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(編輯修改稿)
2024-11-17 16:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性偏離線性關(guān)系時(shí) ， 將會(huì)使通過(guò)信道的信號(hào)產(chǎn)生相位 頻率失真 ， 相位 頻率失真也是屬于線性失真 。 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 。 可以看出 ， 相頻特性和群遲延頻率特性都偏離了理想特性的要求 ，因此會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的相頻失真或群遲延失真 。 在話音傳輸中 ， 由于人耳對(duì)相頻失真不太敏感 ， 因此相頻失真對(duì)模擬話音傳輸影響不明顯 。 如果傳輸數(shù)字信號(hào) ， 相頻失真同樣會(huì)引起碼間干擾 ， 特別當(dāng)傳輸速率較高時(shí) ， 相頻失真會(huì)引起嚴(yán)重的碼間干擾 ， 使誤碼率性能降低 。 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 。 圖 3 –13 (a) 相頻特性； (b) 群遲延頻率特性 ?? ( ? )O理想特性( b )?? ( ? )O?理想特性( a ) 隨參信道舉例 隨參信道是指信道傳輸特性隨時(shí)間隨機(jī)快速變化的信道 。 常見(jiàn)的隨參信道有陸地移動(dòng)信道 、 短波電離層反射信道 、 超短波流星余跡散射信道 、 超短波及微波對(duì)流層散射信道 、 超短波電離層散射以及超短波超視距繞射等信道 。 我們首先介紹兩種典型的隨參信道 。 1. 傳播路徑 由于太陽(yáng)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 。 電離層是由分子 、原子 、 離子及自由電子組成 。 當(dāng)頻率范圍為 3~30 MHz (波長(zhǎng)為 10~100m)的短波 (或稱(chēng)為高頻 )無(wú)線電波射入電離層時(shí) ， 由于折射現(xiàn)象會(huì)使電波發(fā)生反射 ，返回地面 ， 從而形成短波電離層反射信道 。 電離層厚度有數(shù)百千米 ， 可分為 D、 E、 F1和 F2四層 ， 如圖 3 15所示 。 由于太陽(yáng)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 。 在白天 ， 由于太陽(yáng)輻射強(qiáng) ，所以 D、 E、 F1和 F2四層都存在 。 在夜晚 ， 由于太陽(yáng)輻射減弱 ， D層和 F1層幾乎完全消失 ， 因此只有 E層和 F2層存在 。 由于 D、 E層電子密度小 ， 不能形成反射條件 ， 所以短波電波不會(huì)被反射 。 D、 E層對(duì)電波傳輸?shù)挠绊懼饕俏针姴?， 使電波能量損耗 。 圖 3 – 15 電離層結(jié)構(gòu)示意圖 ?0F?F?ED300 kmA B地球F?BA地球反射點(diǎn)2. 工作頻率 為了實(shí)現(xiàn)短波通信 ， 在選用工作頻率時(shí)要考慮如下兩個(gè)條件： （ 1） 工作頻率應(yīng)小于最高可用頻率； （ 2） 使電磁波在 D、 E層的吸收最小 。 最高可用頻率取決于電離層電子密度的最大值Nemax及電磁波投射到電離層的入射角 φ0。 當(dāng)垂直入射(φ0=0o)時(shí) ， 能從電離層反射的最高頻率稱(chēng)為臨界頻率 ， 記為 f0。 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(chēng)為最高可用頻率 MUF。它與臨界頻率 f0的關(guān)系為 () 當(dāng)工作頻率高于最高可用頻率時(shí)，電磁波將穿透電離層，不再返回地面。 00 s e c ?fM U F ?m a x0 eNf ?() 3. 多徑傳播 短波電離層反射信道最主要的特征是多徑傳播 ， 引起多徑傳播的主要原因如下 : (1) 電波經(jīng)電離層的一次反射和多次反射； (2) 幾個(gè)反射層高度不同； (3) 地球磁場(chǎng)引起的電磁波束分裂成尋常波和非尋常波； (4) 電離層不均勻性引起的漫射現(xiàn)象 。 以上四種形式如圖 3 16 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(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 。 在存在多徑傳播的隨參信道中 ， 就每條路徑的信號(hào)而言 ， 它的衰耗和時(shí)延都是隨機(jī)變化的 。 因此 ，多徑傳播后的接收信號(hào)將是衰減和時(shí)延都將隨時(shí)間變化的各路徑的合成 。 設(shè)發(fā)射波為 Acosω0 t， 則經(jīng)過(guò) n條路徑傳播后的接收信號(hào) R(t)可用下式表述： )]()(c o s [)()]([c o s)()( 0101ttwtttwttR iniiinii ???? ???? ????() 式中 μi(t)－－第 i條路徑的接收信號(hào)的振幅； τi(t)－－第 i條路徑的傳輸延遲 ， 它隨時(shí)間不同而變化 )()( 0i tt i??? ??經(jīng)大量觀察表明 μi(t)和 φi(t)隨時(shí)間的變化與發(fā)射載頻的周期相比 ， 通常要緩慢的多 ， 即 μi(t)和 φi(t)可認(rèn)為是緩慢變化的隨機(jī)過(guò)程 。 因此 ， 式 （ ） 可改寫(xiě)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 。 () () 則式（ ）變?yōu)? )](c o s [)(s i n)(c o s)()(000tttVttXttXtR sc????????() 即有 ????????)()(a r c t a n)()()()( 22tXtXttXtXtVcssc?() 信號(hào)的包絡(luò)服從瑞利分布率的衰落 ， 通常稱(chēng)為瑞利型衰落 。 設(shè)瑞利型衰落信號(hào)的包絡(luò)值記為 V， 則隨機(jī)變量 V的一維概率密度函數(shù) F(V） 可表示成 )0,0(),2e x p ()V( 222 ???? ??? VVVf () 當(dāng)發(fā)送信號(hào)是具有一定頻帶寬度的信號(hào)時(shí) ， 多徑傳播除了會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生瑞利型衰落之外 ， 還會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落 。 頻率選擇性衰落是多徑傳播的又一重要特征 。 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 。 現(xiàn)在我們來(lái)求模型的傳輸特性 。 設(shè) f(t)的頻率密度函數(shù)為 F(ω)， 即有 f(t)? F(ω) 則 圖 3 – 20 兩條路徑信道模型 kk延 遲 ? ? ? ( t )163。 171。si( t )so( t )）＋（－＋－）＋（???????????jtjtjtjeeFVttfVtt
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