CH5-信道與噪聲

1、2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-通通 信信 原原 理理 蘭州大學信息科學與工程學院蘭州大學信息科學與工程學院M.P:M.P86mail: Email: oror AddressAddress：Department of Electronics & Information Science, School of Information Science&Engineering, Lanzhou University, Tianshui Southern Road 222#， Gansu

2、Province，P.R.ChinaPrinciples of Communications2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-2 第五章第五章 信道與噪聲信道與噪聲主要內(nèi)容提要：主要內(nèi)容提要： 引言引言 信道的定義與分類信道的定義與分類 通信信道實例通信信道實例 信道的數(shù)學模型分析信道的數(shù)學模型分析 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊?隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?分集接收技術(shù)分集接收技術(shù) 通信系統(tǒng)中的噪聲通信系統(tǒng)中的噪聲 2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-

3、3 本章的教學基本要求本章的教學基本要求 本章要求本章要求了解了解通信信道的基本定義通信信道的基本定義與分類方式，與分類方式，理解理解通信信道實例、信道通信信道實例、信道的數(shù)學模型、分集接收原理、分集接收的數(shù)學模型、分集接收原理、分集接收的具體實現(xiàn)方式、分集信號的合并方式，的具體實現(xiàn)方式、分集信號的合并方式，掌握掌握恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠昂銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊憽㈦S參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?、隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?。響。了解了解通信系統(tǒng)中常見的幾種形式的通信系統(tǒng)中常見的幾種形式的噪聲。噪聲。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-4

4、1. 引引 言言信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分，信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分，其特性對于通信系統(tǒng)的性能有很大的影其特性對于通信系統(tǒng)的性能有很大的影響。響。一般來說，實際信道都不是理想的。首一般來說，實際信道都不是理想的。首先，這些信道具有非理想的頻率響應特先，這些信道具有非理想的頻率響應特性，另外還有噪聲和信號通過信道傳輸性，另外還有噪聲和信號通過信道傳輸時攙雜進去的其他干擾。時攙雜進去的其他干擾。信道的頻率特性及噪聲和干擾將影響信信道的頻率特性及噪聲和干擾將影響信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴Ｏ鬏數(shù)挠行院涂煽啃浴?本章重點研究本章重點研究信道分類信道分類、信道模型信道模型以及以及信道特性

5、對信號傳輸?shù)挠绊懶诺捞匦詫π盘杺鬏數(shù)挠绊懀⒔?，并介紹紹信道容量信道容量、信道復用信道復用等重要概念。等重要概念。 2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-5 2. 信道的定義與分類信道的定義與分類一、狹義信道和廣義信道：一、狹義信道和廣義信道： 信道可分為狹義信道、廣義信道。信道可分為狹義信道、廣義信道。1、狹義信道狹義信道：是發(fā)送設備和接受設備之間用以：是發(fā)送設備和接受設備之間用以傳輸信號的傳輸介質(zhì)（媒介，媒質(zhì)）。狹義信傳輸信號的傳輸介質(zhì)（媒介，媒質(zhì)）。狹義信道是直觀的，人們習慣于把它按傳輸介質(zhì)是否道是直觀的，人們習慣于把它按傳輸介質(zhì)是否是導線分為是導線分為有

6、線信道有線信道和和無線信道無線信道兩大類。兩大類。2、廣義信道：廣義信道：將傳輸介質(zhì)和各種信號形式的轉(zhuǎn)將傳輸介質(zhì)和各種信號形式的轉(zhuǎn)換、耦合等設備都歸納在一起，凡信號經(jīng)過的換、耦合等設備都歸納在一起，凡信號經(jīng)過的一切通道統(tǒng)稱為廣義信道。廣義信道可分為一切通道統(tǒng)稱為廣義信道。廣義信道可分為調(diào)調(diào)制信道制信道和和編碼信道編碼信道。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-6 編碼信道解調(diào)器解調(diào)器2. 信道的定義與分類信道的定義與分類 調(diào)制信道 編編碼碼器器發(fā)送設備接收設備 譯譯碼碼器器 噪聲源噪聲源輸輸入入輸輸出出傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)調(diào)制器調(diào)制器2022年7月4日星期一-蘭州大

7、學信息科學與工程學院電信、通信工程系-7 信道有線信道，如電纜、光纖等無線信道，如中短波、微波信道等恒參信道恒參信道隨參信道隨參信道有記憶信道無記憶信道廣義信道 狹義信道調(diào)制信道編碼信道二、通信信道的分類二、通信信道的分類2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-8 1、按照信道輸入輸出端信號的類型劃分、按照信道輸入輸出端信號的類型劃分可劃分為可劃分為連續(xù)信道連續(xù)信道（模擬信道）和（模擬信道）和離散離散信道信道（數(shù)字信道）。（數(shù)字信道）。連續(xù)信道連續(xù)信道的輸入輸出信號為連續(xù)信號的輸入輸出信號為連續(xù)信號（又稱模擬信號），例如廣義信道中的（又稱模擬信號），例如廣義信道中

8、的調(diào)制信道即屬于連續(xù)信道。調(diào)制信道即屬于連續(xù)信道。離散信道離散信道的輸入輸出信號為離散信號的輸入輸出信號為離散信號（又稱數(shù)字信號），廣義信道中的編碼（又稱數(shù)字信號），廣義信道中的編碼信道即屬于離散信道。信道即屬于離散信道。如果輸入為連續(xù)信號，輸出為離散信號如果輸入為連續(xù)信號，輸出為離散信號或反之，則稱為或反之，則稱為半連續(xù)和半離散信道半連續(xù)和半離散信道。 二、通信信道的分類二、通信信道的分類2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-9 對連續(xù)信道，可繼續(xù)劃分為對連續(xù)信道，可繼續(xù)劃分為恒參信道恒參信道和和隨參信道隨參信道。恒參信道恒參信道的性質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)參數(shù)不隨時間變

9、化。如果實際不隨時間變化。如果實際信道的性質(zhì)信道的性質(zhì)參數(shù)參數(shù)不隨時間變化，或者基本不隨不隨時間變化，或者基本不隨時間變化，或者變化極慢，則可以認為是恒參信道，時間變化，或者變化極慢，則可以認為是恒參信道，亦稱定參信道。亦稱定參信道。隨參信道隨參信道的性質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)參數(shù)隨時間隨機變化，亦稱變隨時間隨機變化，亦稱變參信道。參信道。 Note：大多數(shù)情況下，有線信道（包含光纖）可：大多數(shù)情況下，有線信道（包含光纖）可看作是恒參信道；部分無線信道可看作是恒參信道，看作是恒參信道；部分無線信道可看作是恒參信道，另一部分是隨參信道。另一部分是隨參信道。2. 信道的定義與分類信道的定義與分類2022年7月

10、4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-10 2、按照信道的物理性質(zhì)劃分、按照信道的物理性質(zhì)劃分可劃分為可劃分為無線信道無線信道、 有線信道有線信道、 光信道光信道等等舉例：舉例： 二、通信信道的分類二、通信信道的分類有線信道有線信道 架空架空明線明線 雙絞線雙絞線 對稱電纜對稱電纜 同軸電纜同軸電纜 光導纖維光導纖維 波導波導無線信道無線信道 超短波及微波接力（超短波及微波接力（視距中繼視距中繼） 衛(wèi)星中繼通信衛(wèi)星中繼通信 光波視距傳播（激光空間、深空通信）光波視距傳播（激光空間、深空通信） 中長波地表面波傳播中長波地表面波傳播 短波電離層反射短波電離層反射 超短波及微波對流

11、層散射超短波及微波對流層散射 超短波超視距繞射超短波超視距繞射 移動散射無線電信道移動散射無線電信道2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-11 3. 通信信道實例通信信道實例一、恒參信道及其實例：一、恒參信道及其實例： 據(jù)前分類可知，恒參信道的性質(zhì)據(jù)前分類可知，恒參信道的性質(zhì)參數(shù)參數(shù)不隨時間變化，或者基本不隨時不隨時間變化，或者基本不隨時間變化，或者變化極慢間變化，或者變化極慢 。 常見恒參信道分為常見恒參信道分為有線信道、光纖有線信道、光纖信道、無線視距中繼信道信道、無線視距中繼信道。具體有架空。具體有架空明線、對稱電纜、同軸電纜、光纜、地明線、對稱電纜、同軸

12、電纜、光纜、地面微波中繼等。面微波中繼等。 下面給出若干實例。下面給出若干實例。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-12 架空明線架空明線 架空明線架空明線是指平行而相互絕緣的架空裸線是指平行而相互絕緣的架空裸線線路。與電纜相比，它的優(yōu)點是傳輸損耗低。線路。與電纜相比，它的優(yōu)點是傳輸損耗低。但它易愛氣候和天氣的影響，并且對外界噪聲但它易愛氣候和天氣的影響，并且對外界噪聲干擾較敏感。干擾較敏感。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-13 雙絞線雙絞線 雙絞線雙絞線由兩根彼此絕緣的銅線組成，由兩根彼此絕緣的銅線組成，這兩根線按照規(guī)則

13、的螺線狀絞合在一起。這兩根線按照規(guī)則的螺線狀絞合在一起。每一對線作為一根通信鏈路使用。通常，每一對線作為一根通信鏈路使用。通常，將許多這樣的線結(jié)捆扎在一起，并用堅將許多這樣的線結(jié)捆扎在一起，并用堅硬的、起保護作用的護皮包裹成一根電硬的、起保護作用的護皮包裹成一根電纜。將線對絞合起來是為了減輕同一根纜。將線對絞合起來是為了減輕同一根電纜內(nèi)的相鄰線對之間的串擾，且相鄰電纜內(nèi)的相鄰線對之間的串擾，且相鄰線對通常具有不同的絞合長度。線對通常具有不同的絞合長度。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-14 對稱電纜對稱電纜 對稱電纜對稱電纜是在同一保護套內(nèi)有許多對相互絕是在

14、同一保護套內(nèi)有許多對相互絕緣的雙導線的傳輸介質(zhì)。導線材料是鋁或銅，緣的雙導線的傳輸介質(zhì)。導線材料是鋁或銅，直徑為直徑為0.41.4mm。為了減少各線對之間的為了減少各線對之間的相互干擾，每一對線都擰成扭絞狀。由于這些相互干擾，每一對線都擰成扭絞狀。由于這些結(jié)構(gòu)上的特點，故電纜的傳輸損耗比明線大得結(jié)構(gòu)上的特點，故電纜的傳輸損耗比明線大得多，但其傳輸特性比較穩(wěn)定。多，但其傳輸特性比較穩(wěn)定。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-15 同軸電纜同軸電纜 同軸電纜同軸電纜由同軸的兩個由同軸的兩個導體構(gòu)成，外導體是一個導體構(gòu)成，外導體是一個圓柱形的空管（在可彎曲圓柱形的空管

15、（在可彎曲的同軸電纜中，它可以由的同軸電纜中，它可以由金屬絲編織而成），內(nèi)導金屬絲編織而成），內(nèi)導體是金屬線（芯線）。它體是金屬線（芯線）。它們之間填充著絕緣介質(zhì)，們之間填充著絕緣介質(zhì)，可能是塑料，也可能是空可能是塑料，也可能是空氣。在采用空氣絕緣的情氣。在采用空氣絕緣的情況下，內(nèi)導體依靠有一定況下，內(nèi)導體依靠有一定間距的絕緣子來定位?？归g距的絕緣子來定位?？闺姶鸥蓴_性能較好。電磁干擾性能較好。 在有線電視（在有線電視（CATV）網(wǎng)）網(wǎng)絡中大量采用這種結(jié)構(gòu)的絡中大量采用這種結(jié)構(gòu)的同軸電纜。同軸電纜。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-16 光導纖維（光纖）光導

16、纖維（光纖） 光纖是一種纖細（光纖是一種纖細（2125m）柔韌能夠傳柔韌能夠傳導光線的介質(zhì)。有多種玻璃和塑料可用于制造光導光線的介質(zhì)。有多種玻璃和塑料可用于制造光纖，使用超高純二氧化硅熔絲的光纖可得到最低纖，使用超高純二氧化硅熔絲的光纖可得到最低損耗。光纖的外形是圓柱體，由三個同軸部分組損耗。光纖的外形是圓柱體，由三個同軸部分組成：纖芯、包層（覆層）以及防護罩。成：纖芯、包層（覆層）以及防護罩。 光纖的特點是：損耗低（目前的技術(shù)可使光纖的特點是：損耗低（目前的技術(shù)可使 光纖的損耗低于光纖的損耗低于0.2dB/km ）、通頻帶寬、）、通頻帶寬、 重重量輕量輕 、不怕腐蝕以及不受電磁干擾（因此光纖

17、、不怕腐蝕以及不受電磁干擾（因此光纖通信的性質(zhì)非常穩(wěn)定，可以看作是典型的恒參信通信的性質(zhì)非常穩(wěn)定，可以看作是典型的恒參信道）等。此外的優(yōu)點是利用光纖代替電纜可節(jié)省道）等。此外的優(yōu)點是利用光纖代替電纜可節(jié)省大量有色金屬。大量有色金屬。 光纖可分為：光纖可分為：多模光纖多模光纖MMFMMF、單模光纖單模光纖SMFSMF。 具體的幾個例子如下所示。具體的幾個例子如下所示。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-17 多模光纖多模光纖MMF纖芯較粗纖芯較粗多束光線以不同的反射角傳播，因此到達目的多束光線以不同的反射角傳播，因此到達目的地的時間不同，造成光脈沖逐漸展寬、失真

18、地的時間不同，造成光脈沖逐漸展寬、失真可使用發(fā)光二極管（可使用發(fā)光二極管（LED）、激光管（）、激光管（LD）作）作為光源為光源輸出脈沖輸出脈沖多模光纖多模光纖MMF2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-18 單模光纖單模光纖SMF纖芯較細纖芯較細使單個波長的光線沿光纖一直傳播使單個波長的光線沿光纖一直傳播單束光線沿直線單束光線沿直線傳播傳播輸入脈輸入脈沖沖輸出脈輸出脈沖沖單模光纖單模光纖SMF2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-19 一種新型的光纖結(jié)構(gòu)光子晶體光纖（一種新型的光纖結(jié)構(gòu)光子晶體光纖（PCF）光子晶體光纖示意圖20

19、22年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-20 典型的光纜結(jié)構(gòu)典型的光纜結(jié)構(gòu)玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-21 芯芯封套封套外套加強芯光纖光纖外鞘外鞘加強芯加強芯光纖束光纖束高密度多芯光纜高密度多芯光纜2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-22 無線電視距中繼無線電視距中繼 無線電視距中繼無線電視距中繼是指工作頻率在超短波和是指工作頻率在超短波和微波時，電磁波基本上沿視線傳播，通信距微波時，電磁波基本上沿視線傳播，通信距離依靠中繼方式延伸的無線電線

20、路。相鄰中離依靠中繼方式延伸的無線電線路。相鄰中繼站間距離一般在繼站間距離一般在4050km。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-23 兩個地面站之間直線傳送兩個地面站之間直線傳送距離：距離：50 -100 km地地球球地面微波接力地面微波接力2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-24 衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道人造衛(wèi)星中繼信道可視為無線電中繼信道的一種特殊形式。人造衛(wèi)星中繼信道可視為無線電中繼信道的一種特殊形式。衛(wèi)星中繼信道由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路衛(wèi)星中繼信道由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路構(gòu)成。其中上行與下

21、行線路是地球站至衛(wèi)星及衛(wèi)星至地球構(gòu)成。其中上行與下行線路是地球站至衛(wèi)星及衛(wèi)星至地球站的電波傳播路徑，而信道設備集中于地球站與衛(wèi)星中繼站的電波傳播路徑，而信道設備集中于地球站與衛(wèi)星中繼站中。相對于地球站來說，同步衛(wèi)星在空中的位置是靜止站中。相對于地球站來說，同步衛(wèi)星在空中的位置是靜止的。的。軌道在赤道平面上的人造同步衛(wèi)星，當它離地面高度為軌道在赤道平面上的人造同步衛(wèi)星，當它離地面高度為35860km時，可以實現(xiàn)地球上時，可以實現(xiàn)地球上18000km范圍內(nèi)的多點之范圍內(nèi)的多點之間的聯(lián)接，采用三個適當配置的同步衛(wèi)星中繼站就可以覆間的聯(lián)接，采用三個適當配置的同步衛(wèi)星中繼站就可以覆蓋全球（除兩極盲區(qū)外）

22、。蓋全球（除兩極盲區(qū)外）。這種信道具有傳輸距離遠、覆蓋地域廣、傳播穩(wěn)定可靠、這種信道具有傳輸距離遠、覆蓋地域廣、傳播穩(wěn)定可靠、傳輸容量大等突出的優(yōu)點。目前廣泛用來傳輸多路電話、傳輸容量大等突出的優(yōu)點。目前廣泛用來傳輸多路電話、電報、數(shù)據(jù)和電視。電報、數(shù)據(jù)和電視。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-25 利用地球同步衛(wèi)星實現(xiàn)全球通信利用地球同步衛(wèi)星實現(xiàn)全球通信與地面站相對固定位置使用3個衛(wèi)星可覆蓋全球傳輸延遲時間長適用于海洋、山區(qū)、沙漠等地區(qū)的通信2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-26 地球同步衛(wèi)星與地面站的通信示意圖地球同步

23、衛(wèi)星與地面站的通信示意圖2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-27 3. 通信信道實例通信信道實例二、隨參信道及其實例：二、隨參信道及其實例： 據(jù)前面的分類可知，隨參信道的性質(zhì)據(jù)前面的分類可知，隨參信道的性質(zhì)參參數(shù)數(shù)會隨時間隨機變化。會隨時間隨機變化。 常見隨參信道有常見隨參信道有短波電離層反射短波電離層反射，超短波超短波流星余跡散射流星余跡散射，超短波及微波對流層散射超短波及微波對流層散射，超超短波電離層散射以及超短波視距繞射短波電離層散射以及超短波視距繞射等。等。 由于上述傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成的調(diào)制信道由于上述傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成的調(diào)制信道模模擬信道擬信道的特性會隨著傳

24、輸媒質(zhì)性質(zhì)的隨機變的特性會隨著傳輸媒質(zhì)性質(zhì)的隨機變化和電磁波信號的多途徑傳輸而隨機變化，因化和電磁波信號的多途徑傳輸而隨機變化，因此這些信道的模型應該屬于隨參信道模型。此這些信道的模型應該屬于隨參信道模型。 下面給出若干實例。下面給出若干實例。 2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-28 短波電離層反射短波電離層反射 離地面離地面60600km的大氣層稱為的大氣層稱為電離層電離層。實際觀察。實際觀察表明，電離層可分為表明，電離層可分為D、E、F1、F2四層。四層。F2是反射是反射層，其高度為層，其高度為250300km，故一次反射的最大距離，故一次反射的最大距離

25、約為約為4000km，如果通過兩次反射，通信距離可達，如果通過兩次反射，通信距離可達8000km。這種信道存在。這種信道存在多徑傳播多徑傳播現(xiàn)象?，F(xiàn)象。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-29 超短波及微波對流層散射信道超短波及微波對流層散射信道 離地面離地面1012km以下的大氣層稱為以下的大氣層稱為對流層對流層，對流層散，對流層散射信道是一種超視射信道是一種超視距的傳播信道，其距的傳播信道，其一跳的傳播距離約一跳的傳播距離約為為100500km。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-30 流星余跡散射信道流星余跡散射信道 當

26、地球外面的小型隕當?shù)厍蛲饷娴男⌒碗E星進入大氣層后，由星進入大氣層后，由于其高速墜落運動產(chǎn)于其高速墜落運動產(chǎn)生的高溫使途徑上的生的高溫使途徑上的氣體及星體表面物質(zhì)氣體及星體表面物質(zhì)氣化，產(chǎn)生等離子體氣化，產(chǎn)生等離子體層，由此形成的臨時層，由此形成的臨時散射層，可用來進行散射層，可用來進行通信，多用于軍事用通信，多用于軍事用途。途。流星余跡流星余跡散射體散射體2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-31 4. 信道的數(shù)學模型分析信道的數(shù)學模型分析一一.連續(xù)調(diào)制信道模型及其特征：連續(xù)調(diào)制信道模型及其特征： 調(diào)制信道調(diào)制信道圖示圖示是為研究調(diào)制與解調(diào)問題所建立是為研究調(diào)制

27、與解調(diào)問題所建立的一種廣義信道，是的一種廣義信道，是模擬信道模擬信道。 它具有如下共性特征：它具有如下共性特征： （1 1）有一對（或多對）輸入端和一對（或多對）輸）有一對（或多對）輸入端和一對（或多對）輸出端；出端； （2 2）絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加）絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；原理； （3 3）信號通過信道具有固定的或時變的延遲時間；）信號通過信道具有固定的或時變的延遲時間； （4 4）信號通過信道會受到固定的或時變的損耗；）信號通過信道會受到固定的或時變的損耗； （5 5）即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有）即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能

28、有一定的輸出（噪聲）。一定的輸出（噪聲）。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-32 時變線性網(wǎng)絡si(t)so(t)時變線性網(wǎng)絡si1(t)si2(t)sim(t)so1(t)so2(t)s0n(t)(m對輸入)(n對輸出)調(diào)制信道的數(shù)學模型調(diào)制信道的數(shù)學模型 圖圖 5.4-0 多輸入多輸出端連續(xù)信道模型多輸入多輸出端連續(xù)信道模型2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-33 圖圖 5.45.41 1 調(diào)制信道模型調(diào)制信道模型0( )( )( ) ( )( )tir ts tn tf s tn t(5.4 - 1)()()(0tst

29、ctsi(5.4 - 2)()()(0iSCS(5.4 - 3)線 性 時 變 網(wǎng) 絡si(t)so(t)(tc恒定參量信道（恒參信道）和隨機參量信道（隨參信道）。 調(diào)制信道的數(shù)學模型調(diào)制信道的數(shù)學模型2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-34 圖圖 5.4 2 5.4 2 加性噪聲信道模型加性噪聲信道模型c() cr(t) csi(t) n(t)n(t)si(t)信道)(0ts(5.4 -4)第一種形式：第一種形式： C()C()是常數(shù)，或在信號頻帶范圍之內(nèi)是常數(shù)是常數(shù)，或在信號頻帶范圍之內(nèi)是常數(shù)。調(diào)制信道的數(shù)學模型調(diào)制信道的數(shù)學模型2022年7月4日星期一-

30、蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-35 第二種形式：第二種形式： C()C()在信號頻帶范圍之內(nèi)不是常數(shù)，但在信號頻帶范圍之內(nèi)不是常數(shù)，但不隨時間變化。不隨時間變化。圖 5.4-3 帶有加性噪聲的線性濾波器信道(5.4 - 5)線性濾波器c(t)r(t) c(t) si(t) n(t)n(t)si(t)信道*)(0ts調(diào)制信道的數(shù)學模型調(diào)制信道的數(shù)學模型2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-36 第三種形式：第三種形式： C()C()在信號頻帶范圍之內(nèi)不是常數(shù)，且在信號頻帶范圍之內(nèi)不是常數(shù)，且隨時間變化隨時間變化。(5.4 - 6)線性時變?yōu)V波器c(t

31、,)r(t)c(t,) si(t)n(t)n(t)si(t)信道*)(0ts圖圖 5.4 4 5.4 4 帶有加性噪聲的線性時變?yōu)V波器信道帶有加性噪聲的線性時變?yōu)V波器信道調(diào)制信道的數(shù)學模型調(diào)制信道的數(shù)學模型2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-37 對于對于多徑傳輸信道多徑傳輸信道，則有：，則有：(5.4 - 7)1( , )( ) ()njjjc tc tt01( )( )( )( , )( )( )( ) ()( )injijjr ts tn tc ts tn tc t s tn t(5.4 - 8)(5.4 - 9)調(diào)制信道的數(shù)學模型調(diào)制信道的數(shù)學模型20

32、22年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-38 4. 信道的數(shù)學模型分析信道的數(shù)學模型分析二、離散編碼信道模型及其特征：二、離散編碼信道模型及其特征： 編碼信道編碼信道圖示圖示包括調(diào)制信道、調(diào)制器和解調(diào)器，包括調(diào)制信道、調(diào)制器和解調(diào)器，是一種數(shù)字信道或離散信道。由于信道噪聲或是一種數(shù)字信道或離散信道。由于信道噪聲或其他因素的影響，將導致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯其他因素的影響，將導致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯誤，因此輸入、輸出數(shù)字序列之間的關(guān)系可以誤，因此輸入、輸出數(shù)字序列之間的關(guān)系可以用一組用一組信道轉(zhuǎn)移概率信道轉(zhuǎn)移概率來表征。來表征。 編碼信道可分為編碼信道可分為無記憶編碼信道無記

33、憶編碼信道和和有記憶有記憶編碼信道編碼信道兩類。兩類。 無記憶編碼信道：無記憶編碼信道：指編碼信道碼元的轉(zhuǎn)移指編碼信道碼元的轉(zhuǎn)移概率矩陣與其前后碼元的取值無關(guān)的信道。概率矩陣與其前后碼元的取值無關(guān)的信道。 有記憶編碼信道：有記憶編碼信道：指編碼信道碼元的轉(zhuǎn)移指編碼信道碼元的轉(zhuǎn)移概率矩陣與其前后碼元的取值有關(guān)的信道。最概率矩陣與其前后碼元的取值有關(guān)的信道。最簡單的是簡單的是馬爾可夫鏈（馬爾可夫鏈（Markov）形式的有記形式的有記憶編碼信道。憶編碼信道。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-39 4. 信道的數(shù)學模型分析信道的數(shù)學模型分析二、編碼信道模型：二、編碼

34、信道模型： 在編碼信道編碼信道中其輸入、輸出數(shù)字序列之間中其輸入、輸出數(shù)字序列之間的關(guān)系可以用一組的關(guān)系可以用一組信道轉(zhuǎn)移概率信道轉(zhuǎn)移概率來表征。來表征。 信道轉(zhuǎn)移概率信道轉(zhuǎn)移概率P(yj|xi)： 信道轉(zhuǎn)移概率信道轉(zhuǎn)移概率P(yj|xi)是信道輸入符號是信道輸入符號(即發(fā)送符號即發(fā)送符號)為為 xi, 而信道輸出符號而信道輸出符號(即接受即接受符號符號)為為yj的條件概率：的條件概率： P(yj|xi) = P(y=yj x=xi) 。它表示信道輸入端的數(shù)字信號序列。它表示信道輸入端的數(shù)字信號序列到輸出端發(fā)生了轉(zhuǎn)移的程度。編碼信道的模型到輸出端發(fā)生了轉(zhuǎn)移的程度。編碼信道的模型可以用信道的轉(zhuǎn)移

35、概率來描述?？梢杂眯诺赖霓D(zhuǎn)移概率來描述。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-40 （1）離散無記憶信道的信道轉(zhuǎn)移概率）離散無記憶信道的信道轉(zhuǎn)移概率 一般情況下，發(fā)送符號集一般情況下，發(fā)送符號集X=xi，i=1，2，,L，有有L種符號；接收符號集種符號；接收符號集Y=yj，j=1，2，M，有有M種符號。種符號。離散無記憶信道的轉(zhuǎn)移概率用下列概率矩陣表示：離散無記憶信道的轉(zhuǎn)移概率用下列概率矩陣表示： 下面給出一個二進制無記憶編碼信道情形。下面給出一個二進制無記憶編碼信道情形。112111222212(|)(|).(|)(|)(|).(|)(|)(5.4 10).(

36、|)(|).(|)MMjiLLMLp yxp yxp yxp yxp yxp yxP yxp yxp yxp yx 2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-41 圖圖 5.4 5.4 5 5 二進制無記憶編碼信道模型二進制無記憶編碼信道模型 編碼信道數(shù)學模型編碼信道數(shù)學模型發(fā)送端發(fā)送端 X接收端接收端 Y2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-42 二進制無記憶編碼信道的轉(zhuǎn)移概率矩陣二進制無記憶編碼信道的轉(zhuǎn)移概率矩陣其中，其中，p p(0|0)(0|0)、p p(1|1)(1|1)，是正確轉(zhuǎn)移概率，是正確轉(zhuǎn)移概率，p p(1|0)(1

37、|0)、p p(0|1)(0|1)是錯誤轉(zhuǎn)移概率。是錯誤轉(zhuǎn)移概率。p p(1|0)(1|0)又稱又稱為為虛報概率虛報概率，p p(0|1)(0|1)又稱為又稱為漏報概率漏報概率。由概率。由概率的性質(zhì)知：的性質(zhì)知： p p(0|0)=1-(0|0)=1-p p(1|0)(1|0) p p(1|1)=1-(1|1)=1-p p(0|1)(0|1)(0|0)(1|0)(|)(0|1)(1|1)jippp yxpp編碼信道數(shù)學模型編碼信道數(shù)學模型2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-43 對于多進制無記憶編碼信道對于多進制無記憶編碼信道：對于二進制無記憶編碼信道：對于二

38、進制無記憶編碼信道：(0) (1/0)(1) (0/1)ePPPPP(5.4 - 11)信道輸出的總的錯誤概率信道輸出的總的錯誤概率Pe： 1) 1/0() 1/1 (1)0/1 ()0/0(PPPP)/()/(ijijxXyYPxyP110110,NMyyyYxxxXM元輸入符號元輸入符號：N元輸出符號：元輸出符號：轉(zhuǎn)移概率：轉(zhuǎn)移概率：(5.4 - 12)(5.4 - 13)(5.4 - 14)編碼信道數(shù)學模型編碼信道數(shù)學模型2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-44 四進制無記憶編碼信道模型四進制無記憶編碼信道模型00123123編碼信道數(shù)學模型編碼信道數(shù)學

39、模型2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-45 x0 x1xM 1y0y1yN 1X Y 多進制無記憶編碼信道模型多進制無記憶編碼信道模型編碼信道數(shù)學模型編碼信道數(shù)學模型2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-46 （2 2）對稱信道）對稱信道 當信道轉(zhuǎn)移概率矩陣中的各行和各列分別當信道轉(zhuǎn)移概率矩陣中的各行和各列分別具有相同集合的元素時，這類信道稱為具有相同集合的元素時，這類信道稱為對稱信對稱信道道。譬如二進制無記憶對稱信道的轉(zhuǎn)移概率矩。譬如二進制無記憶對稱信道的轉(zhuǎn)移概率矩陣如下所示：陣如下所示： 1-p p p 1-pP(yj|x

40、i) =(5.4 - 15)31316161616131311P31316161616131312022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-47 5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊懸弧⒑銋⑿诺篮x及其若干實例一、恒參信道含義及其若干實例 ： 已知恒參信道的性質(zhì)已知恒參信道的性質(zhì)參數(shù)參數(shù)是不是不隨時間變化，或者基本不隨時間變化，隨時間變化，或者基本不隨時間變化，或者變化極慢的或者變化極慢的 。 常見恒參信道分為常見恒參信道分為有線信道有線信道、光纖光纖信道信道、無線視距中繼信道無線視距中繼信道。具體有。具體有架空架空明線明線、對稱電纜

41、對稱電纜、同軸電纜同軸電纜、光纜光纜、地地面微波中繼面微波中繼等。具體的例子參見前述內(nèi)等。具體的例子參見前述內(nèi)容。容。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-48 5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊懚?、恒參信道傳輸特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懀憾⒑銋⑿诺纻鬏斕匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊懀?1、恒參信道的傳輸特性：、恒參信道的傳輸特性： 恒參信道的主要特點是可以把信道等效成恒參信道的主要特點是可以把信道等效成一個一個線性時不變線性時不變網(wǎng)絡，傳輸技術(shù)主要解決由網(wǎng)絡，傳輸技術(shù)主要解決由線線性失真性失真引起的符號間干擾和由信道引入的加性引起

42、的符號間干擾和由信道引入的加性噪聲所造成的判斷失誤。噪聲所造成的判斷失誤。 理想恒參信道理想恒參信道就是理想的就是理想的無失真無失真?zhèn)鬏斝诺纻鬏斝诺?信號經(jīng)過信道不失真信號經(jīng)過信道不失真)。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-49 5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊?理想恒參信道的理想恒參信道的傳輸特性：傳輸特性：dtjeKH0)(傳輸特性傳輸特性0)(KH幅頻特性幅頻特性( )dt 相頻特性相頻特性( )( )ddtd 群遲延群遲延-頻率特性頻率特性(5.5 - 1)(5.5 - 2)(5.5 - 3)(5.5 - 4)2

43、022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-50 OK0|H()|(a)O()td(b)Otd(c)5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊?()(0dttKth沖激響應沖激響應)()(0dttsKtr若輸入為若輸入為(5.5 - 5)(5.5 - 6)(ts，則輸出為，則輸出為圖圖5.5-1 5.5-1 理想信道的幅頻特性、理想信道的幅頻特性、 相頻特性和群遲延相頻特性和群遲延- -頻率特性頻率特性 2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-51 5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏?/p>

44、的影響理想恒參信道理想恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯牵簩π盘杺鬏數(shù)挠绊懯牵?(1) (1) 對信號在對信號在產(chǎn)生產(chǎn)生固定的衰減固定的衰減（K K0 0）；）； (2) (2) 對信號在對信號在產(chǎn)生產(chǎn)生固定的遲延固定的遲延（t td d）。）。 這種情況也稱這種情況也稱信號是無失真?zhèn)鬏斝盘柺菬o失真?zhèn)鬏敗?理想恒參信道理想恒參信道又可分為又可分為理想低通信道理想低通信道和和理想帶通理想帶通信道信道。只要限帶信號的帶寬在所給信道帶寬范圍之內(nèi)，。只要限帶信號的帶寬在所給信道帶寬范圍之內(nèi)，則該信號可以實現(xiàn)無失真?zhèn)鬏?。則該信號可以實現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敗?022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工

45、程系-52 5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊? 2、恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊?、恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊? :1 1 幅度幅度- -頻率失真：頻率失真： 幅度幅度- -頻率失真頻率失真是由實際信道的幅度頻率特性的不是由實際信道的幅度頻率特性的不理想所引起的，這種失真又稱為理想所引起的，這種失真又稱為頻率失真頻率失真，屬于，屬于線性線性失真失真。信道的幅度。信道的幅度- -頻率特性不理想會使通過它的信號頻率特性不理想會使通過它的信號波形產(chǎn)生失真，若傳輸數(shù)字信號，則會引起相鄰數(shù)字波形產(chǎn)生失真，若傳輸數(shù)字信號，則會引起相鄰數(shù)字信號波形之間在時間上的相互重疊，造成信

46、號波形之間在時間上的相互重疊，造成碼間干擾碼間干擾。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-53 關(guān)于人類語音信號傳輸關(guān)于人類語音信號傳輸 大量統(tǒng)計結(jié)果表明，語音的頻譜通常在大量統(tǒng)計結(jié)果表明，語音的頻譜通常在808000Hz之間。之間。原原“國際電報電話咨詢國際電報電話咨詢委員會（委員會（CCITT）”建建議采用議采用3003400Hz的頻帶范圍，也即單的頻帶范圍，也即單路音頻電話信道有效路音頻電話信道有效帶寬為帶寬為3100Hz。0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.4 kHzdB4030201002022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學

47、院電信、通信工程系-54 5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊憟D圖 5.52 5.52 （a a） 典型音頻電話信道的幅度衰減特性典型音頻電話信道的幅度衰減特性（b b）CCITT M.1020CCITT M.1020建議規(guī)定的衰減特性建議規(guī)定的衰減特性3500 80020002800 30006f / Hz 1 2(a)0300A( f ) / dB(b)3020100120024003600f / HzA( f ) / dB 音頻電話信道衰減特性在音頻電話信道衰減特性在 3003003000 Hz3000 Hz頻率范圍頻率范圍內(nèi)比較平坦；內(nèi)比較平坦；300

48、 Hz300 Hz以下和以下和 3000Hz3000Hz以上衰耗增加很以上衰耗增加很快，這種衰減特性正好適應人類語音信號的傳輸?？?，這種衰減特性正好適應人類語音信號的傳輸。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-55 舉例：只對基波衰減的信道所產(chǎn)生的失真舉例：只對基波衰減的信道所產(chǎn)生的失真vi(t)=sint+1/ 2sin3t vo(t)=1/2sin t +1/2sin3t(a)輸入信號波形(b)輸出信號波形2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-56 5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵π盘杺鬏數(shù)挠绊憟D圖 5

49、.5 - 3 5.5 - 3 典型電話信道相頻特性和群遲延頻率特性典型電話信道相頻特性和群遲延頻率特性 (a) (a) 相位相位- -頻率特性；頻率特性； (b) (b) 群遲延頻率特性群遲延頻率特性 ()O理想特性(b)()O理想特性(a)22、 相位相位- -頻率失真頻率失真 相位相位- -頻率失真頻率失真也是屬于也是屬于線性失真線性失真。它對模擬話音傳輸影。它對模擬話音傳輸影響不明顯，主要也是因為人耳對信號相位不敏感所致。如果響不明顯，主要也是因為人耳對信號相位不敏感所致。如果傳輸數(shù)字信號，相頻失真同樣會引起碼間干擾。傳輸數(shù)字信號，相頻失真同樣會引起碼間干擾。2022年7月4日星期一-蘭

50、州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-57 舉例：舉例： 通過對基波相移通過對基波相移、對三次諧波相移對三次諧波相移2 2的信道的信道所產(chǎn)生的失真所產(chǎn)生的失真 vi(t)=sint+1/ 2sin3t vo(t)=sin (t-T/2) +1/2sin3(t-T/3)(a)輸入信號波形(b)輸出信號波形2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-58 舉例：限帶脈沖波形通過電話信道所產(chǎn)生的失真舉例：限帶脈沖波形通過電話信道所產(chǎn)生的失真2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-59 5. 恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺捞匦约捌鋵?/p>

51、信號傳輸?shù)挠绊?3、信道的時延特性及群時延特性：、信道的時延特性及群時延特性： 信道的時延特性：信道的時延特性： 信道的群時延特性：信道的群時延特性： 一般，時延特性為常數(shù)時，信號傳輸不引一般，時延特性為常數(shù)時，信號傳輸不引起信號的起信號的波形失真波形失真；群時延特性為常數(shù)時，信；群時延特性為常數(shù)時，信號傳輸不引起號傳輸不引起信號包絡信號包絡的失真。的失真。()() ( )( )Gdd 2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-60 6. 隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?一、隨參信道含義及其若干實例一、隨參信道含義及其若干實例 ：

52、據(jù)前所述，據(jù)前所述，隨參信道隨參信道的性質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)參數(shù)隨時隨時間隨機變化，故亦稱間隨機變化，故亦稱變參信道變參信道。 譬如譬如短波電離層反射信道短波電離層反射信道和和分米波對流層分米波對流層散射信道散射信道是兩種典型的隨參信道。它們的共同是兩種典型的隨參信道。它們的共同特點是都存在特點是都存在時變多徑傳播時變多徑傳播引起的引起的選擇性衰落選擇性衰落，常常統(tǒng)稱為常常統(tǒng)稱為衰落信道衰落信道。這兩種信道都包括大氣。這兩種信道都包括大氣層，具有很強的大氣噪聲是它們共同的特征。層，具有很強的大氣噪聲是它們共同的特征。 相關(guān)例子參見后述例子。相關(guān)例子參見后述例子。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科

53、學與工程學院電信、通信工程系-61 電離層反射電離層反射對流層散射對流層散射 隨參信道舉例示意圖隨參信道舉例示意圖2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-62 隨參信道特性隨參信道特性 隨參信道的傳輸媒質(zhì)具有以下三個突隨參信道的傳輸媒質(zhì)具有以下三個突出特點：出特點： (1) (1) 對信號的對信號的衰耗衰耗隨時間隨機變化；隨時間隨機變化； (2) (2) 信號傳輸?shù)男盘杺鬏數(shù)臅r延時延隨時間隨機變化；隨時間隨機變化；(3) (3) 存在存在多徑傳播多徑傳播現(xiàn)象。現(xiàn)象。6. 隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?2022年7月4日星期一-蘭

54、州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-63 6.隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?二、隨參信道的數(shù)學模型分析二、隨參信道的數(shù)學模型分析 ： 若取信號發(fā)送端的信號形如：若取信號發(fā)送端的信號形如：其中當取其中當取A為信號幅度，為信號幅度，an為信息碼元，為信息碼元，g(t)則為信息碼元波形，于是則為信息碼元波形，于是b(t)形如形如上述信號經(jīng)由多徑傳輸后到達接收端的信號可上述信號經(jīng)由多徑傳輸后到達接收端的信號可形式地表示為：形式地表示為： ( )( ) cos()cs tA b tt-( )( -)nnb ta g tnT 2022年7月4日星期一-蘭州大學信息

55、科學與工程學院電信、通信工程系-64 6.隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?111( )( ) -( )cos( )( ) -( )cos( )( ) -( )cos( ) cos( ) -( )sin( )sinLiiciiLiiciiLiiiciLiiicir tAt b ttttAt b ttttAt b ttttAt b tttt() -( )ic itt第第i條路徑信號條路徑信號的衰耗因子，的衰耗因子，它隨時間變化它隨時間變化第第i條路徑條路徑信號的傳信號的傳輸時延輸時延,隨隨時間變化時間變化實際觀察發(fā)現(xiàn)，實際觀察發(fā)現(xiàn)， 和和 與載波與載波 相比，變化

56、緩慢相比，變化緩慢的多，因此，的多，因此，r（t）可看作是可看作是窄帶隨機過程窄帶隨機過程。( )it( )itcosct= ( )cos( )sinccscr ttr tt2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-65 6.隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?三、隨參信道對信號傳輸?shù)挠绊懭?、隨參信道對信號傳輸?shù)挠绊?： 隨參信道對信號傳輸會造成隨參信道對信號傳輸會造成一般性衰落一般性衰落以及以及頻頻率選擇性衰落率選擇性衰落。在這里，不妨以移動信道情形為例。在這里，不妨以移動信道情形為例來分析隨參信道的多徑衰落現(xiàn)象及其影響。來分析隨參信

57、道的多徑衰落現(xiàn)象及其影響。1.1. 多徑衰落與頻率彌散：多徑衰落與頻率彌散：( (Multi-path fading and frequency Multi-path fading and frequency dispersaldispersal) )tAtsccos)( 輸入信號輸入信號2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-66 hbd2dd1hm若有若有n n條多徑信道，信號相互獨立，則接收到的合成條多徑信道，信號相互獨立，則接收到的合成波為波為 示意圖示意圖 移動信道的傳播路徑移動信道的傳播路徑)(cos)()(cos)()(11tttatttatricn

58、iiicnii 示例分析示例分析 2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-67 niciiciniittattatr11sinsin)(coscos)()(ttYttXccsin)(cos)(式中式中niiitatX1cos)()(niiitatY1sin)()(222exp21)(xxxxf222exp21)(yyyyf: )(tX: )(tYyxyExE0)()(2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-68 其它, 020,21)(f)(cos)()(tttVtrc的包絡和相位形式：的包絡和相位形式：)(tr瞬時相位滿足瞬時相位滿

59、足均勻分布均勻分布22( )exp2vvvvf v瞬時幅度滿足瑞利瞬時幅度滿足瑞利分布分布( (RayleighRayleigh) )()()(22tYtXtV( )( )arctan( )Y ttX t式中式中包絡包絡相位相位2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-69 n f (z)0.50.40.30.20.1r 0nAz(a) 0r 0f ()(b)0r 1r 16.隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?由上述分析可見，相對于載波來說，由上述分析可見，相對于載波來說，V(t)和和(t)是慢變化的隨機過程，于是是慢變化的隨機過程，

60、于是r(t)可以看成是一可以看成是一個窄帶隨機過程。個窄帶隨機過程。2022年7月4日星期一-蘭州大學信息科學與工程學院電信、通信工程系-70 兩個基本結(jié)論兩個基本結(jié)論: :(1) (1) 多徑傳播使單一頻率的正弦信號變成了包絡和多徑傳播使單一頻率的正弦信號變成了包絡和相位受調(diào)制的窄帶信號，這種信號稱為相位受調(diào)制的窄帶信號，這種信號稱為衰落信號衰落信號，即多徑傳播使信號產(chǎn)生即多徑傳播使信號產(chǎn)生瑞利型衰落瑞利型衰落； (2) (2) 從頻譜上看，從頻譜上看， 多徑傳播使單一譜線變成了窄帶多徑傳播使單一譜線變成了窄帶頻譜，頻譜， 即多徑傳播引起了即多徑傳播引起了頻率彌散頻率彌散。6. 隨參信道特性及其對信號傳輸