中山大学-通信原理第2章信道与噪声

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1、第2章信道与噪声2.1信道的基本概念2.2恒参信道及其对所传信号的影响2.3随参信道及其对所传信号的影响2.4信道的加性噪声2.5通信中的常见噪声2.6信道容量的概念8/12/202112.1信道的基本概念2.1.1信道的定义信道，通俗地说，是指以传输媒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。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。8/12/202122.1.2信道的分类信道可大体分成：狭义信道和广义信道。1.狭义信道狭义信道是指在发端设备和收端设备中间的传输媒介，它包括有线信道和无线信道。2.广义信道广义信道通常也可分成

2、两种，调制信道和编码信道。具体情况见p20图。8/12/202132.1.3信道的数学模型1.调制信道模型调制信道的范围是从调制器输出端到解调器输入端。通常它具有如下性质：（1）有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端；（2）绝大部分信道都是线性的，即满足叠加原理；8/12/20214（3）信号通过信道会出现迟延时间；（4）信道对信号有损耗它包括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的功率输出（噪声）。8/12/20215对于二对端的信道模型来说，其输出与输入之间的关系式可表示成：将上式进一步简化可以写成：这样信道对信号的影响可归纳为两点：一是乘性干扰k

3、(t)，二是加性干扰n(t)。不同特性的信道，仅反映信道模型有不同的k(t)及n(t)。8/12/20216根据信道中k(t)的特性不同，可以将信道分为：恒参信道和变参信道。2.编码信道模型从编码器输出端到译码器输入端的所有转换器及传输媒质可用一个完成数字序列变换的方框加以概括，此方框称为编码信道。编码信道的模型可用数字信号的转移概率来描述。8/12/20217模型中，把、、、称为信道转移概率。以为例，其含义是“经信道传输，把0转移为1的概率”。8/12/20218转移概率由编码信道的特性决定，一个特定的编码信道就会有相应确定的转移概率。编码信道可进一步分为无记忆编码信道和有记忆编码信道。

4、8/12/202192.2恒参信道及其对所传信号的影响由于恒参信道对信号传输的影响是固定不变的或者是变化极为缓慢的，因而可以等效为一个非时变的线性网络。2.2.1信号不失真传输条件网络的传输特性可以表示为：8/12/202110要使任意一个信号通过线性网络不产生波形失真，网络的传输特性应该具备以下两个理想条件：（1）网络的幅频特性是一个不随频率变化的常数;（2）网络的相频特性应与频率成负斜率直线关系。8/12/2021112.2.2幅度－频率畸变图2-6典型音频电话信道的相对衰耗若传输数字信号，会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠，即码间串扰。8/12/2021122.2.3相位－

5、频率畸变（群迟延畸变）图2-7典型电话信道群迟延-频率特性对模拟信号的影响不太严重，但若传输数字信号，会引起严重的码间串扰。8/12/2021132.2.4减小畸变的措施减小幅度-频率畸变的措施：改善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。这后一措施通常称之为“均衡”。减小相位-频率畸变的措施：采取相位均衡技术补偿群迟延畸变。除此之外，还存在其它类型影响信号传输的因素。8/12/2021142.3随参信道及其对所传信号的影响2.3.1随参信道传输媒质的特点典型的传输媒质：电离层反射、对流层散射等。特点（1）信号的衰耗随时间随机变化；（2）信号传输的时延随时

6、间随机变化；（3）多径传播。8/12/2021152.3.2随参信道对信号传输的影响1.多径衰落与频率弥散设发射信号为，则经过条路径传播后的接收信号可用下式表述。式中，——第i条路径的接收信号振幅；——第i条路径的传输时延；——第i条路径的随机相位。8/12/202116经过理论分析和实际观察可以得出结论：、和可看作是缓慢变化的随机过程。化简后接收信号可用下式表述：其中，是多径信号合成后的包络；是多径信号合成后的相位。包络和相位都是缓慢变化的随机过程。于是，可视为一个窄带随机过程。8/12/202117图2-9衰落信号的波形与频谱示意图（1）从波形上看，多径传播的结果使确定的载频信号变成了

7、包络和相位都随机变化的窄带信号，这种信号称为衰落信号；8/12/202118（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；通常将由于电离层浓度变化等因素所引起的信号衰落称为慢衰落；而把由于多径效应引起的信号衰落称为快衰落。8/12/2021192.频率选择性衰落与相关带宽当发送的信号是具有一定频带宽度的信号时，多径传播会产生频率选择性衰落。下面假定多径传播的路径只有两条的情况进行分析。