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1、第三章 信道本章研究的主要内容：1，信号在信道中的传输特性2，信噪比SNR计算序言信道:逻辑信道-如编码信道、调制信道和信息论中研究 的信道等物理信道-指连接发射机和接收机之间的信号通道发射机接收机信道(本章研究对象）本章主要讨论物理信道！定义：信道是指以传输媒质为基础的信号通道 。3.1 信道分类n按物理形态分有线：双绞线电缆、光 纤无线：大气、水宇宙空间n按信道特性分恒参：传输特性不随时间变化（有线一般属恒参 ）变参：信道特性随时间变化（无线信道可能是恒参，也可能是变参 ）一、分类恒参 变参n频域 传输函数： n时域 冲激响应函数： 3.1 信道分类二、描述确知函数随机过程图 3.2.1
2、有线信道媒质频率范围三、有线信道3.1 信道分类n微波中继n卫星1、恒参发 射接 收特点：收发天线 无摭挡，电波直 射3.1 信道分类四、无线信道n移动通信信道2、变参Direct Wave0102 特征：接收信 号是多条路径 信号叠加稀梳散射3.1 信道分类四、无线信道n对流层散射信道散射体（密集散射 ）特征：电波不能直射2、变参3.1 信道分类四、无线信道n水声信道声波传播速度（1500米/秒）海面反射严重多径衰落明显深海、浅海衰落特性不同2、变参3.1 信道分类四、无线信道广义信道按照它包括的功能，可以分为调制 信道和编码信道。图 3 1 调制信道和编码信道3.2 调制信道与编码信道一、
3、调制信道3.2 调制信道与编码信道调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种 广义信道，它所关心的是信号经信道传输后波形 和频谱的变化情况。因此，调制信道可以用具有 一定输入、输出关系的方框来表示。ei(t)eo(t)其输入输出的关系有：通常，通常， f f e ei i( (t t) ) 可以表示为：可以表示为：k k( (t t) ) e ei i( (t t) )，此时，此时， e eo o( (t t) = ) = k k( (t t) ) e ei i( (t t) + ) + n n( (t t) ) 其中其中k k( (t t) )表示时变线性网络的特性表示时变线性网络的特性 ，
4、称为，称为乘性干扰乘性干扰。k k( (t t) ) 一个复杂的函数，反映信道的衰减、线一个复杂的函数，反映信道的衰减、线 性失真、非线性失真、延迟性失真、非线性失真、延迟 等。等。 最简单情况：最简单情况：k k( (t t) = ) = 常数，表示衰减。常数，表示衰减。当当k(tk(t) =) =常数，称为常数，称为恒恒( (定定) )参参( (量量) )信道信道 例如，同轴电缆例如，同轴电缆 当当k(tk(t) ) 常数，称为常数，称为随随( (机机) )参参( (量量) )信道信道 例如，移动蜂窝网通信信道例如，移动蜂窝网通信信道一、调制信道3.2 调制信道与编码信道二、编码信道3.2
5、 调制信道与编码信道输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不 是信号失真情况，但误码是由调制信道造成的. 二进制无记忆信道 二进制无记忆对称信道转移概率矩阵： p(yj / xi)= p(0/0) p(1/0) p(yj / xi)= 1 1 p(0/1) p(1/1) pe=p(0)p(1/0)+p(1)p(0/1) pe=p(0)+p(1)3.3 恒参信道一、恒参信道实例信道特性主要由传输媒质所决定，如果传输媒质是基本不随时间变化的， 所构成的广义信道通常属于恒参信道。 下面简要介绍几种有代表性的恒参信道的例子。 如由架空明线、电缆、中长波地波传播、对称电缆、超短波及微波视距传播、人造卫
6、星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。光纤信道组成：解调电 信号基带电信号 （原始电信号）基带电信号 （原始电信号）基带处理光源光调制器光纤线路光检测器基带处理产生载波光3.3 恒参信道一、恒参信道实例恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其 缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个线性时不 变网络。 只要知道网络的传输特性，就可以采用信 号分析方法，分析信号及其网络特性。 线性网络的传输特性可以用幅度频率特性和相位 频率特性来表征。 现在我们首先讨论理想情况下的 恒参信道特性。 3.3 恒参信道二、恒参信道传输特性及其对信号传输的影响1. 理想恒参信道特
7、性理想恒参信道就是理想的无失真传输信道， 其等效的线性网络传输特性为其中K0为传输系数，td为时间延迟，它们都是与 频率无关的常数。根据信道的等效传输函数，可 以得到幅频特性为 |H()|=K0 相频特性为 ()=td3.3 恒参信道二、恒参信道传输特性及其对信号传输的影响信道的相频特性通常还采用群迟延-频率特性来衡量， 所谓的群迟延-频率特性就是相位-频率特性的导数， 则群迟延-频率特性可以表示为3.3 恒参信道二、恒参信道传输特性及其对信号传输的影响图：理想信道的幅频特性、 相频特 性和群迟延-频率特性 n 恒参信道传输特性及其对信号传输的影响n时域关系式：y(t) = x(t)*h(t)
8、 n频域关系式：Y()X()H() n频率特性：n群迟延频率特性：n理想信道：H(=ke-jtd ，()=-td n非理想信道:H()k，() -td3.3 恒参信道二、恒参信道传输特性及其对信号传输的影响恒参信道举例n设某恒参信道的幅频特性为 H()=1+cosT0其中，td为常数。试确定信号s(t)通过该信道 后的输出信号表示式，并讨论之。n解:H()=1+cosT0= + ( + )= + +h(t)=(t-td)+(t-td+T0)+(t-td-T0) 输出信号so(t)=s(t)*h(t)=s(t-td)+s(t-td+T0)+s(t-td -T0) 由此可见， 理想恒参信道对信号传
9、输的影响是：(1) 对信号在幅度上产生固定的衰减； (2) 对信号在时间上产生固定的迟延。 这种情况也称信号是无失真传输。 3.3 恒参信道二、恒参信道传输特性及其对信号传输的影响在实际中，如果信道传输特性偏离了理想信道特性， 就会产生失真(或称为畸变)。幅度-频率失真 相位-频率失真幅度-频率失真：由实际信道的幅度频率特性的不理想引起的，这种失真又称为频率失真，属于线性失真。(b)3020100120024003600f / HzA( f ) / dB3.3 恒参信道二、恒参信道传输特性及其对信号传输的影响信道的幅度-频率特性不理想会使通过它的信号波形产生失真， 若在这种信道中传输数字信号，
10、则会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠，造成码间干扰。相位-频率失真：当信道的相位-频率特性偏离线性关 系时，将会使通过信道的信号产生相位-频率失真， 相位-频率失真也是属于线性失真。3.3 恒参信道二、恒参信道传输特性及其对信号传输的影响随参信道是指信道传输特性随时间随机快速变化的信道。 常见的随参信道有陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道、超短波及微波对流层散射信道、超短波电离层散射以及超短波超视距绕射等信道。3.4 变参信道一、变参信道实例1.短波电离层反射信道3.4 变参信道一、变参信道实例 短波：波长:100-10m的无线电波 分类： 沿地表传播的“地波”
11、 由电离层反射传播的“天波 ” 传播路径 电离层（F layer) 离地60-600km的大气层 电离层分四层：D、E、F1、F2图 ： 电离层结构示意图 2. 工作频率 为了实现短波通信，在选用工作频率时要考虑如下两个条件：（1）工作频率应小于最高可用频率；（2）使电磁波在D、E层的吸收最小。3.多径传播原因： （1）电波一次、多次反射 （2）反射层高度不同 （3）漫射现象 （4）地球磁场引起的电波分裂（寻常波和非寻常波）多径形式示意图： (a) 一次反射和两次反射； (b) 反射区高度不同 ； (c) 寻常波与非寻常波； (d) 漫射现象3.4 变参信道二、变参信道传输特性及其对信号传输的
12、影响 对信号的衰耗随时间变 传输时延随时间变 多径传播设发送信号：S（t）= ACOS0t则接收信号：其中：i（t）为第i路径收信号的振幅i（t）为第i路径收信号的传输时延i（t）=0i（t）3.4 变参信道二、变参信道传输特性及其对信号传输的影响(1)瑞利衰落与频率弥散两个结论:从波形上看：多径传播使单 一频率的正弦信号变成了包 络和相位受调制的窄带信号 ，这种信号称为衰落信号， 即多径传播使信号产生瑞利 型衰落。 (2) 从频谱上看：多径传播使 单一谱线变成了窄带频谱， 即多径传播引起了频率弥散 。(2）频率选择性衰落 (P62) -以两径传播为例分析 设信号经两路径到收端,且两路径具相同
13、传输损耗V0和 一个相对时延差, 可用下线性网络表信道模型V0V0延迟t0延迟t0 +f(t)f0(t)V0f(t)V0f(t)V0f(t-t0)V0f(t-t0 )则H() 的获得设输出信号为:(2）频率选择性衰落 (P62) H() 的分析(2）频率选择性衰落 (P62) n频率选择性衰落 n相关带宽f=1/mn发送信号带宽(2）频率选择性衰落 (P62) n含交织编码的差错控制技术n抗衰落性能好的调制解调技术n功率控制技术n分集接收技术n扩频技术n均衡技术3.5 变参信道特性的改善(1) 原理若把各径信号“适当地”合并，可减小衰落 分集的含义-使各路径信号相互独立适当合并系统性能快衰落信
14、道收到的是各径信号的合成3.5 变参信道特性的改善 空间分集：使用多个天线 频率分集：用多个频率传同一信息 角度分集：天线指向不同 极化分集：接收水平、垂直极化波(2) 分集方式3.5 变参信道特性的改善 最佳选择式：选择信噪比最好的一个接收 等增益相加式：各支路等增益相加 最大比值相加式：使增益和本支路信噪比成正比后相加 性能：321(3) 信号合并方式3.5 变参信道特性的改善前面我们讨论了恒参信道和随参信道传输特性以及其对信号传输的影响。除此之外，信道的加性噪声同样会对信号传输产生影响。加性噪声与信号相互独立，并且始终存在，实际中只能采取措施减小加性噪声的影响，而不能彻底消除加性噪声。 因此，加性噪声不可避免地会对通信造成危害。 3.6 信道的加性噪声 外台信号 人为施放的干扰源 工业点火辐射 荧光灯干扰 闪电 大气中的电暴 银河系噪声 其它宇宙噪声 热噪声 霰弹噪声 11 电源哼声 12 接触不良 13 自激振荡 14 各种内部谐波干扰.人为噪声.自然噪声.内部噪声噪声来源及分类! 热噪声存在于一切电子设备内部，是 干扰的主要来源一般这类外来干扰 可以通过设备的设 计避免起伏噪声的统计特性（1）瞬时幅度服从高斯分部且均值为0（2）功率谱密度在很宽的频率范围内是平坦的Pn(f)= (W/Hz)3.6 信道的加性噪声起伏噪声通
