【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 統(tǒng)中有關(guān)部件和電路，如天線與饋線、功率放大器、濾波器、調(diào)制器、解調(diào)器等。廣義信道又分為調(diào)制信道和編碼信道 ]2[ 。 在信道中發(fā)生的基本物理過(guò)程是電磁波的傳播。如果不管電磁波傳播的具體方式，則可以發(fā)現(xiàn)信道具有以下共同特征： (1)所有信道都具有輸入端和輸出端，待傳信號(hào)作用在輸入端，而輸出信號(hào)由輸出端送給接收設(shè)備； (2)觀察表明，絕大多數(shù)信道是線性的，亦即輸出和輸入量 得關(guān)系滿足疊加原理，但在某些情況下信道可能存在非線性效應(yīng)； (3)信號(hào)通過(guò)信道后能量被衰減，或者說(shuō)傳播過(guò)程中引入了損耗，而且損耗往往是隨時(shí)間變化的； (4)信號(hào)自輸入端到輸出端要經(jīng)歷一定的時(shí)延； (5)所有信道都存在噪聲或者干擾，也就是說(shuō)，即使沒(méi)有輸入信號(hào)，信道也有輸出。 根據(jù)以上描述，可以用如圖 21 所示的四端網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述信道的模型，其輸入信號(hào)是 ? ? )()()( tntxfty ?? () 式中 ? ?)(txf 代表輸入信 號(hào) )(tx 的線性或者非線性變換 ， )(tn 代表加性噪聲。 圖 21 信道模型 在線性條件下，信道的傳輸特性決定于等效四端網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù) )(wHc 。在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi) )(wHc 保持恒定的信道，稱為恒參信道；否則稱為變參信道。下面分別討論他信道等效 模型 ? ? )()()( tntxfty ?? )(tx 合肥學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 4 們的特性及對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽? 恒參信道 恒參信道的傳輸函數(shù) 可以表示為 )()()( wjcc ewHwH ?? () 式中： fw ?2? ，代表角頻率； )(wHc 是信道的幅度特性； )(w? 是信道的相位特性。 另外，群時(shí)延定義為 dwwdw )()( ?? ? () 任何一個(gè)現(xiàn)實(shí)的信號(hào)都將占據(jù)某一定的頻帶，即它是由許多不同頻率的分量構(gòu)成的。如果在信號(hào)頻帶內(nèi)，信道的幅度響應(yīng) )(wHc 不是常數(shù)，信號(hào)的各頻率分量將受到不同的衰減，在輸出端疊加后將發(fā)生波形的畸變或失真，這種失真稱為幅度失真。 如果在信號(hào)頻帶內(nèi)， )(w? 不是頻率的線性函數(shù)，即 )(w? 不是常數(shù)，那么信號(hào)的各個(gè)頻率分量通過(guò)信道后將產(chǎn)生不同的時(shí)延，從而引起波形失真。這種失真稱 為相位失真或群時(shí)延失真。 一般來(lái)說(shuō)，信道的帶寬總是有限的。這種帶限信道對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)闹饕绊懯且鸫a元波形的展寬，從而產(chǎn)生碼間干擾。為了使碼間干擾減少到最少的程度，就需要采用自適應(yīng)均衡技術(shù)。 變參信道 信道的傳輸特性一般都是隨時(shí)間變化的。這些變化可以分為慢變化（或稱長(zhǎng)期變化）和快變化（又稱短期變化）。慢變化和快變化沒(méi)有明顯的分界，但一般認(rèn)為在 5 分鐘或者更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)才顯現(xiàn)的變化屬于慢變化，而在分秒間顯現(xiàn)的變化屬于快變化。 這兩種變化的原因截然不同的。慢變化是與傳播條件（如對(duì)流 層氣象條件、電離層的狀態(tài)等）的變化相關(guān)聯(lián)的。而快變化，又稱為快衰落，表現(xiàn)為接收信號(hào)振幅和相位的隨機(jī)起伏，起源于電波的多徑傳播。 (1)兩條射線的多徑 為了便于明確多徑傳播效應(yīng)，首先討論雙射線多徑信道。設(shè)第二條射線相對(duì)于第一條射線的時(shí)延為 )()( 0 tt ??? ??? ，這里 0? 是 )(t? 的平均值， )(t?? 是 )(t? 中隨時(shí)間變化的部分。一般 來(lái)說(shuō) )(t?? 是細(xì)微的，但它足以引起射頻相位的顯著變化。如果不考慮信道的固定衰減，則可以得到如圖 22 所示的信道等效模型，圖中 1 表示第一條射線， 2 表示第二條射線， ? 是第二條射線相對(duì)于第一條射線的幅度比。顯然信道等效模型的傳輸函數(shù)為 )]([)(011),(twjtjwce etjwH ???? ?????? ?? () 式中 )()( 39。 twt ?? ?? ， fw ?2? 。 由式 ()，經(jīng)過(guò)一些代數(shù)運(yùn)算可得信道的振幅特性和群延時(shí)特性分別為 20 )](c os [21),( ???? ???? twtwA () 合肥學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 5 20 00 )](c o s [21 )](c o s [),( ???? ????? ??? ??? tw twtwT () 圖 22 雙射線信道等效模型 由式 ()可以看出，當(dāng) ??? )12()(0 ??? ntw 時(shí)，出現(xiàn)幅度谷點(diǎn)。響應(yīng)有 ???1minA ?????1 0minT 當(dāng) ??? ntw 2)(0 ?? 時(shí)，出現(xiàn)幅度峰值，相應(yīng)有 ???1maxA ?????1 0minT 因?yàn)?)(w? 是隨時(shí)間變化的，故峰值和谷點(diǎn)在頻率軸上的未知也是隨著時(shí)間不斷移動(dòng)的。信道的這種時(shí)變特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懣煞譃橄铝袃煞N情況 ： (a)窄帶信號(hào)：這是指信號(hào)頻帶 B 0/1? 的情況。窄帶信號(hào)通過(guò)信道后，則頻率分量的幅度和相位一致的（或相關(guān)的）隨時(shí)間變化，因?yàn)椴ㄐ尾粫?huì)失真，這種情況稱為平坦衰落。主要問(wèn)題是信號(hào)電平隨 機(jī)起伏，在某些時(shí)間下降到指定的門限以下，甚至導(dǎo)致通信暫時(shí)中斷。此外，衰落引起的相位隨機(jī)抖動(dòng)對(duì)于某些傳輸系統(tǒng)也是必須考慮的因素。 (b)寬帶信號(hào)：當(dāng)信號(hào)帶寬與 0/1? 可相比較時(shí)，信號(hào)的各頻率分量將經(jīng)受不相關(guān)的衰落，這就是所謂的頻 率選擇性衰落。它的主要影響是引起信號(hào)波形失真。對(duì)于數(shù)字通信來(lái)說(shuō) ，其主要危害是造成碼間干擾。 由前面的分析可以知道，引起快衰落的主要原因是路徑時(shí)延差 )(t?? 。 因)(*)( twt ?? ?? ， )(t?? 的細(xì)小變化就會(huì)使射頻信號(hào)變化 2? 弧度，兩條射線時(shí)而同相相加，時(shí)而相反抵消，故合成信號(hào)的幅度發(fā)生大起大落。但衰落的深度即頻率選擇性決定于幅度比 ? 與時(shí)延差的均值 0? 。 ? 越接近 1，衰落深度越大。 0? 越大，色散（各頻率分量傳播速度不同）越嚴(yán)重，信道允許通過(guò)的信號(hào) 頻帶越低。 (2)N 條射線的多徑 設(shè)信道輸入為 ?jwetx ?)( （幅度為 1 的正弦波），則信道的輸出為 ?? jwNitjwi eeaty i ][)( )(? ?? () 式中 iia?, 分別是第 i 條射線的幅度和相位。 考慮到 輸入 ? )(t? + 輸出 1 2 時(shí)延 合肥學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 6 )()( tt ii ??? ??? ?? Ni iN ??1 且有理由假定 ? 是與時(shí)間無(wú)關(guān)的常數(shù)，式 ()可變成 )()( ][)( ?? ???? ijwNitji eeaty i () 式中， )(*)( twt ii ?? ?? ，而 ? 對(duì)信號(hào)傳輸是無(wú)影響的，故可得信道傳輸函數(shù)為 )()(),( )(tjxtxeatjwHsctjNi ici??? ?? ? () 這里 ? ??? NiNi iisiic tatxtatx ).(s in)(),(c o s)( ??而 )()(|),(|)( 22 txtxtjwHwA scc ??? () )( )(a r c t a n)],([)( tx txtjwHA rgw csc ??? () 從某一時(shí)刻去觀察 cx 、 sx 均為 N 個(gè)零均值獨(dú)立的隨機(jī)變量之和。當(dāng) N 很大，由中心極限定定理， cx 、 sx 將服從一維正態(tài)分布。由概率論知識(shí)可知，在這種情況下信號(hào)的幅度A 將服從銳利分布，相位將服從均勻分布，即有 0,)( 2222 ?? yeyyfyA ?? () ???? ????? ?||21,0)(，其他f () 上式中 )(yfA 、 )(??f 分別代表信道輸出信號(hào)幅度和相位的概率密度，而 2? 等于正態(tài)隨機(jī)變量 cx 、 sx 的方差，即 2? = 2cx?= 2sx?。 許多信道（例如散射信道、移動(dòng)信道）都包含大量的傳播路徑，因此接收信號(hào)的幅度往往服從瑞利分布。這種快速衰落常常稱為瑞利衰落 ]3[ 。 通信信道模型 前面討論了恒參信道和隨參信道傳輸特性以及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。除此之外，信道的加性噪聲同樣?huì)對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響。加性噪聲與信號(hào)獨(dú)立，并且始終存在，實(shí)際上只能采取措施減少加性噪聲的影響，而不能徹底消除加性噪聲。各種加性噪聲都可以認(rèn)為是一種起伏噪聲 ，且功率譜密度在很寬的范圍內(nèi)都是常數(shù)。因此，通常近似認(rèn)為通信系統(tǒng)的噪聲是加性高斯白噪聲 ( AWGN )，其雙邊功率譜密度為 )/(2)( 0 Zn HwnwP ? () 合肥學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)論文 7 自相關(guān)函數(shù)為 )(2)( 0 ??? nRn ? () 式 ()說(shuō)明，零均值高斯白噪聲在任意兩個(gè)不同時(shí)刻的取 值是不相關(guān)的，因而也是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。 通信信道模型如圖 23 所示，發(fā)射端發(fā)送的信號(hào) )(ts 經(jīng)過(guò)信道傳送時(shí)，首先 受信道傳輸?shù)?影響，再經(jīng)由加性高斯白噪聲 ( AWGN )惡化，便成為接收端收接收到的信號(hào)。 圖 23 通信信道仿真模型 信號(hào) )(ts 經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)信道濾