通信原理(信道第二次课))

通信原理
第三章 信 道
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幅度-频率畸变
■ 有失真系统
所谓幅度-频率畸变，又称为频率失真。 在通常的有线电话信道中可能存在各种滤波器，尤其
是带通滤波器，还可能存在混合线圈、串联电容器和分 路电感等，因此电话信道的幅度-频率特性总是不理想 的。
此时若要传输数字信号，还会引起相邻数字信号波形
之间在时间上的相互重叠，即造成码间串扰（码元之间 相互串扰）。
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3.7 随参信道特性及其对信号传输的影响
■ 随参信道特性参数（衰耗与时延）随时间快速变化
■ 随参信道多存在多径传播
随参信道是一种时变多径传播信道：
● 对信号的衰耗随时间而变化；
● 传输的时延随时间而变化；
● 多径传播。
Hi（ω，t）= | Hi（ω，t）|·e-jφi（ω，t）
发送信号 s（t）
时变线性网络H1（ω，t） 时变线性网络H2（ω，t）
时变多径传播信道
接收信号 r（t）
时变线性网络Hi（ω，t） 时变线性网络Hn（ω，t）
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第三章 信 道
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3.7 随参信道特性及其对信号传输的影响
ω
图3.21 两径传播信道的幅频特性示意图
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多径传输对信号的影响
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产生瑞利型衰落：从波形上看，幅度恒定，频率单一的载波信 号变成了包络和相位受到调制的窄带信号。
引起频率弥散：从频谱上看，单个频谱变成了窄带频谱。
● 限制 传 输信 号 的 频 带 宽度 （ 在 0.2△f～
= 2| cos（ω0.τ5△/f内2））；|
● 选择载波信号使传输信号的频谱中心f0在 信道传输特性│H（ω）│的极点处（相关带
| 1+ 宽e-△jωfτ=1|/τ=m2的| 整co数s（倍ω频τ率/上2））|。
2
0
π/τ 2π/τ 3π/τ 4π/τ 5π/τ
分集方法不是互相排斥的，在实际使用时可以是组合式的， 例如由二重空间分集和二重频率分集组成四重分集系统等。
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第三章 信 道
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，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，在数字通信系统内一定要重视相 移失真对信号传输可能带来的影响。
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通信原理 其他失真因素
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非线性失真是指信号输入和输出的信号的振幅关系不是 直线关系，造成信号产生新的谐波分量，谐波失真，由 元器件特性不理想造成；频率偏移是指信道输入信号的 频率经过信道传输后产生平移，由振荡器的频率误差引 起；振荡器的频率不稳定还引起相位抖动。
幅频失真对语音的影响较大，因为人耳对幅度比较敏感。 相频失真则对视频的影响较大，人的视觉很容易觉察相 位上的变化。
为了减少这种畸变，一般加线性补偿网络，称为均衡。
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相位-频率畸变
■ 有失真系统 相位-频率畸变，是指信道的相位-频率特性或群迟延-频率特性偏 离而引起的畸变。
电话信道的相位-频率畸变主要来源于信道中的各种滤波器及 可能有的加感线圈，尤其在信道频带的边缘，相频畸变就更严重。 当非单一频率的信号通过该电话信道时，信号频谱中的不同频率 分量将有不同的迟延，即它们到达的时间先后不一，从而引起信 号的畸变。。
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例：
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R1
vi
R2
vo
RL
vi
CR vvoo
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如果在接收端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适 当合并构成总的接收信号，则能够大大减少衰落的影响。这 就是分集技术的基本思想。分集两字就是分散得到几个合成 信号并集中（合并）这些信号的意思。只要将分集的几个信 号之间是统计独立的，那么经适当的合并后就能使系统性能 大为改善。
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二. 频率选择性衰落 这是多径传播的又一个重要特征。
s（t）
V0 s（t）
V0
延迟t0
V0
延迟t0+τ
V0 s（t）
V0 s（t- t0） 加 法 器
V0 s（t- t0-τ）
图3.20 两径传播信道模型
两径传播系统模型的传输特性H（ω）为
H（ω）= R(ω)╱S(ω)
r（t）
= V0 e-jωt0(1+ e-jωτ)
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e H () H () j()
幅度-频率特性
相位-频率特性
■ 无失真系统 H(ω) = Ko , Φ(ω)= ωtd ,
(w) d(w)
dw
幅度大小变化和出现时间不同
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根据随机过程的理论，r(t)是一个窄带高斯随机过程。而且 其包络幅度V（t）的一维分布服从瑞利分布，而相位φ(t) 的一维分布服从[0，2π]上的均匀分布。信号的包络服从瑞 利分布律的衰落，通常称之为瑞利型衰落。因此，具有时变 多径传播特性的随参信道又可称为瑞利型衰落信道。瑞利型 衰落信号的包络值随机变量（V）和相位值随机变量（φ）取 值的一维概率密度函数f（V）和ƒ（φ）可分别表示成：
从频谱上看，时变多径传播信 道将正弦载波的单个离散频率 变成了具有一定宽度的窄带频 谱，如图3.19（b）所示，我们 常称之为频率弥散。
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3.7 随参信道特性及其对信一号. 传一输般的性影衰响落(瑞利衰落）
时变多径衰落信道的技术对策
随参信道的时变和多径传播特点，造成一般性瑞利型衰落和频 率选择性衰落，它们对信号传输造成影响将会严重降低通信系 统的性能。为了抗快衰落，通常可采用多种措施，例如，各种 抗衰落的调制解调技术，抗衰落接收技术等。分集技术、编码 与交织传输技术、自适应均衡技术等都是常用的抗衰落技术。 分集技术
，（ V ≥ 0 ，σ > 0 ） （3.7-7）
，（ -π ≥ ф ≥ π ）
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3.7 随参信道特性及其对所信谓号频传率输选的择影性衰响落，是信号频
谱中某些分量的一种衰落现象，
发生频率选择性衰落：是信号频谱中某些分量产生衰落的一 种现象，即对不同的频谱，多径传输的结果将有不同的衰减， 某些频率上出现传输极点，某些频率上出现传输零点。
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3.8 随参信道特性的改善——分集接收
一. 一般性衰落(瑞利衰落）一般性衰落和频率选择性衰落
设发送信号为s（t）= Acosω0t，该信号经过n条路径传播后， 接收信号r(t) ：
(3.7-1)
式中，μi (t) 为第i条路径的接收信号振幅；τi (t) 为第i 条路径 的信号传播时延，且有φi (t) = -ω0τi(t)。
μi (t) 和φi (t) 都是随时间变化的。实验表明，μi (t) 和φi (t) 随 时间变化与发送载频的周期性变化相比，通常要缓慢得多，即 μi (t) 和φi (t)均可以认为是随时间缓慢变化的随机过程。
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3.8 随参信道特性的改善——分集接收 一.分集方式
1. 空间分集 空2.间角分度集分是集在接收端架设几副天线，各天线的位置间要求 有线角成3频4.足上.度的率够获频分一时分的得率集种间集间的分是分分是距信集利集集用（号用方多一基天法个般本线。不在互波例同相1束如载00统指，个频计向在信传独不微号送立同波波同。使面长一信天以个号线上消不上）息相设，，关置以如的若保果原干证各理个各个构照天载 射频时5器.的间，频极分产差化集生相分是相隔集在关比不性较同很远的小（时的例隙几如发个，送波频荷束差载。选同成一多数径据时信延息差的的信倒号， 数是在当极一）方相接化种，式邻收分分则合两端集集各并个将是方载，时载通法频就隙有过。信实之同分一号现间一别般也了的数接说基时间据收，本间隔信水这相分等息平两互集于极种的不。或化波不相大和是同关于垂相时。最直关隙大极 性信多化极号径波小存时而的储延构。并差成以τ的适m，
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