数字通信原理与技术(二) 信道

1、2021-12-15第第 1 1 页页数字通信原理数字通信原理徐雷邮箱：xulei_ 南京理工大学计算机学院2021-12-15第第 2 2 页页2.1 信道的定义和分类信道的定义和分类2.2 信道的数学模型信道的数学模型2.3 恒参信道恒参信道2.4 变参信道变参信道2.5 信道的加性噪声信道的加性噪声第二章 信道 2021-12-15第第 3 3 页页2.1 信道的定义和分类狭义信道狭义信道：是指以传输媒介为基础的信号通路。：是指以传输媒介为基础的信号通路。它可分为它可分为有线信道有线信道与与无线信道无线信道两类。两类。 有线信道：有线信道：明线、对称电缆、同轴电缆及光缆等。明线、对称电缆

2、、同轴电缆及光缆等。 无线信道：无线信道：地波传播、短波电离层反射、超短波或微地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。信道可大体分成：信道可大体分成：狭义信道狭义信道和和广义信道广义信道。一、狭义信道一、狭义信道2021-12-15第第 4 4 页页广义信道广义信道：除包括传输媒介外，还包括有关的变换装置（如：除包括传输媒介外，还包括有关的变换装置（如：发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等）发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等）在内的信道。在讨论通信的一般原理时，我们采用广义信道。在

3、内的信道。在讨论通信的一般原理时，我们采用广义信道。广义信道按照功能可分为广义信道按照功能可分为调制信道调制信道和和编码信道编码信道。调 制 器发 转 换 器 媒 质收 转 换 器解 调 器调制信道编码信道编码器输出译码器输入二、广义信道二、广义信道2021-12-15第第 5 5 页页2.1 信道的定义和分类信道的定义和分类2.2 信道的数学模型信道的数学模型2.3 恒参信道恒参信道2.4 随参信道随参信道2.5 信道的加性噪声信道的加性噪声第二章 信道 2021-12-15第第 6 6 页页1、调制信道的共性、调制信道的共性 (1) 有一对有一对(或多对或多对)输入端输入端和一对和一对(或

4、多对或多对)输出端输出端； (2) 绝大多数的信道都是绝大多数的信道都是线性的线性的，即满足叠加原理；，即满足叠加原理； (3) 信号通过信道具有一定的信号通过信道具有一定的迟延时间迟延时间; (4) 信道对信号有损耗，包括固定损耗或时变信道对信号有损耗，包括固定损耗或时变损耗损耗； (5) 即使即使没有没有信号输入，在信道的输出端仍信号输入，在信道的输出端仍有有一定的功率输一定的功率输出（出（噪声噪声）。）。2.2 信道的数学模型一、调制信道模型一、调制信道模型2021-12-15第第 7 7 页页对于二对端的对于二对端的信道模型信道模型，其输出与输入的关系有，其输出与输入的关系有eo(t)

5、=fei(t)+n(t)ei(t) 输入的输入的已调信号已调信号；eo(t) 信道总信道总输出波形输出波形；n(t) 加性噪声加性噪声（或称加性干扰）。（或称加性干扰）。n(t)独立独立于于ei(t).fei(t) 已调信号通过网络所发生的（时变）线性变换。已调信号通过网络所发生的（时变）线性变换。用一个二对端（或多对端）的用一个二对端（或多对端）的时变线性时变线性网络来表示调制信道。网络来表示调制信道。时变线性网络时变线性网络ei(t) e0(t)ei1(t) e01(t)ei2(t) e02(t)eim(t) e0m(t). . .(a) (b)图2-2 调制信道模型2、调制信道的表示、调

6、制信道的表示2021-12-15第第 8 8 页页若若fei(t)写为写为k(t) ei(t), k(t)称其为称其为乘性干扰乘性干扰。 eo(t)= k(t) ei(t) +n(t)即为二对端信道的一种数学模型。即为二对端信道的一种数学模型。调制信道对信号的影响可归结到两点：调制信道对信号的影响可归结到两点： 1) 乘性干扰乘性干扰k(t) :有些信道的有些信道的k(t)不随时间变化不随时间变化或或变化极为缓慢，变化极为缓慢，称为称为恒恒（定）参（定）参(量量)信道信道;有些信道的有些信道的k(t)是随机是随机快快变化的，称为变化的，称为随随(机机)参参(量量)信道信道，它是非恒参信道的统称

7、。它是非恒参信道的统称。 2) 加性干扰加性干扰n(t) : n(t)独立独立于于ei(t)。3、调制信道对信号的影响、调制信道对信号的影响2021-12-15第第 9 9 页页若解调器每个输出码元的差错发生是若解调器每个输出码元的差错发生是相互独立相互独立的，则信道是的，则信道是无无记忆记忆的，即一码元的差错与其前后码元是否发生差错的，即一码元的差错与其前后码元是否发生差错无关。无关。编码信道模型可以用数字信号的编码信道模型可以用数字信号的转移概率转移概率来描述。来描述。P(0/0)、 P(1/0)、 P(0/1)、 P(1/1)称为称为信道转移概率信道转移概率。P(0/0)、 P(1/1)

8、是是正确正确转移概率；转移概率；P(1/0)、 P(0/1)是是错误错误转移概率。转移概率。P(0/0)+ P(1/0)=1, P(0/1)+ P(1/1)=11 、无记忆二进制编码信道模型、无记忆二进制编码信道模型二、编码信道模型二、编码信道模型2021-12-15第第 1010 页页2 、无记忆多进制编码信道模型、无记忆多进制编码信道模型转移概率完全由转移概率完全由编码信道编码信道的特性所决定。的特性所决定。一个一个特定特定的编码信道，有的编码信道，有确定确定的转移概率。的转移概率。2021-12-15第第 1111 页页2.1 信道的定义和分类信道的定义和分类2.2 信道的数学模型信道的

9、数学模型2.3 恒参信道恒参信道2.4 随参信道随参信道2.5 信道的加性噪声信道的加性噪声第二章 信道 2021-12-15第第 1212 页页2.3 恒参信道恒参信道恒参信道对信号传输的影响是对信号传输的影响是确定确定的或者是变化的或者是变化极其缓慢极其缓慢的。的。它等效于一个它等效于一个非时变的线性非时变的线性网络。网络。得到得到网络的传输特性网络的传输特性，就可得到，就可得到已调信号已调信号通过恒参信道的通过恒参信道的变化变化规律规律。可用。可用幅度幅度频率频率特性及特性及相位相位频率频率特性来表征。特性来表征。要使任意一个信号通过线性网络要使任意一个信号通过线性网络不产生波形失真不产

10、生波形失真，网络的传，网络的传输特性应该具备以下输特性应该具备以下两个理想条件两个理想条件： （1）网络的幅频特性）网络的幅频特性 是一个不随频率变化的常数是一个不随频率变化的常数; （2）网络的相频特性）网络的相频特性 应与频率成线性关系。应与频率成线性关系。 网络的传输特性可以表示为：网络的传输特性可以表示为：)()()(jeHH)(H)(一、恒参信道特性及其对传输的影响一、恒参信道特性及其对传输的影响2021-12-15第第 1313 页页1 、幅度幅度频率畸变频率畸变是由信道的幅度是由信道的幅度频率特性的不理想所引起的。频率特性的不理想所引起的。解决方案：解决方案：要求要求改善改善电话

11、信道中的滤波性能，或者再通过电话信道中的滤波性能，或者再通过一个线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦一个线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦(均衡均衡)。原因：原因：有线电话信道中可能存在各种滤波器、混合线圈、有线电话信道中可能存在各种滤波器、混合线圈、串联电容和分路电感等。串联电容和分路电感等。影响：影响：模拟信号波形失真；数字信号码间干扰。模拟信号波形失真；数字信号码间干扰。典型音频电话信道典型音频电话信道低频端截止频率约在低频端截止频率约在300Hz以下，以下，每倍频程衰耗升高每倍频程衰耗升高1525dB；在在3001100Hz范围内衰耗比较平坦范围内衰耗比较平坦;在在1100 2900

12、Hz之间，衰耗通常是线性上之间，衰耗通常是线性上升的升的(2600Hz的衰耗比的衰耗比1100Hz处高处高8dB)；不均匀不均匀衰耗必然使传输信号的幅度随频率发生衰耗必然使传输信号的幅度随频率发生畸变畸变，引起，引起信号波形的信号波形的失真失真。在在2900Hz以上，每倍频程增加以上，每倍频程增加 8090dB。2021-12-15第第 1414 页页2 、相位、相位频率频率畸变畸变指信道的相位指信道的相位频率特性频率特性偏离线性关系偏离线性关系所引起的畸变。所引起的畸变。经常采用经常采用群迟延群迟延频率频率特性来表示。特性来表示。（相位特性对频率求导）（相位特性对频率求导）解决方案：解决方案

13、：群迟延群迟延畸变也是线性畸变，可采用相位均衡技畸变也是线性畸变，可采用相位均衡技术补偿术补偿。原因：原因：电话信道的相位电话信道的相位频率畸变主要来源于信道中的各频率畸变主要来源于信道中的各种滤波器及可能有的加感线圈，尤其是在信道频带的边缘种滤波器及可能有的加感线圈，尤其是在信道频带的边缘畸变更为严重。畸变更为严重。 ()()dd 影响：影响：对对模拟模拟话音通信影响话音通信影响并不显著并不显著，因为人耳对相频畸变，因为人耳对相频畸变不太灵敏；对不太灵敏；对数字数字信号传输会引起码间干扰，造成信号传输会引起码间干扰，造成误码误码。2021-12-15第第 1515 页页1) 明线明线 明线是

14、指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与电缆相比，明线是指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与电缆相比，优点是传输损耗低。但它易受气候和天气的影响，并且对外界优点是传输损耗低。但它易受气候和天气的影响，并且对外界噪声干扰较敏感。噪声干扰较敏感。 2) 对称电缆对称电缆 对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。导线材料是铝或铜，直径为输媒质。导线材料是铝或铜，直径为0.4l.4mm。每一对线都每一对线都拧成扭绞状，减小各线对之间的相互干扰。拧成扭绞状，减小各线对之间的相互干扰。 传输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。传输损耗比明

15、线大得多，但其传输特性比较稳定。3) 同轴电缆同轴电缆 由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的空管（由金由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的空管（由金属丝编织而成），内导体是金属线（芯线）。它们之间填充着属丝编织而成），内导体是金属线（芯线）。它们之间填充着介质，也可能是空气。介质，也可能是空气。1 、有线信道有线信道二、恒参信道举例二、恒参信道举例2021-12-15第第 1616 页页同轴电缆同轴电缆2021-12-15第第 1717 页页 各种有线信道的比较各种有线信道的比较2021-12-15第第 1818 页页光纤信道光纤信道：以光导纤维以光导纤维(光纤光纤)为传输媒质、光

16、波为载波的信道。为传输媒质、光波为载波的信道。传输容量极大、损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半传输容量极大、损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属、不受电磁干扰等优点。径小、不怕腐蚀、节省有色金属、不受电磁干扰等优点。2 、光纤、光纤信道信道光源光源是光载波的发生器，是光载波的发生器，半导体发光二极管半导体发光二极管(LED)或激光二极管或激光二极管(LD)光源。光源。光纤线路光纤线路是一根或是一根或多根光纤多根光纤直接检波式的直接检波式的光探测光探测器器，用光电二极管来，用光电二极管来实现光强度的检测。实现光强度的检测。2021-12-15第第 1919

17、页页 直接中继器直接中继器是光放大器，直接将光信号放大以补偿光纤的传输是光放大器，直接将光信号放大以补偿光纤的传输损耗，以便延长传输距离；损耗，以便延长传输距离； 间接中继器间接中继器是将光信号先解调为电信号，经放大或是将光信号先解调为电信号，经放大或再生再生处理后，处理后，再调制到光载波上，利用光纤继续进行传输。再调制到光载波上，利用光纤继续进行传输。在数字光纤信道中，每隔一定距离加入在数字光纤信道中，每隔一定距离加入再生中继器再生中继器。在光纤线路中可能还设有在光纤线路中可能还设有中继器中继器。中继器有两种类型：直接中继器和间接中继器。中继器有两种类型：直接中继器和间接中继器。2021-1

18、2-15第第 2020 页页光纤由光纤由介质芯线介质芯线及包在它外面的另一种介质及包在它外面的另一种介质材料做成的材料做成的包层包层构成。构成。光纤分为光纤分为均匀光纤均匀光纤及及非均匀光纤非均匀光纤两类。两类。 当光纤中只能传输一种光波的模式时，称当光纤中只能传输一种光波的模式时，称为为单模光纤单模光纤。单模光纤的芯径极小。传光特性较好，但因单模光纤的芯径极小。传光特性较好，但因截面尺寸小，在制造、耦合和连接上都比较截面尺寸小，在制造、耦合和连接上都比较困难。困难。 如果光纤中能传输的模式不上一个，则称如果光纤中能传输的模式不上一个，则称为为多模光纤多模光纤。在制造、耦合和连接上都比单。在制

19、造、耦合和连接上都比单模光纤容易。模光纤容易。对光纤最主要的要求是对光纤最主要的要求是低损耗低损耗和和低色散低色散。 低损耗是光纤能实现远距离传输的前提。低损耗是光纤能实现远距离传输的前提。2021-12-15第第 2121 页页2.1 信道的定义和分类信道的定义和分类2.2 信道的数学模型信道的数学模型2.3 恒参信道恒参信道2.4 随参信道随参信道2.5 信道的加性噪声信道的加性噪声第二章 信道 2021-12-15第第 2222 页页随参信道中传输随参信道中传输媒介媒介的影响是主要的，随参信道的传输媒介特点：的影响是主要的，随参信道的传输媒介特点： （1）对信号的）对信号的衰耗衰耗随时间

20、而变化随时间而变化; （2）传输的）传输的时延时延随时间而变；随时间而变； （3）多径传播。）多径传播。1、多径传播和频率弥散、多径传播和频率弥散 设发射波为设发射波为 ，则经过，则经过n条路径传播后的接收信号条路径传播后的接收信号0011( )( )cos( )( )cos( )nniiiiiiR ta ttta ttt 是是缓慢缓慢变化的随机过程。变化的随机过程。0011( )( )cos( )cos( )sin( )sinnniiiiiiR ta ttta ttt同向分量1( )( )cos( )nIiiia ta tt正交分量1( )( )sin( )nQiiiata tt2.4 随参

21、信道0( )( )iitt ( ),( )iia tt0cosAt发收电离层一、随参信道特性及其对传输的影响一、随参信道特性及其对传输的影响2021-12-15第第 2323 页页则000( )( )cos( )sin( )cos( )IQR ta ttatta ttt合成波的包络22( )( )( )IQa tatat合成波的相位( )( )arctan( )IQa ttat多径传播的结果使确定的载波信号 变成了包络和相位受到调制的窄带信号，称之为衰落信号；从频谱上看，多径传输引起了频率弥散，(由单个频率变成了一个窄带频谱)。 是缓慢变化的，R(t)为一个窄带过程。( ), ( )a tt2

22、021-12-15第第 2424 页页2、频率选择性衰落和相关带宽、频率选择性衰落和相关带宽 频率选择性衰落频率选择性衰落：信号频谱中某些分量的一种衰落现象。：信号频谱中某些分量的一种衰落现象。 设设两条两条多径信号具有多径信号具有相同相同的强度和一个的强度和一个相对相对时延差。时延差。 )()(Ftf)(00000000)()(, )()(tjtjeFVttfVeFVttfV)(1)()()(000000jtjeeFVttfVttfV信道的传递函数传递函数为00( )(1)j tjHV ee2021-12-15第第 2525 页页相邻传输零点的频率间隔称为多径传播媒质的相邻传输零点的频率间隔

23、称为多径传播媒质的相关带宽相关带宽f。 f = 1/m m表征表征最大多径时延差最大多径时延差。原因：原因：多径传播的频率选择性衰落同样依赖于多径传播的频率选择性衰落同样依赖于相对时延差相对时延差。影响：影响：如果传输信号的频谱如果传输信号的频谱宽宽于于f ，则该信号将产生明显则该信号将产生明显的频率选择性衰落，会引起严重的码间干扰。的频率选择性衰落，会引起严重的码间干扰。设计方案：设计方案：为了不引起明显的选择性衰落，传播信号的频为了不引起明显的选择性衰落，传播信号的频带必须小于多径传输媒质的相关带宽。带必须小于多径传输媒质的相关带宽。数字信号传输时希望有较数字信号传输时希望有较高高的传输速

24、率，应有的传输速率，应有较宽较宽的相关的相关带宽。否则要限制数字信号的传输速率，以减少码间干扰。带宽。否则要限制数字信号的传输速率，以减少码间干扰。2021-12-15第第 2626 页页为了为了抗抗快衰落快衰落可采用可采用分集接收分集接收技术。技术。如果在接收端同时接收到几个不同路径的信号，将这些信号如果在接收端同时接收到几个不同路径的信号，将这些信号适当适当合并合并处理构成总的接收信号，则能够大大处理构成总的接收信号，则能够大大减小减小衰落的影衰落的影响。这就是响。这就是分集分集接收的基本思想。接收的基本思想。分集分集两字就是两字就是分散接收分散接收几个合成信号并几个合成信号并集中集中（合

25、并）（合并）处理处理这这些信号的意思。只要被分集的几个信号之间是些信号的意思。只要被分集的几个信号之间是统计独立统计独立的。的。1、常见的分集方式、常见的分集方式 (l)空间分集空间分集:在接收端架设几副天线，各天线的位置间要在接收端架设几副天线，各天线的位置间要求有足够的间距，以保证各天线上获得的信号基本求有足够的间距，以保证各天线上获得的信号基本互相独立互相独立。 (2)频率分集频率分集:用多个不同载频传送同一个消息，如果各载用多个不同载频传送同一个消息，如果各载频的频差相隔比较远各载频信号也基本互不相关。频的频差相隔比较远各载频信号也基本互不相关。 (3)角度分集角度分集:利用天线波束指

26、向不同方向使信号不相关的。利用天线波束指向不同方向使信号不相关的。 (4)极化分集极化分集:分别接收水平极化和垂直极化波。这两种波分别接收水平极化和垂直极化波。这两种波是相关性极小的。是相关性极小的。二、随参信道特性的改善二、随参信道特性的改善分集接收分集接收2021-12-15第第 2727 页页2、分集合并的方法、分集合并的方法 (1)最佳选择式最佳选择式:从几个分散信号中设从几个分散信号中设法选择其中信噪比最好的一个作为接法选择其中信噪比最好的一个作为接收信号。收信号。 (2)等增益合并等增益合并:将几个分散信号以相将几个分散信号以相同的支路增益进行直接相加，相加后同的支路增益进行直接相

27、加，相加后的信号作为接收信号。的信号作为接收信号。 (3)最大比合并最大比合并:使各支路增益分别与使各支路增益分别与本支路的信噪比成正比，再相加获得本支路的信噪比成正比，再相加获得接收信号。接收信号。k为分集的重数最大比合并方式性能最大比合并方式性能最好最好，等增益合并方式次之，最佳选择方式，等增益合并方式次之，最佳选择方式最差最差。2021-12-15第第 2828 页页短波短波是指波长为是指波长为10010m(频率为频率为330MHz)的无线电波。的无线电波。可沿地表面传播可沿地表面传播(地波传播地波传播)，传播距离，传播距离近；近；可由电离层反射传可由电离层反射传播播(天波传播天波传播)

28、。传输几千千米，至上万千米。传输几千千米，至上万千米。 1）传播路径）传播路径 电离层离地面高电离层离地面高60600km的大气层。分的大气层。分D、E、F1、F2四层。四层。由于由于D层和层和F1层在夜晚几乎完全消失，常存在的是层在夜晚几乎完全消失，常存在的是E和和F2层。层。三、随参信道举例三、随参信道举例1、短波电离层反射信道、短波电离层反射信道2021-12-15第第 2929 页页2） 工作频率工作频率电磁波投射到电离层的入射角电磁波投射到电离层的入射角0，当垂直入射，当垂直入射(0 =0)时，能从时，能从电离层电离层反射反射的最高频率称为的最高频率称为临界频率临界频率，记为，记为f

29、0.当电磁波以当电磁波以0角角入射时，能从电离层反射的最高频率称为入射时，能从电离层反射的最高频率称为最高最高可用频率可用频率MUF.当工作频率当工作频率高于高于最高可用频率时，电磁波将穿透电离层；不再最高可用频率时，电磁波将穿透电离层；不再返回地面。返回地面。由于电离层的电子密度随昼夜、季节及年份由于电离层的电子密度随昼夜、季节及年份剧烈剧烈地变化，使得地变化，使得最高可用频率和吸收损耗也相应变化。工作频率需要经常最高可用频率和吸收损耗也相应变化。工作频率需要经常更换更换。当电波在这样的媒质中传播时，当电波在这样的媒质中传播时，因逐步折射使轨道发生弯曲，在因逐步折射使轨道发生弯曲，在某一高度

30、将产生某一高度将产生全反射全反射。F2层的高度为层的高度为250300km，一，一次反射的最大距离约为次反射的最大距离约为4000km;两次反射通信距离可达两次反射通信距离可达8000km。00secMUFf2021-12-15第第 3030 页页3）多径传播多径传播 引起多径传播的主要原因：引起多径传播的主要原因： （1）电波经电离层的一次反射和多次反射；）电波经电离层的一次反射和多次反射； （2）几个反射层高度不同；）几个反射层高度不同； （3）地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非寻常波）地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非寻常波; （4）电离层不均匀性引起的漫射现象。）电离层不均匀性

31、引起的漫射现象。 第一种情况下的路程第一种情况下的路程时延时延差最大差最大，(可达几毫秒可达几毫秒)，它不，它不仅引起仅引起快衰落快衰落，而且还会产生，而且还会产生多径时延失真多径时延失真。 其他三种情况主要的影响其他三种情况主要的影响是是快衰落快衰落。 快衰落信号快衰落信号的振幅大体上的振幅大体上服从广义瑞利分布服从广义瑞利分布(在工程设在工程设计按瑞利分布计按瑞利分布) 。 为了克服快衰落的影响，为了克服快衰落的影响，一般采用一般采用分集接收分集接收办法。办法。2021-12-15第第 3131 页页2、陆地移动信道、陆地移动信道1) 路径损耗路径损耗：电波在自由空间传播中所产生的损耗，反

32、映了：电波在自由空间传播中所产生的损耗，反映了无线电波在千米量级的宏观大范围的空间距离上接收信号场无线电波在千米量级的宏观大范围的空间距离上接收信号场强均值的变化。其衰减特性与距离基站的距离强均值的变化。其衰减特性与距离基站的距离d 的的n 次方成次方成反比，一般反比，一般n 为为34。主要与用户终端与基站之间的距离、。主要与用户终端与基站之间的距离、基站天线的增益和方向、载波的频率等参数有关，其变化速基站天线的增益和方向、载波的频率等参数有关，其变化速度最慢。度最慢。2) 阴影衰落阴影衰落：又称为慢衰落，是由于电波传播环境中受到地：又称为慢衰落，是由于电波传播环境中受到地形起伏、建筑物、气象

33、条件变化等影响而引起的衰落，反映形起伏、建筑物、气象条件变化等影响而引起的衰落，反映了数百波长量级的中等范围内接收信号场强均值变化，一般了数百波长量级的中等范围内接收信号场强均值变化，一般服从对数正态分布。服从对数正态分布。3) 多径传播多径传播：无线电波在传播过程中有直射波、地面反射波、：无线电波在传播过程中有直射波、地面反射波、还有各种障碍物所引起的散射波。因而到达接收天线的信号还有各种障碍物所引起的散射波。因而到达接收天线的信号不是单一路径来的，而是许多波的合成。不可分辨的多径造不是单一路径来的，而是许多波的合成。不可分辨的多径造成衰落，可分辨的多径造成码间干扰。由于多径传播环境所成衰落

34、，可分辨的多径造成码间干扰。由于多径传播环境所引起的衰落，反映了数十波长量级的微观小范围内接收信号引起的衰落，反映了数十波长量级的微观小范围内接收信号场强的瞬时值呈现快速变化的特点。场强的瞬时值呈现快速变化的特点。2021-12-15第第 3232 页页2.1 信道的定义和分类信道的定义和分类2.2 信道的数学模型信道的数学模型2.3 恒参信道恒参信道2.4 随参信道随参信道2.5 信道的加性噪声信道的加性噪声第二章 信道 2021-12-15第第 3333 页页功率谱密度函数在整个频域内是常数，即服从均匀分布。功率谱密度函数在整个频域内是常数，即服从均匀分布。白噪声的白噪声的功率谱密度函数功

35、率谱密度函数为：为：双边谱密度：双边谱密度：单边谱密度：单边谱密度：0( )()2nnP 0( )(0)nPn功率信号的功率谱密度与其自相关函数互为傅氏变换对：功率信号的功率谱密度与其自相关函数互为傅氏变换对： 2)(2)(00nRnPnn2.5 信道的加性噪声一、白噪声与有色噪声一、白噪声与有色噪声1、白噪声、白噪声2021-12-15第第 3434 页页高斯白噪声：高斯白噪声：噪声的概率密度函数满足正态分布统计特噪声的概率密度函数满足正态分布统计特性，同时它的功率谱密度函数是常数的一类噪声。性，同时它的功率谱密度函数是常数的一类噪声。其其一维概率密度函数一维概率密度函数可表示为：可表示为：

36、a为噪声的数学期望值，也就是均值；为噪声的数学期望值，也就是均值； 为噪声的方差。为噪声的方差。2)(21)(22axxpexp021图2-12 正态分布的密度函数)(xpax22、高斯白噪声、高斯白噪声2021-12-15第第 3535 页页3、白噪声通过理想低通滤波器的传输、白噪声通过理想低通滤波器的传输 0202/2/2 |0WYnWWGn其它 白噪声通过理想低通滤波器后成为矩形的限带白噪白噪声通过理想低通滤波器后成为矩形的限带白噪声，它的功率密度谱为：声，它的功率密度谱为：它的自相关函数为抽样函数：它的自相关函数为抽样函数：2 .( )0YWR其特点是在、处，w-w)(Y20n 001

37、/222WjYWnWndSa WeR-5 -4 -3 -2 - 0 2 3 4 5)(YR ，即在这些点上，随机变量互不相关。2021-12-15第第 3636 页页加性噪声虽然独立于有用信号，它却始终干扰有用信号。加性噪声虽然独立于有用信号，它却始终干扰有用信号。 1、信道中加性噪声的来源、信道中加性噪声的来源 1)人为噪声人为噪声:来源于人类活动造成的其他信号源，开关接来源于人类活动造成的其他信号源，开关接触噪声。工业的点火辐射及荧光灯干扰等；触噪声。工业的点火辐射及荧光灯干扰等； 2)自然噪声自然噪声:指自然界存在的各种电磁波源，闪电、大气指自然界存在的各种电磁波源，闪电、大气中的电暴、

38、银河系噪声及其他各种宇宙噪声等；中的电暴、银河系噪声及其他各种宇宙噪声等； 3)内部噪声内部噪声:是系统设备本身产生的各种噪声，在电阻类是系统设备本身产生的各种噪声，在电阻类的导体中自由电子的热运动的导体中自由电子的热运动(热噪声热噪声)、真空管中电子的起伏发、真空管中电子的起伏发射和半导体中载流子的起伏变化射和半导体中载流子的起伏变化(散弹噪声散弹噪声)等。等。2、信道中加性噪声的分类（从噪声的、信道中加性噪声的分类（从噪声的确定性确定性分）分） 1)某些类型的噪声是某些类型的噪声是确知的确知的，例如自激振荡、各种内部的，例如自激振荡、各种内部的谐波干扰等。在原理上可消除或基本消除。谐波干扰

39、等。在原理上可消除或基本消除。 2)另一些噪声则往往不能准确预测其波形，不能预测的噪另一些噪声则往往不能准确预测其波形，不能预测的噪声统称为声统称为随机噪声随机噪声。（所关心的。（所关心的)五、信道的加性噪声举例五、信道的加性噪声举例2021-12-15第第 3737 页页 3、随机噪声的分类、随机噪声的分类 1)单频噪声单频噪声是一种连续波的干扰是一种连续波的干扰(可视为一个已调正弦波，可视为一个已调正弦波，但事先不能预知的但事先不能预知的)。如外电台。占有。如外电台。占有极窄极窄的频带，干扰频的频带，干扰频率可实测率可实测, 并不是都存在。比较容易防止；并不是都存在。比较容易防止； 2)脉冲噪声脉冲噪声是在时间上无规则地突发的短促噪声，工业上是在时间上无规则地突发的短促噪声，工业上的点火辐射、闪电及偶然的碰撞和电气开关通断等产生的噪的点火辐射、闪电及偶然的碰撞和电气开关通断等产生的噪声。特点是其声。特点是其突发突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。有发脉冲之间往往有较长的安静时段。有较宽较宽的频谱的频谱(从甚低从甚低频到高频频到高频)，频率越高，其频谱强度就越小。对模拟话音信，频率越高，其频谱强