通信原理信道与噪声

(a) 相移失真前的波形； (b) 相移失真后的波形
减小畸变的措施
通过一个线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦。这一 措施通常称之为“均衡”。在载波电话信道上传输数字信号时， 通常要采用均衡措施。
3.3 变参信道及其对所传信号的影响
变参信道传输媒质的特点
变参信道传输媒质通常具有以下特点： (1) 对信号的衰耗随时间的变化而变化； (2) 传输时延随时间也发生变化； (3) 具有多径传播(多径效应)。
Kf (t t0 ) KF ()e jt0
另一条路径的时延为(t0+τ)，假定信道衰减也是K，故它到达接 收端的信号为Kf(t-t0-τ)。相应于它的傅氏变换为
Kf (t t0 ) KF ()e j(t0 )
当这两条传输路径的信号合成后得
r(t) Kf (t t0 ) Kf (t t0 )
3.1 信道特性
信道的定义 通俗地说，信道是指以传输媒介(质)为基础的信号通路。
具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路；抽 象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信 号以限制和损害。 信道的作用是传输信号。
信道的分类
分成：狭义信道和广义信道。 狭义信道按具体媒介的不同类型可分为有线信道和无线信道。 有线信道是指传输媒介为明线、对称电缆、同轴电缆、 光缆
(2) 从频谱上看，多径传播引起了频率弥散(色散)，即由 单个频率变成了一个窄带频谱；
(3) 多径传播会引起选择性衰落。
为分析简单，下面假定只有两条传输路径，且认为接收端 的幅度与发送端一样，只是在到达时间上差一个时延τ。若发送 信号为f(t)，它的频谱为F(ω)，记为
f (t) F()
设经信道传输后第一条路径的时延为t0，在假定信道衰减为K的 情况下，到达接收端的信号为Kf(t-t0)，相应于它的傅氏变换为
P(0 / 0) P(1/ 0) 1
P(1/1) P(0 /1) 1
信道分类归纳如下：
3.2 恒参信道及其对所传信号的影响
幅度—频率畸变
典型音频电话信道的衰耗—频率特性
相位—频率畸变(群迟延畸变)
所谓相位—频率畸变，是指信道的相位—频率特性偏离线性 关系所引起的畸变。
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；但对数字信号传输却不然，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，给通信带来 很大损害。
其中，a(t)是多径信号合成后的包络， 即
a(t) aI2 (t) aQ2 (t)
而φ(t)是多径信号合成后的相位， 即
(t (t) aI (t)
可以得到： (1) 从波形上看，多径传播的结果使单一载频信号Acosωct 变成了包络和相位都变化(实际上受到调制)的窄带信号；
(a) 一对输入端， 一对输出端； (b) m对输入端，n对输出端
对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关系 式可表示成
eo (t) f [ei (t)] n(t)
式中， ei(t)——输入的已调信号； eo(t)——信道输出波形； n(t)——信道噪声(或称信道干扰)； f［ei(t)］——表示信道对信号影响(变换)
n
n
r(t) ai (t) cosc[t tdi (t)] ai (t) cos[ct i (t)]
i 1
i 1
式中，ai(t)——总共n条多径信号中第i条路径到达接收端的随 机幅度；
tdi(t)——第i条路径对应于它的延迟时间； φi(t)——相应的随机相位，即
φi(t)=-ωctdi(t)
信道的模型
1. 特性：
(1) 有一对(或多对)输入端， 则必然有一对(或多对)输出端； (2) 绝大部分信道是线性的， 即满足叠加原理； (3) 信号通过信道需要一定的迟延时间； (4) 信道对信号有损耗(固定损耗或时变损耗)； (5) 即使没有信号输入， 在信道的输出端仍可能有一定的 功率输出(噪声)。
把f［ei(t)］设想成为形式k(t)·ei(t)。
eo (t) k(t) ei (t) n(t)
我们期望的信道(理想信道)应是k(t)=常数，n(t)=0， 即
eo (t) k ei (t)
2. 编码信道 编码信道的模型可用数字信号的转移概率来描述。
二进制无记忆编码信道模型
P(0/0) 、 P(1/0) 、 P(0/1) 、 P(1/1) 为 信 道 转 移 概 率 ， 具 体 地 把 P(0/0)和P(1/1)称为正确转移概率，而把P(1/0)和P(0/1)称为错误 转移概率。根据概率性质可知
及波导等一类能够看得见的媒介。 无线信道的传输媒质包括短波电离层、对流层散射等。 无线信道的传输特性没有有线信道的传输特性稳定和可靠，但
方便、灵活、可移动。
广义信道可分成调制信道和编码信道。 调制信道的范围是从调制器输出端到解调器输入端。 编码信道的范围是从编码器输出端到译码器输入端。
调制信道与编码信道
信道的相位—频率特性还经常采用群迟延—频率特性来衡 量。群迟延—频率特性定义为相位—频率特性的导数。若相 位—频率特性用φ(ω)表示，则群迟延—频率特性(通常称为群 迟延畸变或群迟延)T(ω)为
T () dΦ() d
理想的群迟延特性 (a)φ(ω)—ω； (b)τ(ω)—ω
典型的电话信道的群迟延—频率特性
n
n
r(t) [ ai (t) cosi (t)]cosct [ ai (t) sin i (t)]sin ct
i 1
i 1
令
n
aI (t) ai (t) cosi (t)
i 1
n
aQ (t) ai (t) sin i (t) i 1
r(t) aI (t) cosct aQ (t) sin ct a(t) cos[ct (t)]
多径效应的分析 属于变参的传输媒质主要以电离层反射和散射、对流层散射
等为代表。
(a) 电离层反射传输示意图； (b) 对流层传输示意图
共同特点是：由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点，这种现象 称多径传播。 就每条路径信号而言， 它的衰耗和时延都不是固定不变的。
若设发射信号为Acosωct，则经过n条路径传播后的接收信号r(t)