第四章 无线信道的信道容量
P
将平均功率受限下的衰落信道容量定义为：
C
P ( ): P ( ) p ( ) d P
max
B log
0
2
(1
P ( ) P
) p ( ) d
第四章 无线信道的信道容量
4.2.4 接收两端都已知CSI 多路复用情况： 按约束条件得到使香农容量最大的最佳功率分配为：
接收机
译码器
ˆ w
平衰落信道及系统模型 如图所示的平g[i ]
率增益g[i]服从某种分布p[g],假设g[i]与信道的输入无关。在分块衰落信道中， g[i]在某一分块时间T内保持不变，之后依其分布p[g]变为另一个独立的值。
/ / 瞬时接收信噪比为 [ i ] P g [ i ]（ N 0 B ） ，其均值为 P g （ N 0 B ） 。由
已知CDI时，可到达容量 的 输入分布 问题在两种情形下是可以求解的， 一是独立同分布的瑞利衰落信道，二是有限状态马尔科夫（FSMC）信道。 在独立同分布的瑞利衰落信道中，功率增益服从指数分布，并且对于不 同的信道使用。信道增益是独立变化的。具体分布函数及对应的信道容量并
无闭式解，只能以数值方法求得。
对于相同的平均信噪比，接收端已知CSI时的香农容量要比AWGN信道 容量小，即仅接收端已知CSI时衰落将使容量减小。
第四章 无线信道的信道容量
4.2.3 接收端已知CSI
2、带中断的容量
带中断容量定义为中断率下信道能传送的最大的恒定传输速率。 带中断容量允许在某个突发时段以一定的概率译错所传输的比特。发
时域以概率的方式进行的，按如下的注水法功控分配：
Pj
1 / 0 1 / j j 0 j 0 0 P
得到信道容量为：
C max B log 2 (
j: j 0
j
0
)
第四章 无线信道的信道容量
4.3.1 时变信道
时变频率选择性衰落信道的模型与时不变的类似，只不过要把H（f）换写为 H(f,i)，表示信道既随频率变化也随时间变化。收发端都已知CSI时，最佳自适应 方案需要考虑（a）信道对已发送符号序列的影响，以及（b）这些符号序列的ISI （码间干扰）对后续传输的影响。 将带宽为B的信道按相干带宽 B c 分割为多个子信道，然后假设各子信道是相互 独立的时变平衰落信道。由于各子信道相互独立，可以得到沿时间和频率平均的总
P ( ) P
1 / 0 1 / 0 0 0
上式的最优功率分配方法是时域的注水发功控。
根据上式，得到信道容量公式为
C
0
B log
2
(
0
) p ( ) d
第四章 无线信道的信道容量
4.2.4 接收两端都已知CSI
两种次佳的传输方法：零中断容量与信道反转、中断容量与截断式信道反转。 零中断容量与信道反转 它依靠发送端已知的CSI使接收端保持恒定接收功率，这种功率分配叫做信道反转。
都已知g[i]的分布。
（3）发送端和接收端都已知CSI：发送端和接收端都已知g[i]在时刻i的
值及g[i]的分布。
瞬时信噪比 [i ] 为g[i]和常数 P / N 0 B 的乘积，所以知道g[i]的CSI或CDI等于知 道 [i ] 的CSI和CDI。
第四章 无线信道的信道容量
4.2.2 信道分部信息已知（CDI已知）
j 0
Pj ( j ) p ( j ) d j P
由得到的与平衰信道情形相同的注水法功控得到信道的容量公式为：
C
j
0
Bc log 2 (
j
0
) p ( j ) d
j
量有1—5dB的损失，而零中断容量相比香农容量损失巨大。但在衰落不太严重时，
中断容量、零中断容量与香农容量相差3dB以内，与AWGN信道相差4dB以内。这个差 别将随着衰落趋向于消失而进一步减小。
第四章 无线信道的信道容量
4.3频率选择性衰落信道的容量 4.3.1 时不变信道 对于时不变信道，一般可以假设H(f)对接收端和发送端都是已知的。首先假设
FSMC的容量取决于信道在所有过去输入和输出条件下的极限分布，可 用迭代的方法求出。如同独立同分布瑞利衰落的情形，对于FSMC这样简单
的分布，信道容量的分析也非常复杂。
由此可见，仅CDI已知时，信道容量的分析以及由此寻求相应的设计思 路都是非常困难的。
第四章 无线信道的信道容量
4.2.3 接收端已知CSI
P （ N 0 B ） 。白噪声的单边功率谱密度是 N 0 / 2 。AWGN信道的容量由著 /
名的香农公式给出：
C B log（1 ） 2
第四章 无线信道的信道容量
4.2 平坦衰落信道的容量 4.2.1 信道和系统模型 发送机 w X[i] 编码器
g[i ]
信道
n[i] y[i]
第四章 无线信道的信道容量
4.1 AWGN信道容量 4.2 平坦衰落信道的容量 4.2.1信道和系统模型 4.2.2信道分布信息已知 4.2.3接收端已知CSI 4.2.4收发两端都已知CSI 4.2.5接收分集的信道容量 4.2.6容量对比 4.3 频率选择性衰落信道的容量 4.3.1时不变信道
4.3.2时变信道
第四章 无线信道的信道容量
4.2.4 接收两端都已知CSI 发送机
g[i ]
信道 n[i] y[i]
接收机
ˆ w
译码器
w 编码器
功率 控制 P[i]
X[i]
信道估计
收发两端都已知CSI时的系统模型
香农容量
允许瞬时的发送功率 P ( ) 随 变化，并受限于平均功率 P ：
P ( ) p ( ) d
功率约束下的总信道容量：
C
max { P j }: P j P j
C
j
j
j
( Pj )
时变信道的二维注水法功控以及相应的香农容量： 对时域和频域进行最佳功控得到的香农容量为
C max
j
Bc log 2 (1
0
Pj ( j ) P
) p ( j ) d
j
P j ( j ):
衰落信道的零中断容量显著低于香农容量的原因在于它要在所有衰落状态下维
持恒定的传输速率。如果在特别差的信道状态下停止发送数据，就可以提高非中断 状态下的传输速率，从而显著提高容量。中断容量定义为非中断的概率和非中断状 态下可维持的最大传输速率的乘积，可通过截断式信道反转的功控方案实现。 中断容量为：
C ( Pout ) B log 2 (1 1 E 0 [1 / ] ) p ( 0 )
此时有两种信道容量的定义：一种是香农容量，也叫遍历容量，另一种 是带中断容量，这两种容量对实际系统设计都有重要的意义。
1、香农容量
香农容量定义为可使误码率任意小的最大数据传输速率。
对于给定平均功率限制
P
且接收端已知CSI的衰落信道，香农容量为：
2
C
B log
0
(1 ) p ( ) d
送端确定一个最小接收信噪比 min ，再按这个信噪比确定一个速率
C B log 2 (1 min ) ，然后在所有突发中以这个速率传输。如果接收的瞬时
信噪比大于或等于 min ，则能正确译码。若接收信噪比小于 min ，就不能 以接近1的概率译对突发中的所有数据比特，此时接收机将指示出现了一次 中断。出现中断的概率为 Pout P ( min )。在所有突发中，正确传输的概率 是 1 Pout ，所以平均正确接收的数据速率为 C out (1 Pout ) B log 2 (1 min )
第四章 无线信道的信道容量 本章讨论单用户单天线系统的信道容量，包括时变信道和时不变信道 的情况。首先介绍很熟悉的时不变加性高斯白噪声信道的容量公式，然后 研究时变平衰落信道的容量。
4.1 AWGN信道容量
一个离散时间加性高斯白噪声信道：y[i]=x[i]+n[i]。假设信道带宽为B， 接收信号功率是P。接收信噪比定义为x[i]的功率除以n[i]的功率，是恒定值
P 频率响应H（f）是分块衰落的，因此整个频带可以分割为带宽为B的许多子信道， j
是在功率限制 j Pj
P
的约束下分配给该信道的功率。
信道容量是经过了最佳接收分配后，所有子信道的速率之和：
C
max P j :
j Pj P
B log 2 (1
| H j | Pj N0B
2
)
这里的容量及最佳功率分配和平衰落信道下的情形相似，只不过这里的功率和 速率分配时沿频域以确定的方式进行的，而在平衰落信道中功率和速率的分配是在
于 P （ N 0 B ） 恒定，g[i]的分布就决定了 [i ] 的分布。 /
第四章 无线信道的信道容量
4.2 平坦衰落信道的容量 4.2.1 信道和系统模型
信道容量取决于发送端和接收端对g[i]的了解概况，分为以下三种：
（1）信道分布信息CDI已知：发送端和接收端都已知g[i]的分布。
（2）接收端已知CSI：接收端已知g[i]在时刻i的值，且发送端和接收端
信道反转后衰落信道的容量就是信噪比为 的AWGN信道的容量
C B log 2 [1 ] B log 2 [1
1 E [1 / ]
]
其优点是可以不用考虑信道的状态而以固定速率进行传输。由于在所有信道状 态下传输速率不变，传输过程不会发生中断，所以上式的容量又叫做零中断容量。 中断容量与截断式信道反转
通信原理简答题答案2(个人整理)
第一章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。
模拟信号：电信号的参量取值连续。
两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。
1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。
优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。
1-4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。
信道编码/译码：增强数字信号的抗干扰能力。
加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。
数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。
1-5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。
1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。
1-7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。
1-8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。
答：按照消息传递的方向与时间关系分类。
单工通信：消息只能单向传输。
半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。
全双工通信：通信双方可以同时收发消息。
1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。
并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。
串行传输使用与远距离数据的传输。
1-10 通信系统的主要性能指标是什么？答：有效性和可靠性。
1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利用率。
通信原理(第四章)
27
第4章 信 道 章
四进制编码信道模型
0 0
1 送
端
发
1
收 端
接
2
2
3
3
28ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4章 信 道 章
4.4 信道特性对信号传输的影响 恒参信道的影响 恒参信道对信号传输的影响是确定的或者 是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以 等效为一个线性时不变网络。 只要知道网络 的传输特性，就可以采用信号分析方法，分 析信号及其网络特性。 线性网络的传输特性可以用幅度频率特 性和相位频率特性来表征。 现在我们首先讨论 理想情况下的恒参信道特性。
平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地 面
6
第4章 信 道 章
电离层对于传播的影响 反射 散射
7
第4章 信 道 章
电磁波的分类： 电磁波的分类： 地波 频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离： 距离：数百或数千千米 天波 频率： 频率：2 ~ 30 MHz 特点： 特点：被电离层反射 一次反射距离： 一次反射距离：< 4000 km 寂静区： 寂静区：
13
第4章 信 道 章
4.2 有线信道
明线
14
第4章 信 道 章
对称电缆：由许多对双绞线组成， 对称电缆：由许多对双绞线组成，分非屏蔽 （UTP）和屏蔽（STP）两种。 ）和屏蔽（ ）两种。
塑料外皮
双绞线（ 5对）
图4-9 双绞线
15
第4章 信 道 章
同轴电缆
16
第4章 信 道 章
n2 n1 折射率
25
第4章 信 道 章
4.3.2 编码信道模型
调制信道对信号的影响是通过k(t)和 使已调信号发生波形 调制信道对信号的影响是通过 和n(t)使已调信号发生波形 失真。 失真。 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换， 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即将 一种数字序列变成另一种数字序列。 一种数字序列变成另一种数字序列。误码 输入、输出都是数字信号， 输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号 失真情况，但误码与调制信道有关， 失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由 发滤波器设计不当及n(t)引起 引起。 收、发滤波器设计不当及 引起。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。
现代移动通信蔡跃明第三版思考题与习题参考答案chapter_4
I (+1* +1)(+—1)第四章思考题与习题1. 移动通信对调制技术的要求有哪些？在移动通信中，由于信号传播的条件恶劣和快衰落的影响， 接收信号的幅度会发生急剧 的变化。
因此，在移动通信中必须采用一些抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高的调 制技术，尽可能地提高单位频带内传输数据的比特速率以适用于移动通信的要求。
具体要求：① 抗干扰性能要强，如采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响；② 要尽可能地提高频谱利用率；③ 占用频带要窄，带外辐射要小；④ 在占用频带宽的情况下，单位频谱所容纳的用户数要尽可能多；⑤ 同频复用的距离小；⑥ 具有良好的误码性能；⑦ 能提供较高的传输速率，使用方便，成本低。
2. 已调信号的带宽是如何定义的？信号带宽的定义通常都是基于信号功率谱密度 (PSD)的某种度量，对于已调(带通)信 号，它的功率谱密度与基带信号的功率谱密度有关。
假设一个基带信号：s(t) =Re{g(t)exp(j2二仁切其中的g(t)是基带信号，设g(t)的功率谱密度为P g (f)，则带通信号的功率谱密度如下：P s (f )二1 P g (f - f c ) P g (-f - f c )l 4信号的绝对带宽定义为信号的非零值功率谱在频率上占据的范围； 最为简单和广泛使用的带宽度量是零点-零点带宽；半功率带宽定义为功率谱密度下降到一半时或者比峰值低 3dB 时的频率范围；联邦通信委员会 (FCC)采纳的定义为占用频带内有信号功率的99%。
3. QPS K 、OQPSK 的星座图和相位转移图有何差异？如图所示QPSK相位星座图OPSK相位星座图QPSK信号的相位有90°突变和180°突变。
OQPSK信号的相位只有90°跳变，而没有180°的相位跳变。
4. QPSK和OQPSK的最大相位变化量分别为多少？各自有哪些优缺点？OPSK的最大相位变化量为1800, OPSK最大相位变化量为900。
通信原理第4章信道
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
本章教学目的：了解各种实际信道、信
道的数学模型和信道容量的概念。
本章的讨论思路：通过介绍实际信道的例
子，在此基础上归纳信道的特性,阐述信道的 数学模型，最后简介了信道容量的概念。
信道模型的分类： 调制信道 编码信道
信 息 源 信 源 编 码 加 密 信 道 编 码 数 字 调 制 数 字 解 调 信 道 译 码 解 密 信 源 译 码 受 信 者
信道 噪声源
调制信道 编码信道
31
4.3.1 调制信道模型
有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理；
41
相位－频率畸变
指相位－频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
1、理想相频特性是一直线
群延迟－频率特性
|H( )|
d ( ) ( ) d
( ) td
O (b) td
K0
O (a)
O (c)
42
2、实际电话信道的群延迟特性 一种典型的音频电话信道的群延迟特性。
25
光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组成(如 图所示)。芯是光纤最中心的部分，它由一条或多 条非常细的玻璃或塑料纤维线构成，每根纤维线都 有它自己的封套。由于这一玻璃或塑料封套涂层的 折射率比芯线低，因此可使光波保持在芯线内。环 绕一束或多束有封套纤维的外套由若干塑料或其它 材料层构成，以防止外部的潮湿气体侵入，并可防 止磨损或挤压等伤害。
第四章 信道(2)
§4.3.1 调制信道模型
e0 (t ) k (t )ei (t ) n(t )
k(t)——乘性干扰 它是时间t的函数，表示信道的特性是随时间变化的。 随时间变化的信道成为时变信道 k(t)——乘性干扰——引起的失真随时间做随机变化 特性随机变化的信道称为随参信道 特性不随时间变化或者变化很小的信道称为恒参信道
§4.3.1 调制信道模型
输出量表示为：
e0 (t ) k (t )ei (t ) n(t ) ——二端口网络
e0(t)——输出端电压 ei(t)——输入信号电压 k(t)——乘性干扰 n(t)——加性干扰
n(t)——加性干扰 当没有信号输入时，信道输出端也有加性干扰 k(t)——乘性干扰 当没有信号输入时，信道输出端没有乘性干扰
( w)
dw
td (常数)
理想的相—频及群迟延—频率特性曲线：
( )
( )
k
k
恒参信道对信号传输的影响
实际信道对信号产生的两种失真： （1）幅频失真 表示信号中不同频率的分量分 H ( w ) K （频率失真）： 别受到信道不同的衰减。
模拟信号：波形失真——信噪比下降
回顾窄带随机过程
(t ) a (t ) cos[ct (t )]
(t ) c (t ) cos ct s (t ) sin ct
可见，随机过程的统计特性可由
a (t )、 (t )或者c (t )、s(t )的特性确定 反之也成立
重要结论之二： 一个均值为零，方差为σ2ξ的窄带高斯过程ξ (t)， 其包络a ξ(t)的一维分布是瑞利分布；
设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为：
H ( w) K
北工大信息论第四章 信道及信道容量
数学模型：{X , p( yn | xn ),Y}
如果有 p(yn j | xn i) p(ym j | xm i) ，则信道为平稳
的离散无记忆信道DMC。
二.单符号离散无记忆信道
1.定义:
输入符号X，x取值于A {a1, a2 ,, ar } 输出符号Y，y取值于B {b1, b2 ,, bs} {X , p(bj | ai ),Y}
输出扩展为：00，01，10，11
传递矩阵扩展为： p2 pp pp p2
P2
pp
p2
p2
pp
pp p2 p2 pp
p
2
pp
pp
p
2
请问： I (X N ;Y N ) 与I（X；Y）之间 的关系？
用两个定理回答这个问题
定理1:若信道的输入、输出分别为N长序列X和Y，且信
道是无记忆的，即： N
N
p( h | k ) p(bhi | aki ) i 1
I(X N ;Y N )
XN
YN
p(k h ) log
p(hk ) p(h ) p(k )
例4-4: 求二元无记忆对称信道的二次扩展信
道。
a1 0
1 p p
0 b1
X
p
Y
a2 1
1 p
1 b2
解：
输入扩展为：00，01，10，11
当ω=1/2 时，I (X ห้องสมุดไป่ตู้Y ) 1 H ( p)
1
即取极大值.
H ()
0 0.5 1
当信源固定, 即 ω是一个常数时,可 得到I(X;Y)是信道传递概率p的下凸 函数。
当p=0.5时, I(X;Y)=0, 在接收端未 获得信息量。
第4章_信道
32
4.3 信道的数学模型
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
4.3.2 编码信道模型
由于信道噪声或其它因素的影响，将导致输出数字序列发生 错误，因此输入输出数字序列之间的关系可以用一组 转移概率 来表征。 转移概率：在二进制系统中，就是“0”转移为“1”的 概率和“1”转移为“0”的概率。
8
4.1 无线信道
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
地波
频率在2MHz以下的电磁波，趋于沿弯曲的地球表面传 播，有一定的绕射能力。 地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高损 失越大，因此传播距离不大，一般在数百千米到数千千米。
传播路径 传播路径
发射天线 发射天线
地面 地面
接收天线 接收天线
导体 绝缘层
图4-9 双绞线
21
4.2 有线信道
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
传输电信号的有线信道主要有三类：
明线、对称电缆和同轴电缆。 同轴电缆
由内外两根同心圆柱导体构成，两根导体之间用绝缘体 隔离开。内导体多为实心导线，外导体是一根空心导电管或 金属编织网，在外导体外面有一层绝缘保护层。其优点是抗 干扰特性好。
增大视线传播距离的途径 卫星中继（卫星通信）
利用三颗地球同步卫星可以覆盖全球，从而实现全球通信。
利用卫星作为中继站能够增大一次 转发的距离，但是却增大了发射功 率和信号传输的延迟。 此外，发射卫星也是一项巨大的工 程。 故开始研究使用平流层通信。 图4-5 卫星中继
15
4.1 无线信道
发射天线 发射天线
地面 地面
接收天线 接收天线
图4-4
无线电中继
特点：容量大、发射功率小、稳定可靠等。
《无线通信》课程教学大纲
(4) MIMO与空时处理；(5) 全数字接收机；(6) 通信系统的主要性能指标。
2．重、难点提示(1) 重点是双工、复用、多址；(2) 难点是通信系统的主要性能指标。
第二章通信信号与系统的表征（4学时）1．教学内容(1) 带通信号及系统的复基带表示；(2) 信号空间表示法；(3) 随机信号。
2．重、难点提示(1) 重点是带通信号的复基带表示、线性带通系统的复基带表示；(2) 难点是信号波形的矢量表示、平稳与周期平稳随机过程。
第三章无线传输信道（4学时）1．教学内容(1) 传播模型；(2) 平坦衰落信道；(3) 频率选择性衰落信道；(4) 方向性衰落信道；(5) 衰落信道仿真。
2．重、难点提示(1) 重点是确定线性时变信道的系统函数、随机线性时变信道分类；(2) 难点是双向冲激响应、MIMO信道响应矩阵。
第四章无线信道容量（6学时）1．教学内容(1) 信道模型；(2) 信息度量；(3) 加性高斯噪声信道容量；(4) 平坦衰落信道容量；(5) MIMO信道容量。
2．重、难点提示(1) 重点是离散输入连续输出信道、离散时间AWGN信道；(2) 难点是带限白高斯噪声信道、香农信道容量公式。
第五章数字调制信号及其功率谱密度（4学时）1．教学内容(1) 奈奎斯特脉冲成形；(2) 数字调制信号表示；(3) 调制信号功率谱。
2．重、难点提示(1) 重点是无记忆调制信号、有记忆调制信号；(2) 难点是调制信号复包络的功率谱密度、完全响应CPM信号功率谱。
第六章平坦衰落信道数字传输的接收与性能（4学时）1．教学内容(1) 接收信号的矢量表示；(2) 一般矢量信道中的检测；(3) AWGN信道中相干接收性能；(4) AWGN信道中非相干接收性能；(5) AWGN信道中CPM信号的检测。
九、选用教材和参考书目［1］《现代无线通信原理》（第一版），林基明编，科学出版社，2015年；［2］《大话无线通信》（第一版），丁奇编，人民邮电出版社，2010年；［3］《移动通信技术》（第二版），高健编，机械工业出版社，2012年；［4］《移动通信技术》（第一版），宋拯编，北京理工大学出版社，2012年；［5］《无线通信原理与应用》（第二版），拉帕波特编，电子工业出版社，2012年；［6］《无线移动通信系统》(第四版)(英文版)，Dharma P. Agrawal（D. P. 阿格拉沃尔），[美] Qing-An Zeng（曾庆安）著，谭明新改编，电子工业出版社，2016年;［7］《无线通信原理与应用》（第一版），石明卫编，人民邮电出版社，2014年。
通信原理樊昌信第七版
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~相频特性
2. 无失真传输
H ( )K ejtd
H() K
()td
n 无失真传输（理想恒参信道）特性曲线：
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td ()dd ()td
相频特性
群迟延特性
n 理想恒参信道的冲激响应:
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
20
§4.3 信道数学模型
1. 调制信道模型 n 模型： 叠加有噪声的线性时变/时不变网络：
si (t)
C()
输入
r(t)
+
输出
n 共性：
信道
n(t)
有一对（或多对）输入端和输出端
大多数信道都满足线性叠加原理
对信号有固定或时变的延迟和损耗
无信号输入时，仍可能有输出(噪声)
地球
对流层散射通信
r 流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率: 30 ~ 100 MHz 距离: 1000 km以上 用途: 低速存储、高速突发、断续传输
12
§4.2 有线信道
n 明线 n 对称电缆 n 同轴电缆 n 光纤
本章内容:
第4章 信道
信道分类
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
信道噪声
信道容量
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
MIMO信道的信道容量
Pi 1/ 0 1/ i 0 P
其中 0 为某个门限值。由此得到信道容量为
i 0 i 0 （1-6）
C B log 2 (
i: i 0
i ) 0
对于有一个发送天线和多个接收天线的单入多出系统，或者有多个发送天线 一个接收天线的多入单出系统，也可以定义出收发都有理想信道信息时的容量。 这些信道可以通过多天线获得分集增益和阵列增益，但没有复用增益。当发送端 和接收端都已知信道信息时， 其容量等于信号在发送端或接收端进行最大比合并 后得到的 SISO 信道的容量为
1 引言
信道容量的计算是研究噪声信道的主要关注点之一。信道容量的定义是以任 意小的差错率传输信息的最大速率，它建立了可靠通信的基本极限。因此，信道 容量广泛应用于衡量通信系统的性能。本文的主要目标是研究与 MIMO 无线信 道有关的信道容量。 MIMO 信道的香农容量是能够以任意小的差错率传输的最大数据率。中断容 量则定义为能使中断率不超过某个数值的最大数据率。 信道容量的大小和收发两 端是否已知信道增益矩阵或其分布有关。 下文先给出不同信道信息假设下静态信 道的容量，它是其后讨论的衰落信道容量的基础。
MIMO 信道的信道容量
摘要
由于 MIMO 可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损（transmit power expenditure）的情况下大幅地增加系统的资料吞吐量（throughput）及传送距离， 使得此技术于近几年受到许多瞩目。MIMO 的核心概念为利用多根发射天线与 多根接收天线所提供之空间自由度来有效提升无线通信系统之频谱效率， 以提升 传输速率并改善通信品质。研究 MIMO 信道的容量是对 MIMO 进行深入分析的 基础，本文分析了 MIMO 信道的容量计算方法，分别介绍了在静态信道中的注 水法、平均功率分配法信道容量，以及衰落信道中遍历容量和中断容量。 关键词：MIMO，信道容量，注水法，平均功率分配，遍历容量，中断容量