通信原理韩庆文第二章信道与干扰.

CCEE第二章信道与干扰数字通信原理重庆大学通信工程学院数字通信原理主要内容2.1信息论初步2.2信道的基本概念2.3信号通过线性时不变系统2.4白噪声2.5变参信道及其对信号传输的影响重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道及其对信号传输的影响变参信道1变参信道对信号传输的影响2变参信道特性的改善3重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道变参信道包含的传输媒质比较复杂，信道特性随时间变化很快，比恒参信道复杂得多，对信号传输过程的影响也要严重得多变参信道传输媒质的特点1.对信号的衰耗随时间的变化而变2.传输的时延随时间而变3.多径传播重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道及其对信号传输的影响变参信道1变参信道对信号传输的影响2变参信道特性的改善3重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道对信号传输的影响频率弥散与快衰落频率选择性衰落和时间弥散慢衰落重庆大学通信工程学院数字通信原理频率弥散与快衰落可用变参信道传送单频信号来说明频率弥散快衰落现象11()coscosniciiniciiRttttttt发射波经过n条路径传播后的接收信号coscAtit第i条路径的接收信号振幅，随时间不同而随机变化it第i条路径的接收信号时延，随时间不同而随机变化icitt第i条路径的随机相位重庆大学通信工程学院数字通信原理频率弥散与快衰落11()coscossinsinnniiciiciiRttttttt,iitt缓慢变化的随机过程cossiniiiitttt分别是的cosωct和sinωct的包络重庆大学通信工程学院数字通信原理频率弥散与快衰落11()cos()sinnciiinsiiiXtttXttt()cossincosccsccRtXttXttVttt合成波R(t)的包络Vt合成波R(t)的相位t22csVtXtXt1scXtttgXt重庆大学通信工程学院数字通信原理频率弥散与快衰落变化缓慢VttR(t)是窄带随机过程,iitt变化缓慢重庆大学通信工程学院数字通信原理频率弥散与快衰落可见从波形上看，多径传播的结果使确定的单一载频信号Vcosωct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；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重庆大学通信工程学院数字通信原理频率弥散与快衰落可见从频谱上看，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。分析说明重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明任意时刻t,csXtXt是n个随机变量之和ifn足够大在“和”中的每一个随机变量可以认为是独立地出现的且具有均匀分布特性中心极限定理,csXtXt是高斯随机变量平稳高斯过程R(t)是窄带高斯过程V(t)一维服从瑞利分布φ(t)一维服从均匀分布重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明信号的包络服从瑞利分布的衰落，通常称之为瑞利型衰落。设瑞利型衰落信号的包络值记为V，则随机变量V的一维概率密度函数f(V)可表示成：相位φ(t)的一维概率密度函数也可表示为：22220,0VVfVeV1022f重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明1.V=σ时，f(V)有极大值：22220,0VVfVeV1022f1211fVee重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明2.V的数学期望：22220,0VVfVeV1022f2222001.2542VVEVVfVdVVedV重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明3.V的均方值（二阶原点矩）：22220,0VVfVeV1022f222222222200,222022VVVtdttdVVEVVfVdVVedVtedt重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明4.V的方差（二阶中心矩）：22220,0VVfVeV1022f2222222220.4322DVEVEVEVEV重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明5.当：22220,0VVfVeV1022f2ln21.177V012VfxdxV的中值重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明6.信号低于σ的概率：22220,0VVfVeV1022f12010.39fVdVe信号包络低于σ的时间约为39％。重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明7.信号包络V超过某一指定值Kσ的概率：22220,0VVfVeV1022f22KKfVdVe重庆大学通信工程学院数字通信原理衰落特性的描述衰落特性通常用“衰落深度”和“衰落速度”两个参量来衡量。衰落深度：用来描述接收信号电平变化的范围大小的。它描述了接收信号电平变化的基本范围，对我国通信情况的大量统计平均表明，衰落深度约为10－20dB(短波)。衰落速度：用来描述电平变化的快慢情况。它定义为每分钟以正斜率通过中值电平的平均次数，对散射信道，衰落速率可达0.2-2赫，短波信道为5-50次／分。重庆大学通信工程学院数字通信原理包络电平V小于横坐标的概率（％）相对于中值的分贝数衰落深度90%10%衰落深度重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道对信号传输的影响频率弥散与快衰落频率选择性衰落和时间弥散慢衰落重庆大学通信工程学院数字通信原理频率选择性衰落和时间弥散多径传播除了会造成频率弥散和快衰现象外，还会引起频率选择性衰落和时间弥散。频率选择性衰落是指信号频谱中某一些分量衰耗特别大、而另一些频谱分量衰耗却比较小，从而造成传输后的信号出现畸变分析说明重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明多径传播路径有两条到达接收点的两路信号具有相同强度只是到达时间不同(即时延不同)发射信号f(t)经过两条路径传播的信号为00Vftt00Vftt固定时延0t两路相对时延0V某一确定强度框图重庆大学通信工程学院数字通信原理模拟框图V0V0＋00Vftt00Vftt时延t0时延t0＋τ0Vft0Vftft0ft0000VfttVftt重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明ftF0000jtVfttVFe0000jtjVfttVFee000000000jtjtjftVfttVfttVFeVFee传递函数00000000011jtjtjjtjjtjFHFVFeVFeeFVFeeFVee重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明取H(ω)的模002200011cossin1cossin21cos2cos2jHVeVjVVV210,1,2,KK零点20,1,2,KK极大值相对时延差随时间变化的传输特性出现的零点与极点在频率轴上的位置随时间而变重庆大学通信工程学院数字通信原理推广到多径信道频率选择性衰落依赖于相对时延差多径传播的相对时延差（简称多径时延差）通常用最大多径时延差来表征，并用它来估算传输零极点在频率轴上的位置。多径传播的最大时延差m1mf相邻传输零点的频率间隔——多径传播媒质的“相关带宽”重庆大学通信工程学院数字通信原理频率选择性衰落和时间弥散如传输波形的频谱宽度大于Δf，波形将产生明显的频率选择性衰落，为了不引起明显的选择性衰落，传播波形的频带必须小于多径传输媒质的相关带宽Δf0，工程实现中，一般取传输信号带宽3～5倍频率选择性衰落造成的波形畸变称为“时间弥散”。在多径信道中传输数字信号，特别是传输高速数字信号时，频率选择性衰落将会引起严重的码间干扰，为了减小码间干扰，必须限制数字信号的传输速率。分析说明重庆大学通信工程学院数字通信原理分析说明()ftT0()ftt0()ftt0()ftTτ发端送入的信号f(t)为一方波经延迟为t0和t0+τ两条路径传播在接收点得到的波形f0(t)与f(t)比较是发生了畸变幅度变得高低不平波形被展宽多径传播τ为各条路径的最大相对时延。这种波形展宽现象称为“时间弥散”。重庆大学通信工程学院数字通信原理时间弥散时间弥散可能会造成前后数字波形的重叠，导致码间干扰为减少这种影响，必须满足Tsτ——大大降低了数字波形的传输速度。短波电离层反射媒质的信道τ＝0.2-2ms，常选码元宽度Ts=5-15ms，码元宽度与码速成反比，5毫秒宽度的码元，码速为200波特，对二进制码，它的比特速率为200b／s，当码宽为15毫秒时，码速为66.6波特，二进制时的比特速率为66.6b／s。由于多径时延的影响，数字波形的传输速度被大大地限制了。变参信道的多径传播对数字信号的传输带来的影响是严重的，这也是变参信道对数字信号传输的主要影响。重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道对信号传输的影响频率弥散与快衰落频率选择性衰落和时间弥散慢衰落重庆大学通信工程学院数字通信原理慢衰落由于变参信道的传输媒质均为不同高度的大气层，对电波传播的特性总是随着昼夜、季节、时间的不同在不断地变化着，因而对被传输信号的衰减也是不断变化的。这种变化通常仍叫它为衰落现象，不同的是，这种变化比多径传播造成的衰落现象要缓慢得多。所以，通常把这种衰落现象叫“慢衰落”，而把多径传播造成的衰落称之为“快衰落”。慢衰落特性也可用积累概率分布曲线来表示慢衰落一般说来对所传信号频谱中的各个频率分量几乎产生同样影响，因而对信号损害不大。一般可以通过调节设备的增益来补偿。重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道及其对信号传输的影响变参信道1变参信道对信号传输的影响2变参信道特性的改善3重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道特性的改善变参信道对信号传输的最大危害是多径传播引起的快衰落现象和多径时延。为了抗快衰落通常可采用多种措施，较为有效且常用的抗衰落措施就是分集接收技术分集接收分集方法合并方式重庆大学通信工程学院数字通信原理分集接收分集接收就是设法取得n组相互独立的信号，再按适当的方法集中起来，以便衰落强度相互补偿，使总的接收信号比较平稳，从而克服或减弱信号包络的起伏。采用分集接收的信号质量可以大大提高，变参信道中分集接收是抗快衰落的有效方法。重庆大学通信工程学院数字通信原理变参信道特性的改善分集接收分集方法合并方式重庆大学通信工程学院数字通信原理分集方式空间分集极化分集角度分集频率分集时间分集重庆大学通信工程学院数字通信原理空间分集收端使用n付同样的天线，将它们安置在有一定距离的不同位置，以降低不同天线接收信号间的相关性。分集接收输出发送端接收端...重庆大学通信工程学院数字通信原理空间分集天线放置的位置不同，效果也不同包含电离层反射和对流层散射媒质的信道，直立方向和水平垂直相关系数的速率降低得较快。若天线间隔达到100个波长左右，就可以认为两天线接收信号完全不相关了。直立方向水平垂直方向水平顺延方向重庆大学通信工程学院数字通信原理空间分集通