和有記憶編碼信道信道的分類第3章 信道與噪聲4有線信道和無線信道一、有線信道 通常指架空明線、雙絞線、同軸電纜和光纖。第3章 信道與噪聲5v架空明線，即在電線桿上架設(shè)的互相平行而絕緣的裸線，它是一種在20世紀(jì)初就已經(jīng)大量使用的通信介質(zhì)。架空明線安裝簡(jiǎn)單，傳輸損耗比電纜低，但線對(duì)數(shù)量有限；線對(duì)多時(shí)架設(shè)困難；易受外界影響；線路容易受損等缺點(diǎn)。有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲6第第4章章 信信 道道v4.2 有線信道明線第3章 信道與噪聲7v雙絞線又稱為雙扭線，它是由若干對(duì)且每對(duì)有兩條相互絕緣的銅導(dǎo)線按一定規(guī)則絞合而成。采用這種絞合結(jié)構(gòu)是為了減

3、少對(duì)鄰近線對(duì)的電磁干擾。為了進(jìn)一步提高雙絞線的抗電磁干擾能力，還可以在雙絞線的外層再加上一個(gè)用金屬絲編織而成的屏蔽層有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲8屏蔽箔屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線圖1 雙絞線示意圖有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲9v同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、外屏蔽層、絕緣層及外保護(hù)套組成。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)使其具有高帶寬和較好的抗干擾特性，并且可在共享通信線路上支持更多的點(diǎn)。按特性阻抗數(shù)值的不同，同軸電纜又分為兩種，一種是50的基帶同軸電纜，另一種是75的寬帶同軸電纜。有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲10鋁制編織導(dǎo)體(屏蔽)內(nèi)部絕緣體內(nèi)部導(dǎo)體外部絕緣體(a) 一段同軸電纜(b) 一段與連接

4、器相連的同軸電纜圖2 同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲11光纖(OpticalFiber)v 光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)是光纖通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)。由于可見光的頻率非常高，約為108MHz的量級(jí)，因此，一個(gè)光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它各種傳輸介質(zhì)的帶寬，是目前最有發(fā)展前途的有線傳輸介質(zhì)。有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲12v光纖呈圓柱形，由芯、封套和外套三部分組成(如圖所示)。芯是光纖最中心的部分，它由一條或多條非常細(xì)的玻璃或塑料纖維線構(gòu)成，每根纖維線都有它自己的封套。由于這一玻璃或塑料封套涂層的折射率比芯線低，因此可使光波保持在芯線內(nèi)。有線信道和無線信道第3章 信道與

5、噪聲13外套絕緣包層纖維芯圖3 光纖結(jié)構(gòu)示意圖有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲14二、無線信道v無線信道是利用電磁波在空間的傳播來傳輸信號(hào)。有地波傳播、天波傳播、無線電視距中繼通信、衛(wèi)星通信等。有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲15v4.1 無線信道無線信道電磁波的頻率 受天線尺寸限制地球大氣層的結(jié)構(gòu)n對(duì)流層：地面上 0 10 kmn平流層：約10 60 kmn電離層：約60 400 km地地 面面對(duì)流層對(duì)流層平流層平流層電離層電離層10 km60 km0 km有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲16電離層對(duì)于傳播的影響n反射n散射大氣層對(duì)于傳播的影響n散射n吸收頻率頻率(GHz)(a)

6、 氧氣和水蒸氣（濃度氧氣和水蒸氣（濃度7.5 g/m3）的衰減）的衰減頻率頻率(GHz)(b) 降雨的衰減降雨的衰減衰減衰減(dB/km)衰減衰減 (dB/km)水蒸氣水蒸氣氧氧氣氣降雨率降雨率圖圖4-6 大氣衰減大氣衰減有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲17傳播路徑傳播路徑地地 面面圖圖4-1 地波傳播地波傳播地地 面面信號(hào)傳播路徑信號(hào)傳播路徑圖圖 4-2 天波傳播天波傳播電磁波的分類：n地波n頻率 2 MHzn有繞射能力n距離：數(shù)百或數(shù)千千米 n天波n頻率：2 30 MHzn特點(diǎn)：被電離層反射n一次反射距離： 30 MHzn距離: 和天線高度有關(guān)(4.1-3) 式中，D 收發(fā)天線間距離(

7、km)。例 若要求D = 50 km，則由式(4.1-3)n增大視線傳播距離的其他途徑n中繼通信：n衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星n平流層通信：ddh接收天線接收天線發(fā)射天線發(fā)射天線傳播途徑傳播途徑D地面地面rr圖圖 4-3 視線傳播視線傳播圖圖4-4 無線電中繼無線電中繼50822DrDhmm505050508222DrDh有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲19圖圖4-7 對(duì)流層散射通信對(duì)流層散射通信地球地球有效散射區(qū)域有效散射區(qū)域n散射傳播n電離層散射機(jī)理 由電離層不均勻性引起頻率 30 60 MHz距離 1000 km以上n對(duì)流層散射機(jī)理 由對(duì)流層不均勻性（湍流）引起頻率 100 400

8、0 MHz最大距離 600 km有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲20v地波傳播頻率在約2MHz以下的無線電波沿著地球表面的傳播主要用于低頻及甚低頻遠(yuǎn)距離無線電導(dǎo)航、標(biāo)準(zhǔn)頻率等特點(diǎn)：傳輸損耗??；傳播穩(wěn)定；工作頻帶窄有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲21v天波傳播經(jīng)由電離層反射的一種傳播方式長(zhǎng)波、中波、短波都可以利用天波通信，但短波是電離層的最佳波段特點(diǎn)：傳輸損耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、可利用較小功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信；但容易產(chǎn)生多徑衰落等。有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲22v無線電視距中繼 工作頻率在超短波和微波波段時(shí)電磁波基本上沿視線傳播 通信距離依靠中繼方式延伸的無線電線路。 相鄰中繼站間距離

9、：4050Km有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲23v 圖4 無線電中繼信道的構(gòu)成有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲24衛(wèi)星中繼信道v利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào)實(shí)現(xiàn)地球站之間的通信。v由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下構(gòu)成行線路v特點(diǎn)：傳播特性穩(wěn)定可靠、傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋地域廣等。有線信道和無線信道第3章 信道與噪聲25第3章 信道與噪聲26 信道模型v廣義信道:調(diào)制信道（傳輸調(diào)制信號(hào)）、編碼信道（調(diào)制編碼信號(hào)）傳輸介質(zhì)發(fā)轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換器解調(diào)器調(diào)制器調(diào)制信道編碼信道編碼器輸出譯碼器輸入圖 6調(diào)制信道與編碼信道第3章 信道與噪聲27調(diào)制信道和編碼信道v調(diào)制信道與編碼信道以所傳信號(hào)為著

10、眼點(diǎn)，又可稱連續(xù)（信號(hào)）信道和離散（信號(hào)）信道，前者是傳輸已調(diào)模擬信號(hào)的信道，后者是傳輸已編碼數(shù)字信號(hào)的信道 第3章 信道與噪聲28v調(diào)制信道模型 信道模型第3章 信道與噪聲29特性：1、有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和一對(duì)（或多對(duì)）輸出端2、信道是線性的，滿足疊加原理3、信道有一定的遲延時(shí)間，有損耗4、即使沒有信號(hào)輸入，輸出端仍有一定的功率輸出（噪聲） 信道模型第3章 信道與噪聲30調(diào)制信道模型v二對(duì)端的信道模型如圖a所示，它的輸入和輸出之間的關(guān)系式可表示成第3章 信道與噪聲31編碼信道模型 （數(shù)字信道）v對(duì)信號(hào)的影響是一種數(shù)字序列的變換 用數(shù)字的轉(zhuǎn)移概率（P(輸出/輸入)）來描述（平均錯(cuò)誤概率）

11、信道模型第3章 信道與噪聲32信道模型二進(jìn)制編碼信道模型 四進(jìn)制編碼信道模型第3章 信道與噪聲33碼的碼的轉(zhuǎn)移概率轉(zhuǎn)移概率P(i/j)二進(jìn)制數(shù)字編碼信道二進(jìn)制數(shù)字編碼信道發(fā)送碼元為發(fā)送碼元為j，而接收碼，而接收碼元為元為i的概率。的概率。0101發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端P(0/0)P(1/0)P(1/1)P(0/1)P(0/0)+P(1/0)=1P(0/1)+P(1/1)=1P(0/1)、P(1/0)是是錯(cuò)誤接收概率錯(cuò)誤接收概率P(0/0)、P(1/1)是是正確接收概率正確接收概率系統(tǒng)的誤碼率是？系統(tǒng)的誤碼率是？系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率 Pe=P(0)P(1/0)+ P(1)P(0/1)第3章

12、 信道與噪聲34M進(jìn)制數(shù)字編碼信道進(jìn)制數(shù)字編碼信道系統(tǒng)誤碼率是？系統(tǒng)誤碼率是？P(0/0)P(1/0)P(M-1/0)P(2/0)P(0/1)P(1/1)P(2/1)P(M-1/1)P(0/2)P(2/2)P(1/2)P(M-1/2)P(0/M-1)P(M-1/M-1)P(1/M-1)P(2/M-1)1010)/()(MiMijjeijPiPP01發(fā)發(fā)送送端端接接收收端端2M-1012M-1第3章 信道與噪聲35信道的數(shù)學(xué)模型信道模型的分類：n調(diào)制信道n編碼信道編碼信道編碼信道調(diào)制信道調(diào)制信道第3章 信道與噪聲36 調(diào)制信道模型式中 信道輸入端信號(hào)電壓； 信道輸出端的信號(hào)電壓； 噪聲電壓。通常

13、假設(shè)：這時(shí)上式變?yōu)椋?信道數(shù)學(xué)模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)圖圖4-13 調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第3章 信道與噪聲37n因k(t)隨t變，故信道稱為時(shí)變信道。n因k(t)與e i (t)相乘，故稱其為乘性干擾。n因k(t)作隨機(jī)變化，故又稱信道為隨參信道。n若k(t)變化很慢或很小，則稱信道為恒參信道。n乘性干擾特點(diǎn)：當(dāng)沒有信號(hào)時(shí)，沒有乘性干擾。)()()()(tntetkteio第3章 信道與噪聲38 恒參信道與隨參信道一、恒參信道v恒參信道對(duì)

14、信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯谴_定的、或者是變化極其緩慢v等效于一個(gè)非時(shí)變的線性網(wǎng)絡(luò)v利用信號(hào)通過線性系統(tǒng)的分析方法，可求得已調(diào)信號(hào)通過恒參信道的變化規(guī)律v網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性：幅頻特性、相頻特性第3章 信道與噪聲39 恒參信道與隨參信道v網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性：幅頻特性、相頻特性 為信道的幅頻特性，通常不為常數(shù) 為信道的相頻特性( )K w( )( )dwwtw ()( )( )djwtwH wK w e第3章 信道與噪聲40幅度頻率畸變（頻率失真）v是由有線電話信道的幅度頻率特性不理想引起的.信道中存在線圈、分布電容、電感等v為了減小幅度頻率畸變，在設(shè)計(jì)總的電話信道傳輸特性是，一般都要求把幅度頻率畸變控制在一個(gè)允許的

15、范圍內(nèi) 恒參信道與隨參信道第3章 信道與噪聲41相位頻率畸變v是指信道的相位頻率特性偏離線性關(guān)系引起的畸變。在信道頻帶的邊緣畸變更為嚴(yán)重，主要來源于信道中的各種濾波器v信道的相位頻率特性常采用群遲延頻率特性來衡量 恒參信道與隨參信道第3章 信道與噪聲42 恒參信道與隨參信道v群遲延頻率特性：是相位頻率特性對(duì)頻率的導(dǎo)數(shù)v群遲延頻率特性:v如果 呈線性關(guān)系， 是一條水平直線v此時(shí)信號(hào)的不同頻率成分有相同的群遲延，信號(hào)經(jīng)過傳輸后不會(huì)發(fā)生畸變( )( )ddtwwdw ( )dtww( )ww第3章 信道與噪聲43v 理想的相位-頻率特性及群遲延特性 恒參信道與隨參信道第3章 信道與噪聲44v實(shí)際的信

16、道特性： 恒參信道與隨參信道第3章 信道與噪聲45v當(dāng)非單一頻率的信號(hào)通過這信道時(shí)，信號(hào)中的不同頻率分量將有不同的群遲延（a）是原信號(hào)，即未經(jīng)遲延的信號(hào)，由基波、三次諧波組成，其幅度比2；1 恒參信道與隨參信道第3章 信道與噪聲46 恒參信道舉例恒參信道舉例 光纖信道光纖信道光源光源光調(diào)制器光調(diào)制器耦合器耦合器基帶處理基帶處理基帶電信號(hào)基帶電信號(hào)耦合器耦合器光檢測(cè)器光檢測(cè)器基帶處理基帶處理基帶電信號(hào)基帶電信號(hào)光纖線路光纖線路發(fā)發(fā)送送端端接接收收端端圖圖7光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 光纖與光纜光纖與光纜 光波長(zhǎng)光波長(zhǎng) 單模光纖與多模光纖單模光纖與多模光纖 光纖的衰耗與色散光纖的衰耗與色散光纖通信的

17、優(yōu)點(diǎn)光纖通信的優(yōu)點(diǎn) 無中繼傳輸距離長(zhǎng)；無中繼傳輸距離長(zhǎng)； 系統(tǒng)頻帶寬、容量大；系統(tǒng)頻帶寬、容量大； 具有及強(qiáng)的抗電磁干擾能力。具有及強(qiáng)的抗電磁干擾能力。第3章 信道與噪聲47恒參信道舉例恒參信道舉例無線電視距傳播信道無線電視距傳播信道無線電視距傳播無線電視距傳播無線電中繼信道無線電中繼信道第3章 信道與噪聲48 恒參信道舉例恒參信道舉例 衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星第3章 信道與噪聲49 恒參信道與隨參信道隨參信道的傳輸媒質(zhì)的特點(diǎn) 信道參數(shù)不僅隨頻率變化，而且隨時(shí)間變化 為開機(jī)運(yùn)行后的持續(xù)時(shí)間信道對(duì)于信號(hào) 的響應(yīng) 為 ：乘性干擾 ：加性干擾(

18、 , )( , )( , )djwtwH wK we( )iX t( )oXt( )( )( )( )oiiXtK t X tn t( )K t( )in t第3章 信道與噪聲50恒參信道與隨參信道隨參信道的傳輸媒介具有三個(gè)特點(diǎn)：v（1） 對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間隨機(jī)變化；v（2） 信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間隨機(jī)變化；v（3） 多徑傳播。第3章 信道與噪聲51v變參信道有：短波電離層信道、超短波、微波對(duì)流層散射信道、超短波對(duì)流層散射信道等。 恒參信道與隨參信道第3章 信道與噪聲52隨參信道舉例隨參信道舉例 短波電離層反射信道短波電離層反射信道 隨參信道是指信道的特性參數(shù)隨時(shí)間快速變化的信道。短隨參信道是指

19、信道的特性參數(shù)隨時(shí)間快速變化的信道。短波電離層反射信道、對(duì)流層散射信道、市區(qū)移動(dòng)通信等信道波電離層反射信道、對(duì)流層散射信道、市區(qū)移動(dòng)通信等信道都屬于隨參信道。都屬于隨參信道。在一次通信過程中信道參數(shù)不固定。在一次通信過程中信道參數(shù)不固定。 短波：短波：指波長(zhǎng)在指波長(zhǎng)在100m 10m（對(duì)應(yīng)信號(hào)載波頻率（對(duì)應(yīng)信號(hào)載波頻率3MHz 30MHz）的無線電波。的無線電波。 電離層：電離層：距離地面高度為距離地面高度為60km 600km的大氣層稱為電離層。的大氣層稱為電離層。第3章 信道與噪聲53 短波電離層反射信道短波電離層反射信道1. 傳播路徑傳播路徑4000kmDEF1F2反射層反射層吸收層吸收

20、層 電離層：電離層： 各個(gè)層次的高度、厚度、電子密度等都會(huì)隨時(shí)間變化。各個(gè)層次的高度、厚度、電子密度等都會(huì)隨時(shí)間變化。 一次或多次反射的距離也會(huì)發(fā)生變化，且與入射角有關(guān)。一次或多次反射的距離也會(huì)發(fā)生變化，且與入射角有關(guān)。 不同層次（不同層次（F1、F2）的不同高度上都會(huì)產(chǎn)生反射。）的不同高度上都會(huì)產(chǎn)生反射。地球地球地面高度為地面高度為60km 600km入射角入射角o第3章 信道與噪聲54 短波電離層反射信道短波電離層反射信道2. 工作頻率工作頻率 最高可用頻率與電離層的電子密度有關(guān)，與入射角有關(guān)。最高可用頻率與電離層的電子密度有關(guān)，與入射角有關(guān)。oeooNfMUFsec8.80secmax

21、關(guān)于電離層反射信道的工作頻率：關(guān)于電離層反射信道的工作頻率： 電離層高度、厚度、電子密度是變化的，能夠隨電離層變電離層高度、厚度、電子密度是變化的，能夠隨電離層變化調(diào)整工作頻率、入射角才能滿足一定距離下的最佳通信?；{(diào)整工作頻率、入射角才能滿足一定距離下的最佳通信。 夜間夜間F2層電子密度低，須降低工作頻率，否則信號(hào)會(huì)穿層電子密度低，須降低工作頻率，否則信號(hào)會(huì)穿透電離層。透電離層。 夜間夜間D層消失，層消失，E層吸收減小，允許工作頻率降低。層吸收減小，允許工作頻率降低。第3章 信道與噪聲55短波電離層反射信道短波電離層反射信道多徑傳播多徑傳播DEF1F2反射層反射層吸收層吸收層 一次反射與兩次

22、反射一次反射與兩次反射地球地球發(fā)送發(fā)送接收接收一次反射與兩次反射一次反射與兩次反射反射高度不同反射高度不同 反射高度不同反射高度不同 漫射現(xiàn)象（略）漫射現(xiàn)象（略） 尋常波與非尋常波（略）尋常波與非尋常波（略）第3章 信道與噪聲56 短波電離層反射信道短波電離層反射信道4.電離層反射信道特點(diǎn)電離層反射信道特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 要求功率小，設(shè)備成本低。要求功率小，設(shè)備成本低。 傳播距離遠(yuǎn)。傳播距離遠(yuǎn)。 受地形影響小。受地形影響小。 不易受人為破壞。不易受人為破壞。 有一定的帶寬或傳輸容量。有一定的帶寬或傳輸容量。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 干擾電平高。干擾電平高。 存在快衰落和多徑時(shí)延失真。存在快衰落和多徑時(shí)延失真。

23、傳輸可靠性差。傳輸可靠性差。 需要經(jīng)常改換工作頻率，導(dǎo)致使用復(fù)雜。需要經(jīng)常改換工作頻率，導(dǎo)致使用復(fù)雜。第3章 信道與噪聲57隨參信道舉例隨參信道舉例 對(duì)流層散射信道對(duì)流層散射信道 隨參信道是指信道的特性參數(shù)隨時(shí)間快速變化的信道。短隨參信道是指信道的特性參數(shù)隨時(shí)間快速變化的信道。短波電離層反射信道、對(duì)流層散射信道、市區(qū)移動(dòng)通信等信道波電離層反射信道、對(duì)流層散射信道、市區(qū)移動(dòng)通信等信道都屬于隨參信道。都屬于隨參信道。 超視距傳播信道：超視距傳播信道：工作在超短波和微波波段，一跳距離約工作在超短波和微波波段，一跳距離約100km 500km。 對(duì)流層對(duì)流層：距離地面高度為距離地面高度為10km 12

24、km的大氣層稱為對(duì)流層。的大氣層稱為對(duì)流層。 應(yīng)用：應(yīng)用： 長(zhǎng)途干線上的無線電中繼通信。長(zhǎng)途干線上的無線電中繼通信。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。第3章 信道與噪聲58對(duì)流層散射信道對(duì)流層散射信道地球地球發(fā)送發(fā)送接收接收共同照射區(qū)的不共同照射區(qū)的不均勻散射氣團(tuán)均勻散射氣團(tuán)圖圖8 對(duì)流層散射信道傳播路徑對(duì)流層散射信道傳播路徑第3章 信道與噪聲59 對(duì)流層散射信道對(duì)流層散射信道主要特征主要特征 衰落衰落： 慢衰落慢衰落 快衰落快衰落 傳播損耗傳播損耗： 自由空間能量擴(kuò)散損耗自由空間能量擴(kuò)散損耗 散射損耗散射損耗 多徑傳播多徑傳播： 多徑傳播引起信號(hào)的多徑傳播引起信號(hào)的時(shí)散時(shí)散，限制信道的帶寬及傳輸頻率

25、。，限制信道的帶寬及傳輸頻率。 天線與媒體間的耦合損耗天線與媒體間的耦合損耗： 天線在自由空間的理論增益與在對(duì)流層散射信道上測(cè)得天線在自由空間的理論增益與在對(duì)流層散射信道上測(cè)得實(shí)際增益之差。實(shí)際增益之差。發(fā)送發(fā)送接收接收第3章 信道與噪聲60 隨參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戨S參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?隨參信道特性參數(shù)（衰耗與時(shí)延）隨時(shí)間快速變化隨參信道特性參數(shù)（衰耗與時(shí)延）隨時(shí)間快速變化 隨參信道多存在多徑傳播隨參信道多存在多徑傳播 隨參信道隨參信道是一種時(shí)變多徑傳播信道：是一種時(shí)變多徑傳播信道： 對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間而變化；對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間而變化； 傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間而變化；傳輸?shù)臅r(shí)延

26、隨時(shí)間而變化； 多徑傳播。多徑傳播。 時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)H1（，t）時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)H2（，t）時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)Hi（，t）時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)Hn（，t）發(fā)送信號(hào) 接收信號(hào) s（t） r（t） Hi（，t）= | Hi（，t）|e-ji（，t） 時(shí)變多徑傳播信道時(shí)變多徑傳播信道第3章 信道與噪聲61恒參信道與隨參信道v乘性干擾的現(xiàn)象表現(xiàn)為各種類型的衰落：慢衰落：由于信道傳輸媒質(zhì)物理參數(shù)發(fā)生比較緩慢的變化，使通信信號(hào)有較長(zhǎng)時(shí)間的起伏快衰落：多徑傳播產(chǎn)生的衰落，是產(chǎn)生乘性干擾的主要原因選擇性衰落：頻率選擇性衰落、空間選擇性衰落、時(shí)間選擇性衰落第3章 信道與噪聲62恒參信

27、道與隨參信道v分集接收技術(shù)是一種有效的抗衰落技術(shù)v所謂分集接收，是指接收端按照某種方式使收到的攜帶同一信息的多個(gè)信號(hào)衰落特性相互獨(dú)立，并對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行特定的處理，以降低合成信號(hào)電平起伏，減小各種衰落對(duì)接收信號(hào)的影響。從廣義信道的角度來看，分集接收可看作是隨參信道中的一個(gè)組成部分，通過分集接收，使包括分集接收在內(nèi)的隨參信道衰落特性得到改善。第3章 信道與噪聲63恒參信道與隨參信道v分集接收包含有兩重含義：一是分散接收，使接收端得到多個(gè)攜帶同一信息的、統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)；二是集中處理，即接收端把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喜ⅲ瑥亩档退ヂ涞挠绊?，改善系統(tǒng)性能。 第3章 信道與噪聲64恒

28、參信道與隨參信道v空間分集空間分集空間分集是接收端在不同位置上接收同一信號(hào)，只要各位置間的距離大到一定程度，所收到信號(hào)的衰落就是相互獨(dú)立的。因此，空間分集的接收機(jī)至少需要兩副間隔一定距離的天線。v頻率分集頻率分集頻率分集是將發(fā)送信息分別調(diào)制到不同的載波頻率上發(fā)送，只要載波頻率之間的間隔大到一定程度，則接收端所接收到信號(hào)的衰落是相互獨(dú)立的。實(shí)際中，當(dāng)載波頻率間隔大于相關(guān)帶寬時(shí)則可認(rèn)為接收到信號(hào)的衰落是相互獨(dú)立的。第3章 信道與噪聲65恒參信道與隨參信道v角度分集角度分集角度分集是利用指向不同的天線波束得到互不相關(guān)的衰落信號(hào)。v極化分集極化分集極化分集是分別接收水平極化和垂直極化波而構(gòu)成的一種分集

29、方式。一般認(rèn)為，這兩種波是相關(guān)性極小的。第3章 信道與噪聲66恒參信道與隨參信道最佳選擇式最佳選擇式v最佳選擇式是從幾個(gè)分散信號(hào)中設(shè)法選擇其中信噪比最好的一個(gè)作為接收信號(hào)。等增益相加式等增益相加式v等增益相加式是將幾個(gè)分散信號(hào)以相同的支路增益進(jìn)行直接相加，相加后的信號(hào)作為接收信號(hào)。最佳比例相加式最佳比例相加式v最佳比例相加式是以各支路的信噪比為加權(quán)系數(shù)，將各支路信號(hào)相加后作為接收信號(hào)。v不同合并方式的分集效果是不同的，最佳選擇式效果最差，但最簡(jiǎn)單；最佳比例相加式效果最好，但最復(fù)雜。第3章 信道與噪聲67 信道中的加性噪聲v噪聲是我們生活中出現(xiàn)頻率頗高的一個(gè)詞，也是通信領(lǐng)域中與信號(hào)齊名的高頻度術(shù)

30、語。但通信領(lǐng)域中所謂的噪聲不同于我們所熟悉的以音響形式反映出來的各種噪聲(如交通噪聲、風(fēng)聲、雨聲、人們的吵鬧聲、建筑工地的機(jī)器轟鳴聲等等)，它其實(shí)是一種不攜帶有用信息的電信號(hào)，是對(duì)有用信號(hào)以外的一切信號(hào)的統(tǒng)稱。概括地講，不攜帶有用信息的信號(hào)就是噪聲。顯然，噪聲是相對(duì)于有用信號(hào)而言的，一種信號(hào)在某種場(chǎng)合是有用信號(hào)，而在另一種場(chǎng)合就有可能是噪聲。第3章 信道與噪聲68v根據(jù)來源的不同，噪聲可分為自然噪聲、人為噪聲和內(nèi)部噪聲。自然噪聲是指存在于自然界的各種電磁波，如閃電、雷暴及其它宇宙噪聲。人為噪聲來源于人類的各種活動(dòng)，如電焊產(chǎn)生的電火花、車輛或各種機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁波和電源的波動(dòng)，尤其是為某

31、種目的而專門設(shè)置的干擾源(如上述的電子對(duì)抗)。內(nèi)部噪聲指通信系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部由元器件本身產(chǎn)生的熱噪聲、散彈噪聲及電源噪聲等。 信道中的加性噪聲第3章 信道與噪聲69根據(jù)噪聲的表現(xiàn)形式可分為單頻噪聲、脈沖噪聲和起伏噪聲。v 單頻噪聲是一種以某一固定頻率出現(xiàn)的連續(xù)波噪聲，如50Hz的交流電噪聲。v 脈沖噪聲是一種隨機(jī)出現(xiàn)的無規(guī)律噪聲，如閃電、車輛通過時(shí)產(chǎn)生的噪聲。 信道中的加性噪聲第3章 信道與噪聲70起伏噪聲主要是內(nèi)部噪聲，而且是一種隨機(jī)噪聲，對(duì)它的研究必須運(yùn)用概率論和隨機(jī)過程知識(shí)。元器件本身產(chǎn)生的熱噪聲、散彈噪聲都可看成是無數(shù)獨(dú)立的微小電流脈沖的疊加，它們是服從高斯分布的，即熱噪聲、散彈噪聲都是高斯過程。為研究方便，我們稱這類噪聲為高斯噪聲。 信道中的加性噪聲第3章 信道與噪聲71v除了用概率分布描述噪聲的特性外，還可用功率譜密度加以描述。若噪聲的功率譜密度在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都是均勻分布的，即稱其為白噪聲。原因是其譜密度類似于光學(xué)中包含所有可見光光譜的白色光光譜。不是白色噪聲的噪聲稱為帶限噪聲或有色噪聲。v 通常把統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布、功率譜密度均勻分布的噪聲稱為高斯白噪聲。 信道中的加性噪聲第3章 信道與噪聲72連續(xù)信道的信道容量假設(shè)信道的帶寬為B（HZ），信道輸出的信號(hào)功率為S（W)，輸出加性帶限高斯白噪聲功率為N(W).則該信