通信原理第3章

第3章信道与噪声

3.1信道定义与数学模型

3.2恒参信道及其传输特性

3.3随参信道及其传输特性

3.4分集接收技术

3.5加性噪声一、信道定义与分类：信号传输的通道。影响通信系统可靠性能主要因素：噪声/信道特性不理想

狭义信道：信号的传输媒质（介）。广义信道：信号媒质及信号变换装置。3.1信道定义与数学模型信道恒参随参调制信道编码信道无记忆信道有记忆信道有线无线狭义信道广义信道调制信道和编码信道调制信道特点：用来研究调制与解调问题。编码信道特点：用来研究编码与译码问题。[‧]si(t)n(t)r(t))=[si(t)]+n(t)s0(t)r(t)=k(t)si(t)+n(t)二、信道的数学模型1.调制信道的数学模型无记忆编码信道：码元转移概率与其前后码元取值无关。

有记忆编码信道：码元转移概率与其前后码元取值有关。二进制编码信道模型：对称和非对称编码信道对称编码信道：p(0/1)=p(1/0)非对称编码信道：p(0/1)p(1/0)先验概率：p(0)、p(1)正确转移概率：

p(0/0)、p(1/1)错误转移概率：

p(0/1)、p(1/0)2.编码信道的数学模型图二进制(无记忆)编码信道模型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.编码信道的数学模型明线对称电缆、同轴电缆中长波地波传输恒参信道超短波及微波视距传播人造卫星中继光导纤维及光波视距传播1.恒参信道：传输特性参数随时间缓变或不变化。一、恒参信道特性3.2恒参信道及其传输特性一、恒参信道特性h(t)ei(t)n(t)幅频特性：|H(ω)|

=k相频特性：(ω)=-ωtd群迟延特性：eo(t)r(t)2.理想恒参信道特性不同频率分量的到达时间。图理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延-频率特性二、对信号传输的影响

非理想：信号失真传输（线性失真）•

|H(ω)|k

，产生幅度-频率失真（畸变）；

•

(ω)-ωtd，产生相位-频率失真（畸变）。

理想：信号无失真传输

•|H(ω)|=k，对信号在幅度上产生固定的衰减；

•(ω)=-ωtd，对信号在时间上产生固定的迟延。成因：信道中惰性元件参数与频率有关导致。模拟信号：波形失真信噪比下降数字信号：码间串扰造成误码二、对信号传输的影响幅频失真（畸变）影响：对语音信号影响不大，对视频信号影响大数字信号：码间串扰造成误码相频失真（畸变）影响：•

模拟通信：补偿：均衡技术

频域均衡，使信道、均衡器联合频率特性在信号频率范围围内无畸变。•

数字通信：自身改善：精心设计

合理设计收、发滤波器，消除信道码间串扰。

信道特性缓慢变化时，用时域均衡器，使码间串扰降到最小且可自适应信道特性变化。三、克服措施一、随参信道特性2.传输特性衰耗时变H(，t)

时延时变(，t)

多径传播3.3随参信道及其传输特性1.随参信道：传输特性参数随时间变化。

短波电离层反射超短波流星余迹散射随参信道超短波及微波对流层散射（调制信道）短波电离层散射超短波超视积距绕射

图多径形式示意图

(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)漫射现象二、对信号传输的影响发射单频信号Acosct，n路传输合成波为：1.产生频率弥散现象从时域看：波形幅、相衰减现象(衰落信号)。多径传播使信号产生瑞利型包络衰落现象。

0t

r(t)波形二、对信号传输的影响1.产生频率弥散现象从频域看：频谱频率弥散/展宽现象(窄带频谱）多径传播使信号产生频率弥散现象。00

r(t)频谱二、对信号传输的影响中心极限定理：大量独立随机变量之和趋正态分布。

通常X（t）、Y（t）正态分布，均值0、方差相等r(t)是窄带高斯随机过程而：V(t)

瑞利分布，(t)

均匀分布（一维分布服从)r(t)的统计特性瑞利型衰落2.产生频率选择性衰落发射频带信号，以两条路径且衰减恒定为例：ksi(t)

ksi(t)ksi[t-∆(t)]二、对信号传输的影响2.产生频率选择性衰落2.频率选择性衰落图信道幅频特性2.频率选择性衰落对不同频率，信道衰减不同说明：零极点随随t零极点位置随t变。

两零点间的距离AB=1/BAB必有零点频谱必畸变频选衰落。定义相关带宽：Bc=1/m（相邻零点间频率间隔）

B<Bc，工程：B=（1/5~1/3）Bc随参信道衰落一般衰落抗衰落调制技术

快衰落选择性衰落多径传播扩谱技术随参信道衰落分集接收技术

慢衰落一年内：夏冬一天内：早晚午天气条件调设备参量二、对信号传输的影响目标：对抗多径信道造成的衰落和延时串扰。技术：两方面：如何获得独立多路信号；

如何合并独立多路信号。本质：对同一信号在不同时间/频率/空间/极化方向的采样。问题：如何有效地分集客观多径衰落信道分散的信号；

如何主动利用信号设计技术更有效地分集多径

衰落信道分散的信号。一、分集接收3.4分集接收技术二、分集方式1.空间分集：接收端架设多个天线接收同一个信号。2.频率分集：用多个不同相差较远载频传同一信号。(同信号、足间隔多次重发，各衰落信号相互独立。)3.时间分集：在不同时间接收同一个信号。

要求：各天线间距离足够大(大于若干波长)。要求：几个载波之间相互独立。

要求：发送冗余信号的若干时隙间相互独立。三、合并方式

1.选择式合并（S/N）

选择信噪比最好的一个作为接收信号。

2.等增益合并（ki）

收各信号以相同支路增益进行放大相加。

3.最大比值合并（，kiSi/Ni）

收各信号与信噪比成正比地放大、相加。（最差）（次之）（最好）一、加性噪声的分类1.按来源分类（2）自然噪声：自然界存在的各种电磁波源所引起的噪声（3）内部噪声：通信设备内部元器件产生的各种噪声。源于：工业噪声：各种电气设备：工业点火、开关通断无线电噪声：各种无线电发射机：外台干扰源于：通信设备的各种电子器件、传输线、天线等热噪声、散弹噪声、电源亨声（50Hz干扰）源于：宇宙空间产生的各种噪声：天体辐射、闪电（1）人为噪声：人为因素引起。3.5加性噪声(1）单频噪声：主要是无线干扰，是一种连续波；

单频或频带极窄、位置可测，易防止。

（2）脉冲噪声：工业干扰电火花、雷电等；

幅度大、持续短、间隔长、频谱宽；（3）起伏噪声：连续波随机噪声，热、散弹、宇宙噪；

频带宽，时频域内总存在，不可避免。2.按性质分类1.起伏噪声的来源（1）热噪声：由传导媒质中电子的随机运动而产生的。（2）散弹噪声：由电子管和晶体管器件电子发射不均匀。电阻器件噪声通信系统中：天线噪声、馈线噪声接收机产生的噪声（3）宇宙噪声：由宇宙空间天体辐射产生的噪声。二、起伏噪声加性噪声起伏噪声性质：近似为高斯白噪声2.起伏噪声的性质起伏噪声主要特点：时域频域均普遍