31引言32信道定義與數(shù)學(xué)模型33信道數(shù)學(xué)模型34恒參信-wenkub
2022-10-23 16:41:00 本頁面
【正文】 （ 4） 即使沒有信號(hào)輸入， 在信道的輸出端仍可能有一定的功率輸出（噪聲）。 信道的數(shù)學(xué)模型用來表征實(shí)際物理信道的特性 ， 它對(duì)通信系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)是十分方便的 。 圖 3 –1 調(diào)制信道和編碼信道 編碼器輸入 調(diào)制器發(fā)轉(zhuǎn)換器媒質(zhì)收轉(zhuǎn)換器解調(diào)器譯碼器輸出編碼信道調(diào)制信道 同理在數(shù)字通信系統(tǒng)中 ， 如果研究編碼與譯碼問題時(shí)采用編碼信道 ， 會(huì)使問題的分析更容易 。所謂調(diào)制信道是指圖 3 1中從調(diào)制器的輸出端到解調(diào)器的輸入端所包含的發(fā)轉(zhuǎn)換裝置、 媒質(zhì)和收轉(zhuǎn)換裝置三部分。 這相當(dāng)于在狹義信道的基礎(chǔ)上 ， 擴(kuò)大了信道的范圍 。 線信道包括地波傳播 、 短波電離層反射 、 超短波或微波視距中繼 、 人造衛(wèi)星中繼 、 散射及移動(dòng)無線電信道等 。 引言 定義：信道是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道。 分類： 廣義信道、狹義信道。 狹義信道是廣義信道十分重要的組成部分 ， 通信效果的好壞 ， 在很大程度上將依賴于狹義信道的特性 。 它的引入主要是從研究信息傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā) ， 使通信系統(tǒng)的一些基本問題研究比較方便 。 當(dāng)研究調(diào)制與解調(diào)問題時(shí)，我們所關(guān)心的是調(diào)制器輸出的信號(hào)形式、解調(diào)器輸入端信號(hào)與噪聲的最終特性，而并不關(guān)心信號(hào)的中間變換過程。 所謂編碼信道是指圖 3 1 中編碼器輸出端到譯碼器輸入端的部分 。 下面我們簡(jiǎn)要描述調(diào)制信道和編碼信道這兩種廣義信道的數(shù)學(xué)模型 。 根據(jù)以上幾條性質(zhì) ， 調(diào)制信道可以用一個(gè)二端口 (或多端口 )線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)來表示 ， 這個(gè)網(wǎng)絡(luò)便稱為調(diào)制信道模型 ， 如圖 3 2 所示 。 k(t)的存在 ， 對(duì)ei(t)來說是一種干擾 ， 通常稱其為乘性干擾 。 通常信道特性 k(t)是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，它可能包括各種線性失真、非線性失真、交調(diào)失真、衰落等。 編碼信道輸入是離散的時(shí)間信號(hào) ， 輸出也是離散的時(shí)間信號(hào) ， 對(duì)信號(hào)的影響則是將輸入數(shù)字序列變成另一種輸出數(shù)字序列 。 信道噪聲越大將導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤越多 ， 錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率 P(1/0)與 P(0/1)也就越大；反之 ， 錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率 P(1/0)與 P(0/1)就越小 。 由無記憶二進(jìn)制編碼信道模型 ， 容易推出無記憶多進(jìn)制的模型 。 x0x1…xM － 1y0y1…yN － 1｛ X ｝ ｛ Y ｝ 恒參信道舉例 信道特性主要由傳輸媒質(zhì)所決定 ， 如果傳輸媒質(zhì)是基本不隨時(shí)間變化的 ， 所構(gòu)成的廣義信道通常屬于恒參信道；如果傳輸媒質(zhì)隨時(shí)間隨機(jī)快變化 ， 則構(gòu)成的廣義信道通常屬于隨參信道 。 2. 對(duì)稱電纜是在同一保護(hù)套內(nèi)有許多對(duì)相互絕緣的雙導(dǎo)線的傳輸媒質(zhì) 。 由于這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn) ， 故電纜的傳輸損耗比較大 ， 但其傳輸特性比較穩(wěn)定 ， 并且價(jià)格便宜 、 安裝容易 。 為了增大容量 ， 也可以將幾根同軸電纜封裝在一個(gè)大的保護(hù)套內(nèi) ， 構(gòu)成多芯同軸電纜 。 微波中繼信道具有傳輸容量大 、 長途傳輸質(zhì)量穩(wěn)定 、 節(jié)約有色金屬 、 投資少 、 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) 。 而衛(wèi)星中繼信道是以衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器作為中繼站與接收 、 發(fā)送地球站之間構(gòu)成 。的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部分地域 (兩極盲區(qū)除外 )， 如圖 3 10 所示 。 衛(wèi)星中繼信道的主要特點(diǎn)是通信容量大 、 傳輸質(zhì)量穩(wěn)定 、 傳輸距離遠(yuǎn) 、覆蓋區(qū)域廣等 。 只要知道網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性 ， 就可以采用信號(hào)分析方法 ， 分析信號(hào)及其網(wǎng)絡(luò)特性 。根據(jù)信道的等效傳輸函數(shù)，可以得到幅頻特性為 |H(ω)|=K0 相頻特性為 φ(ω)=ωtd tdjeKH ?? ?? 0)( 信道的相頻特性通常還采用群遲延 頻率特性來衡量 ， 所謂的群遲延 頻率特性就是相位 頻率特性的導(dǎo)數(shù) ， 則群遲延 頻率特性可以表示為 理想信道的幅頻特性、 相頻特性和群遲延特性曲線如圖 3 11 所示。 在實(shí)際中 ， 如果信道傳輸特性偏離了理想信道特性 ， 就會(huì)產(chǎn)生失真 (或稱為畸變 )。 由圖可見 ， 衰減特性在 300~3000 Hz頻率范圍內(nèi)比較平坦； 300 Hz以下和 3000Hz以上衰耗增加很快 ， 這種衰減特性正好適應(yīng)人類話音信號(hào)傳輸 。 圖 3 13 給出了一個(gè)典型的電話信道的相頻特性和群遲延頻率特性 。 由于相頻失真也是線性失真 ， 因此同樣可以采用均衡器對(duì)相頻特性進(jìn)行補(bǔ)償 ， 改善信道傳輸條件 。 1. 傳播路徑 由于太陽輻射的紫外線和 X射線 ， 使離地面60~600 km的大氣層成為電離層 。 由于太陽輻射的變化 ， 電離層的密度和厚度也隨時(shí)間隨機(jī)變化 ， 因此短波電離層反射信道也是隨參信道 。 D、 E層對(duì)電波傳輸?shù)挠绊懼饕俏针姴?， 使電波能量損耗 。 當(dāng)電磁波以 φ0角入射時(shí)，能從電離層反射的最高頻率稱為最高可用頻率 MUF。 圖 3 16多徑形式示意圖 (a) 一次反射和兩次反射； (b) 反射區(qū)高度不同； (c) 尋常波與非尋常波； (d) 漫射現(xiàn)象 ABAB( a ) ( b )ABAB( c ) ( d ) 隨參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊? 由上面分析的陸地移動(dòng)信道和短波電離層反射信道這兩種典型隨參信道特性知道 ， 隨參信道的傳輸媒質(zhì)具有以下三個(gè)特點(diǎn)： (1) 對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間隨機(jī)變化； (2) 信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間隨機(jī)變化； (3) 多徑傳播 。 因此 ， 式 （ ） 可改寫成 tttttR iniiinii 0101s i ns i n)(c osc os)()( ?????? ??????() 設(shè) ??????niiisniiictttXtttX11)(s in)()()(c os)()(???? 式中 V(t)－－合成波 R(t)的包絡(luò)； φ(t)－－ 合成波 R(t)的相位 。 為了分析方便 ， 我們假設(shè)多徑傳播的路徑只有兩條 ， 信道模型如圖 3 20 所示 。si( t )so( t )）＋（－＋－）＋（???????????jtjtjtjeeFVttfVttfVeFVttfVeFVttfV???????????1)()()()()()()(00000000000000）＋（）＋（ ????????? jtjjtj eeVFeeFVH ???? ?? 1)(1)()( 0000于是，當(dāng)兩徑傳播式，模型的傳播特性為 H(ω)為 后一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的模特性（幅度－頻率特性）為 2c os22c os2s i n2c os2s i nc os112 ?????????????????????jjej）＋（圖 3－ 21(a)表示了上述關(guān)系 。 設(shè)信道最大多徑時(shí)延差為 τm，則定義多徑傳播信道的相關(guān)帶寬為 mf?1?? () 隨參信道特性的改善－－分集接收 陸地移動(dòng)信道 、 短波電離層反射信道等隨參信道引起的多徑時(shí)散 、 多徑衰落 、 頻率選擇性衰落 、 頻率彌散等 ， 會(huì)嚴(yán)重影響接收信號(hào)質(zhì)量 ， 使通信系統(tǒng)性能大大降低 。 所謂分集接收 ， 是指接收端按照某種方式使它收到的攜帶同一信息的多個(gè)信號(hào)衰落特性相互獨(dú)立 ， 并對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行特定的處理 ， 以降低合成信號(hào)電平起伏 ， 減小各
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