通信原理信道与噪声

及波导等一类能够看得见的媒介。 无线信道的传输媒质包括短波电离层、对流层散射等。 无线信道的传输特性没有有线信道的传输特性稳定和可靠，但
方便、灵活、可移动。
广义信道可分成调制信道和编码信道。 调制信道的范围是从调制器输出端到解调器输入端。 编码信道的范围是从编码器输出端到译码器输入端。
调制信道与编码信道
(2) 从频谱上看，多径传播引起了频率弥散(色散)，即由 单个频率变成了一个窄带频谱；
(3) 多径传播会引起选择性衰落。
为分析简单，下面假定只有两条传输路径，且认为接收端 的幅度与发送端一样，只是在到达时间上差一个时延τ。若发送 信号为f(t)，它的频谱为F(ω)，记为
f (t) F()
设经信道传输后第一条路径的时延为t0，在假定信道衰减为K的 情况下，到达接收端的信号为Kf(t-t0)，相应于它的傅氏变换为
(a) 一对输入端， 一对输出端； (b) m对输入端，n对输出端
对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关系 式可表示成
eo (t) f [ei (t)] n(t)
式中， ei(t)——输入的已调信号； eo(t)——信道输出波形； n(t)——信道噪声(或称信道干扰)； f［ei(t)］——表示信道对信号影响(变换)
n
n
r(t) ai (t) cosc[t tdi (t)] ai (t) cos[ct i (t)]
i 1
i 1
式中，ai(t)——总共n条多径信号中第i条路径到达接收端的随 机幅度；
tdi(t)——第i条路径对应于它的延迟时间； φi(t)——相应的随机相位，即
φi(t)=-ωctdi(t)
3.1 信道特性
信道的定义 通俗地说，信道是指以传输媒介(质)为基础的信号通路。
具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路；抽 象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信 号以限制和损害。 信道的作用是传输信号。
信道的分类
分成：狭义信道和广义信道。 狭义信道按具体媒介的不同类型可分为有线信道和无线信道。 有线信道是指传输媒介为明线、对称电缆、同轴电缆、 光缆
P(0 / 0) P(1/ 0) 1
P(1/1) P(0 /1) 1
信道分类归纳如下：
3.2 恒参信道及其对所传信号的影响
幅度—频率畸变
典型音频电话信道的衰耗—频率特性
相位—频率畸变(群迟延畸变)
所谓相位—频率畸变，是指信道的相位—频率特性偏离线性 关系所引起的畸变。
相频畸变对模拟话音通道影响并不显著，这是因为人耳对 相频畸变不太灵敏；但对数字信号传输却不然，尤其当传输速 率比较高时，相频畸变将会引起严重的码间串扰，给通信带来 很大损害。
Kf (t t0 ) KF ()e jt0
另一条路径的时延为(t0+τ)，假定信道衰减也是K，故它到达接 收端的信号为Kf(t-t0-τ)。相应于它的傅氏变换为
Kf (t t0 ) KF ()e j(t0 )
当这两条传输路径的信号合成后得
r(t) Kf (t t0 ) Kf (t t0 )
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n
r(t) [ ai (t) cosi (t)]cosct [ ai (t) sin i (t)]sin ct
i 1
i 1
令
n
aI (t) ai (t) cosi (t)
i 1
n
aQ (t) ai (t) sin i (t) i 1
r(t) aI (t) cosct aQ (t) sin ct a(t) cos[ct (t)]
(a) 相移失真前的波形； (b) 相移失真后的波形
减小畸变的措施
通过一个线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦。这一 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。
3.3 变参信道及其对所传信号的影响
变参信道传输媒质的特点
变参信道传输媒质通常具有以下特点： (1) 对信号的衰耗随时间的变化而变化； (2) 传输时延随时间也发生变化； (3) 具有多径传播(多径效应)。
信道的模型
1. 特性：
(1) 有一对(或多对)输入端， 则必然有一对(或多对)输出端； (2) 绝大部分信道是线性的， 即满足叠加原理； (3) 信号通过信道需要一定的迟延时间； (4) 信道对信号有损耗(固定损耗或时变损耗)； (5) 即使没有信号输入， 在信道的输出端仍可能有一定的 功率输出(噪声)。
信道的相位—频率特性还经常采用群迟延—频率特性来衡 量。群迟延—频率特性定义为相位—频率特性的导数。若相 位—频率特性用φ(ω)表示，则群迟延—频率特性(通常称为群 迟延畸变或群迟延)T(ω)为
T () dΦ() d
理想的群迟延特性 (a)φ(ω)—ω； (b)τ(ω)—ω
典型的电话信道的群迟延—频率特性
把f［ei(t)］设想成为形式k(t)·ei(t)。
eo (t) k(t) ei (t) n(t)
我们期望的信道(理想信道)应是k(t)=常数，n(t)=0， 即
eo (t) k ei (t)
2. 编码信道 编码信道的模型可用数字信号的转移概率来描述。
二进制无记忆编码信道模型
P(0/0) 、 P(1/0) 、 P(0/1) 、 P(1/1) 为 信 道 转 移 概 率 ， 具 体 地 把 P(0/0)和P(1/1)称为正确转移概率，而把P(1/0)和P(0/1)称为错误 转移概率。根据概率性质可知
多径效应的分析 属于变参的传输媒质主要以电离层反射和散射、对流层散射
等为代表。
(a) 电离层反射传输示意图； (b) 对流层传输示意图
共同特点是：由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点，这种现象 称多径传播。 就每条路径信号而言， 它的衰耗和时延都不是固定不变的。
若设发射信号为Acosωct，则经过n条路径传播后的接收信号r(t)
其中，a(t)是多径信号合成后的包络， 即
a(t) aI2 (t) aQ2 (t)
而φ(t)是多径信号合成后的相位， 即
(t
)
arc
tan
aQ (t) aI (t)
可以得到： (1) 从波形上看，多径传播的结果使单一载频信号Acosωct 变成了包络和相位都变化(实际上受到调制)的窄带信号；