信道定义与数学模型

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1、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3.6信道容量的概念第3章信道与噪声返回主目录第3章信道与噪声3.1信道定义与数学模型3.1.1信道定义信道是指以传输媒质为基础的信号通道。狭义信道：信道仅是指信号的传输媒质。广义信道：信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置。狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电

2、信道等。狭义信道是广义信道十分重要的组成部分，通信效果的好坏，在很大程度上将依赖于狭义信道的特性。因此，在研究信道的一般特性时，“传输媒质”仍是讨论的重点。今后，为了叙述方便，常把广义信道简称为信道。广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。这相当于在狭义信道的基础上，扩大了信道的范围。它的引入主要是从研究信息传输的角度出发，使通信系统的一些基本问题研究比较方便。广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。信道的一般组成如图3-1所示。调制信道——

3、调制器的输出端到解调器的输入端所包含的发转换装置、媒质和收转换装置三部分。当研究调制与解调问题时，我们所关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性，而并不关心信号的中间变换过程。因此，定义调制信道对于研究调制与解调问题是方便和恰当的。在数字通信系统中，如果研究编码与译码问题时采用编码信道，会使问题的分析更容易。图3–1调制信道和编码信道在数字通信系统中，如果研究编码与译码问题时采用编码信道，会使问题的分析更容易。编码信道——编码器输出端到译码器输入端的部分。即编码信道包括调制器、调制信道和解调器。调制信道和编码信道是通信

4、系统中常用的两种广义信道，如果研究的对象和关心的问题不同，还可以定义其他形式的广义信道。3.1.2信道的数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。1.调制信道模型调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信道，它所关心的是调制信道输入信号形式和已调信号通过调制信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换过程并不关心。因此，调制信道可以用具有一定输入、输出关系的方框来表示。通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具有如下共性：（1）有

5、一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端；（2）绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理；（3）信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间；（4）信号通过信道会受到固定的或时变的损耗；（5）即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的输出（噪声）。根据以上几条性质，调制信道可以用一个二端口(或多端口)线性时变网络来表示，这个网络便称为调制信道模型，如图3-2所示。二端口的调制信道模型，其输出与输入的关系有(3.1-1)图3–2调制信道模型式中，ei(t)为输入的已调信号；eo(t)为调制信道对输入信号的响应输出波形；n(t)为加

6、性噪声，与ei(t)相互独立。f［ei(t)］反映了信道特性，f［ei(t)］可以表示为信道单位冲激响应k(t)与输入信号的卷积，即eo(t)=k(t)*ｅi(t)+n(t)(3.1-2)或e(ω)=k(ω)ｅi(ω)(3.1-3)其中，k(ω)依赖于信道特性。对于信号来说，k(ω)可看成是乘性干扰。如果我们了解k(t)与n(t)的特性，就能知道信道对信号的具体影响。通常信道特性k(t)是一个复杂的函数，它可能包括各种线性失真、非线性失真、交调失真、衰落等。同时由于信道的迟延特性和损耗特性随时间作随机变化，故k(t)往往只能用随机过

7、程来描述。根据信道传输函数k(ω)的时变特性的不同，信道可以分为两大类：恒定参量信道——k(ω)基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的。简称恒参信道随机参量信道——k(ω)随时间随机快变化，这类信道称为，简称随参信道。在常用物理信道中，ｋ(ω)的特性有三种典型形式。第一种形式ｋ(ω)是常数，或在信号频带范围之内是常数。这种信道可以用加性噪声信道数学模型来表示，信号通过信道的输出为ｅo(t)+n(t)=ｋ（ｔ）*ｅi(t)+n(t)(3.1-4)式中，k是信道衰减因子，通常可取k=1；n(t)是加性噪声。由后几节分

8、析我们将看到，加性噪声n(t)通常是一种高斯噪声，该信道模型通常称为加性高斯噪声信道。图3–3加性噪声信道模型第二种形式C(ω)在信号频带范围之内不