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(存儲版)
【正文】 成高斯白噪聲。 當寬帶起伏噪聲通過帶通特性網(wǎng)絡(luò)時 ， 輸出噪聲就變?yōu)閹ㄐ驮肼?。 圖 330 帶通型噪聲的功能譜密度 面積相等Pn( f )Pn( fc )OBnffc 信道容量是指信道中信息無差錯傳輸?shù)淖畲笏俾?。 因此 ， 香農(nóng)公式的另一形式為 ( 9) 由香農(nóng)公式可得以下結(jié)論： (1) 增大信號功率 S可以增加信道容量 ， 若信號功率趨于無窮大 ， 則信道容量也趨于無窮大 ， 即 )1(log02 BnsBC ??????????)1(l og02limlim BnSBCSS (2) 減小噪聲功率 N (或減小噪聲功率譜密度 n0)可以增加信道容量 ， 若噪聲功率趨于零 (或噪聲功率譜密度趨于零 )， 則信道容量趨于無窮大 ， 即 ??????)1(l o g 200limlim NSBCNN (3) 增大信道帶寬 B可以增加信道容量 ， 但不能使信道容量無限制增大 。 這時 ，信息傳輸速率仍為 )1(l og)1(l og2022210121 BnsBBnsB ??? 104 b/s， 則所需要的信噪比 S2/N2=1 倍 。 互換前 ， 在 3kHz帶寬情況下 ， 使得信息傳輸速率達到 104 b/s， 要求信噪比 S1/N1≈9 倍 。 只要傳輸速率小于等于信道容量 ， 則總可以找到一種信道編碼方式 ， 實現(xiàn)無差錯傳輸；若傳輸速率大于信道容量 ， 則不可能實現(xiàn)無差錯傳輸 。 設(shè)帶通型噪聲的功率譜密度為 Pn(f)， 如圖 3 26 所示 ， 則噪聲等效帶寬定義為 )()()(2)(0nnn fpdffpfpdffpB ?????? ?? 式中 ， fc為帶通型噪聲功率譜密度的中心頻率 。 起伏噪聲本身是一種頻譜很寬的噪聲 ， 當它通過通信系統(tǒng)時 ， 會受到通信系統(tǒng)中各種變換的影響 ，使其頻譜特性發(fā)生變化 。 圖 4 熱噪聲的功率譜密度 Pn( f )2 k R T0 0 . 2 0 . 4 h f / KT因此，通信系統(tǒng)中熱噪聲的功率譜密度可表示為 Pn(f)=2RKT 電阻的熱噪聲還可以表示為噪聲電流源或噪聲電壓源的形式 ， 如圖 3 23 所示 。在以后各章分析通信系統(tǒng)抗噪聲性能時 ， 都是以起伏噪聲為重點 。脈沖噪聲的特點是以突發(fā)脈沖形式出現(xiàn) 、 干擾持續(xù)時間短 、 脈沖幅度大 、 周期是隨機的且相鄰?fù)话l(fā)脈沖之間有較長的安靜時間 。 若根據(jù)噪聲的性質(zhì)分類 ， 可以分為單頻噪聲 、 脈沖噪聲和起伏噪聲 。 人為噪聲是指人類活動所產(chǎn)生的對通信造成干擾的各種噪聲 。 三種分集合并的性能如圖 3 22 所示 。常用的三種合并方式是 最佳 選擇式、等增益相 加式和最大比值相加式 1. 選擇式合并是所有合并方式中最簡單的一種 ， 其原理是檢測所有接收機輸出信號的信噪比 ， 選擇其中信噪比最大的那一路信號作為合并器的輸出 ， 其原理圖如圖 2 所示 。因此， 分集方式也有空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集等多種方式 。 設(shè)信道最大多徑時延差為 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 陸地移動信道 、 短波電離層反射信道等隨參信道引起的多徑時散 、 多徑衰落 、 頻率選擇性衰落 、 頻率彌散等 ， 會嚴重影響接收信號質(zhì)量 ， 使通信系統(tǒng)性能大大降低 。 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 。 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信號傳輸?shù)挠绊? 由上面分析的陸地移動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)具有以下三個特點： (1) 對信號的衰耗隨時間隨機變化； (2) 信號傳輸?shù)臅r延隨時間隨機變化； (3) 多徑傳播 。 D、 E層對電波傳輸?shù)挠绊懼饕俏针姴?， 使電波能量損耗 。 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 。 圖 3 13 給出了一個典型的電話信道的相頻特性和群遲延頻率特性 。 在實際中 ， 如果信道傳輸特性偏離了理想信道特性 ， 就會產(chǎn)生失真 (或稱為畸變 )。 只要知道網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性 ， 就可以采用信號分析方法 ， 分析信號及其網(wǎng)絡(luò)特性 。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 。 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 、 維護方便等優(yōu)點 。 由于這些結(jié)構(gòu)上的特點 ， 故電纜的傳輸損耗比較大 ， 但其傳輸特性比較穩(wěn)定 ， 并且價格便宜 、 安裝容易 。 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)隨時間隨機快變化 ， 則構(gòu)成的廣義信道通常屬于隨參信道 。 信道噪聲越大將導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯誤越多 ， 錯誤轉(zhuǎn)移概率 P(1/0)與 P(0/1)也就越大；反之 ， 錯誤轉(zhuǎn)移概率 P(1/0)與 P(0/1)就越小 。 通常信道特性 k(t)是一個復(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。 根據(jù)以上幾條性質(zhì) ， 調(diào)制信道可以用一個二端口 (或多端口 )線性時變網(wǎng)絡(luò)來表示 ， 這個網(wǎng)絡(luò)便稱為調(diào)制信道模型 ， 如圖 3 2 所示 。 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 。 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 。 分類： 廣義信道、狹義信道。 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 、 散射及移動無線電信道等 。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。 信道的數(shù)學(xué)模型用來表征實際物理信道的特性 ， 它對通信系統(tǒng)的分析和設(shè)計是十分方便的 。 現(xiàn)在 ， 我們假定能把 f［ ei(t)］寫為 k(t) ei(t)， 其中 ， k(t)依賴于網(wǎng)絡(luò)的特性 ， k(t)乘 ei(t)反映網(wǎng)絡(luò)特性對 ei(t)的作用 。 2. 編碼信道模型 編碼信道包括調(diào)制信道 、 調(diào)制器和解調(diào)器 ， 它與調(diào)制信道模型有明顯的不同 ， 是一種數(shù)字信道或離散信道 。 一個特定的編碼信道 ， 有確定的轉(zhuǎn)移概率 。 三種有線電信道 明線是指平行而相互絕緣的架空裸線線路 。 實際應(yīng)用中同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的 ， 對外界干擾具有較好的屏蔽作用 ， 所以同軸電纜抗電磁干擾性能較好 。 微波中繼信道是由地面建立的端站和中繼站組成 。 目前衛(wèi)星中繼
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