通信原理第樊昌信解析PPT課件

1、1目的目的：了解各種實際信道、信道的數(shù)學(xué)模型和信道容量的概念。了解各種實際信道、信道的數(shù)學(xué)模型和信道容量的概念。思路思路：通過介紹實際信道的例子，歸納信道的特性，闡述信道的數(shù)學(xué)模通過介紹實際信道的例子，歸納信道的特性，闡述信道的數(shù)學(xué)模型，最后簡紹信道容量的概念。型，最后簡紹信道容量的概念。要求要求：注重了解各種實際信道的特點，掌握信道的數(shù)學(xué)模型，簡單運用注重了解各種實際信道的特點，掌握信道的數(shù)學(xué)模型，簡單運用信道容量公式解決實際問題。信道容量公式解決實際問題。第1頁/共59頁24.0 信道定義及分類信道定義及分類 信道信道是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號通道。是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號通道。 信道與

2、發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備一起組成通信系統(tǒng)。沒有信道，通信就無法進(jìn)行；信道與發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備一起組成通信系統(tǒng)。沒有信道，通信就無法進(jìn)行；信道的好壞直接影響通信的質(zhì)量。信道的好壞直接影響通信的質(zhì)量。第2頁/共59頁34.0 信道定義及分類信道定義及分類 如果信道僅是指信號的如果信道僅是指信號的傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)，這種信道稱為，這種信道稱為狹義信道狹義信道. 如果信道不僅是傳輸媒質(zhì)，而且包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置，這種信道如果信道不僅是傳輸媒質(zhì)，而且包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置，這種信道稱為稱為廣義信道廣義信道。 常把廣義信道簡稱為信道。常把廣義信道簡稱為信道。第3頁/共59頁4無線狹義 僅指傳輸媒質(zhì)有

3、線有記憶編碼信道無記憶廣義 設(shè)備媒質(zhì)恒參信道調(diào)制信道隨參信道信道第4頁/共59頁5調(diào)制信道和編碼信道調(diào)制信道和編碼信道 發(fā)轉(zhuǎn)換器發(fā)轉(zhuǎn)換器 媒媒 質(zhì)質(zhì) 收轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換器 解解 調(diào)調(diào) 器器 調(diào)調(diào) 制制 器器調(diào)制信道調(diào)制信道第5頁/共59頁6調(diào)制信道和編碼信道調(diào)制信道和編碼信道 發(fā)轉(zhuǎn)換器發(fā)轉(zhuǎn)換器 媒媒 質(zhì)質(zhì) 收轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換器 解解 調(diào)調(diào) 器器 調(diào)調(diào) 制制 器器編碼信道編碼信道 譯譯 碼碼 器器 編編 碼碼 器器第6頁/共59頁74.14.1無線信道無線信道 無線信道利用電磁波在空間中的傳播來實現(xiàn)信號傳輸。無線信道利用電磁波在空間中的傳播來實現(xiàn)信號傳輸。 無線信道電磁波的頻率無線信道電磁波的頻率 受天

4、線尺寸限制受天線尺寸限制 根據(jù)通信距離、頻率和位置的不同，電磁波傳播分為：根據(jù)通信距離、頻率和位置的不同，電磁波傳播分為： 地波傳播、天波傳播、視線傳播地波傳播、天波傳播、視線傳播第7頁/共59頁8對流層：地面上對流層：地面上 0 10 km平流層：約平流層：約10 60 km電離層：約電離層：約60 400 km地地 面面對流層對流層平流層平流層電離層電離層10 km60 km0 km電離層對于傳播的影響電離層對于傳播的影響 反射反射 散射散射地球大氣層的結(jié)構(gòu)地球大氣層的結(jié)構(gòu)第8頁/共59頁91 1、地波傳播、地波傳播傳播路徑地 面圖圖4-1 地波傳地波傳播播l頻率頻率 2 MHzl有繞射能

5、力有繞射能力l距離：數(shù)百或數(shù)千千米距離：數(shù)百或數(shù)千千米第9頁/共59頁102、天波傳播、天波傳播地 面信號傳播路徑圖圖 4-2 天波傳播天波傳播l頻率：頻率：2 30 MHzl特點：被電離層反射特點：被電離層反射l一次反射距離：一次反射距離： 30 MHz，將穿，將穿透電離層，不能被反射。透電離層，不能被反射。l距離距離: 和天線高度有關(guān)和天線高度有關(guān)50822DrDhm 式中，式中，D 收發(fā)天線間距離收發(fā)天線間距離(km)，r為地球半徑為地球半徑 h為收發(fā)天線高度為收發(fā)天線高度第11頁/共59頁12u無線電中繼無線電中繼圖圖4-4 4-4 無線電中繼無線電中繼 無線電視距中繼是指工作頻率在超

6、短波和微波無線電視距中繼是指工作頻率在超短波和微波 波段時，電磁波基本上是沿視線波段時，電磁波基本上是沿視線傳播，通信距離依靠中繼方式延伸的無線電電路。相鄰中繼站之間的距離一般在傳播，通信距離依靠中繼方式延伸的無線電電路。相鄰中繼站之間的距離一般在4050公里。公里。 增大視線傳播距離的途徑增大視線傳播距離的途徑第12頁/共59頁13優(yōu)點優(yōu)點：傳輸容量大，發(fā)射功率小，通信穩(wěn)定可靠，節(jié)省有色金屬。傳輸容量大，發(fā)射功率小，通信穩(wěn)定可靠，節(jié)省有色金屬。缺點：缺點：每隔每隔50km左右設(shè)置一個中繼站（微波為直線傳播，而地球為球體）。左右設(shè)置一個中繼站（微波為直線傳播，而地球為球體）。應(yīng)用應(yīng)用：主要用于

7、長途干線、移動通信網(wǎng)及某些數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。：主要用于長途干線、移動通信網(wǎng)及某些數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。 第13頁/共59頁14u衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星中繼信道是無線電中繼信道的一種特殊形式。它是航天技術(shù)與通信技衛(wèi)星中繼信道是無線電中繼信道的一種特殊形式。它是航天技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 第14頁/共59頁15在離地面在離地面35860km的赤道上空放至的赤道上空放至3顆同步衛(wèi)顆同步衛(wèi)星，就可實現(xiàn)除南、北極地區(qū)之外的全球覆蓋星，就可實現(xiàn)除南、北極地區(qū)之外的全球覆蓋（且有部分重疊），從而可實現(xiàn)全球通信。（且有部分重疊），從而可實現(xiàn)全球通信。特點特點：傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋：傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋地域廣，

8、傳播穩(wěn)定可靠，傳地域廣，傳播穩(wěn)定可靠，傳輸容量大等。輸容量大等。缺點缺點：發(fā)射功率大，延遲：發(fā)射功率大，延遲大，一次性投入大。大，一次性投入大。應(yīng)用應(yīng)用：廣泛用于傳輸多路：廣泛用于傳輸多路電話、電報、數(shù)據(jù)和電視。電話、電報、數(shù)據(jù)和電視。 第15頁/共59頁16u 平流層通信平流層通信平流層通信是指用位于平流層的高空平臺代替衛(wèi)星作為基站的通信，平臺平流層通信是指用位于平流層的高空平臺代替衛(wèi)星作為基站的通信，平臺高度距地面高度距地面17km22km，可覆蓋半徑約，可覆蓋半徑約500km的通信區(qū)。的通信區(qū)。第16頁/共59頁174、散射傳播、散射傳播散射是由于傳播煤質(zhì)的不均勻性使電磁波的傳播產(chǎn)生向許

9、多方向折射的現(xiàn)象。散射是由于傳播煤質(zhì)的不均勻性使電磁波的傳播產(chǎn)生向許多方向折射的現(xiàn)象。散射傳播分為：電離層散射、對流層散射和流星余跡散射。散射傳播分為：電離層散射、對流層散射和流星余跡散射。u電離層散射電離層散射機理機理 ： 由電離層不均勻性引起由電離層不均勻性引起頻率頻率 ： 30 60 MHz距離距離 ： 1000 km以上以上第17頁/共59頁18u對流層散射對流層散射 機理機理 ：由對流層中的大氣不均勻性引起。距地面高約：由對流層中的大氣不均勻性引起。距地面高約10余千米的大氣層稱為對流余千米的大氣層稱為對流層。層。 頻率頻率 ： 100 4000 MHz 最大距離：最大距離： 600

10、 km圖4-7 對流層散射通信地球有效散射區(qū)域第18頁/共59頁19u流星余跡散射流星余跡散射 是由于流星經(jīng)過大氣層時，產(chǎn)生的很強的電離余跡使電磁波散射的現(xiàn)象。是由于流星經(jīng)過大氣層時，產(chǎn)生的很強的電離余跡使電磁波散射的現(xiàn)象。流星余跡高度流星余跡高度為為80 120 km，長度長度：15 40 km； 存留時間存留時間：小于：小于1秒至幾分鐘秒至幾分鐘 頻率頻率：30 100 MHz 傳播距離傳播距離：1000 km以上以上 特點特點：低速存儲、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸：低速存儲、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸圖4-8 流星余跡散射通信流星余跡流星余跡第19頁/共59頁204.2 4.2 有線信道有線信道一、三種

11、有線電信道一、三種有線電信道 1、明線、明線 平行而相互絕緣的架空裸線線路。平行而相互絕緣的架空裸線線路。 優(yōu)點優(yōu)點：傳輸損耗?。ㄅc電纜相比）傳輸損耗?。ㄅc電纜相比） 缺點缺點：易受氣候環(huán)境影響，易受干擾易受氣候環(huán)境影響，易受干擾。結(jié)論結(jié)論：已逐漸淘汰。已逐漸淘汰。第20頁/共59頁212 2、對稱電纜、對稱電纜 在同一保護(hù)套內(nèi)有許多對相互絕緣的雙導(dǎo)線的傳輸媒質(zhì)在同一保護(hù)套內(nèi)有許多對相互絕緣的雙導(dǎo)線的傳輸媒質(zhì) ，每對的兩根線擰成扭，每對的兩根線擰成扭絞狀，又稱雙絞線。絞狀，又稱雙絞線。優(yōu)點優(yōu)點：與外界相互干擾小，與外界相互干擾小， 傳輸性能較穩(wěn)定。傳輸性能較穩(wěn)定。 缺點缺點：損耗比明線大。損耗

12、比明線大。主要應(yīng)用主要應(yīng)用：用戶電話接入線。用戶電話接入線。第21頁/共59頁22由同軸的兩個導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是一個圓柱形的導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體是金屬線，它們之由同軸的兩個導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是一個圓柱形的導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體是金屬線，它們之間填充著介質(zhì)。間填充著介質(zhì)。3、同軸電纜、同軸電纜 實際應(yīng)用中同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的，對外界干擾具有較好的屏蔽作用，實際應(yīng)用中同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的，對外界干擾具有較好的屏蔽作用，所以同軸電纜抗電磁干擾性能較好。所以同軸電纜抗電磁干擾性能較好。第22頁/共59頁23 為了增大容量，也可以將幾根同軸電纜封裝在一個大的保護(hù)套內(nèi)，構(gòu)成多芯同為了增大容量，也可以將幾根同軸電纜封裝

13、在一個大的保護(hù)套內(nèi)，構(gòu)成多芯同軸電纜，另外還可以裝入一些二芯絞線對或四芯線組，作為傳輸控制信號用。軸電纜，另外還可以裝入一些二芯絞線對或四芯線組，作為傳輸控制信號用。第23頁/共59頁24優(yōu)點優(yōu)點：與外界相互干擾小，（外導(dǎo)體接地與外界相互干擾小，（外導(dǎo)體接地起屏起屏 蔽作用），帶寬大。蔽作用），帶寬大。缺點缺點：成本較高（與對稱電纜相比）。成本較高（與對稱電纜相比）。應(yīng)用應(yīng)用：比較廣泛。如電視電纜（比較廣泛。如電視電纜（75），），實驗室儀器用的信號電纜（實驗室儀器用的信號電纜（50 ）第24頁/共59頁25 以光導(dǎo)纖維（簡稱光纖以光導(dǎo)纖維（簡稱光纖, Optical Fiber ）為傳輸媒質(zhì)

14、、光波作為載波的光纖）為傳輸媒質(zhì)、光波作為載波的光纖信道。信道。 由于可見光的頻率非常高，約為由于可見光的頻率非常高，約為108MHz的量級，因此，一個光纖通信系統(tǒng)的的量級，因此，一個光纖通信系統(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)。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)。二、光纖信道二、光纖信道第25頁/共59頁26光纖由芯、封套和外套三部分組成。芯是光纖最中心的部分，它由一條或多條光纖由芯、封套和外套三部分組成。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，有封套。由于玻璃或塑料封套涂層的折射率比非

15、常細(xì)的玻璃或塑料纖維線構(gòu)成，有封套。由于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)。芯線低，因此可使光波保持在芯線內(nèi)。 外 套絕 緣包 層纖 維 芯第26頁/共59頁27根據(jù)光纖傳輸數(shù)據(jù)模式的不同，它可分為多模光纖和單模光纖兩種。根據(jù)光纖傳輸數(shù)據(jù)模式的不同，它可分為多模光纖和單模光纖兩種。多模光纖多模光纖指光在光纖中可能有多條不同角度入射的光線在一條光纖中同時傳指光在光纖中可能有多條不同角度入射的光線在一條光纖中同時傳播，如圖播，如圖 (a)所示。這種光纖所含纖芯的直徑較粗。所示。這種光纖所含纖芯的直徑較粗。吸 收 護(hù) 套纖 芯包 層(a) 多 模(b) 單 模第27頁/共5

16、9頁28單模光纖單模光纖指光在光纖中的傳播沒有反射，而沿直線傳播指光在光纖中的傳播沒有反射，而沿直線傳播, ,如圖如圖(b)(b)所示。這所示。這種光纖的直徑非常細(xì)，就像一根波導(dǎo)那樣，可使光線一直向前傳播。種光纖的直徑非常細(xì)，就像一根波導(dǎo)那樣，可使光線一直向前傳播。吸 收 護(hù) 套纖 芯包 層(a) 多 模(b) 單 模第28頁/共59頁29第29頁/共59頁30優(yōu)點優(yōu)點：損耗低、頻帶寬、線徑細(xì)、重量輕、可彎曲半徑小、不怕腐蝕、節(jié)省：損耗低、頻帶寬、線徑細(xì)、重量輕、可彎曲半徑小、不怕腐蝕、節(jié)省有色金屬、不受電磁干擾。有色金屬、不受電磁干擾。缺點缺點：作為完整的通信系統(tǒng)，尚有些器件的技術(shù)問題還未能

17、解決。：作為完整的通信系統(tǒng)，尚有些器件的技術(shù)問題還未能解決。主要應(yīng)用主要應(yīng)用： 目前在長距離干線上應(yīng)用較廣。估計有可能最終全面取代電纜目前在長距離干線上應(yīng)用較廣。估計有可能最終全面取代電纜。 第30頁/共59頁314.34.3信道的數(shù)學(xué)模型信道的數(shù)學(xué)模型信道模型的分類：信道模型的分類： 調(diào)制信道調(diào)制信道和和編碼信道編碼信道編碼器調(diào)制器發(fā)送轉(zhuǎn)換器媒質(zhì)接收轉(zhuǎn)換器解調(diào)器調(diào)碼器調(diào)制信道編碼信道 信道的數(shù)學(xué)模型用來表征實際物理信道的特性，它對通信系統(tǒng)的分析和設(shè)計是十分信道的數(shù)學(xué)模型用來表征實際物理信道的特性，它對通信系統(tǒng)的分析和設(shè)計是十分方便的。方便的。第31頁/共59頁32v有一對有一對(或多對或多對

18、)輸入端和一對輸入端和一對(或多對或多對)輸出端輸出端;v絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；v信號通過信道有固定的或時變的延遲時間；信號通過信道有固定的或時變的延遲時間；v信號通過信道會受到固定的或時變的損耗；信號通過信道會受到固定的或時變的損耗；v即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的輸出（噪聲）。即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的輸出（噪聲）。4.3.1 4.3.1 調(diào)制信道模型調(diào)制信道模型第32頁/共59頁33輸出與輸入的關(guān)系有輸出與輸入的關(guān)系有 是信道內(nèi)噪聲，加性干擾。是信道內(nèi)噪聲，加性干擾。 乘性乘性干擾干

19、擾 (與與 呈現(xiàn)非線性關(guān)系呈現(xiàn)非線性關(guān)系) 。 如果了解如果了解 與與 的特性，就能知道的特性，就能知道信道對信號的具體影響。信道對信號的具體影響。 )()(0tnteftei)(*)()(tetktefii)(tk)(tk)(tnei(t)eo(t)線性時變網(wǎng)絡(luò) )()()()()(0tntetktntefteii)(tn)(tei第33頁/共59頁34 通常信道特性通常信道特性 k(t) 是一個復(fù)雜的函數(shù)，它可能包括各種線性失真、非線性失真、衰是一個復(fù)雜的函數(shù)，它可能包括各種線性失真、非線性失真、衰落等。落等。 由于信道的遲延特性和損耗特性隨時間作隨機變化，故由于信道的遲延特性和損耗特性隨

20、時間作隨機變化，故k(t) 往往只能用隨機過程來往往只能用隨機過程來描述。描述。 若若 k(t) 基本不隨時間變化，即信道對信號的影響是固定的或變化極為緩慢的，稱為基本不隨時間變化，即信道對信號的影響是固定的或變化極為緩慢的，稱為恒定參量信道，簡稱恒參信道。恒定參量信道，簡稱恒參信道。 若若 k(t) 隨時間隨機快變化，稱為隨機參量信道，簡稱隨參信道。隨時間隨機快變化，稱為隨機參量信道，簡稱隨參信道。第34頁/共59頁354.3.2、編碼信道模型、編碼信道模型調(diào)制信道是通過調(diào)制信道是通過k(t)和和n(t)使已調(diào)信號發(fā)生模擬性的變化，而編碼信道對信使已調(diào)信號發(fā)生模擬性的變化，而編碼信道對信號的

21、影響則是一種數(shù)字序列變換，即把一種數(shù)字序列變換為另一種數(shù)字序列。號的影響則是一種數(shù)字序列變換，即把一種數(shù)字序列變換為另一種數(shù)字序列。由于編碼信道傳輸?shù)氖蔷幋a后的數(shù)字信號，所以我們關(guān)心的是數(shù)字信號經(jīng)信由于編碼信道傳輸?shù)氖蔷幋a后的數(shù)字信號，所以我們關(guān)心的是數(shù)字信號經(jīng)信道傳輸后的差錯情況，即誤碼特性，所以編碼信道的模型用數(shù)字轉(zhuǎn)移概率來表道傳輸后的差錯情況，即誤碼特性，所以編碼信道的模型用數(shù)字轉(zhuǎn)移概率來表示。示。 第35頁/共59頁361、無記憶信道、無記憶信道: (信道內(nèi)只存在起伏噪聲信道內(nèi)只存在起伏噪聲)特點：任意一個碼元的差錯與前后碼元的差錯不發(fā)生任何依賴關(guān)系。特點：任意一個碼元的差錯與前后碼元

22、的差錯不發(fā)生任何依賴關(guān)系。 二進(jìn)制編碼信道模型二進(jìn)制編碼信道模型 P(0/0)01P(1/1)P(0)P(1)P(1/0)P(0/1)01輸出的總的錯誤概率為：輸出的總的錯誤概率為： ) 10() 1 ()01 ()0(pppppe1)01 ()00( pp1) 10() 11 ( pp第36頁/共59頁372 2、有記憶信道、有記憶信道: : ( (信道內(nèi)除起伏噪聲外信道內(nèi)除起伏噪聲外, ,還存在衰落效應(yīng)等還存在衰落效應(yīng)等) )特點：信號的傳輸與前后碼元有依賴關(guān)系，信道中碼元發(fā)生差錯的事件是非獨特點：信號的傳輸與前后碼元有依賴關(guān)系，信道中碼元發(fā)生差錯的事件是非獨立的，有記憶信道模型以及轉(zhuǎn)移概

23、率表示式變得很復(fù)雜。立的，有記憶信道模型以及轉(zhuǎn)移概率表示式變得很復(fù)雜。 第37頁/共59頁384.44.4信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懶诺捞匦詫π盘杺鬏數(shù)挠绊懸?、恒參信道及傳輸特性一、恒參信道及傳輸特?恒參信道恒參信道：信道特性主要由傳輸媒質(zhì)決定，如果傳輸媒質(zhì)特性基本不隨時間變化，信道特性主要由傳輸媒質(zhì)決定，如果傳輸媒質(zhì)特性基本不隨時間變化，所構(gòu)成的信道稱為恒參信道。所構(gòu)成的信道稱為恒參信道。 第38頁/共59頁39恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯谴_定的或者是變化極其緩慢的。因此，可以等效恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯谴_定的或者是變化極其緩慢的。因此，可以等效為一個非時變的線性網(wǎng)絡(luò)。為一個非時變的線性網(wǎng)絡(luò)

24、。理論上說，只要知道這個線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，就可利用信號通過線性系統(tǒng)的理論上說，只要知道這個線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，就可利用信號通過線性系統(tǒng)的分析方法，求得已調(diào)信號通過恒參信道的變化規(guī)律。分析方法，求得已調(diào)信號通過恒參信道的變化規(guī)律。線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性可以用幅度頻率特性和相位頻率特性來表征。線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性可以用幅度頻率特性和相位頻率特性來表征。第39頁/共59頁40u幅度頻率畸變幅度頻率畸變 是由于有線電話信道的幅度頻率特性的不理想造成的，又稱頻率失真。是由于有線電話信道的幅度頻率特性的不理想造成的，又稱頻率失真。理想幅度頻率特性是水平的，實際的電話幅度頻率特性不是水平的。理想幅度頻率特性是水

25、平的，實際的電話幅度頻率特性不是水平的。這是由于信道中存在惰性元件造成的。這是由于信道中存在惰性元件造成的。第40頁/共59頁41影響影響：模擬信號失真；模擬信號失真； 數(shù)字信號碼元展寬，造成碼間干擾數(shù)字信號碼元展寬，造成碼間干擾克服克服：自身改善精心設(shè)計：自身改善精心設(shè)計 補償均衡技術(shù)補償均衡技術(shù)第41頁/共59頁42 指相位頻率特性偏離線性關(guān)系所引起的畸變。指相位頻率特性偏離線性關(guān)系所引起的畸變。1、理想相頻特性是一直線、理想相頻特性是一直線 群延遲頻率特性群延遲頻率特性dd)()(OK0|H()|(a)O()td(b)Otd(c)u相位頻率畸變相位頻率畸變第42頁/共59頁43一種典型的

26、音頻電話信道的群延遲特性。一種典型的音頻電話信道的群延遲特性。 ()O理想特性(b)()O理想特性(a)當(dāng)非單一頻率的信號通過該信道時，信號中不同當(dāng)非單一頻率的信號通過該信道時，信號中不同的頻率分量將有不同的群延遲，從而引起信號畸的頻率分量將有不同的群延遲，從而引起信號畸變。變。成因成因：同幅頻特性：同幅頻特性影響影響：模擬信號失真：模擬信號失真(人耳對相位失真不敏感人耳對相位失真不敏感) 數(shù)字信號引起嚴(yán)重的碼間干擾數(shù)字信號引起嚴(yán)重的碼間干擾克服克服：同幅頻特性：同幅頻特性2、實際電話信道的群延遲特性、實際電話信道的群延遲特性第43頁/共59頁44 隨參信道隨參信道是信道傳輸特性隨時間隨機快速

27、變化的信道。是信道傳輸特性隨時間隨機快速變化的信道。 隨參信道的特點：隨參信道的特點： l對信號的衰耗隨時間隨機變化；對信號的衰耗隨時間隨機變化；l信號傳輸?shù)臅r延隨時間隨機變化；信號傳輸?shù)臅r延隨時間隨機變化；l多徑傳播多徑傳播二、隨參信道及其傳輸特性二、隨參信道及其傳輸特性第44頁/共59頁45多徑傳播是指信號經(jīng)過幾條路徑到達(dá)接收端，而且每條路徑的長度（時延）和多徑傳播是指信號經(jīng)過幾條路徑到達(dá)接收端，而且每條路徑的長度（時延）和衰減都隨時間而變，即存在多徑傳播現(xiàn)象。衰減都隨時間而變，即存在多徑傳播現(xiàn)象。何謂多徑傳播？何謂多徑傳播？多徑傳播有以下幾種形式多徑傳播有以下幾種形式: (1) 電波從電

28、離層的一次反射和多次反射；電波從電離層的一次反射和多次反射； (2) 電離層反射區(qū)高度所形成的細(xì)多徑；電離層反射區(qū)高度所形成的細(xì)多徑； (3) 地球磁場引起的尋常波和非尋常波；地球磁場引起的尋常波和非尋常波； (4) 電離層不均勻性引起的散射現(xiàn)象。電離層不均勻性引起的散射現(xiàn)象。第45頁/共59頁46ABAB(a)(b)ABAB(c)(d )(a)一次反射和兩次反射；一次反射和兩次反射； (b) 反射區(qū)高度不同；反射區(qū)高度不同； (c) 尋常波與非尋常波；尋常波與非尋常波； (d) 漫射現(xiàn)象漫射現(xiàn)象第46頁/共59頁471.多徑效應(yīng)對信號傳輸?shù)挠绊懚鄰叫?yīng)對信號傳輸?shù)挠绊?假設(shè)發(fā)送信號為單一頻率

29、正弦波，假設(shè)發(fā)送信號為單一頻率正弦波，即即 從各條路徑到達(dá)接收端的信號相互獨立，則接收端接收到的合成波為從各條路徑到達(dá)接收端的信號相互獨立，則接收端接收到的合成波為 tAtR0cos)(niiiniiitttttttR1010)(cos)()(cos)()(第47頁/共59頁48經(jīng)大量觀察表明，經(jīng)大量觀察表明， 和和 隨時間的變化與發(fā)射載頻的周期相比，通常要緩慢的隨時間的變化與發(fā)射載頻的周期相比，通常要緩慢的多，即多，即 和和 可以認(rèn)為是緩慢變化的隨機過程。因此上式可改寫成可以認(rèn)為是緩慢變化的隨機過程。因此上式可改寫成: )(ti)(ti)(ti)(tiniiiniiitttttttR1010

30、sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)(000tttVttXttXsc)()(arctan)()()()(22tXtXttXtXtVcssc其中：其中：niiiniiitttttttR1010)(cos)()(cos)()(第48頁/共59頁49 由于由于 及及 是緩慢變化的，因而，是緩慢變化的，因而， 、 及包絡(luò)及包絡(luò) 、相位、相位 也是緩慢變化的。于是，也是緩慢變化的。于是， 可視為一個窄帶可視為一個窄帶過程。過程。)(ti)(ti)(tXc)(tXs)(tV)(t)(tR)(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc第49頁

31、/共59頁50結(jié)論結(jié)論：(1) 從波形上看，多徑傳播的結(jié)果使確定的載波信號變成了包絡(luò)和相位受到從波形上看，多徑傳播的結(jié)果使確定的載波信號變成了包絡(luò)和相位受到調(diào)制的調(diào)制的窄帶信號窄帶信號，這樣的信號，通常稱之為衰落信號；，這樣的信號，通常稱之為衰落信號；（2）從頻譜上看，多徑傳播引起了）從頻譜上看，多徑傳播引起了頻率彌散頻率彌散，即由單個頻率變成了一個窄帶頻譜。，即由單個頻率變成了一個窄帶頻譜。第50頁/共59頁51* *多徑傳播的接收信號的包絡(luò)和相位的統(tǒng)計特性多徑傳播的接收信號的包絡(luò)和相位的統(tǒng)計特性 )()(arctan)()()()(22tXtXttXtXtVcssc 在任意時刻在任意時刻t

32、1上上Xc(t1) 和和 Xs(t1) 是是n個隨機變量之和。當(dāng)個隨機變量之和。當(dāng) n充分大時，在充分大時，在“和和”中中的每一個隨機變量可以認(rèn)為是獨立的出現(xiàn)的且具有均勻的特性。因此，根據(jù)概率論的每一個隨機變量可以認(rèn)為是獨立的出現(xiàn)的且具有均勻的特性。因此，根據(jù)概率論中的中心極限定理，我們可以確認(rèn)中的中心極限定理，我們可以確認(rèn)Xc(t1) 、Xs(t1) 是高斯隨機變量。因為是高斯隨機變量。因為t1是任取的是任取的,所以有所以有Xc(t) 及及Xs(t) 是是平穩(wěn)的高斯過程平穩(wěn)的高斯過程。 第51頁/共59頁52 這樣，可知這樣，可知 是一個窄帶高斯過程，而是一個窄帶高斯過程，而 的一維分布服從

33、瑞利分布，而的一維分布服從瑞利分布，而 的一維分布服從均勻分布。實踐也表明，的一維分布服從均勻分布。實踐也表明，把衰落信號看成窄帶高斯過程是足夠準(zhǔn)確的。把衰落信號看成窄帶高斯過程是足夠準(zhǔn)確的。 信號的包絡(luò)服從瑞利分布律的衰落，通常稱之為瑞利型衰落。則瑞利型衰落信號信號的包絡(luò)服從瑞利分布律的衰落，通常稱之為瑞利型衰落。則瑞利型衰落信號的包絡(luò)值記為的包絡(luò)值記為V，則隨機變量的一維概率密度函，則隨機變量的一維概率密度函f(V)數(shù)表示成：數(shù)表示成：)(tR)(tV)(t)2exp()(222VVVf)0, 0(V第52頁/共59頁532、頻率選擇性衰落與相關(guān)帶寬、頻率選擇性衰落與相關(guān)帶寬延遲t0延遲t0+V0V0f(t)V0f(t-t0-)V0V0f(t)V0f(t-t0)V0f(t-t0)+V0f(t-t0-)f(t)()(Ftf0)()(000tjeFVttfV)(0000)()(tjeFVttfV第53頁/共59頁54模型的傳輸特性模型的傳輸特性H()為：為： )1 ()()1 ()()()()()(000000)(00jtjjtjtjtjeeVFeeFVFeFVeFVH其中：其中：|2cos|2| )1 ( | je圖圖4-19 4-