数字信号的信道传输
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2.信道中在噪声衰落和干扰
衡常用的做法是在接收滤波器和抽样判决器之间插入一个 称之为横向滤波器的可调滤器。它的功能是将输入端抽样 时刻上有码间干扰的响应波形变换成抽样时刻上又无码间 干扰的响应波形。
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1.数字信号几个表征量
数字信号更能够容忍信噪比的劣化，但对系统相 位噪声、相干干扰、周期性干扰和增益压缩等的 更加敏感。数字信号表征量在原先模拟系统的基 础上带来很多新的变化。数字系统最基本的测量 是传输错误率，传输错误率通常用比特误码率 （BER）来表示。另外还有一些参数：信号电平、 误差矢量幅值（EVM）、调制误码比(MER)、信 噪比等。
MER不仅考虑到幅度噪声，也考虑到相位噪声。测量信 号的MER值是判定通路失效边界（系统失效容限）的关 键部分。它不象在模拟系统中图像质量会随着载噪比性能 的下降明显降低，通常情况下较差的MER对数据传输的 影响上并不显著，只有在低于系统MER门限值的情况下， 才严重影响数据传输。
MER是一个统计测量，其主要局限是不能捕捉到周期性 的瞬间的测量。在周期性的干扰下测得的MER可能很好， 但BER值却很差。但总的来说MER还是一个很好的反映 QAM信号的指针，同时也是一个相当有用的故障排除辅 助工具，MER是一个很多传送码的平均值，所以它不像 BER是一个判断数据错误的好工具。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
b.频率选择性衰落
如果汽车无线信道在一定带宽内有恒定的增益和线性相位响应，但这 个带宽Bc小于传送信号的带宽Bs，那么这个信道会使接收到的信号 发生频率选择性衰落。频率选择性衰落信道的特性如图8-7所示。这 时S(f)在频带内承受不同的增益和相移。这是由于有多径时延接近或 超过传送信号的符号周期，接收到的信号必然会失真。
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1.数字信号几个表征量
MERratio
1
N
N
(I
2 j
Байду номын сангаас
Q2j )
j 1
1
N
N
(I
2 j
Q2j )
j 1
Crms
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
式中：Crms 是星座点矢量模的均方根值。
Q 误差矢量
实测信号矢量
参考信号矢量
I
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1.数字信号几个表征量
Page 22
2.信道中在噪声衰落和干扰
Page 23
2.信道中在噪声衰落和干扰
a.平坦衰落
如果汽车无线信道在一定带宽Bc内有恒定的增益和线性相位响应，而且这个 带宽要大于送信号的带宽Bs，即Bc > Bs.么接收的信号会承受平坦衰落。如 果信道增益随时间而变，接收到的信号的幅度就会改变，即接收到的信号r(t) 的幅度随时间变化。但它的谱R(f)与当初发射信号的谱S(f)一样，即所有S(f ) 中的频率成分方承受同样的衰减和相移。
耗指数可超过8。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
2）阴影衰落 接收到的信号常会受到室外的小山和建筑物，以及室内墙
壁的阻隔。事实上，接收到的信号功率是个随机变量，取 决于障碍物的数量和电气特性。由于这些障碍物而引起的 信号改变称为阴影衰落。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
3）多径衰落 当信号被悬崖或高楼等大的物体反射时，如图8-2所示，
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1.数字信号几个表征量
5）误差矢量幅值EVM（Error Vector Magnitude）
它的定义式为：是发射信号的理想的测量分量I（同相位）和Q（正交相位）
（称为基准信号“R”）与实际接收到的测量信号“M”的 I和Q分量幅值之间
的矢量差
EVMRMS
1
N
N
(I
2 j
Q
Q
载波 幅度
座 点位 置
载 波相 位
I
I
64QAM星座图
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1.数字信号几个表征量
3）比特误码率BER (Bit Error Ratio)
BER是符号被推挤进入相邻 符号范围从而导致那些符号 被误解的概率。可用误比特 率Pb或误符号率Ps来表示。 通常以10的n次方来表示， 例如测量得3E-5表示在十万 次传送码有3个误码，误码数 目在阈值内，可以通过信道 编码来纠错，达到E-11以上。
错误比特数 Pb 传送总比特数
错误码元数 Ps 传送总码元数
落在邻区的错误码
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1.数字信号几个表征量
数字信道条件变坏有悬崖效应
Page 10
1.数字信号几个表征量
4）调制误码比MER（Modulation Error Ratio）
数字系统中的调制误码比(MER) ，是指平均矢量幅度与误 差幅度的有效值的比值，结果以dB表示，MER的值越大 代表越好。
其定义式为：
MERdB 10log
1 N
N
(I
2 j
j 1
1 N
N
(I
2 j
j 1
Q
2 j
)
Q
2 j
)
20log
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
1
N
N
(I
2 j
Q2j )
j 1
式中：I
2 j
Q2j
是各星座点的矢量坐标；I
2 j
Q2j
是到对应理想星
座点的矢量偏差。
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1.数字信号几个表征量
7）信噪比SNR（Signal Noise Ratio） 信噪比和载噪比密切相关，SNR是解调后视频信号电平与
噪声电平之差。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
1）路径损耗
路径损耗PL可以表示为有效发射功率PT和接收到的功率Pr 之比，即 PL =10lg(PT / Pr)
Q
2 j
)
j 1
C2 max
100%
EVMratio
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
Cm2 ax
式中：I
2 j
Q2j是各星座点的矢量坐标；I
2 j
Q是2j 到对应理想星座点的矢量偏差。
Cmax 是最大最远星座点的矢量的模 。
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1.数字信号几个表征量
EVM表征平均误码量值与最大符号量值的比值，EVM和 MER是有一定关系的但又表达同一个信息的两个量， MER比较容易地理解成是一种类似S/N的参数，而EVM则 可以理解成类似模拟电路中的波形失真率的一个参数。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
5)分集接收所谓分集接收，是指接收端按某种方式使它收 到的携带同一信源的多个路径信号的衰落特性相互独立， 并对多个信号进行特定的处理，以降低合成信号电平起伏， 减小各种衰落对接收信号的影响。
为了使接收到的两个信号满足相互独立的条件，接收端各 接收天线之间的间距应满足d≥3 λ
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2.信道中在噪声衰落和干扰
6)均衡
上面提到由于传输系统的传输特性不理想而引起的码间干扰，破坏了 不失真的传输条件。为了校正或补偿系统的特性，可以在基带系统中 插入一个可调滤波器，减小码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波 器称为均衡器。所谓均衡，是指从校正系统的频率特性出发，使包括 均衡器在内的基带系统的总特性满足不失真传输条件。
这个损耗是发射机和接收机彼此相隔的距离的函数，即
PL (d) ∝（d/d0）n
式中，n为路径损耗指数，它表明路径损耗是以怎样的速
率随距离的增加而增加的；d0为距离基准，由距发射机不 远处的测量值选定；d为发射机和接收机相隔的距离。在
自由空间中，路径损耗指数为2；对于典型的室外环境，
其值为3~5。在有密集的建筑物或树木的环境中，路径损
N=log2 m b 信息传输的有效性以信息传输速率来衡量。 Rb = Rs log2 m b/s
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1.数字信号几个表征量
由于传送信道有不同的带宽，有效性还可以“谱效率”来 衡量，即每赫兹能传多少信息速率。例如，数字电视地面 广播一个信道要传送HDTV或同时传几个SDTV节目所需 要的信息速率约为20Mb/s，对于6MHz系统来说其谱效率 要达到4b/s/Hz，对于7MHz或8MHz系统要达到3b/s/Hz。
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发射机发出的载波频率1850MHz，汽车行驶速度26.82 m/s。
λ=c/fc=0.162m f=fc+fd=1850000000+28.82/0.162=1850000166Hz f=fc- fd=1850000000-28.82/0.162 =1849999834Hz 如果汽车向着远离且垂直于电波来到的方向行驶，则
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1.数字信号几个表征量
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1.数字信号几个表征量
Page 7
1.数字信号几个表征量
2）星座图（Constellation）
在QAM调制方式中，同时利用载波的幅度 和相位来表示被调制数据。 纵轴矢量“I”串流和横轴矢量“Q”串流可描绘为九十度相位差形成的格 子，代表“I”乘“Q”数的可能状态，此格子通常称为“星座图” 。星 座图中反映了QAM调制技术的两个基本参数，载波的幅度和相位。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
由于路径不同，信号到达接收 机的时间就不一样，直接路径 （如果有一个的话）的信号最 先到达，反射路径的信号后到 达。为了算出天线上的瞬时幅 度可以画一个如图8-4所示的 矢量图，各个多径用它的幅度 和相对于直接路径的相位角来 表示。若VWG和VEG方向相反， 就有可能彼此抵消，合成矢量 VEW为零。
Page 4
1.数字信号几个表征量
1）信号电平 数字信号的电平与模拟信号的电平不同。对数字信号来说，
信号电平就是指有效带宽内射频或中频信号的平均功率电 平。 数字信号电平可以直接用专用数字信号场强仪（如天津德 力DS1191A ）或频谱仪测量。 在用频谱仪测试时需要注意以下几点：正确连接系统，校 准仪器，确保阻抗匹配；调节频谱仪中心频率到被测频道， 选择合适的扫宽和电平显示，使频谱仪能够显示整个频道；
数字信号的信道传输
浙江传媒学院 温怀疆
1.数字信号几个表征量
数字信号包括DVB数字电视广播信号、CMTS下行信号以 及用于其他功能的QAM及QPSK信号。
在数字信号传输中，用来表示每一个信码的数字单元称为 码元，码元的物理表示称为符号。一个码元持续时间称为 码元长度。
码元中所包含的信息的多少用信息量来衡量，单位为“b （比特）”。在通信系统中规定每1位二进制码元携带1b 的信息量，而1位m进制码元所携带辟的信息量为
就不仅有相位抵消，而且会在直射波和反射波之间有明显 的时间差，并会引起失真。这种失真叫做多径失真或多径 衰落，是由于发射的信号经不同路径的直射、折射、衍射 到达接收机的时间不同而造成的。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
例如，在城市街道上行驶的汽车，其天线收到的是多次反 射的信号，既有阴影衰落又有落，情况很复杂，如图8-3 所示。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
4）多普勒频移 多普勒频移 fd=ΔΦ/(2πΔt)=(v/λ) cosθ 上式将多普勒频移和汽车的行驶速
度、汽车的运动方向和到达天线的 电波的方向之间的角度联系起来。 如果汽车沿着电波向着发射机的方 向行驶，多普勒频移是正的的，反 之则是负的。
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1.数字信号几个表征量
6）载噪比CNR（Carrier Noise Ratio） BER和载噪比直接有关。
CNR C dB N
式中：C为数字载波的电平有效值，N为噪声电平均方根 值。
在数字调制中，往往将载波抑制掉，所传输的信号中不出 现载波，载噪比就无从谈起，但是习惯上我们将已调的射 频/中频信号的总功率对有效带宽内噪声功率之比，定义 为CNR。
θ =90，cosθ =0，所以没有多普勒频移。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
(1)快衰落 在快衰落信道内，符号周期内信道的冲击响应快速变化。这时信道的
相干时间Tc小于传送信号的符号周期Ts，即Ts > Tc。因为信道的衰 落特性将在一个符号周期内改变多次次，从而起基带脉冲波形的失真。 这里失真是因为在符号持续时间内，接收信号的谱分量并不能一直保 持相关性。 (2)慢衰落 如果Tc > Ts ，则信道是慢衰落的，这时信道的相关时间大于符号持 续时间，因此信道状态在一个符号持续时间内保持不变，传送的符号 就可能不会遭受前面所描述的脉冲失真，如平坦衰落一样。慢衰落信 道主要性能降低的原因是信噪比的损失。
2.信道中在噪声衰落和干扰
衡常用的做法是在接收滤波器和抽样判决器之间插入一个 称之为横向滤波器的可调滤器。它的功能是将输入端抽样 时刻上有码间干扰的响应波形变换成抽样时刻上又无码间 干扰的响应波形。
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1.数字信号几个表征量
数字信号更能够容忍信噪比的劣化，但对系统相 位噪声、相干干扰、周期性干扰和增益压缩等的 更加敏感。数字信号表征量在原先模拟系统的基 础上带来很多新的变化。数字系统最基本的测量 是传输错误率，传输错误率通常用比特误码率 （BER）来表示。另外还有一些参数：信号电平、 误差矢量幅值（EVM）、调制误码比(MER)、信 噪比等。
MER不仅考虑到幅度噪声，也考虑到相位噪声。测量信 号的MER值是判定通路失效边界（系统失效容限）的关 键部分。它不象在模拟系统中图像质量会随着载噪比性能 的下降明显降低，通常情况下较差的MER对数据传输的 影响上并不显著，只有在低于系统MER门限值的情况下， 才严重影响数据传输。
MER是一个统计测量，其主要局限是不能捕捉到周期性 的瞬间的测量。在周期性的干扰下测得的MER可能很好， 但BER值却很差。但总的来说MER还是一个很好的反映 QAM信号的指针，同时也是一个相当有用的故障排除辅 助工具，MER是一个很多传送码的平均值，所以它不像 BER是一个判断数据错误的好工具。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
b.频率选择性衰落
如果汽车无线信道在一定带宽内有恒定的增益和线性相位响应，但这 个带宽Bc小于传送信号的带宽Bs，那么这个信道会使接收到的信号 发生频率选择性衰落。频率选择性衰落信道的特性如图8-7所示。这 时S(f)在频带内承受不同的增益和相移。这是由于有多径时延接近或 超过传送信号的符号周期，接收到的信号必然会失真。
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1.数字信号几个表征量
MERratio
1
N
N
(I
2 j
Байду номын сангаас
Q2j )
j 1
1
N
N
(I
2 j
Q2j )
j 1
Crms
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
式中：Crms 是星座点矢量模的均方根值。
Q 误差矢量
实测信号矢量
参考信号矢量
I
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1.数字信号几个表征量
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2.信道中在噪声衰落和干扰
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2.信道中在噪声衰落和干扰
a.平坦衰落
如果汽车无线信道在一定带宽Bc内有恒定的增益和线性相位响应，而且这个 带宽要大于送信号的带宽Bs，即Bc > Bs.么接收的信号会承受平坦衰落。如 果信道增益随时间而变，接收到的信号的幅度就会改变，即接收到的信号r(t) 的幅度随时间变化。但它的谱R(f)与当初发射信号的谱S(f)一样，即所有S(f ) 中的频率成分方承受同样的衰减和相移。
耗指数可超过8。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
2）阴影衰落 接收到的信号常会受到室外的小山和建筑物，以及室内墙
壁的阻隔。事实上，接收到的信号功率是个随机变量，取 决于障碍物的数量和电气特性。由于这些障碍物而引起的 信号改变称为阴影衰落。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
3）多径衰落 当信号被悬崖或高楼等大的物体反射时，如图8-2所示，
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1.数字信号几个表征量
5）误差矢量幅值EVM（Error Vector Magnitude）
它的定义式为：是发射信号的理想的测量分量I（同相位）和Q（正交相位）
（称为基准信号“R”）与实际接收到的测量信号“M”的 I和Q分量幅值之间
的矢量差
EVMRMS
1
N
N
(I
2 j
Q
Q
载波 幅度
座 点位 置
载 波相 位
I
I
64QAM星座图
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1.数字信号几个表征量
3）比特误码率BER (Bit Error Ratio)
BER是符号被推挤进入相邻 符号范围从而导致那些符号 被误解的概率。可用误比特 率Pb或误符号率Ps来表示。 通常以10的n次方来表示， 例如测量得3E-5表示在十万 次传送码有3个误码，误码数 目在阈值内，可以通过信道 编码来纠错，达到E-11以上。
错误比特数 Pb 传送总比特数
错误码元数 Ps 传送总码元数
落在邻区的错误码
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1.数字信号几个表征量
数字信道条件变坏有悬崖效应
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1.数字信号几个表征量
4）调制误码比MER（Modulation Error Ratio）
数字系统中的调制误码比(MER) ，是指平均矢量幅度与误 差幅度的有效值的比值，结果以dB表示，MER的值越大 代表越好。
其定义式为：
MERdB 10log
1 N
N
(I
2 j
j 1
1 N
N
(I
2 j
j 1
Q
2 j
)
Q
2 j
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20log
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
1
N
N
(I
2 j
Q2j )
j 1
式中：I
2 j
Q2j
是各星座点的矢量坐标；I
2 j
Q2j
是到对应理想星
座点的矢量偏差。
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1.数字信号几个表征量
7）信噪比SNR（Signal Noise Ratio） 信噪比和载噪比密切相关，SNR是解调后视频信号电平与
噪声电平之差。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
1）路径损耗
路径损耗PL可以表示为有效发射功率PT和接收到的功率Pr 之比，即 PL =10lg(PT / Pr)
Q
2 j
)
j 1
C2 max
100%
EVMratio
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
Cm2 ax
式中：I
2 j
Q2j是各星座点的矢量坐标；I
2 j
Q是2j 到对应理想星座点的矢量偏差。
Cmax 是最大最远星座点的矢量的模 。
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1.数字信号几个表征量
EVM表征平均误码量值与最大符号量值的比值，EVM和 MER是有一定关系的但又表达同一个信息的两个量， MER比较容易地理解成是一种类似S/N的参数，而EVM则 可以理解成类似模拟电路中的波形失真率的一个参数。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
5)分集接收所谓分集接收，是指接收端按某种方式使它收 到的携带同一信源的多个路径信号的衰落特性相互独立， 并对多个信号进行特定的处理，以降低合成信号电平起伏， 减小各种衰落对接收信号的影响。
为了使接收到的两个信号满足相互独立的条件，接收端各 接收天线之间的间距应满足d≥3 λ
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2.信道中在噪声衰落和干扰
6)均衡
上面提到由于传输系统的传输特性不理想而引起的码间干扰，破坏了 不失真的传输条件。为了校正或补偿系统的特性，可以在基带系统中 插入一个可调滤波器，减小码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波 器称为均衡器。所谓均衡，是指从校正系统的频率特性出发，使包括 均衡器在内的基带系统的总特性满足不失真传输条件。
这个损耗是发射机和接收机彼此相隔的距离的函数，即
PL (d) ∝（d/d0）n
式中，n为路径损耗指数，它表明路径损耗是以怎样的速
率随距离的增加而增加的；d0为距离基准，由距发射机不 远处的测量值选定；d为发射机和接收机相隔的距离。在
自由空间中，路径损耗指数为2；对于典型的室外环境，
其值为3~5。在有密集的建筑物或树木的环境中，路径损
N=log2 m b 信息传输的有效性以信息传输速率来衡量。 Rb = Rs log2 m b/s
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1.数字信号几个表征量
由于传送信道有不同的带宽，有效性还可以“谱效率”来 衡量，即每赫兹能传多少信息速率。例如，数字电视地面 广播一个信道要传送HDTV或同时传几个SDTV节目所需 要的信息速率约为20Mb/s，对于6MHz系统来说其谱效率 要达到4b/s/Hz，对于7MHz或8MHz系统要达到3b/s/Hz。
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发射机发出的载波频率1850MHz，汽车行驶速度26.82 m/s。
λ=c/fc=0.162m f=fc+fd=1850000000+28.82/0.162=1850000166Hz f=fc- fd=1850000000-28.82/0.162 =1849999834Hz 如果汽车向着远离且垂直于电波来到的方向行驶，则
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1.数字信号几个表征量
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1.数字信号几个表征量
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2）星座图（Constellation）
在QAM调制方式中，同时利用载波的幅度 和相位来表示被调制数据。 纵轴矢量“I”串流和横轴矢量“Q”串流可描绘为九十度相位差形成的格 子，代表“I”乘“Q”数的可能状态，此格子通常称为“星座图” 。星 座图中反映了QAM调制技术的两个基本参数，载波的幅度和相位。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
由于路径不同，信号到达接收 机的时间就不一样，直接路径 （如果有一个的话）的信号最 先到达，反射路径的信号后到 达。为了算出天线上的瞬时幅 度可以画一个如图8-4所示的 矢量图，各个多径用它的幅度 和相对于直接路径的相位角来 表示。若VWG和VEG方向相反， 就有可能彼此抵消，合成矢量 VEW为零。
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1.数字信号几个表征量
1）信号电平 数字信号的电平与模拟信号的电平不同。对数字信号来说，
信号电平就是指有效带宽内射频或中频信号的平均功率电 平。 数字信号电平可以直接用专用数字信号场强仪（如天津德 力DS1191A ）或频谱仪测量。 在用频谱仪测试时需要注意以下几点：正确连接系统，校 准仪器，确保阻抗匹配；调节频谱仪中心频率到被测频道， 选择合适的扫宽和电平显示，使频谱仪能够显示整个频道；
数字信号的信道传输
浙江传媒学院 温怀疆
1.数字信号几个表征量
数字信号包括DVB数字电视广播信号、CMTS下行信号以 及用于其他功能的QAM及QPSK信号。
在数字信号传输中，用来表示每一个信码的数字单元称为 码元，码元的物理表示称为符号。一个码元持续时间称为 码元长度。
码元中所包含的信息的多少用信息量来衡量，单位为“b （比特）”。在通信系统中规定每1位二进制码元携带1b 的信息量，而1位m进制码元所携带辟的信息量为
就不仅有相位抵消，而且会在直射波和反射波之间有明显 的时间差，并会引起失真。这种失真叫做多径失真或多径 衰落，是由于发射的信号经不同路径的直射、折射、衍射 到达接收机的时间不同而造成的。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
例如，在城市街道上行驶的汽车，其天线收到的是多次反 射的信号，既有阴影衰落又有落，情况很复杂，如图8-3 所示。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
4）多普勒频移 多普勒频移 fd=ΔΦ/(2πΔt)=(v/λ) cosθ 上式将多普勒频移和汽车的行驶速
度、汽车的运动方向和到达天线的 电波的方向之间的角度联系起来。 如果汽车沿着电波向着发射机的方 向行驶，多普勒频移是正的的，反 之则是负的。
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1.数字信号几个表征量
6）载噪比CNR（Carrier Noise Ratio） BER和载噪比直接有关。
CNR C dB N
式中：C为数字载波的电平有效值，N为噪声电平均方根 值。
在数字调制中，往往将载波抑制掉，所传输的信号中不出 现载波，载噪比就无从谈起，但是习惯上我们将已调的射 频/中频信号的总功率对有效带宽内噪声功率之比，定义 为CNR。
θ =90，cosθ =0，所以没有多普勒频移。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
(1)快衰落 在快衰落信道内，符号周期内信道的冲击响应快速变化。这时信道的
相干时间Tc小于传送信号的符号周期Ts，即Ts > Tc。因为信道的衰 落特性将在一个符号周期内改变多次次，从而起基带脉冲波形的失真。 这里失真是因为在符号持续时间内，接收信号的谱分量并不能一直保 持相关性。 (2)慢衰落 如果Tc > Ts ，则信道是慢衰落的，这时信道的相关时间大于符号持 续时间，因此信道状态在一个符号持续时间内保持不变，传送的符号 就可能不会遭受前面所描述的脉冲失真，如平坦衰落一样。慢衰落信 道主要性能降低的原因是信噪比的损失。