信道特性对信号传输的影响

信道特性对信号传输的影响
一、恒参信道及其对所传信号的影响 二、随参信道及其对所传信号的影响
一、恒参信道及其对所传信号的影响
本节知识要点： 信号不失真传输的条件 幅度—频率失真 相位—频率失真 减小失真的措施 非线性失真 频率偏移 相位抖动
由于恒参信道对信号传输的影响是固定 不变的或者是变化极为缓慢的，因而可 以等效为一个非时变的线性网络。
它对信号的主要影响可用幅度-频率失 真和相位-频率失真（群迟延-频率特性） 来 衡量。
下面我们以典型的恒参信道――有线电 话的音频信道和载波信道为例，来分析 恒参信道等效网络的幅度-频率特性和 相位-频率特性，以及它们对信号传输 的 影响。
1、幅度－频率失真
所谓幅度-频率失真，是指信道的幅度频率特性偏离图（a）所示关系所引起 的畸变。这种畸变又称为频率失真。
频率偏移通常是由于载波电话系统中接收 端解调载波与发送端调制载波之间的频率 有偏差（例如，解调载波可能没有锁定在 调制载波上），而造成信道传输的信号之 每一分量可能产生的频率变化；
相位抖动也是由调制和解调载波发生器的 不稳定性造成的，这种抖动的结果相当于 发送信号附加上一个小指数的调频。
以上的非线性失真一旦产生，一般均难以 排除。
图示出的是一个典型 的电话信道的群 迟延-频率特性。不难看出，当非单一 频率的信号通过该电话信道时，信号频 谱中的不同频率分量将有不同的迟延， 即它们到达的时间先后不一，从 而引 起信号的失真。
群（ 延 迟）
ms
频率(kHz)
(b) 群延迟～频率特性
相频失真对模拟话音通道影响并不显著， 这是因为人耳对相频失真不太灵敏；但 对数字信号传输却不然，尤其当传输速 率比较高时，相频失真将会引起严重的 码间串 扰，给通信带来很大损害。
这一补偿措施通常称之为“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。
相位-频率失真（群迟延失真）如同幅 频失真一样，也是一种线性失真。
因此，也可采取相位均衡技术补偿群迟 延失真。即为了减小相移失真，在调制 信道内采取相位均衡措施，使得信道的 相频特性尽量接近图 (b)所示线性。
或者严格限制已调信号的频谱，使它保 持在信道的线性相移范围内传输。
恒参信道幅度-频率特性及相位-频率特 性的不理想是损害信号传输的重要因素。
此外，也还存在其它一些因素使信道的 输出与输入产生差异（亦可称为失真）， 例如非线性失真、频率偏移及相位抖动 等。
非线性失真主要由信道中的元器件（如 磁芯，电子器件等）的非线性特性引起， 造成谐波失真或产生寄生频率等；
网络的相位-频率特性还经常采用群迟
延-频率特性 ()来衡量。
所谓群迟延-频率特性就是相位-频率特
性对频率的导数，即 () d()
d
可以看出，上述相位-频
率理想条件，等同于要
求群迟延-频率特性 应是
一条水平直线，如图(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)
所示。
一般情况下，恒参信道并不是理想网络， 其参数随时间不变化或变化特别缓慢。
此时若要传输数字信号，还会引起相邻 数字信号波形之间在时间上的相互重叠， 即造成码间串扰（码元之间相互串扰）。
相位－频率失真（群迟延失真）
所谓相位-频率失真，是指信道的相位频率特性或群迟延-频率特性偏离 (b)、 (c)所示关系而引起的失真。
电话信道的相位-频率失真主要来源于 信道中的各种滤波器及可能有的加感线 圈，尤其在信道频带的边缘，相频失真 就更严重。
虽然，随参信道中包含着除媒质外的其 它转换 器，自然也应该把它们的特性 算作随参信道特性的组成部分。
但是，从对信号传输影响来看，传输媒 质的影响是主要的，而转换器特性的影 响是次要的，甚至可以忽 略不计。因 此，本节仅讨论随参信道的传输媒质所 具有的一般特性以及它对信号传输的影 响。
属于随参的传输媒质主要以电离层反射、 对流层散射等为代表，信号在这些媒质 中传输的示意图如图8所示。
从理论上讲，只要得到这个网络的传输 特性，则利用信号通过线性系统的分析 方法，就可求得已调信号通过恒参信道 后的变化规律。
1、信号不失真传输条件
对于信号传输而言，我们追求的是 信号通过信道时不产生失真或者失 真小到不易察觉的程度。
由《信号与系统》课程可知，网络
的传输特性 H ()通常可用幅度-频
在通常的有线电话信道中可能存在各 种滤波器，尤其是带通滤波器，还可能 存在混合线圈、串联电容器和分路电感 等，因此电话信道的幅度-频率特性总 是不理想的。
如图示出了典型音频电话信道的总衰耗 -频率特性。
(a) 插入损耗～频率特性
十分明显，有线电话信道的此种不均匀 衰耗必然使传输信号的幅度-频率发生 失真，引起信号波形的失真。
这就需要在进行系统设计时从技术上加以 重视。
二、随参信道及其对所传信号 的影响
本节知识要点： 多径传播 多径衰落 频率弥散 选择性衰落 相关带宽 分集接收：空间分集，频率分集，角度分集，
极化分集
随参信道的特性比恒参信道要复杂得多， 对信号的影响也要严重得多。
其根本原因在于它包含一个复杂的传输 媒质。
所以，在模拟通信系统内往往只注意幅 度失真和非线性失真，而将相移失真放 在忽略的地位。但是，在数字通信系统 内一定要重视相移失 真对信号传输可 能带来的影响。
减小失真的措施
为了减小幅度-频率失真，在设计总的 电话信道传输特性时，一般都要求把幅 度-频率失真控制在一个允许的范围内。
这就要求改善电话信道中的滤波性能， 或者再通过一个线性补偿网络，使衰耗 特性曲线变得平坦，接近于图(a)。
率特性 H() 和相位-频率特性 ()
来表征
H () H () e j()
要使任意一个信号通过线性网络不产 生波形失真，网络的传输特性应该具 备以下两个理想条件：
（1）网络的幅度－频率特性 H () 是 一个不随频率变化的常数，如图（a） 所示；
（2）网络的相位－频率特性 ()应
与频率成直线关系，如图（b）所示。 其中t0为传输时延常数。
图8（a）为电离层反射传输示意图，图 8（b）为对流层散射传输示意图。