第三章 信道與干擾

1、第三章：信道與干擾 1 本章介紹：本章介紹： 概述概述 恒參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺兰捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊?變參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊懽儏⑿诺兰捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊?變參信道特性的改善（分集接收）變參信道特性的改善（分集接收） 信道中的噪聲信道中的噪聲 信道容量信道容量 第三章第三章 信道與干擾信道與干擾 第三章：信道與干擾 2 通信系統(tǒng)模型：通信系統(tǒng)模型： 3.1 概概 述述 “信道信道”是信號傳遞過程中必不可少的組成部分，而信號在是信號傳遞過程中必不可少的組成部分，而信號在 信道中傳輸又不可避免的會受到各種各樣的干擾。信道中傳輸又不可避免的會受到各種各樣的干擾。 第三章：信道與干擾

2、3 3.1 概述 概述 1 1） 為了更好地傳輸信號，有效地抵制來為了更好地傳輸信號，有效地抵制來 自信道的干擾，克服或減小信道對信號傳自信道的干擾，克服或減小信道對信號傳 輸?shù)挠绊憽］數(shù)挠绊憽?2 2） 了解了各種信道對信號傳輸?shù)挠绊?，了解了各種信道對信號傳輸?shù)挠绊懀?才能針對具體信道及干擾選擇合適的傳輸才能針對具體信道及干擾選擇合適的傳輸 方式，以保證通信質(zhì)量。方式，以保證通信質(zhì)量。 研究研究“信道與干擾信道與干擾”的意義的意義 第三章：信道與干擾 4 3.1 概述 概述 所謂所謂“信道信道”就是信號傳輸?shù)耐ǖ?。就是信號傳輸?shù)耐ǖ馈?狹義信道：狹義信道：僅指傳輸信號的物理媒質(zhì)。僅指傳輸信號

3、的物理媒質(zhì)。 廣義信道：廣義信道：它是狹義信道的擴(kuò)展。它不它是狹義信道的擴(kuò)展。它不 僅包括傳輸信號的物理媒質(zhì)，而且還包括僅包括傳輸信號的物理媒質(zhì)，而且還包括 一部分電子設(shè)備。因此，廣義信道從某種一部分電子設(shè)備。因此，廣義信道從某種 意義上說是一種意義上說是一種傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)。 一、信道的定義一、信道的定義 第三章：信道與干擾 5 狹義信道 傳輸信號的物理媒質(zhì)有多種，常用的有：傳輸信號的物理媒質(zhì)有多種，常用的有： 有線信道：架空明線、電纜（同軸電纜、平有線信道：架空明線、電纜（同軸電纜、平 衡電纜）光纖、等等衡電纜）光纖、等等 無線信道：中長波地表面?zhèn)鞑?、超短波及微無線信道：中長波地表面?zhèn)鞑?/p>

4、、超短波及微 波視距傳播，毫米波波導(dǎo)傳播、短波電離層波視距傳播，毫米波波導(dǎo)傳播、短波電離層 反射、超短波流星余跡散射、超短波及微波反射、超短波流星余跡散射、超短波及微波 對流層散射、超短波電離層散射、超短波視對流層散射、超短波電離層散射、超短波視 距繞射等等。距繞射等等。 第三章：信道與干擾 6 廣義信道 調(diào)制信道調(diào)制信道 編碼信道編碼信道 第三章：信道與干擾 7 需要指出的是，廣義信道中的主要需要指出的是，廣義信道中的主要 部分仍然是傳輸媒質(zhì)。部分仍然是傳輸媒質(zhì)。 實(shí)踐證明，通信效果的好壞，在很實(shí)踐證明，通信效果的好壞，在很 大程度上將取決于狹義信道的特性。大程度上將取決于狹義信道的特性。

5、第三章：信道與干擾 8 1 1）它們都有一對或多對輸入端和輸出端；）它們都有一對或多對輸入端和輸出端； 2 2）大多數(shù)信道是）大多數(shù)信道是線性線性的，滿足疊加原理；的，滿足疊加原理； 3 3）信號通過信道需要一定的）信號通過信道需要一定的延遲延遲時(shí)間，而且時(shí)間，而且 還有還有損耗損耗； 4 4）即使沒有信號輸入，在信號的輸出端仍有）即使沒有信號輸入，在信號的輸出端仍有 一定的功率輸出（即一定的功率輸出（即噪聲噪聲功率輸出）。功率輸出）。 調(diào)制信道共性：調(diào)制信道共性： 二、信道模型二、信道模型 第三章：信道與干擾 9 因此調(diào)制信道可因此調(diào)制信道可等效為一個(gè)二對端或多對端的線等效為一個(gè)二對端或多對

6、端的線 性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)。性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)。 而多數(shù)調(diào)制信道是等效成二對端線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)。而多數(shù)調(diào)制信道是等效成二對端線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)。 調(diào)制信道 線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò) 二對端二對端 Si（t） K（ ,t) 多對端多對端 線性時(shí)線性時(shí) 變網(wǎng)絡(luò)變網(wǎng)絡(luò) K（ ,t) 多對端多對端 Son（t）Sin（t） So1（t）Si1（t） Si2（t）So2（t） 第三章：信道與干擾 10 線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為K(,t)K(,t)，它是，它是頻率頻率和和時(shí)間時(shí)間的函數(shù)。的函數(shù)。 當(dāng)已調(diào)制后的信號當(dāng)已調(diào)制后的信號S Si i（）時(shí)，通過信道傳輸輸出的信號為）時(shí)，通過信道傳輸輸出的信號為 S

7、So o()()，其頻域特性為，其頻域特性為S So o（，t t）即）即 ntKStS io , 調(diào)制信道 其中，傳遞函數(shù)其中，傳遞函數(shù)K K（，t t）是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，它由信道）是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，它由信道 特性所決定，特性所決定，一般不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件一般不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件。 n()n()為為加性加性噪聲的頻譜特性。噪聲的頻譜特性。 因此，輸入信號的頻譜與因此，輸入信號的頻譜與K K（，t t）相乘，會使通過調(diào)制）相乘，會使通過調(diào)制 后的已調(diào)信號產(chǎn)生各種畸變，稱為后的已調(diào)信號產(chǎn)生各種畸變，稱為乘性干擾乘性干擾。 第三章：信道與干擾 11 從上面的式子中可以看出，調(diào)制信道從上面的式子中

8、可以看出，調(diào)制信道 對信號的影響可以歸結(jié)為兩個(gè)方面：對信號的影響可以歸結(jié)為兩個(gè)方面： 1 1）由于）由于K K（，t t）對信號產(chǎn)生的）對信號產(chǎn)生的乘性干擾乘性干擾； 2 2）由于）由于n n（t t）的存在對信號造成的）的存在對信號造成的加性干擾加性干擾， 其中的其中的n n（t t）主要是指高斯白噪聲（信道的熱噪）主要是指高斯白噪聲（信道的熱噪 聲）和脈沖噪聲（突發(fā)沖擊性干擾）。聲）和脈沖噪聲（突發(fā)沖擊性干擾）。 調(diào)制信道對信號的影響調(diào)制信道對信號的影響 第三章：信道與干擾 12 不同的信道不同的信道 K K（，t t）和）和n n（t t）的）的 具體形式是不同的具體形式是不同的 但只要

9、了解了但只要了解了K K（，t t） 和和n n（t t）的具體特性）的具體特性 信道對信號的信道對信號的 影響就清楚了影響就清楚了 對于對于n n（t t）的分析，對各信道來說差異不大）的分析，對各信道來說差異不大 K K（、t t）較）較 復(fù)雜，差異大復(fù)雜，差異大 不隨時(shí)間而變或變化緩慢不隨時(shí)間而變或變化緩慢 有的隨時(shí)間變化得很快有的隨時(shí)間變化得很快 調(diào)制信道對信號的影響調(diào)制信道對信號的影響 第三章：信道與干擾 13 按按K(,t)K(,t)隨時(shí)間變化的快慢隨時(shí)間變化的快慢不同不同, ,可把調(diào)制信可把調(diào)制信 道分為兩類：道分為兩類： 恒參信道恒參信道變參信道變參信道 K K（，t t）不隨

10、時(shí)）不隨時(shí) 間變化（或變化很慢），間變化（或變化很慢）， 所以所以K K（，t t） K K （），這時(shí)的信道模），這時(shí)的信道模 型可等效為型可等效為線性時(shí)不變線性時(shí)不變 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 信道參量隨時(shí)間作隨信道參量隨時(shí)間作隨 機(jī)快變化，信道模型機(jī)快變化，信道模型 為為線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò) 調(diào)制信道的分類調(diào)制信道的分類 第三章：信道與干擾 14 因?yàn)榫幋a信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，所以通常用因?yàn)榫幋a信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，所以通常用 數(shù)字信號的轉(zhuǎn)移概率數(shù)字信號的轉(zhuǎn)移概率來描述。一個(gè)簡單的編碼信來描述。一個(gè)簡單的編碼信 道的模型為下圖所示：道的模型為下圖所示： 編碼信道編碼信道 P（0/0） P（1/1）

11、P（1/0） P（0/1） 0 1 0 1 0 1 2 3 0 1 2 3 第三章：信道與干擾 15 若解調(diào)器每個(gè)輸出數(shù)字碼元的差錯(cuò)是相互獨(dú)立若解調(diào)器每個(gè)輸出數(shù)字碼元的差錯(cuò)是相互獨(dú)立 的，即前面的數(shù)字碼元差錯(cuò)對后面無影響，這種的，即前面的數(shù)字碼元差錯(cuò)對后面無影響，這種 信道稱為信道稱為“無記憶信道無記憶信道”。 信道轉(zhuǎn)移信道轉(zhuǎn)移 概率概率 P P（0/00/0），）， P P（0/10/1），）， P P（1/01/0），）， P P（1/11/1），）， P P（0/00/0）表示發(fā)端發(fā)）表示發(fā)端發(fā)“0 0”碼，碼， 收端判收端判“0 0”碼的概率碼的概率 P P（1/01/0）表示發(fā)端發(fā)）

12、表示發(fā)端發(fā)“0 0” 碼，收端判碼，收端判“1 1”碼的概率碼的概率 編碼信道編碼信道 第三章：信道與干擾 16 正確轉(zhuǎn)移概率：正確轉(zhuǎn)移概率：P P（0/00/0）和）和P P（1/11/1） 錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率：錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率：P P（0/10/1）和）和P P（1/01/0） 關(guān)系：關(guān)系： P P（0/10/1）1 1 P P（1/11/1） P P（1/01/0）1 1 P P（0/00/0） 轉(zhuǎn)移概率完全由編碼信道的特性決定，一轉(zhuǎn)移概率完全由編碼信道的特性決定，一 個(gè)特定的編碼信道就相應(yīng)有確定的轉(zhuǎn)移概率關(guān)個(gè)特定的編碼信道就相應(yīng)有確定的轉(zhuǎn)移概率關(guān) 系。系。 編碼信道的轉(zhuǎn)移概率編碼信道的轉(zhuǎn)移概率

13、第三章：信道與干擾 17 幾點(diǎn)補(bǔ)充：幾點(diǎn)補(bǔ)充： 由無記憶二進(jìn)制編碼信道模型很容易推廣到由無記憶二進(jìn)制編碼信道模型很容易推廣到 無記憶的任意多進(jìn)制的情形中去。無記憶的任意多進(jìn)制的情形中去。 如果編碼信道中信碼發(fā)生差錯(cuò)的事件不是如果編碼信道中信碼發(fā)生差錯(cuò)的事件不是 獨(dú)立事件，即前面碼元差錯(cuò)會影響后面的碼獨(dú)立事件，即前面碼元差錯(cuò)會影響后面的碼 元差錯(cuò)時(shí)，則此種編碼信道為元差錯(cuò)時(shí)，則此種編碼信道為“有記憶信有記憶信 道道”。有記憶信道的模型分析較為復(fù)雜，在。有記憶信道的模型分析較為復(fù)雜，在 此不作討論。此不作討論。 編碼信道編碼信道 第三章：信道與干擾 18 由于信道特性基本上不隨時(shí)間而變，故信道模型

14、由于信道特性基本上不隨時(shí)間而變，故信道模型 可等效成可等效成線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)，其傳輸函數(shù)為，其傳輸函數(shù)為K K（） 僅僅與頻率有關(guān)而與時(shí)間無關(guān)與頻率有關(guān)而與時(shí)間無關(guān)。 概述：概述： 恒參信道是信道特性不隨時(shí)間而變或變化很慢恒參信道是信道特性不隨時(shí)間而變或變化很慢 的信道。的信道。 通常若在數(shù)字信號中幾個(gè)最長字符時(shí)間內(nèi)，信通常若在數(shù)字信號中幾個(gè)最長字符時(shí)間內(nèi)，信 道特性基本不變即可認(rèn)為此信道為恒參信道。道特性基本不變即可認(rèn)為此信道為恒參信道。 其傳輸特性可用其傳輸特性可用幅頻特性幅頻特性和和相頻特性相頻特性來表征來表征 3.2恒參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺兰捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊?

15、第三章：信道與干擾 19 3.2.1 恒參信道舉例 恒參信道是由架空明線、電纜、中長波地恒參信道是由架空明線、電纜、中長波地 波傳播，超短波及微波視距傳播，人造為波傳播，超短波及微波視距傳播，人造為 心衛(wèi)星中繼，光導(dǎo)纖維以及光波視距傳播心衛(wèi)星中繼，光導(dǎo)纖維以及光波視距傳播 等傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信道等傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信道 一、一、有線電信道有線電信道 通常指雙絞線、同軸電纜、架空明線、多通常指雙絞線、同軸電纜、架空明線、多 芯電纜和光纖。芯電纜和光纖。 第三章：信道與干擾 20 雙絞線 雙絞線雙絞線又稱為雙扭線，它是由若干對且每又稱為雙扭線，它是由若干對且每 對有兩條相互絕緣的銅導(dǎo)線按一定規(guī)則絞對有兩

16、條相互絕緣的銅導(dǎo)線按一定規(guī)則絞 合而成。合而成。 采用這種采用這種絞合結(jié)構(gòu)是為了減少對鄰近線對絞合結(jié)構(gòu)是為了減少對鄰近線對 的電磁干擾的電磁干擾。 為了進(jìn)一步提高雙絞線的為了進(jìn)一步提高雙絞線的抗電磁干擾能力抗電磁干擾能力， 還可以在雙絞線的外層再加上一個(gè)用金屬還可以在雙絞線的外層再加上一個(gè)用金屬 絲編織而成的絲編織而成的屏蔽。屏蔽。 第三章：信道與干擾 21 屏蔽箔 屏蔽雙絞線 非屏蔽雙絞線 雙絞線示意圖雙絞線示意圖 雙絞線 第三章：信道與干擾 22 同軸電纜 同軸電纜同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)線銅質(zhì)芯線由內(nèi)導(dǎo)線銅質(zhì)芯線(單股實(shí)心線或多股絞合單股實(shí)心線或多股絞合 線線)、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及

17、保護(hù)塑、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護(hù)塑 料外層所組成料外層所組成(如圖所示如圖所示)。 鋁制編織導(dǎo)體(屏蔽) 內(nèi)部絕緣體 內(nèi)部導(dǎo)體 外部絕緣體 (a) 一段同軸電纜(b) 一段與連接器相連的同軸電纜 同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖 第三章：信道與干擾 23 同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)使其具有同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)使其具有高帶寬高帶寬和和較較 好的抗干擾特性好的抗干擾特性，并且，并且可在共享通信線路可在共享通信線路 上支持更多的點(diǎn)上支持更多的點(diǎn)。 按特性阻抗數(shù)值的不同，同軸電纜又分為按特性阻抗數(shù)值的不同，同軸電纜又分為 兩種，兩種， 一種是一種是50的的基帶同軸電纜基帶同軸電纜 另一種是另一

18、種是75的的寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜。 同軸電纜 第三章：信道與干擾 24 架空明線架空明線，即在電線桿上架設(shè)的互相平行，即在電線桿上架設(shè)的互相平行 而絕緣的裸線，它是一種在而絕緣的裸線，它是一種在20世紀(jì)初就已世紀(jì)初就已 經(jīng)大量使用的通信介質(zhì)。經(jīng)大量使用的通信介質(zhì)。 架空明線安裝簡單，傳輸損耗比電纜低，架空明線安裝簡單，傳輸損耗比電纜低， 但但通信質(zhì)量差，受氣候環(huán)境等影響較大并通信質(zhì)量差，受氣候環(huán)境等影響較大并 且對外界噪聲干擾比較敏感且對外界噪聲干擾比較敏感，因此，在發(fā)，因此，在發(fā) 達(dá)國家中早已被淘汰，在許多發(fā)展中國家達(dá)國家中早已被淘汰，在許多發(fā)展中國家 中也已基本停止了架設(shè)，但目前在我國

19、一中也已基本停止了架設(shè)，但目前在我國一 些農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)或受條件限制的地方仍些農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)或受條件限制的地方仍 有不少架空明線在工作著。有不少架空明線在工作著。 架空明線 第三章：信道與干擾 25 優(yōu)缺點(diǎn) 明線（即平行絕緣線）明線（即平行絕緣線） 優(yōu)點(diǎn)：傳輸損耗低優(yōu)點(diǎn)：傳輸損耗低 缺點(diǎn)：噪聲干擾敏感缺點(diǎn)：噪聲干擾敏感 對稱電纜（擰成扭絞狀的電纜）對稱電纜（擰成扭絞狀的電纜） 優(yōu)點(diǎn)：較穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)：較穩(wěn)定 缺點(diǎn)：損耗較大缺點(diǎn)：損耗較大 同軸電纜同軸電纜 優(yōu)點(diǎn)：外導(dǎo)體接地、屏蔽干擾優(yōu)點(diǎn)：外導(dǎo)體接地、屏蔽干擾 LAN用基帶：用基帶：50、93 CATV：75 第三章：信道與干擾 26 光纖 光纖光纖(

20、OpticalFiber) 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維(簡稱光纖簡稱光纖)是光纖通信系統(tǒng)的傳是光纖通信系統(tǒng)的傳 輸介質(zhì)。輸介質(zhì)。 由于可見光的頻率非常高，約為由于可見光的頻率非常高，約為108MHz 的量級，因此，一個(gè)光纖通信系統(tǒng)的傳的量級，因此，一個(gè)光纖通信系統(tǒng)的傳 輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它各種傳輸介質(zhì)的帶輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它各種傳輸介質(zhì)的帶 寬，是目前最有發(fā)展前途的有線傳輸介寬，是目前最有發(fā)展前途的有線傳輸介 質(zhì)。質(zhì)。 第三章：信道與干擾 27 光纖 光纖呈圓柱形，由光纖呈圓柱形，由芯、封套和外套芯、封套和外套三部分組成三部分組成(如圖所示如圖所示)。 芯芯是光纖最中心的部分，它由一條或多條非常細(xì)的是光纖最

21、中心的部分，它由一條或多條非常細(xì)的玻璃玻璃或或塑塑 料纖維線料纖維線構(gòu)成。構(gòu)成。 每根纖維線都有它自己的每根纖維線都有它自己的封套封套。由于這一。由于這一玻璃或塑料封套涂玻璃或塑料封套涂 層層的折射率比芯線低，因此可使光波保持在芯線內(nèi)。的折射率比芯線低，因此可使光波保持在芯線內(nèi)。 環(huán)繞一束或多束有封套纖維的環(huán)繞一束或多束有封套纖維的外套外套由若干由若干塑料或其它材料塑料或其它材料層層 構(gòu)成，以防止外部的潮濕氣體侵入，并可防止磨損或擠壓等構(gòu)成，以防止外部的潮濕氣體侵入，并可防止磨損或擠壓等 傷害。傷害。 外套 絕緣 包層 纖維芯 第三章：信道與干擾 28 光纖通信系統(tǒng)組成 基帶電信號基帶電信號

22、（原始電信號）（原始電信號） 基帶電信號基帶電信號 （原始電信號）（原始電信號） 基帶處理基帶處理 光源光源光調(diào)制器光調(diào)制器 光纖線路光纖線路光檢測器光檢測器 基帶處理基帶處理 產(chǎn)生載波光產(chǎn)生載波光 解調(diào)電解調(diào)電 信號信號 第三章：信道與干擾 29 根據(jù)根據(jù)光纖傳輸數(shù)據(jù)模式光纖傳輸數(shù)據(jù)模式的不同，它可分為多的不同，它可分為多 模光纖和單模光纖兩種。模光纖和單模光纖兩種。 多模光纖多模光纖意指光在光纖中可能有多條不同角意指光在光纖中可能有多條不同角 度入射的光線在一條光纖中同時(shí)傳播度入射的光線在一條光纖中同時(shí)傳播,如圖如圖 (a) 所示。這種光纖所含纖芯的直徑較粗。所示。這種光纖所含纖芯的直徑較

23、粗。 單模光纖單模光纖意指光在光纖中的傳播沒有反射，意指光在光纖中的傳播沒有反射， 而沿直線傳播而沿直線傳播,如圖如圖 (b)所示。這種光纖的直徑所示。這種光纖的直徑 非常細(xì)，就像一根波導(dǎo)那樣，可使光線一直非常細(xì)，就像一根波導(dǎo)那樣，可使光線一直 向前傳播。這兩種光纖的性能比較見表。向前傳播。這兩種光纖的性能比較見表。 多模光纖和單模光纖 第三章：信道與干擾 30 吸收護(hù)套 纖芯 包層 (a) 多模 (b) 單模 兩種光纖傳輸示意圖兩種光纖傳輸示意圖 多模光纖和單模光纖 第三章：信道與干擾 31 單模光纖與多模光纖的比較單模光纖與多模光纖的比較 多模光纖和單模光纖 第三章：信道與干擾 32 光纖

24、光纖不易受電磁干擾和噪聲影響不易受電磁干擾和噪聲影響，可進(jìn)，可進(jìn) 行遠(yuǎn)距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，而且具行遠(yuǎn)距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，而且具 有很好的保密性能。有很好的保密性能。 但是，光纖的銜接、分岔比較困難，一但是，光纖的銜接、分岔比較困難，一 般只適應(yīng)于點(diǎn)到點(diǎn)或環(huán)形連接。般只適應(yīng)于點(diǎn)到點(diǎn)或環(huán)形連接。 FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口光纖分布數(shù)據(jù)接口)就是一種采用就是一種采用 光纖作為傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)光纖作為傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 光纖 第三章：信道與干擾 33 無線電視距中繼 二、二、無線電視距中繼無線電視距中繼 工作頻率在超短波和微波波段時(shí)電磁波基工作頻率在超短波和微波波段時(shí)電磁波基 本上沿視線

25、傳播。本上沿視線傳播。 通信距離依靠中繼方式延伸的無線電線路。通信距離依靠中繼方式延伸的無線電線路。 相鄰中繼站間距離：相鄰中繼站間距離：4050Km 第三章：信道與干擾 34 無線電中繼信道的構(gòu)成無線電中繼信道的構(gòu)成 無線電視距中繼 第三章：信道與干擾 35 衛(wèi)星中繼信道 三、三、衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道 是無線電中繼的一種特殊形式是無線電中繼的一種特殊形式 由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下構(gòu)成行線路由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下構(gòu)成行線路 第三章：信道與干擾 36 1 1）噪聲）噪聲 2 2）線性畸變）線性畸變 3 3）其它影響）其它影響 3.2.2 數(shù)字信號在恒參信道中數(shù)字信號在恒參信

26、道中 傳輸受到的主要影響傳輸受到的主要影響 由于恒參信道特性基本上不隨時(shí)間而變，由于恒參信道特性基本上不隨時(shí)間而變， 故信道模型可等效成線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)，其傳輸故信道模型可等效成線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)，其傳輸 函數(shù)為函數(shù)為K K（）僅與頻率有關(guān)而與時(shí)間無關(guān)。）僅與頻率有關(guān)而與時(shí)間無關(guān)。 第三章：信道與干擾 37 噪聲影響 恒參信道由于傳輸函數(shù)恒參信道由于傳輸函數(shù)K K（）不隨時(shí)間而變，）不隨時(shí)間而變， 所以噪聲干擾主要是所以噪聲干擾主要是加性噪聲加性噪聲n n（t t） 描描 述述 高斯噪聲高斯噪聲 為背景噪聲，是不可避免的，主要來源是為背景噪聲，是不可避免的，主要來源是 傳輸媒質(zhì)的熱噪聲，設(shè)備中的熱噪

27、聲和散傳輸媒質(zhì)的熱噪聲，設(shè)備中的熱噪聲和散 彈噪聲以及由接收天線收到的輻射等。彈噪聲以及由接收天線收到的輻射等。 脈沖噪聲脈沖噪聲 它的來源有人為和天然兩種。大部分脈沖它的來源有人為和天然兩種。大部分脈沖 噪聲是因電氣切換和通信設(shè)備開關(guān)的瞬態(tài)噪聲是因電氣切換和通信設(shè)備開關(guān)的瞬態(tài) 引起的。天然的雷電也會引入脈沖噪聲。引起的。天然的雷電也會引入脈沖噪聲。 第三章：信道與干擾 38 噪聲的克服 措施：措施： 以上噪聲無法消除，只能設(shè)法減輕以上噪聲無法消除，只能設(shè)法減輕 它的影響。例如，用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào)它的影響。例如，用抗干擾能力強(qiáng)的調(diào) 制方法及最佳接收等。制方法及最佳接收等。 第三章：信道與干擾

28、39 線性畸變 線性畸變是由于網(wǎng)絡(luò)特性不理想所造成的畸變，線性畸變是由于網(wǎng)絡(luò)特性不理想所造成的畸變， 主要是因?yàn)橹饕且驗(yàn)榫W(wǎng)絡(luò)幅頻特性和相頻特性不理想網(wǎng)絡(luò)幅頻特性和相頻特性不理想造成的，造成的， 線性畸變與非線性畸變的區(qū)別是線性畸變與非線性畸變的區(qū)別是線性畸變不會產(chǎn)生線性畸變不會產(chǎn)生 新的頻率成分新的頻率成分。 幅幅 度度頻率畸變頻率畸變 相相 位位頻率畸變和群延時(shí)畸變頻率畸變和群延時(shí)畸變 第三章：信道與干擾 40 幅頻畸變 幅度幅度頻率畸變即幅頻畸變頻率畸變即幅頻畸變 它是由于信道幅頻特性不理想造成的。理想的信道它是由于信道幅頻特性不理想造成的。理想的信道 幅頻特性在通帶內(nèi)應(yīng)是平的，這樣幅頻

29、特性在通帶內(nèi)應(yīng)是平的，這樣信號的各個(gè)頻率分信號的各個(gè)頻率分 量幅度比例不會因通過信道傳輸而發(fā)生變化量幅度比例不會因通過信道傳輸而發(fā)生變化，所以沒，所以沒 有幅頻畸變。有幅頻畸變。 理想信道的幅頻特性如下圖所示：理想信道的幅頻特性如下圖所示： 第三章：信道與干擾 41 實(shí)際信道的幅頻特性 實(shí)際中的信道不可能有這樣理想的幅頻特性。下圖示出了典實(shí)際中的信道不可能有這樣理想的幅頻特性。下圖示出了典 型音頻電話信道的總衰耗頻率特性：圖中型音頻電話信道的總衰耗頻率特性：圖中300Hz300Hz以下每頻程以下每頻程 升高升高151525dB25dB， 300300 1100Hz1100Hz較平坦，較平坦，

30、11001100 2900Hz2900Hz衰耗特性衰耗特性 線性上升，線性上升，2900Hz2900Hz以上每頻程升高以上每頻程升高808090dB90dB。 第三章：信道與干擾 42 一般數(shù)字信號是矩形波或升余弦波，它們都有豐富的頻率成一般數(shù)字信號是矩形波或升余弦波，它們都有豐富的頻率成 分，如果我們利用幅頻特性不均勻的信道來傳輸數(shù)字信號，分，如果我們利用幅頻特性不均勻的信道來傳輸數(shù)字信號， 顯然顯然由于信道幅頻特性不理想，將使各頻率成分受到不同的由于信道幅頻特性不理想，將使各頻率成分受到不同的 衰耗，從而使波形發(fā)生畸變衰耗，從而使波形發(fā)生畸變。 由圖可見，由于不同諧波衰耗不同，因此，合成的

31、波形就出現(xiàn)了失真。由圖可見，由于不同諧波衰耗不同，因此，合成的波形就出現(xiàn)了失真。 第三章：信道與干擾 43 克服幅頻畸變的措施 措施：措施： 幅度幅度頻率畸變可采用頻率畸變可采用均衡均衡的方的方 法加以克服。即對信道的幅度法加以克服。即對信道的幅度頻率頻率 特性進(jìn)行補(bǔ)償，使特性進(jìn)行補(bǔ)償，使特性曲線變得平坦、特性曲線變得平坦、 理想即可理想即可。 第三章：信道與干擾 44 相頻畸變 相頻畸變相頻畸變是由于信道相頻特性不理想造成是由于信道相頻特性不理想造成 的。理想的相頻特性如下圖所示：的。理想的相頻特性如下圖所示： 理想的相頻特性是通過原點(diǎn)的斜線，相位理想的相頻特性是通過原點(diǎn)的斜線，相位 與頻率

32、成線性關(guān)系與頻率成線性關(guān)系，即，即 （）=k=k， 第三章：信道與干擾 45 相頻畸變的影響 相頻畸變對模擬話音通信影響并不顯著，因相頻畸變對模擬話音通信影響并不顯著，因 為人耳對相頻畸變不太敏感。但對數(shù)字信號傳輸為人耳對相頻畸變不太敏感。但對數(shù)字信號傳輸 卻不然，尤其當(dāng)傳輸速率高時(shí)，卻不然，尤其當(dāng)傳輸速率高時(shí)，相頻畸變將會引相頻畸變將會引 起嚴(yán)重的碼間串?dāng)_起嚴(yán)重的碼間串?dāng)_，從而對通信帶來很大的損害。，從而對通信帶來很大的損害。 若不是線性關(guān)系就會出現(xiàn)若不是線性關(guān)系就會出現(xiàn)群遲延畸變?nèi)哼t延畸變，群遲延，群遲延 畸變常用群遲延頻率特性畸變常用群遲延頻率特性 來衡量，來衡量，群遲群遲 延頻率特性是

33、相頻特性對頻率的導(dǎo)數(shù)。延頻率特性是相頻特性對頻率的導(dǎo)數(shù)。 第三章：信道與干擾 46 群時(shí)延特性 顯然，若信道的顯然，若信道的 相頻特性是理想的，相頻特性是理想的， （）是）是的線性的線性 函數(shù)，則函數(shù)，則 常常 數(shù)，即數(shù)，即無論什么頻率無論什么頻率 成分它的延遲時(shí)間都成分它的延遲時(shí)間都 是相同的是相同的。 第三章：信道與干擾 47 相頻特性不理想的影響 若信道的相頻特性不是線性函數(shù)，則若信道的相頻特性不是線性函數(shù)，則 便與便與有關(guān)，這樣不同頻率成分將于不同時(shí)有關(guān)，這樣不同頻率成分將于不同時(shí) 間到達(dá)，合成的信號必然會出現(xiàn)失真。間到達(dá)，合成的信號必然會出現(xiàn)失真。 第三章：信道與干擾 48 它由基波

34、和它由基波和3次諧波合成，由于相頻特性不理想，次諧波合成，由于相頻特性不理想， 經(jīng)傳輸后經(jīng)傳輸后基波基波相位變化相位變化 ，而，而3次諧波相位卻變化次諧波相位卻變化 2 2 ，不為線性關(guān)系。，不為線性關(guān)系。該波形不僅失真了，而且有該波形不僅失真了，而且有 拖尾，因此會造成碼間干擾。拖尾，因此會造成碼間干擾。 第三章：信道與干擾 49 一、變參信道（也稱：隨參信道）一、變參信道（也稱：隨參信道） 是是信道特性隨時(shí)間變化信道特性隨時(shí)間變化很快很快的信道的信道， 其變化速率甚至能與波形傳輸速率相比其變化速率甚至能與波形傳輸速率相比 擬，即在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)它的特性就可擬，即在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)它的特性就可

35、 能發(fā)生很大的變化。能發(fā)生很大的變化。 3.3 變參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊懽儏⑿诺兰捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊?第三章：信道與干擾 50 比較典型的這類傳輸媒質(zhì)為電離層反比較典型的這類傳輸媒質(zhì)為電離層反 射和散射，對流層散射及流星余跡散射射和散射，對流層散射及流星余跡散射 等。它們均屬無線信道。等。它們均屬無線信道。 （1 1）對流層散射）對流層散射 （2 2）流星余跡散射）流星余跡散射 （3 3）電離層反射和散射）電離層反射和散射 典型隨參信道 第三章：信道與干擾 51 （1）對流層散射 通常是指無線電電磁波在大氣對流層和平流通常是指無線電電磁波在大氣對流層和平流 層散射傳播。層散射傳播。 對流層

36、：對流層：大氣的最低層，它經(jīng)常存在很多的大大氣的最低層，它經(jīng)常存在很多的大 氣湍流，形成很多的渦流單元，由于大小、尺氣湍流，形成很多的渦流單元，由于大小、尺 寸和溫度濕度的不同，渦流單元的介電系數(shù)不寸和溫度濕度的不同，渦流單元的介電系數(shù)不 同。電波作用于這些不均勻氣團(tuán)時(shí)就要產(chǎn)生折同。電波作用于這些不均勻氣團(tuán)時(shí)就要產(chǎn)生折 射和散射。射和散射。 平流層：平流層：高空大氣層，其散射距離可達(dá)高空大氣層，其散射距離可達(dá) 60060010001000公里。公里。 第三章：信道與干擾 52 （2）流星余跡散射 流星運(yùn)動的速度和動能都比較大，在流星運(yùn)動的速度和動能都比較大，在 和大氣相碰撞時(shí)，足以使部分流星物

37、理電和大氣相碰撞時(shí)，足以使部分流星物理電 離，形成一個(gè)柱形的電離區(qū)（稱為流星余離，形成一個(gè)柱形的電離區(qū)（稱為流星余 跡）。存在的時(shí)間約為跡）。存在的時(shí)間約為1 1秒，利用它可以進(jìn)秒，利用它可以進(jìn) 行散射通信行散射通信。 第三章：信道與干擾 53 （3）電離層反射和散射 電離層主要是由于太陽光中的紫外線照射高空大電離層主要是由于太陽光中的紫外線照射高空大 氣層使之電離而形成的。電離層一般分為氣層使之電離而形成的。電離層一般分為4 4層。層。 D D層：層：只有白天日照時(shí)存在，主要對長波起反射只有白天日照時(shí)存在，主要對長波起反射 作用，對短波和中波則起吸收作用。作用，對短波和中波則起吸收作用。 E

38、 E層：層：白天晚上都存在，由氧原子電離形成，可白天晚上都存在，由氧原子電離形成，可 反射中波和短波。反射中波和短波。 F1 F1 只有白天存在只有白天存在 F2 F2 白天和晚上都存在。白天和晚上都存在。F F層的反射作用，可進(jìn)層的反射作用，可進(jìn) 行短波遠(yuǎn)距離通信。行短波遠(yuǎn)距離通信。 電離層由于電子濃度不均勻，還可用來進(jìn)行電離層由于電子濃度不均勻，還可用來進(jìn)行 散射通信。散射通信。 第三章：信道與干擾 54 變參信道的傳輸媒質(zhì)有三個(gè)變參信道的傳輸媒質(zhì)有三個(gè)共同特點(diǎn)共同特點(diǎn)： 1 1）對信號的損耗隨時(shí)間的變化而變；）對信號的損耗隨時(shí)間的變化而變； 2 2）傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間而變；）傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)

39、間而變； 3 3）多徑傳播）多徑傳播 信號在這些媒質(zhì)中傳輸可示意于下圖：信號在這些媒質(zhì)中傳輸可示意于下圖： 變參信道的共同特點(diǎn) 第三章：信道與干擾 55 多徑傳輸 由于電離層反射，散射及對流層散射，電由于電離層反射，散射及對流層散射，電 波從發(fā)射點(diǎn)出發(fā)可能經(jīng)過多條路徑到達(dá)接收點(diǎn)，波從發(fā)射點(diǎn)出發(fā)可能經(jīng)過多條路徑到達(dá)接收點(diǎn)， 這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象稱“多徑傳輸多徑傳輸”。 第三章：信道與干擾 56 就每條路徑的信號而言，它的衰耗和時(shí)延都就每條路徑的信號而言，它的衰耗和時(shí)延都 是隨信號而變的，也隨電離層和對流層的機(jī)理變是隨信號而變的，也隨電離層和對流層的機(jī)理變 化而變的。化而變的。因此多徑傳播后的接收信

40、號將是衰減因此多徑傳播后的接收信號將是衰減 和時(shí)延隨時(shí)間隨機(jī)變化的各條路徑信號的合成和時(shí)延隨時(shí)間隨機(jī)變化的各條路徑信號的合成 （矢量和）（矢量和）。雖然每條路徑信號的振幅和相位的。雖然每條路徑信號的振幅和相位的 變化可能是緩慢的，但合成信號則可能產(chǎn)生快速、變化可能是緩慢的，但合成信號則可能產(chǎn)生快速、 劇烈、復(fù)雜的變化。劇烈、復(fù)雜的變化。 多徑傳輸 第三章：信道與干擾 57 2 2、頻率選擇性衰落和時(shí)間彌散、頻率選擇性衰落和時(shí)間彌散 1 1、頻率彌散與快衰落、頻率彌散與快衰落 3 3、慢衰落、慢衰落 二、變參信道對信號傳輸?shù)挠绊懚?、變參信道對信號傳輸?shù)挠绊?第三章：信道與干擾 58 我們用變參信

41、道傳送我們用變參信道傳送單頻信號單頻信號來說明頻率彌散快來說明頻率彌散快 衰落現(xiàn)象。衰落現(xiàn)象。 設(shè)發(fā)射波為設(shè)發(fā)射波為AcosAcosc ct t，則經(jīng)過，則經(jīng)過n n條路徑傳播，接收條路徑傳播，接收 信號信號R R（t t）可用下式表示：）可用下式表示： n i ciic n i ii n i ici n i ici tttttt tt ttttR 11 1 1 sinsincoscos cos cos 第第i i條路徑的信號幅度條路徑的信號幅度 第第i i條路徑的信條路徑的信 號時(shí)延號時(shí)延 頻率彌散與快衰落 第三章：信道與干擾 59 經(jīng)過大量實(shí)際觀測得知，經(jīng)過大量實(shí)際觀測得知， 和和 隨時(shí)間

42、變化的隨時(shí)間變化的 周期與發(fā)射載波的周期相比通常要緩慢得多，即可認(rèn)周期與發(fā)射載波的周期相比通常要緩慢得多，即可認(rèn) 為為 及及 是是緩慢變化的隨機(jī)過程緩慢變化的隨機(jī)過程。這樣。這樣 和和 就可認(rèn)為是就可認(rèn)為是 及及 的包絡(luò)。的包絡(luò)。 t i t i tt ii cos tt ii sint c cos t c sin ;cos 1 n i iic tttX n i iis tttX 1 sin 若令若令 tttV ttXttXtR c cscc cos sincos 則則 t i t i 頻率彌散與快衰落 第三章：信道與干擾 60 式中式中V V（t t）為合成波）為合成波R R（t t）的包絡(luò)

43、；）的包絡(luò)； （t t）為合成波）為合成波R R（t t）的相位：）的相位： tX tX tgt c s 1 tXtXtV sc 22 式中式中X Xc c（t t）和和X Xs s（t t）均為平穩(wěn)的高斯隨機(jī)過程。）均為平穩(wěn)的高斯隨機(jī)過程。 于是于是R R（t t）可視為一個(gè)窄帶隨機(jī)過程。）可視為一個(gè)窄帶隨機(jī)過程。 R R（t t）的波形和頻譜如圖所示：）的波形和頻譜如圖所示： 頻率彌散與快衰落 第三章：信道與干擾 61 由于多徑傳輸使確定的由于多徑傳輸使確定的單一載頻信號單一載頻信號變成了包絡(luò)和變成了包絡(luò)和 相位受到調(diào)制的相位受到調(diào)制的窄帶信號窄帶信號。 這樣的信號，因包絡(luò)有隨機(jī)起伏，通常

44、稱之為衰落信號。這樣的信號，因包絡(luò)有隨機(jī)起伏，通常稱之為衰落信號。 包絡(luò)的隨機(jī)起伏現(xiàn)象叫做包絡(luò)的隨機(jī)起伏現(xiàn)象叫做“衰落現(xiàn)象衰落現(xiàn)象”或或“快衰落快衰落”。而頻。而頻 譜由單頻變成了一個(gè)窄帶頻譜叫譜由單頻變成了一個(gè)窄帶頻譜叫“頻率彌散頻率彌散”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 頻率彌散與快衰落 第三章：信道與干擾 62 由公式可知，由公式可知， R R（t t）的統(tǒng)計(jì)特性）的統(tǒng)計(jì)特性V V（t t）和）和 （t t） 的統(tǒng)計(jì)特性說明的統(tǒng)計(jì)特性說明V V（t t）和）和（t t）與）與X Xc c（t t）及）及X Xs s（t t） 有關(guān)。有關(guān)。 下面我們將分析接收信號下面我們將分析接收信號R R（t t）的統(tǒng)計(jì)特

45、性。）的統(tǒng)計(jì)特性。 頻率彌散與快衰落 tttV ttXttXtR c cscc cos sincos 第三章：信道與干擾 63 在任意時(shí)刻在任意時(shí)刻t t上，上， X Xc c（t t）及）及X Xs s（t t）是）是n n個(gè)隨機(jī)變個(gè)隨機(jī)變 量之和。當(dāng)量之和。當(dāng)n n（路徑數(shù)）足夠大時(shí)（多徑傳播通常滿足（路徑數(shù)）足夠大時(shí)（多徑傳播通常滿足 這一條件），在這一條件），在“和和”中的每一個(gè)隨機(jī)變量可以認(rèn)為中的每一個(gè)隨機(jī)變量可以認(rèn)為 是獨(dú)立出現(xiàn)的，且對總的是獨(dú)立出現(xiàn)的，且對總的X Xc c（t t）及）及X Xs s（t t）的作用是）的作用是 均勻的小，因此，根據(jù)概率論的均勻的小，因此，根據(jù)概率

46、論的中心極限定理中心極限定理知知X Xc c （t t）、）、X Xs s（t t）為）為正態(tài)分布。正態(tài)分布。 由于它與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，所以由于它與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，所以X Xc c（t t）及）及X Xs s（t t） 為為平穩(wěn)高斯隨機(jī)過程平穩(wěn)高斯隨機(jī)過程。 因此，因此，R R（t t）是一個(gè)窄帶高斯過程，）是一個(gè)窄帶高斯過程，包絡(luò)包絡(luò)V V（t t） 服從瑞利分布，相位服從瑞利分布，相位（t t）的服從均勻分布。）的服從均勻分布。 第三章：信道與干擾 64 信號的包絡(luò)服從瑞利分布的衰落，通常稱之為信號的包絡(luò)服從瑞利分布的衰落，通常稱之為 瑞利型衰落瑞利型衰落。設(shè)瑞利型衰落信號的包絡(luò)值記為。設(shè)瑞利

47、型衰落信號的包絡(luò)值記為V V， 則隨機(jī)變量則隨機(jī)變量V V的一維概率密度函數(shù)的一維概率密度函數(shù)f f（V V）為）為 00 2 2 2 2 Ve V Vf V 相位相位（t t）的一維概率密度函數(shù)為）的一維概率密度函數(shù)為 20 2 1 f 第三章：信道與干擾 65 瑞利衰落具有如下特性：瑞利衰落具有如下特性： （1 1）V V時(shí)時(shí)f f（V V）有極大值）有極大值 e eVf 11 2 1 254. 1 2 2 2 2 0 2 0 dVe V VdVVVfVE V （2 2）V V的數(shù)學(xué)期望的數(shù)學(xué)期望 瑞利衰落 第三章：信道與干擾 66 （3 3）V V的均方值（二階原點(diǎn)距）的均方值（二階原點(diǎn)

48、距） dVe V VdVVfVVE V 2 2 2 00 2 2222 dV V dt V t 22 2 2 若令若令 0 222 22dtteVE t 則則 瑞利衰落 第三章：信道與干擾 67 （4 4）V V的方差（二階中心距）的方差（二階中心距） 222 22 2 43. 0 2 2 VEVEVEVEVD （5 5）當(dāng)）當(dāng) V dxxf 0 2 1 177. 12ln2V 所以所以V V1.1771.177被稱為被稱為V V的中值的中值，即，即V V有有5050 時(shí)間信號包絡(luò)小于時(shí)間信號包絡(luò)小于1.1771.177；也有；也有5050時(shí)間信號時(shí)間信號 包絡(luò)大于包絡(luò)大于1.1771.177

49、（時(shí)間指一個(gè)較長的觀察時(shí)間）（時(shí)間指一個(gè)較長的觀察時(shí)間） 瑞利衰落 第三章：信道與干擾 68 （6 6）信號低于）信號低于的概率約為：的概率約為： 信號包絡(luò)信號包絡(luò)V V超過某一指定值超過某一指定值KK的概率為：的概率為： 39. 01 2 1 0 edVVf K K edVVf 2 2 這里的這里的K K為大于零的實(shí)數(shù)，由此式可求出為大于零的實(shí)數(shù)，由此式可求出V V超超 過任意值的概率。過任意值的概率。 瑞利衰落 第三章：信道與干擾 69 瑞利衰落 第三章：信道與干擾 70 對于衰落特性的描述，通常用對于衰落特性的描述，通常用“衰落深度衰落深度”和和 “衰落速度衰落速度”兩個(gè)參量來衡量。兩個(gè)

50、參量來衡量。 衰落深度：衰落深度：是用來描述接收信號電平變化的范圍大是用來描述接收信號電平變化的范圍大 小的。它定義為圖小的。它定義為圖3 31010曲線中縱坐標(biāo)曲線中縱坐標(biāo)10109090所所 對應(yīng)的橫坐標(biāo)上的衰耗或接收電平之差。對應(yīng)的橫坐標(biāo)上的衰耗或接收電平之差。 衰落速度：衰落速度：用來描述電平變化的快慢情況。它定用來描述電平變化的快慢情況。它定 義為每分鐘以正斜率通過中值電平的平均次數(shù)。義為每分鐘以正斜率通過中值電平的平均次數(shù)。 瑞利衰落 第三章：信道與干擾 71 頻率彌散與時(shí)間選擇性衰落 頻率彌散頻率彌散產(chǎn)生產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落（也稱快衰落），由（也稱快衰落），由 信道時(shí)

51、變性引起，具體體現(xiàn)之一是信道時(shí)變性引起，具體體現(xiàn)之一是多普勒頻移多普勒頻移。 相干時(shí)間相干時(shí)間是是最大多普勒頻移最大多普勒頻移fm的倒數(shù)，表明信道沖的倒數(shù)，表明信道沖 擊響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)平均值，在此時(shí)間擊響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)平均值，在此時(shí)間 間隔內(nèi)，兩個(gè)到達(dá)信號具有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性間隔內(nèi)，兩個(gè)到達(dá)信號具有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。 如果符號間隔大于信道的相干時(shí)間，那么信號的波如果符號間隔大于信道的相干時(shí)間，那么信號的波 形可能會發(fā)生變化，造成信號畸變，產(chǎn)生時(shí)間選擇形可能會發(fā)生變化，造成信號畸變，產(chǎn)生時(shí)間選擇 性衰落。反之，如果符號寬度小于相干時(shí)間，則認(rèn)性衰落。反之，如果符號寬度小于相干

52、時(shí)間，則認(rèn) 為是非時(shí)間選擇性衰落，即慢衰落。為是非時(shí)間選擇性衰落，即慢衰落。 第三章：信道與干擾 72 頻率選擇性衰落：頻率選擇性衰落： 是指信號頻譜中的某一些分量衰耗特是指信號頻譜中的某一些分量衰耗特 別大，而另一些頻譜分量衰耗卻比較小。別大，而另一些頻譜分量衰耗卻比較小。 這樣傳輸后的信號就會出現(xiàn)畸變。這樣傳輸后的信號就會出現(xiàn)畸變。 下面通過例子來建立這個(gè)概念：下面通過例子來建立這個(gè)概念： 頻率選擇性衰落 第三章：信道與干擾 73 兩徑衰落 第三章：信道與干擾 74 以下我們求此模擬電路的傳輸特性：以下我們求此模擬電路的傳輸特性： 設(shè)設(shè)f f（t t）的頻譜函數(shù)為）的頻譜函數(shù)為F F（），

53、即），即 jtjtj jtj tj eeFVeFV ttVttVtf eeFVttV eFVttV Ftf 00 0 0 00 00000 000 000 兩徑衰落 第三章：信道與干擾 75 電路的傳遞函數(shù)電路的傳遞函數(shù)H H（）為：）為： )1 ( 1 0 0 00 0 0 00 0 jtj jtj jtjtj eeV F eeFV F eFVeFV F F H 兩徑衰落 第三章：信道與干擾 76 取取H H（）的模值，則）的模值，則 2 cos2 cos12 sincos1 sincos1 1 0 0 2 2 0 0 0 V V V jV eVH j 兩徑衰落 第三章：信道與干擾 77 當(dāng)

54、當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 出現(xiàn)零點(diǎn)。出現(xiàn)零點(diǎn)。 12 K H 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 有極大值有極大值2 , 1 , 0 2 K K H 由圖可見，兩條路徑傳播的幅頻特性依賴于由圖可見，兩條路徑傳播的幅頻特性依賴于cos(cos(/2)/2)，即對，即對 不同的頻率有不同的衰減。不同的頻率有不同的衰減。 第三章：信道與干擾 78 因?yàn)橄鄬r(shí)延因?yàn)橄鄬r(shí)延 是隨時(shí)間變化的，故傳輸特是隨時(shí)間變化的，故傳輸特 性出現(xiàn)的零點(diǎn)與極點(diǎn)在頻率軸上的位置也是性出現(xiàn)的零點(diǎn)與極點(diǎn)在頻率軸上的位置也是 隨時(shí)間變化的。隨時(shí)間變化的。 顯然，當(dāng)被傳輸?shù)牟ㄐ晤l譜寬于顯然，當(dāng)被傳輸?shù)牟ㄐ晤l譜寬于1/1/ (t)時(shí)時(shí) ( ( (t) 表示有時(shí)變

55、的相對時(shí)延表示有時(shí)變的相對時(shí)延) )，傳輸波形的各，傳輸波形的各 頻譜成分將受到不同的衰減從而造成畸變，這頻譜成分將受到不同的衰減從而造成畸變，這 種畸變就是所謂的種畸變就是所謂的頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落所引起的。所引起的。 兩徑衰落 第三章：信道與干擾 79 將上述討論的概念推廣到多徑傳播中去，雖將上述討論的概念推廣到多徑傳播中去，雖 然傳輸特性要復(fù)雜得多，但出現(xiàn)的頻率選擇性然傳輸特性要復(fù)雜得多，但出現(xiàn)的頻率選擇性 衰落的基本規(guī)律是同樣的。衰落的基本規(guī)律是同樣的。 頻率選擇性衰落同樣依賴于相對時(shí)延差頻率選擇性衰落同樣依賴于相對時(shí)延差 ，多，多 徑傳播的相對時(shí)延差通常用徑傳播的相對時(shí)延差通

56、常用最大多徑時(shí)延差最大多徑時(shí)延差來來 表征，并用它來估算傳輸零極點(diǎn)在頻率軸上的表征，并用它來估算傳輸零極點(diǎn)在頻率軸上的 位置。位置。 設(shè)最大多徑時(shí)延差為設(shè)最大多徑時(shí)延差為 m ，則定義，則定義 m f 1 為相鄰傳輸零點(diǎn)的頻率間隔。為相鄰傳輸零點(diǎn)的頻率間隔。 頻率選擇性衰落 第三章：信道與干擾 80 這個(gè)頻率間隔常稱多徑傳播媒質(zhì)的這個(gè)頻率間隔常稱多徑傳播媒質(zhì)的“相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬”。 如果傳輸波形的頻譜大于如果傳輸波形的頻譜大于ff，則該波形將產(chǎn)生明顯，則該波形將產(chǎn)生明顯 的頻率選擇性衰落。的頻率選擇性衰落。 為了不引起明顯的選擇性衰落，為了不引起明顯的選擇性衰落，傳播波形的頻帶傳播波形的頻帶

57、必須小于多徑傳輸媒質(zhì)的相關(guān)帶寬必須小于多徑傳輸媒質(zhì)的相關(guān)帶寬ff。 時(shí)間彌散時(shí)間彌散為頻率選擇性衰落造成的波形畸變。為頻率選擇性衰落造成的波形畸變。 相關(guān)帶寬 第三章：信道與干擾 81 有關(guān)時(shí)間彌散的直觀分析見下圖所示。有關(guān)時(shí)間彌散的直觀分析見下圖所示。 時(shí)間彌散 第三章：信道與干擾 82 由于時(shí)間彌散可能會造成由于時(shí)間彌散可能會造成前后數(shù)字波形的重疊前后數(shù)字波形的重疊， 出現(xiàn)出現(xiàn)碼間干擾碼間干擾。為減少這種影響，必須滿足。為減少這種影響，必須滿足 這樣就大大降低了數(shù)字波形的傳輸速度。所以由于這樣就大大降低了數(shù)字波形的傳輸速度。所以由于 多徑時(shí)延的影響，數(shù)字波形的傳輸速度被大大的限多徑時(shí)延的影

58、響，數(shù)字波形的傳輸速度被大大的限 制了。制了。 s T 綜上所述，變參信道的綜上所述，變參信道的多徑傳播多徑傳播對數(shù)字信號的傳對數(shù)字信號的傳 輸帶來的影響是嚴(yán)重的，這也是變參信道對數(shù)字輸帶來的影響是嚴(yán)重的，這也是變參信道對數(shù)字 信號傳輸?shù)闹饕绊憽Ｐ盘杺鬏數(shù)闹饕绊憽?時(shí)間彌散 第三章：信道與干擾 83 變參信道對信號傳輸?shù)淖畲笪：κ牵鹤儏⑿诺缹π盘杺鬏數(shù)淖畲笪：κ牵?危危 害害措措 施施 多徑傳播引起多徑傳播引起 的快衰落現(xiàn)象的快衰落現(xiàn)象 為了抗快衰落通?？刹捎枚喾N為了抗快衰落通常可采用多種 措施，例如，各種抗衰落的調(diào)措施，例如，各種抗衰落的調(diào) 制解調(diào)技術(shù)及接收技術(shù)等。其制解調(diào)技術(shù)及接收技術(shù)

59、等。其 中，較為有效且常用的抗衰落中，較為有效且常用的抗衰落 措施就是措施就是分集接收技術(shù)分集接收技術(shù)。 多徑時(shí)延多徑時(shí)延 3.4 變參信道特性的改善（分集接收）變參信道特性的改善（分集接收） 第三章：信道與干擾 84 快衰落信號有如下特點(diǎn)：快衰落信號有如下特點(diǎn)： 1 1）在）在任意接收位置上任意接收位置上，接收信號電平的瞬時(shí)，接收信號電平的瞬時(shí) 起伏幾乎與相距一定距離的另一接收位置上的信起伏幾乎與相距一定距離的另一接收位置上的信 號的瞬時(shí)起伏完全獨(dú)立。號的瞬時(shí)起伏完全獨(dú)立。 2 2）在）在間隔很大的兩個(gè)時(shí)刻上間隔很大的兩個(gè)時(shí)刻上，同一接收信號，同一接收信號 電平也幾乎是相互獨(dú)立的。電平也幾乎

60、是相互獨(dú)立的。 3 3）同一位置經(jīng)同一信道傳輸來的）同一位置經(jīng)同一信道傳輸來的兩個(gè)頻率間兩個(gè)頻率間 隔很遠(yuǎn)的信號隔很遠(yuǎn)的信號，衰落也是獨(dú)立的，不同天線極化，衰落也是獨(dú)立的，不同天線極化 方向或不同角度天線所接收的信號也具有類似的方向或不同角度天線所接收的信號也具有類似的 獨(dú)立衰落性質(zhì)。獨(dú)立衰落性質(zhì)。 快衰落信號特點(diǎn) 第三章：信道與干擾 85 就是設(shè)法取得就是設(shè)法取得n n組相互獨(dú)立的信號在按適組相互獨(dú)立的信號在按適 當(dāng)?shù)姆椒衅饋?，以便衰落?qiáng)度相互補(bǔ)償，當(dāng)?shù)姆椒衅饋?，以便衰落?qiáng)度相互補(bǔ)償， 使總的接收信號比較平穩(wěn)，從而克服或減弱使總的接收信號比較平穩(wěn)，從而克服或減弱 信號包絡(luò)的起伏。采用