(优选)无线信道和无线通信性能

信道的概念
调制信道：研究调制与解调的角度定义，即 把信道模型看成信号的波形变化。
编码信道：研究编码和解码的角度定义，即 把信道影响看成检测概率和误码率影响。
调制信道与编码信道的图示：
编码
基带信号 输入
调制器
信道
解调器
噪声源
解码
基带信号 输出
2）信道数学模型—调制信道模型
调制信道模型：调制信道一般可看成一个输出 端叠加有噪声的时变线性网络：
3）信道的加性噪声
加性高斯白噪声的一维概率密度函数为：
f (x)
1
2 n
exp
x2
2
2 n
当研究调制与解调问题时，起伏噪声往往先通 过一个带通滤波器才到达解调器输入端，此处 的噪声将是一个窄带高斯白噪声。
发送端
信道
频段滤波器
sT (t)
yi (t)
y(t)
ni (t)
信道的加性噪声
3）信道数学模型—编码信道模型
编码信道的特性可用信道转移概率（条件概率） 来描述。以二进制无记忆编码信道为例。
P(0 / 0)
0
0
P(1/ 0)
P(0 /1)
1
1
P(1/1)
正确转移概率：P(0/0)、P(1/1) 错误转移概率：P(1/0)、P(0/1) 且有：P(0 / 0) 1 P(1/ 0) ; P(1/1) 1 P(0 /1)
2PSK信号的解调通常都是采用相干解调，解调器 原理图如下：
e2PSK (t) 带通 a
c
滤波器
相乘器
cos ct b
低通 滤波器
d
抽样 e
判决器 输出
定时 脉冲
2PSK二进制移相键控解调
2PSK 信号 相干 解调 各点 时间 波形
1
a
11
00
100
b
c
d e
2PSK二进制移相键控解调
当恢复的相干载波产生180°倒相时，解调出的数 字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反 ，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象 通常称为“倒π”现象。
在2PSK调制中，an 应选择双极性，即：
n
00， 1800 ,
送1符 送0符
2PSK二进制移相键控调制
若 g(t)是脉宽为 Ts高度为1的矩形脉冲时有：
e2
PSK
(t
)
cos cos
Baidu Nhomakorabea
ct, ct,
概率 P 概率 1 P
若用 n表示第 n 个符号的绝对相位，则有：
1, an 1,
概率 P 概率 1 P
这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字
信号的调制方式，称为二进制绝对移相方式。
2PSK二进制移相键控调制
二进制移相键控信号的典型时间波形：
Ts
A
0
-A
1
0
0
二进制移相键控信号的调制原理图
S (t )
码型变换
双极性 不归零
乘法器
e (t) 2PSK
cos ct
2）2PSK二进制移相键控解调
ei (t)
时变线 性网路
e0 (t)
调制信道数学模型：
e0(t) f ei (t) n(t) k(t)ei (t) n(t)
其中：n (t) 是加性噪声（又称为加性干扰）， 与ei (t) 不发生依赖关系,即ei (t) 独立于n (t) 。而 把k(t) 称为乘性噪声（乘性干扰）。
信道数学模型—调制信道模型
no
2
R(τ )
n2oδ τ( )
0
f
0
τ
白噪声的谱密度和自相关函数
2）带限白噪声描述
白噪声通过理想低通滤波器，设理想矩形的低 通滤波器的传输特性为：
H
(
f
)
K0e
j 2
f
t
f fH
0
otherwise
则输出噪声的功率谱密度为：
P0 ( f
)
H(
f
)
2
Pi (
f
)
K02
n0 2
,
f fH
（优选）第九讲无线信道和无线通信 性能
第一节：信道的概念与无线信道
1）信道的概念
狭义信道：仅指传输媒质。分为： 有线信道：包括架空明线、对称电缆、同轴 电缆以及光导纤维。 无线信道：包括地波传播、短波电离层反射、 超短波或微波无线电视距离传输、卫星中继 以及各种散射信道等。
广义信道：除了传输媒质外，还包括有关的转 换设备，如发送设备、接收设备、馈线与天线、 调制器、解调器等等。这种范围扩大了的信道 称为广义信道。分为：
加性窄带高斯白噪声的时域表达式为：
n(t) nc (t) cos(0t) ns (t) sin(0t)
其中nc (t) 和ns (t) 分别是零均值的高斯白噪声：
nc
(t),
ns
(t)
N (0,
2 n
)
1
2 n
exp
x2
2
2 n
窄带高斯白噪声的功率谱密度：
Bn Pn ( )
Bn
Pn ( f0 )
第二讲：信道的加性噪声描述
加性噪声是分散在通信系统中各处噪声的集中表 示。它独立于有用信号，却始终干扰有用信号。 加性噪声的主要代表是起伏噪声（包括热噪声、 散弹噪声、和宇宙噪声）。
为了研究噪声背景下通信系统的性能，必须了解 噪声的统计特性。通常为了简化，一律把起伏噪 声定义为高斯白噪声。
高斯白噪声：在整个频域内，功率谱密度是 一个常数，其自相关韩式和功率谱为：
R( ) n0 ( )
2
P
()
n0 2
(W / Hz)
1）白噪声描述
白噪声只有在 （同一时刻）时才相关，而在 任意两个时刻上的随机变量都是不相关的。
若白噪声是高斯分布的，则称之为高斯白噪声。 高斯白噪声在任意两个不同时刻上的取值之间， 不仅是互不相关的，而且还是统计独立的。
Po ( f )
f
f0
f0
第三节：数字通信系统的抗噪声性能
1）2PSK二进制移相键控调制
2DPSK调制：当正弦载波的相位随二进制数字 信号离散变化，则产生二进制移相键控信号。
通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进 制数字基带信号的1和0。二进制移相键控信号 的时域表达式为：
e2PSK
(T
)
N
an g(t nTs ) cosct
分析乘性干扰 k(t) 的影响时，可把调制信道分
为两大类：
恒参信道：即 k(t) 随时间缓变或不变； 随参信道：即 k(t) 随机快变化。
通常，将架空明线、电缆、光导纤维、超短波 及微波视距传播、卫星中继等视为恒参信道。 而将短波电离层反射信道、各种散射信道、超 短波移动通信信道等视为随参信道。
可见，输出噪声的功率谱密度在
内是
均匀的，在此范围外则为零。通常把这样的噪
声称为带限白噪声。
带限白噪声描述
带限白噪声的自相关函数为：
R( )
K
2 0
n0
fH
sin 2 fH 2 fH
带限白噪声的自相关函数和功率谱图示：
Po(ω )
Ro (τ)
-fH
0
（a）
fH
0
τ
（b）
带限白噪声的功率谱和自相关函数