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第三章信道與干擾數(shù)字通信原理變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!主要內(nèi)容

3.1概述3.2恒參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

3.3變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

3.4變參信道特性的改善

3.5信道噪聲3.6信道容量數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!3.3變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懽儏⑿诺?

變參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!變參信道變參信道包含的傳輸媒質(zhì)比較復(fù)雜，信道特性隨時(shí)間變化很快，比恒參信道復(fù)雜得多，對(duì)信號(hào)傳輸過程的影響也要嚴(yán)重得多典型的變參信道對(duì)流層散射流星余跡散射電離層反射和散射數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!對(duì)流層從地面開始到10－16公里的高空（兩極為10公里，赤道為16公里）叫對(duì)流層對(duì)流層是大氣的最低層，對(duì)流層中的濕度、壓力、水氣都是隨溫度變化的由于地表情況不同（地理?xiàng)l件不同），經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大氣湍流——形成一個(gè)個(gè)大氣旋渦，各渦流單元擁有不同的介電常數(shù)，對(duì)電磁波的折射率也不同。當(dāng)發(fā)射天線輻射的電波作用于這些不均勻氣團(tuán)時(shí)，由于介電常數(shù)的不同，必然產(chǎn)生折射和散射，這時(shí)，電磁波傳播方向不再與以前一致，而是向四面八方發(fā)散。對(duì)流層散射的傳播距離可達(dá)500－600公里遠(yuǎn)。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!變參信道對(duì)流層散射流星余跡散射電離層反射和散射數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!變參信道對(duì)流層散射流星余跡散射電離層反射和散射數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!散射通信由于散射體既不受電離層變化的騷擾，又不怕雷電等惡劣天氣的影響，即便在太陽黑子活動(dòng)情況異常或是在磁爆、核爆炸等惡劣情況下，大氣中的散射體也始終存在，因而散射通信具有抗破壞能力強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)、通信穩(wěn)定可靠、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其適合用在近海跨越海峽、海灣和島嶼及用于內(nèi)陸跨越沙漠、高山、湖泊、沼澤和人煙稀少的邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信。散射通信設(shè)備已廣泛用于建立永久性固定通信干線。散射設(shè)備還被用于裝車，使其成為能在現(xiàn)場迅速開通或轉(zhuǎn)移的移動(dòng)散射站，成為民用機(jī)動(dòng)通信的重要手段。散射通信適合在野戰(zhàn)條件下使用，目前在軍事領(lǐng)域內(nèi)也被廣泛采用。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!變參信道傳輸媒質(zhì)的特點(diǎn)對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間的變化而變傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間而變多徑傳播數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!變參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戭l率彌散與快衰落頻率選擇性衰落和時(shí)間彌散慢衰落數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!頻率彌散與快衰落緩慢變化的隨機(jī)過程

分別是的cosφi(t)和sinφi(t)的包絡(luò)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!頻率彌散與快衰落變化緩慢R(t)是窄帶隨機(jī)過程變化緩慢數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!頻率彌散與快衰落可見從頻譜上看，多徑傳播引起了頻率彌散（色散），即由單個(gè)頻率變成了一個(gè)窄帶頻譜。

分析說明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!分析說明信號(hào)的包絡(luò)服從瑞利分布的衰落，通常稱之為瑞利型衰落。設(shè)瑞利型衰落信號(hào)的包絡(luò)值記為V，則隨機(jī)變量V的一維概率密度函數(shù)f(V)可表示成：相位φ(t)的一維概率密度函數(shù)也可表示為：數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!分析說明V的數(shù)學(xué)期望：瑞利衰落的特征數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!分析說明V的方差（二階中心矩）：瑞利衰落的特征數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!分析說明信號(hào)低于σ的概率：瑞利衰落的特征信號(hào)包絡(luò)低于σ的時(shí)間約為39％。

數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!衰落特性的描述衰落特性通常用“衰落深度”和“衰落速度”兩個(gè)參量來衡量。衰落深度：用來描述接收信號(hào)電平變化的范圍大小的。它描述了接收信號(hào)電平變化的基本范圍，對(duì)我國通信情況的大量統(tǒng)計(jì)平均表明，衰落深度約為10－20dB(短波)。衰落速度：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)，對(duì)散射信道，衰落速率可達(dá)0.2-2赫，短波信道為5-50次／分。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!變參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戭l率彌散與快衰落頻率選擇性衰落和時(shí)間彌散慢衰落數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!分析說明設(shè)多徑傳播路徑有兩條到達(dá)接收點(diǎn)的兩路信號(hào)具有相同強(qiáng)度只是到達(dá)時(shí)間不同(即時(shí)延不同)

發(fā)射信號(hào)f(t)經(jīng)過兩條路徑傳播的信號(hào)為令固定時(shí)延兩路相對(duì)時(shí)延某一確定強(qiáng)度框圖數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!分析說明傳遞函數(shù)數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!推廣到多徑信道頻率選擇性衰落依賴于相對(duì)時(shí)延差多徑傳播的相對(duì)時(shí)延差（簡稱多徑時(shí)延差）通常用最大多徑時(shí)延差來表征，并用它來估算傳輸零極點(diǎn)在頻率軸上的位置。設(shè)多徑傳播的最大時(shí)延差定義相鄰傳輸零點(diǎn)的頻率間隔——多徑傳播媒質(zhì)的“相關(guān)帶寬”

數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!分析說明TTτ發(fā)端送入的信號(hào)f(t)為一方波經(jīng)延遲為t0和t0+τ兩條路徑傳播在接收點(diǎn)得到的波形f0(t)與f(t)比較是發(fā)生了畸變幅度變得高低不平波形被展寬多徑傳播τ為各條路徑的最大相對(duì)時(shí)延。這種波形展寬現(xiàn)象稱為“時(shí)間彌散”。

數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!變參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戭l率彌散與快衰落頻率選擇性衰落和時(shí)間彌散慢衰落數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!對(duì)流層散射電磁波經(jīng)過大氣中的不均勻物質(zhì)后，傳輸方向發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為散射不均勻物質(zhì)為散射體。利用大氣層中散射體對(duì)電磁波的散射和反射作用而進(jìn)行的超視距無線電通信叫散射通信。對(duì)流層散射通常是指無線電電磁波在大氣對(duì)流層和平流層的散射傳播。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!平流層從對(duì)流層頂?shù)诫x地面60公里左右的高空大氣層叫平流層，它處于對(duì)流層與電離層之間平流層散射距離可達(dá)600－1000公里。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!流星余跡散射流星經(jīng)常出現(xiàn)在離地面70－130公里的高空，流星運(yùn)動(dòng)的速度和動(dòng)能都比較大，在與大氣的碰撞過程中，足以使部分流星發(fā)生物理電離，形成一個(gè)柱形的電離區(qū)——流星余跡，這個(gè)柱形電離區(qū)存在的時(shí)間大約在1秒以上，利用它可以進(jìn)行散射通信。流星的出現(xiàn)是離散的，流星余跡也是不連續(xù)的，但流星的出現(xiàn)非常頻繁，統(tǒng)計(jì)表明，每晝夜進(jìn)入地球大氣層的流星在1010以上，盡管余跡時(shí)間短暫且不連續(xù)，但由于數(shù)量很多，仍可利用它進(jìn)行通信。數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!電離層反射和散射電離層是離地面60－2000公里的高空大氣層，太陽光中的紫外線照射高空大氣使之發(fā)生電離，形成電離層。電離層一般分為四層，60－80公里為D層，160－120公里為E層，200公里左右為F1層，350－400公里為F2層。D層只有在白天日照時(shí)才存在，主要對(duì)長波起反射作用，而對(duì)短波和中波則起吸收作用E層主要由氧原子電離形成，可反射中波和短波，白天晚上都存在利用F層的反射作用，可進(jìn)行短波遠(yuǎn)距離通信，通信距離為1000－2000公里數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!信號(hào)在媒質(zhì)中的傳播電離層發(fā)收單跳雙跳發(fā)收對(duì)流層散射區(qū)每條路徑信號(hào)的衰耗和時(shí)延隨電離層或?qū)α鲗拥淖兓瘷C(jī)理隨機(jī)變化；多徑傳播后的接收信號(hào)將是衰減和時(shí)延隨時(shí)間變化的各路徑信號(hào)的合成(矢量和)，雖然每條路徑信號(hào)的振幅和相位的變化可能是緩慢的，但合成信號(hào)則可能產(chǎn)生快速、劇烈、復(fù)雜的變化。由發(fā)射點(diǎn)出發(fā)的電波可能經(jīng)多條路徑到達(dá)接收點(diǎn)——多徑傳播

數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!3.3變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

變參信道1

變參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!頻率彌散與快衰落可用變參信道傳送單頻信號(hào)來說明頻率彌散快衰落現(xiàn)象發(fā)射波經(jīng)過n條路徑傳播后的接收信號(hào)第i條路徑的接收信號(hào)振幅，隨時(shí)間不同而隨機(jī)變化

第i條路徑的接收信號(hào)時(shí)延，隨時(shí)間不同而隨機(jī)變化

第i條路徑的隨機(jī)相位

數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!頻率彌散與快衰落令得合成波R(t)的包絡(luò)合成波R(t)的相位數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!頻率彌散與快衰落可見從波形上看，多徑傳播的結(jié)果使確定的單一載頻信號(hào)Vcosωct變成了包絡(luò)和相位都隨機(jī)變化的窄帶信號(hào)，這種信號(hào)稱為衰落信號(hào)；通常將由于電離層濃度變化等因素所引起的信號(hào)衰落稱為慢衰落；而把由于多徑效應(yīng)引起的信號(hào)衰落稱為快衰落數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!分析說明任意時(shí)刻t是n個(gè)隨機(jī)變量之和足夠大在“和”中的每一個(gè)隨機(jī)變量可以認(rèn)為是獨(dú)立地出現(xiàn)的且具有均勻分布特性中心極限定理是高斯隨機(jī)變量平穩(wěn)高斯過程

R(t)是窄帶高斯過程

V(t)一維服從瑞利分布

φ(t)一維服從均勻分布數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!分析說明V=σ時(shí)，f(V)有極大值：瑞利衰落的特征數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!分析說明V的均方值（二階原點(diǎn)矩）：瑞利衰落的特征數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!分析說明當(dāng)：瑞利衰落的特征V的中值數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!分析說明信號(hào)包絡(luò)V超過某一指定值Kσ的概率：瑞利衰落的特征數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!包絡(luò)電平V小于橫坐標(biāo)的概率（％）相對(duì)于中值的分貝數(shù)衰落深度90%10%衰落深度數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!頻率選擇性衰落和時(shí)間彌散多徑傳播除了會(huì)造成頻率彌散和快衰現(xiàn)象外，還會(huì)引起頻率選擇性衰落和時(shí)間彌散。頻率選擇性衰落是指信號(hào)頻譜中某一些分量衰耗特別大、而另一些頻譜分量衰耗卻比較小，從而造成傳輸后的信號(hào)出現(xiàn)畸變分析說明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!模擬框圖V0V0＋時(shí)延t0時(shí)延t0＋τ數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!分析說明取H(ω)的模

零點(diǎn)極大值相對(duì)時(shí)延差隨時(shí)間變化的傳輸特性出現(xiàn)的零點(diǎn)與極點(diǎn)在頻率軸上的位置隨時(shí)間而變

數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝?5頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!頻率選擇性衰落和時(shí)間彌散如傳輸波形的頻譜寬度大于Δf，波形將產(chǎn)生明顯的頻率選擇性衰落，為了不引起明顯的選擇性衰落，傳播波形的頻帶必須小于多徑傳輸媒質(zhì)的相關(guān)帶寬Δf0，工程實(shí)現(xiàn)中，一般取傳輸信號(hào)帶寬頻率選擇性衰落造成的波形畸變稱為“時(shí)間彌散”。在多徑信道中傳輸數(shù)字信號(hào)，特別是傳輸高速數(shù)字信號(hào)時(shí)，頻率選擇性衰落將會(huì)引起嚴(yán)重的碼間干擾，為了減小碼間干擾，必須限制數(shù)字信號(hào)的傳輸速率。分析說明數(shù)字通信原理重慶大學(xué)通信工程學(xué)院變參信道及其對(duì)信