信道特性对信号传输的影响..共56页

《通信原理》 第六讲知识要点：随参信道传输媒质的特点，随参信道特性对信号传输的影响及改善方法§3. 3 随参信道及其传输特性随参信道是指信道传输特性随时间随机快速变化的信道。

常见的随参信道有陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道、超短波及微波对流层散射信道、超短波电离层散射以及超短波超视距绕射等信道。

一、随参信道举例1. 陆地移动信道陆地移动通信工作频段主要在VHF 和UHF 频段，电波传播特点是以直射波 为主。

但是，由于城市建筑群和其它地形地物的影响，电波在传播过程中会产生反射波、散射波以及它们的合成波，电波传输环境较为复杂，因此移动信道是典型的随参信道。

1) 自由空间传播当移动台和基站天线在视距范围之内，这时电波传播的主要方式是直射波。

设发射机输入给天线功率为T P (W)，则接收天线上获得的功率为24⎪⎭⎫ ⎝⎛=d G G P P R T T R πλ (3.3-1) 式中，T G 为发射天线增益，R G 为接收天线增益，d 为接收天线与发射天线之间直线距离，πλ42为各向同性天线的有效面积。

当发射天线增益和接收天线增益都等于1时，式(3.3-1)简化为24⎪⎭⎫⎝⎛=d P P T R πλ (3.3-2)自由空间传播损耗定义为 RTfs P P L =(3.3-3) 代入式(3.3-2)可得24⎪⎭⎫⎝⎛=λπd L fs (3.3-4)用dB 可表示为 []λπdL fs 4lg20=f d lg 20lg 2044.32++= (dB) (3.3-5)式中，d 为接收天线与发射天线之间直线距离，单位为km ；f 为工作频率，单位为MHz 。

2) 反射波与散射波当电波辐射到地面或建筑物表面时，会发生反射或散射，从而产生多径传播现象，如图3-17所示。

图3-17 移动信道的传播路径3) 折射波电波在空间传播中，由于大气中介质密度随高度增加而减小，导致电波在空间传播时会产生折射、散射等。

信道特性对信号传输的影响1．无失真传输要求（1）振幅-频率特性要求振幅特性与频率无关，即其振幅-频率特性曲线是一条水平直线。

（2）相位-频率特性要求相位特性是一条通过原点的直线，或其传输群时延（即系统在某频率处的相位对频率的变化率）与频率无关，等于常数。

2．失真（1）线性失真①频率失真a．定义：频率失真是指信道的振幅-频率特性曲线不满足呈一条理想水平直线而引起的失真。

b．影响：使模拟信号的波形产生畸变。

在传输数字信号时，造成码间串扰。

c．补偿措施：用一个线性网络进行补偿，使其频率特性与信道的频率特性之和在信号频谱占用的频带内为一条水平直线。

②相位失真a．定义：相位失真是由信道的相位特性不满足群时延为常数的理想特性而引起的失真。

b．影响：相位失真对于数字信号的传输影响很大，引起码间串扰，使误码率增大。

c．补偿措施：用一个线性网络进行补偿。

（2）非线性失真①定义非线性失真是指信道输入和输出信号的振幅关系不是直线关系的失真。

②分类a．谐波失真定义：非线性特性使信号产生新的谐波分量。

产生原因：由信道中的元器件特性不理想造成。

b．频率偏移失真定义：信道输入信号的频谱经过信道传输后产生了平移。

产生原因：由发送端和接收端中用于调制解调或频率变换的振荡器的频率误差引起。

c．相位抖动失真定义：信道输入信号的相位谱经过信道传输不稳定。

产生原因：由振荡器的频率不稳定产生。

③特性图图4-10 非线性特性（3）衰落①衰落的定义衰落是指信号的包络因传播而产生起伏变化的现象。

②衰落的分类快衰落：由多径效应引起的衰落。

慢衰落：由于移动台的不断运动，电波传播路径地形地貌的不断变化，路径上季节、日夜、天气等的变化使得衰落的起伏周期较长的一种衰落。

频率选择性衰落：衰落和频率有关，不同频段上衰落特性不一样，当频率超过相干带宽时发生频率选择性衰落。

（4）多径效应①产生原因信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变。

第三章 总结节1 信道的概念一、信道定义：狭义信道、广义信道二、信道模型：1、调制信道共性：①一对（或多对）信道输入，必对应有一对（或多对）信道输出。

②绝大多数信道是线性的，满足叠加定理。

③信道对信号有延时，还有衰耗（固定或时变）④无信号输入，信道也有输出。

调制信道可用时变线性网络表示恒参信道、随参信道2、编码信道编码信道模型用码序列的转移概率描述3、信道分类节2 调制信道特性及对信号传输的影响一、恒参信道1、幅频特性：2、相频特性：若Φ(ω) = - ω t d （ t d 是常数，为线性函数），无失真。

Φ(ω) 非线性，有失真。

二、随参信道1、随参信道传输媒质三个特点：①传输衰耗随时间而变；()()则有幅频失真则无幅频失真const H const H ≠=ωω②传输时延随时间而变；③多径传播。

2、随参信道对信号传输的影响分析：影响结果：①等幅信号变为有包络变化的信号，即存在幅度快衰落影响；②单一频率信号变为窄带频谱信号，即存在频率弥散影响。

相关带宽△f节3 加性噪声节4 信道容量概念信道传输信息的最大速率 R 称为信道容量， C 为差错任意小的最高信息速率。

待传送的信源信息速率 R 源>C ，则信道肯定不能正确传送该信息；而R 源≤C ，采用适当的方法，该信道能正确无误的传送该信息。

加性高斯白噪声作用下的调制信道（白高斯信道）可由Shannon 公式计算信道的容量：B ：信道带宽（Hz ） S ：信号功率( W )N = n 0 B ：白噪声功率s bit B n S B N S B C /1log 1log 022⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=。

恒参信道：有线电信道（明线，同轴电缆，双绞线电缆），光纤信道，无线电视距中继，卫星中继信道。

⏹ 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。

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。

网络的相位-频率特性还经常采用群迟延-频率特性 来衡量，要满足不失真传输条件，等同于要求群迟延-频率特性应是一条水平直线.随参信道:短波电离层反射信道，超速波及微波对流层散射信道，超短波电离层散射信道，超短波超视距绕射信道。

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。

⏹ 随参信道的特性比恒参信道要复杂得多，其根本原因在于它包含一个复杂的传输媒质。

⏹ 虽然，随参信道中包含着除媒质外的其它转换 器，但是，从对信号传输影响来看，传输媒质的影响是主要的，转换器特性的影响可以忽略不计。

在此，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。

随参信道图：共同特点是：1.对信号的损耗随时间变化而变化，2，传输时延随时间变化而变化，3由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点，也就是所谓的多径传播。

多径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合成。

—— 由第i 条路径的随机相位；————由第i 条路径到达的接收信号振幅_______ 由第i 条路径达到的信号的时延；都是随机变化的(1) 从波形上看，多径传播的结果使确定的载频信号变成了包络和相位都随机变化的窄带信号，这种信号称为衰落信号；（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。

通常将由于电离层浓度变化等因素所引起的信号衰落称为慢衰落；而把由于多径效应引起的信号衰落称为快衰落。

)()(0t t i i τωϕ-=)(t i μ)(t iτ)(),(),(t t t i i i ϕτμωωϕωτd d )()(=频率选择性衰落与相关带宽:假定多径传播的路径只有两条，且到达接收点的两路信号的强度相同，只是在到达时间上差一个时延 。

第４章信道信道是指以传输媒质为基础的信号通道，是将信号从发送端传送到接收端的通道。

如果信道仅是指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道。

如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等。

这种信道称为广义信道。

无线信道利用电磁波在空间的传播来传播信号；有线信道利用导线、波导、光纤等媒质来传播信号。

常把广义信道简称为信道。

4.1 无线信道信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻。

对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。

信道具有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。

电磁波传播主要分为地波、天波和视线传播三种。

地波：频率在2MHz以下，电磁波沿大地与空气的分界面传播。

传播时无线电波可随地球表面的弯曲而改变传播方向。

在传播途中的衰减大致与距离成正比。

地波的传播比较稳定，不受昼夜变化的影响，所以长波、中波和中短波可用来进行无线电广播。

根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。

地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。

中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领很差。

由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高，损失越大，因此中波和中短波的传播距离不大，一般在几百千米范围内，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。

长波沿地面传播的距离要远得多，但发射长波的设备庞大，造价高，所以长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等。

天波：天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的，频率范围在2~30MHz。

天波是短波的主要传播途径。

短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以多次反射，因而传播距离很远(可上万公里)，而且不受地面障碍物阻挡。