通信原理第3章

第3章信道與噪聲

3.1信道定義與數(shù)學(xué)模型

3.2恒參信道及其傳輸特性

3.3隨參信道及其傳輸特性

3.4分集接收技術(shù)

3.5加性噪聲一、信道定義與分類：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?。影響通信系統(tǒng)可靠性能主要因素：噪聲/信道特性不理想

狹義信道：信號(hào)的傳輸媒質(zhì)（介）。廣義信道：信號(hào)媒質(zhì)及信號(hào)變換裝置。3.1信道定義與數(shù)學(xué)模型信道恒參隨參調(diào)制信道編碼信道無記憶信道有記憶信道有線無線狹義信道廣義信道調(diào)制信道和編碼信道調(diào)制信道特點(diǎn)：用來研究調(diào)制與解調(diào)問題。編碼信道特點(diǎn)：用來研究編碼與譯碼問題。[?]si(t)n(t)r(t))=[si(t)]+n(t)s0(t)r(t)=k(t)si(t)+n(t)二、信道的數(shù)學(xué)模型1.調(diào)制信道的數(shù)學(xué)模型無記憶編碼信道：碼元轉(zhuǎn)移概率與其前后碼元取值無關(guān)。

有記憶編碼信道：碼元轉(zhuǎn)移概率與其前后碼元取值有關(guān)。二進(jìn)制編碼信道模型：對(duì)稱和非對(duì)稱編碼信道對(duì)稱編碼信道：p(0/1)=p(1/0)非對(duì)稱編碼信道：p(0/1)p(1/0)先驗(yàn)概率：p(0)、p(1)正確轉(zhuǎn)移概率：

p(0/0)、p(1/1)錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率：

p(0/1)、p(1/0)2.編碼信道的數(shù)學(xué)模型圖二進(jìn)制(無記憶)編碼信道模型p(0/0)+p(1/0)=1，p(1/1)+p(0/1)=1pe=p(0)p(1/0)+p(1)p(0/1)2.編碼信道的數(shù)學(xué)模型明線對(duì)稱電纜、同軸電纜中長波地波傳輸恒參信道超短波及微波視距傳播人造衛(wèi)星中繼光導(dǎo)纖維及光波視距傳播1.恒參信道：傳輸特性參數(shù)隨時(shí)間緩變或不變化。一、恒參信道特性3.2恒參信道及其傳輸特性一、恒參信道特性h(t)ei(t)n(t)幅頻特性：|H(ω)|

=k相頻特性：(ω)=-ωtd群遲延特性：eo(t)r(t)2.理想恒參信道特性不同頻率分量的到達(dá)時(shí)間。圖理想信道的幅頻特性、相頻特性和群遲延-頻率特性二、對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

非理想：信號(hào)失真?zhèn)鬏敚ň€性失真）?

|H(ω)|k

，產(chǎn)生幅度-頻率失真（畸變）；

?

(ω)-ωtd，產(chǎn)生相位-頻率失真（畸變）。

理想：信號(hào)無失真?zhèn)鬏?/p>

?|H(ω)|=k，對(duì)信號(hào)在幅度上產(chǎn)生固定的衰減；

?(ω)=-ωtd，對(duì)信號(hào)在時(shí)間上產(chǎn)生固定的遲延。成因：信道中惰性元件參數(shù)與頻率有關(guān)導(dǎo)致。模擬信號(hào)：波形失真信噪比下降數(shù)字信號(hào)：碼間串?dāng)_造成誤碼二、對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懛l失真（畸變）影響：對(duì)語音信號(hào)影響不大，對(duì)視頻信號(hào)影響大數(shù)字信號(hào)：碼間串?dāng)_造成誤碼相頻失真（畸變）影響：?

模擬通信：補(bǔ)償：均衡技術(shù)

頻域均衡，使信道、均衡器聯(lián)合頻率特性在信號(hào)頻率范圍圍內(nèi)無畸變。?

數(shù)字通信：自身改善：精心設(shè)計(jì)

合理設(shè)計(jì)收、發(fā)濾波器，消除信道碼間串?dāng)_。

信道特性緩慢變化時(shí)，用時(shí)域均衡器，使碼間串?dāng)_降到最小且可自適應(yīng)信道特性變化。三、克服措施一、隨參信道特性2.傳輸特性衰耗時(shí)變H(，t)

時(shí)延時(shí)變(，t)

多徑傳播3.3隨參信道及其傳輸特性1.隨參信道：傳輸特性參數(shù)隨時(shí)間變化。

短波電離層反射超短波流星余跡散射隨參信道超短波及微波對(duì)流層散射（調(diào)制信道）短波電離層散射超短波超視積距繞射

圖多徑形式示意圖

(a)一次反射和兩次反射；(b)反射區(qū)高度不同；

(c)尋常波與非尋常波；(d)漫射現(xiàn)象二、對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懓l(fā)射單頻信號(hào)Acosct，n路傳輸合成波為：1.產(chǎn)生頻率彌散現(xiàn)象從時(shí)域看：波形幅、相衰減現(xiàn)象(衰落信號(hào))。多徑傳播使信號(hào)產(chǎn)生瑞利型包絡(luò)衰落現(xiàn)象。

0t

r(t)波形二、對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?.產(chǎn)生頻率彌散現(xiàn)象從頻域看：頻譜頻率彌散/展寬現(xiàn)象(窄帶頻譜）多徑傳播使信號(hào)產(chǎn)生頻率彌散現(xiàn)象。00

r(t)頻譜二、對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼行臉O限定理：大量獨(dú)立隨機(jī)變量之和趨正態(tài)分布。

通常X（t）、Y（t）正態(tài)分布，均值0、方差相等r(t)是窄帶高斯隨機(jī)過程而：V(t)

瑞利分布，(t)

均勻分布（一維分布服從)r(t)的統(tǒng)計(jì)特性瑞利型衰落2.產(chǎn)生頻率選擇性衰落發(fā)射頻帶信號(hào)，以兩條路徑且衰減恒定為例：ksi(t)

ksi(t)ksi[t-?(t)]二、對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?.產(chǎn)生頻率選擇性衰落2.頻率選擇性衰落圖信道幅頻特性2.頻率選擇性衰落對(duì)不同頻率，信道衰減不同說明：零極點(diǎn)隨隨t零極點(diǎn)位置隨t變。

兩零點(diǎn)間的距離AB=1/BAB必有零點(diǎn)頻譜必畸變頻選衰落。定義相關(guān)帶寬：Bc=1/m（相鄰零點(diǎn)間頻率間隔）

B<Bc，工程：B=（1/5~1/3）Bc隨參信道衰落一般衰落抗衰落調(diào)制技術(shù)

快衰落選擇性衰落多徑傳播擴(kuò)譜技術(shù)隨參信道衰落分集接收技術(shù)

慢衰落一年內(nèi)：夏冬一天內(nèi)：早晚午天氣條件調(diào)設(shè)備參量二、對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懩繕?biāo)：對(duì)抗多徑信道造成的衰落和延時(shí)串?dāng)_。技術(shù)：兩方面：如何獲得獨(dú)立多路信號(hào)；

如何合并獨(dú)立多路信號(hào)。本質(zhì)：對(duì)同一信號(hào)在不同時(shí)間/頻率/空間/極化方向的采樣。問題：如何有效地分集客觀多徑衰落信道分散的信號(hào)；

如何主動(dòng)利用信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)更有效地分集多徑

衰落信道分散的信號(hào)。一、分集接收3.4分集接收技術(shù)二、分集方式1.空間分集：接收端架設(shè)多個(gè)天線接收同一個(gè)信號(hào)。2.頻率分集：用多個(gè)不同相差較遠(yuǎn)載頻傳同一信號(hào)。(同信號(hào)、足間隔多次重發(fā)，各衰落信號(hào)相互獨(dú)立。)3.時(shí)間分集：在不同時(shí)間接收同一個(gè)信號(hào)。

要求：各天線間距離足夠大(大于若干波長)。要求：幾個(gè)載波之間相互獨(dú)立。

要求：發(fā)送冗余信號(hào)的若干時(shí)隙間相互獨(dú)立。三、合并方式

1.選擇式合并（S/N）

選擇信噪比最好的一個(gè)作為接收信號(hào)。

2.等增益合并（ki）

收各信號(hào)以相同支路增益進(jìn)行放大相加。

3.最大比值合并（，kiSi/Ni）

收各信號(hào)與信噪比成正比地放大、相加。（最差）（次之）（最好）一、加性噪聲的分類1.按來源分類（2）自然噪聲：自然界存在的各種電磁波源所引起的噪聲（3）內(nèi)部噪聲：通信設(shè)備內(nèi)部元器件產(chǎn)生的各種噪聲。源于：工業(yè)噪聲：各種電氣設(shè)備：工業(yè)點(diǎn)火、開關(guān)通斷無線電噪聲：各種無線電發(fā)射機(jī)：外臺(tái)干擾源于：通信設(shè)備的各種電子器件、傳輸線、天線等熱噪聲、散彈噪聲、電源亨聲（50Hz干擾）源于：宇宙空間產(chǎn)生的各種噪聲：天體輻射、閃電（1）人為噪聲：人為因素引起。3.5加性噪聲(1）單頻噪聲：主要是無線干擾，是一種連續(xù)波；

單頻或頻帶極窄、位置可測，易防止。

（2）脈沖噪聲：工業(yè)干擾電火花、雷電等；

幅度大、持續(xù)短、間隔長、頻譜寬；（3）起伏噪聲：連續(xù)波隨機(jī)噪聲，熱、散彈、宇宙噪；

頻帶寬，時(shí)頻域內(nèi)總存在，不可避免。2.按性質(zhì)分類1.起伏噪聲的來源（1）熱噪聲：由傳導(dǎo)媒質(zhì)中電子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。（2）散彈噪聲：由電子管和晶體管器件電子發(fā)射不均勻。電阻器件噪聲通信系統(tǒng)中：天線噪聲、饋線噪聲接收機(jī)產(chǎn)生的噪聲（3）宇宙噪聲：由宇宙空間天體輻射產(chǎn)生的噪聲。二、起伏噪聲加性噪聲起伏噪聲性質(zhì)：近似為高斯白噪聲2.起伏噪聲的性質(zhì)起伏噪聲主要特點(diǎn)：時(shí)域頻域均普遍