通信原理第3章

第3章信道與噪聲

3.1信道定義與數學模型

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

3.5加性噪聲一、信道定義與分類：信號傳輸的通道。影響通信系統可靠性能主要因素：噪聲/信道特性不理想

狹義信道：信號的傳輸媒質（介）。廣義信道：信號媒質及信號變換裝置。3.1信道定義與數學模型信道恒參隨參調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制信道和編碼信道調制信道特點：用來研究調制與解調問題。編碼信道特點：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、信道的數學模型1.調制信道的數學模型無記憶編碼信道：碼元轉移概率與其前后碼元取值無關。

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

p(0/0)、p(1/1)錯誤轉移概率：

p(0/1)、p(1/0)2.編碼信道的數學模型圖二進制(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.編碼信道的數學模型明線對稱電纜、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)星中繼光導纖維及光波視距傳播1.恒參信道：傳輸特性參數隨時間緩變或不變化。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時間。圖理想信道的幅頻特性、相頻特性和群遲延-頻率特性二、對信號傳輸的影響

非理想：信號失真?zhèn)鬏敚ň€性失真）?

|H(ω)|k

，產生幅度-頻率失真（畸變）；

?

(ω)-ωtd，產生相位-頻率失真（畸變）。

理想：信號無失真?zhèn)鬏?/p>

?|H(ω)|=k，對信號在幅度上產生固定的衰減；

?(ω)=-ωtd，對信號在時間上產生固定的遲延。成因：信道中惰性元件參數與頻率有關導致。模擬信號：波形失真信噪比下降數字信號：碼間串擾造成誤碼二、對信號傳輸的影響幅頻失真（畸變）影響：對語音信號影響不大，對視頻信號影響大數字信號：碼間串擾造成誤碼相頻失真（畸變）影響：?

模擬通信：補償：均衡技術

頻域均衡，使信道、均衡器聯合頻率特性在信號頻率范圍圍內無畸變。?

數字通信：自身改善：精心設計

合理設計收、發(fā)濾波器，消除信道碼間串擾。

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

時延時變(，t)

多徑傳播3.3隨參信道及其傳輸特性1.隨參信道：傳輸特性參數隨時間變化。

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流層散射（調制信道）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)漫射現象二、對信號傳輸的影響發(fā)射單頻信號Acosct，n路傳輸合成波為：1.產生頻率彌散現象從時域看：波形幅、相衰減現象(衰落信號)。多徑傳播使信號產生瑞利型包絡衰落現象。

0t

r(t)波形二、對信號傳輸的影響1.產生頻率彌散現象從頻域看：頻譜頻率彌散/展寬現象(窄帶頻譜）多徑傳播使信號產生頻率彌散現象。00

r(t)頻譜二、對信號傳輸的影響中心極限定理：大量獨立隨機變量之和趨正態(tài)分布。

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

瑞利分布，(t)

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

ksi(t)ksi[t-?(t)]二、對信號傳輸的影響2.產生頻率選擇性衰落2.頻率選擇性衰落圖信道幅頻特性2.頻率選擇性衰落對不同頻率，信道衰減不同說明：零極點隨隨t零極點位置隨t變。

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

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

快衰落選擇性衰落多徑傳播擴譜技術隨參信道衰落分集接收技術

慢衰落一年內：夏冬一天內：早晚午天氣條件調設備參量二、對信號傳輸的影響目標：對抗多徑信道造成的衰落和延時串擾。技術：兩方面：如何獲得獨立多路信號；

如何合并獨立多路信號。本質：對同一信號在不同時間/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；

如何主動利用信號設計技術更有效地分集多徑

衰落信道分散的信號。一、分集接收3.4分集接收技術二、分集方式1.空間分集：接收端架設多個天線接收同一個信號。2.頻率分集：用多個不同相差較遠載頻傳同一信號。(同信號、足間隔多次重發(fā)，各衰落信號相互獨立。)3.時間分集：在不同時間接收同一個信號。

要求：各天線間距離足夠大(大于若干波長)。要求：幾個載波之間相互獨立。

要求：發(fā)送冗余信號的若干時隙間相互獨立。三、合并方式

1.選擇式合并（S/N）

選擇信噪比最好的一個作為接收信號。

2.等增益合并（ki）

收各信號以相同支路增益進行放大相加。

3.最大比值合并（，kiSi/Ni）

收各信號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）內部噪聲：通信設備內部元器件產生的各種噪聲。源于：工業(yè)噪聲：各種電氣設備：工業(yè)點火、開關通斷無線電噪聲：各種無線電發(fā)射機：外臺干擾源于：通信設備的各種電子器件、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)波隨機噪聲，熱、散彈、宇宙噪；

頻帶寬，時頻域內總存在，不可避免。2.按性質分類1.起伏噪聲的來源（1）熱噪聲：由傳導媒質中電子的隨機運動而產生的。（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中：天線噪聲、饋線噪聲接收機產生的噪聲（3）宇宙噪聲：由宇宙空間天體輻射產生的噪聲。二、起伏噪聲加性噪聲起伏噪聲性質：近似為高斯白噪聲2.起伏噪聲的性質起伏噪聲主要特點：時域頻域均普遍