第4信道特性及其对信号传输影响

11.信道定义影响通信系统可靠性能的两个主要因素：噪声和信道传输特性的不理想导向传 ：电磁波被导向沿着固金属导体：双绞线、同轴电光非导 空无线电(短波、微波 )、红外2信道定义 1011 1015 光双绞光业 同轴电FM无线电AM无线 地面微波接海事无线无线 红外

紫外可见微3信道定义广义信道：除传输媒质外，还包括通信系统的某些设备所构成的部份编码信道：从 输出端到 输入

已调信数字序

编码信4信道数学模型反映信道调制信道模型：传输已调信号，关心的是信号的失真情况及噪声对信号的影响。已调信号的瞬时值是连续变化的，故也称为连续信道，甚至称为信道具有一对(或多对)有时延、输入信号为0时，信道输出端仍有一定功率输5f2.fei(t

eo(t f[·]

n(t恒参信道f[·~时变信道f[·~时变线随参信道：f[·]~随时间 f

t

eot kt

乘性干扰，包括各种线性和非线性畸n(t)加性噪声(干扰)，与ei(t独62.信道数学模型编码信道模包含调制信

→依赖于调制信道的性信号失真情

→使用转移概率来描 72.信道数学模型 二进制编码信道模对称编码信道：二进制编码信道的转移概率P(0/1)P非对称编码信道：二进制编码信道的转移概率P≠P 四进制编码信道模P0P10 P1

P(0)P(1/0)

P(1)P(0/83.1恒参信道举例双绞 双绞线双绞线(STP):以 来减少干93.1恒参信道举例同轴电10Mb/s,单向放大

铜保护3.1恒参信道举例光纤芯和包层构成的双层通信圆柱体，依靠光波承载信息解调电信解调电信基带处光探测调制调制电信光调制光光纤线基带基带处3.1恒参信道举例3.1恒参信道举例光纤的传送模纤芯/包层特

输入电信

输出电信多模阶跃多模缓变

850,1300

单模光 波长:1300,1550恒参信道举例光纤的特传送速率高，通信容量大(25~30THz带宽/波段)。目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；82.5Gbps，810Gps，321Gbp系统已经实用传输损耗小(<0.2dB/km)，适合长距离传性能好 性轻连3.13.1恒参信道举例单芯光玻璃包 塑料外玻璃内多芯光加强外外光包光纤纤恒参信道举例无线电视距中两个地面站之间传送(点到点距离：50-100km；频率：2G-依赖于天应用：长距离传输话音和电视信号 之间LAN互地地面站之间的直视线

微波传送恒参信道举例使用微通 中继信地地面

地面

网C4/6上行5.9256.425下行3.74.2KU12/14上行1414.5下行11.7-12.2 恒参信道举例地球同步星在空中的位置是 中轨道GPS：17723km高，24颗计划：30颗低轨道

公地“铱”系统：765km高，66颗Globalstar：1389km高，48颗恒参信道特性恒参信道的性质不随时间变化：线性时不变网络。实际信道的特性不随时间变化或基本不变，或变化极慢ht

H

H

ej幅频特

H

d(群时延特性(|H|H()k000恒参信道特性有 信幅度-引起信号波形失

相位-基波相移谐波相移恒参信道特性已调信号st

Acostcos0t通过衰减为固定常数、存相移的网络。试证明：若0,且0附近的相频特性线可近似为线性，则该网络在已调信号st载频附近的群时延H

H()1

在

附近

0

0st0

Acostcos0t

Acos

t

Acos

yt

AcosttAcos

tt 0

0Acostt0包 恒参信道特性其他因频率偏移随参信道举例电离层：离地面高60~600km短波随参信道举例多随参信道举例对流层散射信对流层：离地面10~12km超短波和抗毁性好 性强，机动性好，适应复杂地形能力点到点通信 ，海岛与陆地之间，应急救灾通信随参信道特性随参信道是指短波电离层反射，超短波流星余迹散射，超短波及微波对流层散射，短波电离层散射以及超短波超视距绕射等传输媒质所分别构成的调制信道。从对信号传输的影响来看，传输媒质的影响是主要的，而转换器的影响是次要的，甚至可忽略不计，因此，主要研究传输媒质的共性及其对信号传输的影响。随参信道特性：多径传输且每条路径的衰减及时延都是随化的对信号的传输的时多随参信道特性设发射波为Acos0t经 径传播后的接收信号nR(t)

ui(t)cosoin

i(t

ui(ti(t

第i条路径的接收信号振幅第i条路径的传输时延i

i(t ui(t)cosi(t)cosoti

ui(t)sini(t)sinoti Xc

V

Xt

u(t)

(t

Vt

X2t

X2t 其中

i

tn tarctg nXst

ui(t)sini(ti

Xct缓慢变化的随机过 随参信道特性(t)可视为一个窄带随机过程，即由于多径使得确定的单频载波信号变成了包络和相位都受到调制的窄带信号 信从频域来看，频率弥散/展4.2随参信道特性R(t)的统计特Xt

nnui(t)cosi(ti

n足够

Xct、

tXst

ui(t)sini(tninR(t)是窄 过V(t)的一维分布服从瑞利分布，(t)的一维分布服从2f(V)Vexp 2

V0,

瑞利2

22 f()12 4.2随参信道特性频率选择 ：信号频谱中某些分量的一分析：信号中不同频率分量经多条路径到达后的相位不同。某些频率分量在不同路径上的相位相同，矢量相加后该分量得到增强；某些频率分量在不同路径上的相位相反，相互抵消。因而导致接收信号不同频率分量的幅度大小发生变化。这种现象类似于信号通过一个衰减具有选择性的网络，故称频率选择性随参信道特性以两条路径且衰减恒延迟延迟f延迟t0延迟t0

固定时 相对时延V0f(t-t0)+V0f(t-t0-H()

cos(2

jt0

j2

j

j 2 V

jt0

j2

2

1 2

结论：多径信道的幅频特性与信号及时延迟τ有关。而τ是随时间变化的，所以对于给定频率的信号，使信号强度随时间而变，这种现象称为 。4.2随参信道特性τ 常用最大多径时延差m来表征f

相关带当信号带宽B>Δf时，R(t)波形一定有畸变，产生频 当信号带宽B<<Δf时，R(t)时强时弱(与τ有关)， ，B应小于Δf且4.3随参信道特性的改善由于存在多径与时变性，随参信道中的信号在接收端有可能会受到严重的衰减。衰减使得接收端不可能正确地判断发送信号，除非有其它的衰减程度比较小的信号副本提供给，这种方法就被称为分集(diversity)。分集接收就是为了克服各种，提高系统性能而发展起随参信道特性的改善分集方频率分集：在不同的载波频率上发送符号，在频率域内提供信号的副本为获得好的分集效果，时间分集要求发送冗余信号的若干时隙之间相互独立，频率分集要求几个载波频率之间相互独立，而空间分集为保证多个发送或多个接收信号之间的独立性，要求各副天线之间的距离要足够大(大于若干个波长)由上可见，空间分集技术是在不牺牲信号频率带宽和保证数据传输速率的同时获得分集增益，因而得到了广泛的应用。常用的空间分集有接收分集、发送分集、极化分集和角度分集等4.3随参信道特性的改善时频分集(混合分集之一，以四时四频分集为例：将在Ts内只要能正确接收到一个频率，就可判断在Ts传输的信息代码信息代 时频编f1、f2、f3、f2、f1、f4、f3、f4、f1、f4、f3、f2、4.3随参信道特性的改善信号合并方r(t

k

k

(t

图中n为分集重数，r为并后输出信噪比的平均值 思考题和作什么是恒参信道？什么是随参信道？举例信号在恒参信道中传输时主要有哪些失真？如何减小这些失真？什么是群时延频率特性？它与相位频率特性的关系？为什么信号在随参信道中会发 现象作业：4-2，4-附录:连续信道的信道容5连续信道的信道容量带宽受限BS的条件下，独立的加性白CB

1SN

~Shannon公 B

1

NB

N0 噪声单边功率 N

B时，CN

log2

N 目前尚无一个实际系统的传信率达到信道容量5连续信道的信道容量C

EbRb log21

NB

log21

NB

理想情况下，RbC，则CC

C

2B log21

B

C

:N0■ 0■

N05连续信道的信道容量例.一帧电视图像由300000个像元组成。每一像元取8个可辨别的亮度电平，各电平独立地以等概率出现，图像每秒发送25帧。要求信噪比为30dB，试求所需传输带宽。Rb