通信原理-信道与噪声-第3章

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1、第3章信道与噪声3.1信道特性3.2恒参信道及其对所传信号的影响3.3变参信道及其对所传信号的影响3.4信道内的噪声3.5通信中常见的几种噪声3.6信道容量的概念3.1信道特性信道的定义通俗地说，信道是指以传输媒介(质)为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。信道的分类分成：狭义信道和广义信道。狭义信道按具体媒介的不同类型可分为有线信道和无线信道。有线信道是指传输媒介为明线、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导等一类能够看得见

2、的媒介。无线信道的传输媒质包括短波电离层、对流层散射等。无线信道的传输特性没有有线信道的传输特性稳定和可靠，但方便、灵活、可移动。广义信道可分成调制信道和编码信道。调制信道的范围是从调制器输出端到解调器输入端。编码信道的范围是从编码器输出端到译码器输入端。调制信道与编码信道信道的模型1.调制信道特性：(1)有一对(或多对)输入端，则必然有一对(或多对)输出端；(2)绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；(3)信号通过信道需要一定的迟延时间；(4)信道对信号有损耗(固定损耗或时变损耗)；(5)即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定

3、的功率输出(噪声)。调制信道模型(a)一对输入端，一对输出端；(b)m对输入端，n对输出端对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关系式可表示成式中，ei(t)——输入的已调信号；eo(t)——信道输出波形；n(t)——信道噪声(或称信道干扰)；f［ei(t)］——表示信道对信号影响(变换)的某种函数关系把f［ei(t)］设想成为形式k(t)·ei(t)。我们期望的信道(理想信道)应是k(t)=常数，n(t)=0，即2.编码信道编码信道的模型可用数字信号的转移概率来描述。二进制无记忆编码信道模型P(0/0)、P(1/0)、P(

4、0/1)、P(1/1)为信道转移概率，具体地把P(0/0)和P(1/1)称为正确转移概率，而把P(1/0)和P(0/1)称为错误转移概率。根据概率性质可知信道分类归纳如下：3.2恒参信道及其对所传信号的影响幅度—频率畸变典型音频电话信道的衰耗—频率特性相位—频率畸变(群迟延畸变)所谓相位—频率畸变，是指信道的相位—频率特性偏离线性关系所引起的畸变。相频畸变对模拟话音通道影响并不显著，这是因为人耳对相频畸变不太灵敏；但对数字信号传输却不然，尤其当传输速率比较高时，相频畸变将会引起严重的码间串扰，给通信带来很大损害。信道的相位—频率特性还经常采用

5、群迟延—频率特性来衡量。群迟延—频率特性定义为相位—频率特性的导数。若相位—频率特性用φ(ω)表示，则群迟延—频率特性(通常称为群迟延畸变或群迟延)T(ω)为理想的群迟延特性(a)φ(ω)—ω；(b)τ(ω)—ω典型的电话信道的群迟延—频率特性相移失真前后的波形比较(a)相移失真前的波形；(b)相移失真后的波形减小畸变的措施通过一个线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦。这一措施通常称之为“均衡”。在载波电话信道上传输数字信号时，通常要采用均衡措施。3.3变参信道及其对所传信号的影响变参信道传输媒质的特点变参信道传输媒质通常具有以下特点：

6、(1)对信号的衰耗随时间的变化而变化；(2)传输时延随时间也发生变化；(3)具有多径传播(多径效应)。多径传播示意图(a)电离层反射传输示意图；(b)对流层传输示意图共同特点是：由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点，这种现象称多径传播。就每条路径信号而言，它的衰耗和时延都不是固定不变的。多径效应的分析属于变参的传输媒质主要以电离层反射和散射、对流层散射等为代表。若设发射信号为Acosωct，则经过n条路径传播后的接收信号r(t)式中，ai(t)——总共n条多径信号中第i条路径到达接收端的随机幅度；tdi(t)——第i条路径对应于

7、它的延迟时间；φi(t)——相应的随机相位，即φi(t)=-ωctdi(t)令其中，a(t)是多径信号合成后的包络，即而φ(t)是多径信号合成后的相位，即(1)从波形上看，多径传播的结果使单一载频信号Acosωct变成了包络和相位都变化(实际上受到调制)的窄带信号；(2)从频谱上看，多径传播引起了频率弥散(色散)，即由单个频率变成了一个窄带频谱；(3)多径传播会引起选择性衰落。可以得到：为分析简单，下面假定只有两条传输路径，且认为接收端的幅度与发送端一样，只是在到达时间上差一个时延τ。若发送信号为f(t)，它的频谱为F(ω)，记为

8、设经信道传输后第一条路径的时延为t0，在假定信道衰减为K的情况下，到达接收端的信号为Kf(t-t0)，相应于它的傅氏变换为另一条路径的时延为(t0+