《数字通信原理》第7章 信道

发送信号通常可表达为
I c Q
c
s t t( t )x xcos ct cos t
相应接收信号为 r t yI t cos ct yQ t sin ct n t
Re y t e jct n t
或表示为
Pt 1 LP Gt Gr Pr 4 d
2
2 Pt LP dB 10 lg 10 lg Gt Gr Pr 4 d
恒参信道的路径损耗 单位长度的损耗通常是常数，损耗分析通常可在自由空间损 耗模型的基础上加入与传输媒质(材料)有关的因子的影响即可 随参信道的路径损耗 受信道的环境和条件的影响较大，通常只有实测和统计意义 上的结果。随参信道路径损耗的主要分析方法： (1)射线跟踪模型：采用几何方法来分析电波在传播过程中直 射、反射和绕射等因素对信号的综合影响； 一般很难反映因移动产生的多普勒效应，以及因多径传输产生 的时延扩展等复杂因素的影响

j j t x t e i1 i i e n t N
i c

时变多径信道的冲激响应
hL , t i 1 i t e ji t i t
N t
接收信号
r t Re hL , t x t e j 2 fct Re Re
阴影衰落导致的功率损耗 SLP P t P r 值服从对数正态分布 2 10lg SLP 10lg E SLP a p SLP exp 2 2 10lg SL 2 10lg SL
p

p

第7章 传输信道
路径损耗与阴影衰落综合模型
3）起伏噪声包括热噪声、散弹噪声、宇宙噪声 a）热噪声是在电阻一类导体中，自由电子的布朗运动引起的 噪声。其方向是随机的，这种随机运动还会产生一个交流电流成 分，被称为热噪声 b）散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电子发射的不均 匀性引起的，其发射电子所形成的电流起伏变化 c）宇宙噪声是指天体辐射对接收机形成的噪声，在整个空间 的分布是不均匀的，最强的来自银河系的中部，其强度与季节、 频率等因素有关
ห้องสมุดไป่ตู้
信道上的噪声
常见的随机噪声可分为单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声三类
1）单频噪声主要是无线电干扰，是一种连续波的干扰，可能是单 一频率干扰信号，也可能是窄带频谱干扰信号
2）脉冲噪声是在时间上无规则的时而安静时而突发的噪声，突发 时脉冲幅度大，但每个突发脉冲持续时间短，频带较宽 产生脉冲噪声的原因多种多样，其中包括电磁干扰以及通信系统 的故障和缺陷，也可能在通信系统的电气开关和继电器改变状态 时产生
信号的多径传输现象 可分辨径
反射体簇
r6 r1
不可分辨径
s
r3
r4r5 r1

r2
r i 1 i
N
r4 r2 r3
r5 r6
t 0 单反射体 (a) (b)
N ji
非时变多径信道的冲激响应： h i 1 i e
i
由此可得多径接收信号
r t Re
但各个国家或地区又有区别，比如CDMA系统：
北美PCS 上行: 1850 MHz – 1910 MHz, 下行: 1930 MHz – 1990 MHz
韩国 PCS 上行: 1750 MHz – 1780 MHz,下行: 1840 MHz – 1870 MHz 各运行商所分配的频段也不同，比如GSM系统： 移动 上行：890MHZ-909MHZ，下行：935MHZ-954MHZ 联通 上行：909MHZ-915MHZ，下行：954MHZ- 960MHZ；
H H e j
传递函数的幅频和相频特性与时间无关。
随参信道：信道特性随时间随机变换的信道。短波电离层反 射信道、对流层散射信道、流星余迹散射信道、移动通信信道 等。 随参信道的传递函数可以表示为
H , t H , t e j ,t
自由空间损耗模型
自由空间传输信道：发射机与接收机之间没有任何障碍，信号 沿直射传播的信道(视距信道)
若记：传输距离 d ；发射天线增益 Gt ；接收天线增益 Gr ；
发射功率 Pt 。则接收信号功率（弗林斯方程）
Pr Gt Gr Pt 4 d
2
P r (dB) Gt (dB) Gr (dB) Lp (dB) P t (dB)
(2) 路径损耗经验模型：典型的经验模型形式上为
Pt d0 LP K Pr d

K 4 d 0
2
其中 d0 称为天线远场参考距离。当 d d0 经验模型方有效。
是与公式应用环境有关的参数。
环境 城市宏小区 城市微小区 商务写字楼同层内部 商务写字楼异层间 商店 工厂 家居 3.7～6.5 2.7～3.5 1.6～3.5 2.0～6.0 1.8～2.2 1.6～3.3 3.0
0
若接收机以速度v向右运动t，则距离变为： x x0 vt 则接收到的信号为：
r (t ) A( x0 vt )e A( x0 vt )e
j 2 f 0 j 2 f 0 ( t x0 c x0 vt ) c
e
v j 2 f 0 (1 ) t c
从上式中可以看到接收到的频率为： 则多普勒频移定义为： 即接收机远离时：
v f r f 0 (1 ) c
f D fr f0
v v c 若运动方向与入射方向存在夹角 时： f D f0 f D f0 v cos v cos c
若接收机朝着接近发射机的方向运动， f D 取正值； 若接收机朝着远离发射机的方向运动， f D 取负值。 示例：已知原发射信号频率 fc 900MHz
一般来说，接收端收到的信号是经过前三种方式传播而来的
信道的损耗与衰落特性
发送与接收信号的基本表达式 x t e jct xI t jxQ t cos ct j sin ct
t sin ct xI t cos c t xQ t sin c t j xI t sin ct xQ t cos ct 定义复基带信号 x t xI t jxQ t j t 发送信号可表示为 s t Re x t e
Pt d0 路径损耗(确定函数) LP K Pr d 阴影衰落(随机变量) SLP d0 LPS LP SLP K SLP 综合模型 d
1 lg L P 10 lg

KdB
Pr Pt
1 10 lg L P
KdB
lg
传递函数的幅频和相频特性通常是频率与时间的随机函数。
无线信号频率分配：ITU确立的频谱划分的指导性原则，旨在使 得世界范围内针对相同的业务使用同一频率范围： 1. 100 MHz以下：存在公民波段电台、寻呼机和模拟无绳电话； 2. 100~800 MHz：用于广播业务，包括电台和电视业务； 3. 400~500 MHz：一些蜂窝和集群无线系统使用此频段； 4. 800~1000 MHz：模拟系统和第二代蜂窝系统使用； 5. 1.8~2.0 GHz：蜂窝系统工作于此频段，以及一些3G系统工作在 此频段； 6. 2.4~2.5 GHz：无线局域网、微波炉等分享这一频段； 7. 3.3~3.8 GHz：预留 8. 4.8~5.8 GHz：某些无线局域网、以及补充3GHz频段； 9. 11~15 GHz：卫星业务，比如卫星电视
c 其中 为信号波长( c ：光速； f ：信号波长。) f
在自由空间中，不考虑多径因素，信号x(t)经自由空间传播的接 收信号：
2 d Gt Gr j j t r t Re x t e e c n t 4 d 2 d j Gt Gr 其中 为幅度衰减因子；e 为附加相移因子 4 d 自由空间的路径损耗为
v 100km h (背离)
入射角 45o ，求接收信号频率。 3 c 300000 10 1 因为 m 6 fc 900 10 3 多普勒频移 v 100 103 60 f D cos cos 45o 353.5 Hz 13 接收信号频率： fc 900 103 353.6 896.465103 Hz
信道
信 源
信 源 编 码
信 道 编 码
发 送 滤 波 器
调 制 器
信 道
解 调 器
接 收 滤 波 器
信 道 译 码
信 源 解 码
信 宿
信道的定义与种类
信道的模型
信道的特征 信道的容量 信道的复用
信道的定义
所谓信道是信息传输的通道，包含两种定义：
1）狭义信道：发送设备和接收设备之间用以传输信号的传输媒质 例如光缆、双绞线电缆、同轴电缆、自由空间、电离层等，这种 信道只涉及传输媒质，通常称之为狭义信道 2）在研究中，为了简化系统模型，把信道范围适当扩大，将有关 的电路或部件包括进来这类被扩大了范围的信道统称为广义信道
信道的损耗与衰落特性
无线信号传播的四种方式：
1. 自由空间或视距传播。意味着的发送端和接收端之间存在着 “干净”的传输路径。卫星通信就是一种视距通信
2. 反射。电磁波入射在建筑物、山脉、移动物体的表面发生反 射。在地面的无线通信系统中，发送端和接收端之间不会是 视距传播，二是依靠发射和衍射 3. 衍射或绕射。电磁波经过建筑物或是山尖，以及通过植被间 的缝隙时发生的现象 4. 折射。从一种媒质进入另一种媒质。电离层通信中存在。
狭义的信道根据不同信道介质，可进一步划分为： 有线信道：电缆、光缆等 无线信道： 微波信道：微波中继、卫星等