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1、第三章第三章信信道道n3.1引言引言n3.2信道定义及信道数学模型信道定义及信道数学模型n3.3恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响n3.4随参信道特性及其对信号传输的影响随参信道特性及其对信号传输的影响n3.5随参信道特性的改善随参信道特性的改善-分集接收分集接收n3.6信道的加性噪声信道的加性噪声n3.7信道容量的概念信道容量的概念13.1引引言言 广义信道按包含的功能，可划分为广义信道按包含的功能，可划分为调制信道调制信道调制信道调制信道与与编码信道编码信道编码信道编码信道。信道信道（信号通道）（信号通道）狭义信道：信号的传输媒质狭义信道：信号的传输媒质广义信
2、道：媒质及有关变换装置广义信道：媒质及有关变换装置（发发送送、接接收收设设备备，天天线线、馈馈线线，调调制制解解调调器等）器等）有线信道有线信道无线信道无线信道2图图图图 31 31 调制信道和编码信道调制信道和编码信道调制信道和编码信道调制信道和编码信道广义信道定义缘由：只关切变换的最终结果，而无需关切具广义信道定义缘由：只关切变换的最终结果，而无需关切具广义信道定义缘由：只关切变换的最终结果，而无需关切具广义信道定义缘由：只关切变换的最终结果，而无需关切具体的物理过程。体的物理过程。体的物理过程。体的物理过程。n n调调调调制制制制信信信信道道道道：指指指指图图图图中中中中调调调调制制制制
3、器器器器输输输输出出出出端端端端到到到到解解解解调调调调器器器器输输输输入入入入端端端端的的的的部部部部分分分分，又称模拟信道。探讨调制和解调时，常用调制信道。又称模拟信道。探讨调制和解调时，常用调制信道。又称模拟信道。探讨调制和解调时，常用调制信道。又称模拟信道。探讨调制和解调时，常用调制信道。n n编编编编码码码码信信信信道道道道：指指指指图图图图中中中中编编编编码码码码器器器器输输输输出出出出端端端端到到到到译译译译码码码码器器器器输输输输入入入入端端端端的的的的部部部部分分分分，有时又称数字信道有时又称数字信道有时又称数字信道有时又称数字信道/离散信道。离散信道。离散信道。离散信道。3
4、3.2信信道道数数学学模模型型 调制信道模型调制信道模型n调制信道具有如下调制信道具有如下共性：共性：共性：共性：1 1）输入端与输出端是一一对应的；）输入端与输出端是一一对应的；2 2）绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加定理；）绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加定理；3 3）信号通过信道具有确定的延迟时间，而且还会）信号通过信道具有确定的延迟时间，而且还会受到受到(固定或时变的固定或时变的)损耗；损耗；4 4）即使没有信号输入，在信道输出端仍有确定的功）即使没有信号输入，在信道输出端仍有确定的功率输出。率输出。噪声噪声噪声噪声4n 因此，可用一个因此，可用一个因此，可用一个因此，可用一个
5、二对端二对端二对端二对端(或多对端或多对端或多对端或多对端)时变线性网络来时变线性网络来时变线性网络来时变线性网络来表示调制信道，如图。表示调制信道，如图。表示调制信道，如图。表示调制信道，如图。其中，其中，n(t)为独立存在的加性噪声（或加性干扰）；为独立存在的加性噪声（或加性干扰）；f.表示信道传输特性，简称信道特性。假如信道对输入表示信道传输特性，简称信道特性。假如信道对输入信号作非线性处理，则信道输出有非线性失真，这种失真信号作非线性处理，则信道输出有非线性失真，这种失真只有当输入信号存在时才有。与加性噪声相对应，称这种只有当输入信号存在时才有。与加性噪声相对应，称这种失真为乘性噪声。
6、失真为乘性噪声。图3-2 调制信道模型 则二对端数学模型可以写为则二对端数学模型可以写为则二对端的数学模型可以写为5依据乘性干扰依据乘性干扰k(t)，可以把信道粗略分为，可以把信道粗略分为两大类：两大类：恒恒参参信信道道：指指k(t)可可看看成成不不随随时时间间变变更更或或相相对对于于信信道道上上传传输输信信号号的的变变更更较较为为缓缓慢慢的的调调制制信信道道（常常可可等效为一个线性时不变网络来分析）。等效为一个线性时不变网络来分析）。随参信道：是非恒参信道的统称，或者说，随参信道：是非恒参信道的统称，或者说，k(t)是随是随机变更的调制信道。机变更的调制信道。6编码信道模型编码信道模型n n
7、 当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码器的当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码器的输入端时，由于噪声的存在以及信道带宽的有限，在传输入端时，由于噪声的存在以及信道带宽的有限，在传输过程中不行避开会出现差错。则编码信道模型可用数输过程中不行避开会出现差错。则编码信道模型可用数字的转移概率来描述。字的转移概率来描述。n n 数字的转移概率数字的转移概率数字的转移概率数字的转移概率表示信道输入端数字信号序列到输出表示信道输入端数字信号序列到输出表示信道输入端数字信号序列到输出表示信道输入端数字信号序列到输出端发生的转移程度。端发生的转移程度。端发生的转移程度。端发生的转移程度。编码信道对
8、信号传输的影响是将一种数字序列变编码信道对信号传输的影响是将一种数字序列变编码信道对信号传输的影响是将一种数字序列变编码信道对信号传输的影响是将一种数字序列变成另一种数字序列。成另一种数字序列。成另一种数字序列。成另一种数字序列。7n最常见的无记忆的二进制数字传输系统的最常见的无记忆的二进制数字传输系统的最常见的无记忆的二进制数字传输系统的最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一种简洁的编码信道模型如图一种简洁的编码信道模型如图一种简洁的编码信道模型如图一种简洁的编码信道模型如图3-33-33-33-3所示。所示。所示。所示。（所谓信道无记忆是指：某一码元的差错与其前后（所谓信道无记忆是指：某一
9、码元的差错与其前后（所谓信道无记忆是指：某一码元的差错与其前后（所谓信道无记忆是指：某一码元的差错与其前后码元是否发生差错无关。常见的编码信道一般为无记码元是否发生差错无关。常见的编码信道一般为无记码元是否发生差错无关。常见的编码信道一般为无记码元是否发生差错无关。常见的编码信道一般为无记忆编码信道。忆编码信道。忆编码信道。忆编码信道。)1001P(0/0)P(1/0)P(0/1)P(1/1)图图3-3 二进制编码信道模型二进制编码信道模型xy8 在在此此模模型型中中，假假设设解解调调器器每每个个输输出出码码元元的的差差错错发发生生是是相相互互独独立立的的，P(0/0)、P(0/1)、P(1/
10、1)、P(1/0)称称为为信信信信道道道道转转转转移移移移概概概概率率率率。其其中中P(0/0)与与P(1/1)是是正正确确转转移移的的概概率率，而而P(0/1)与与 P(1/0)是错误转移概率。是错误转移概率。须须要要留留意意：转转移移概概率率完完全全由由编编码码信信道道特特性性确确定定。一一个个特特定的编码信道，有确定的转移概率。定的编码信道，有确定的转移概率。9恒参信道及其特性恒参信道及其特性4.4恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响 恒参信道的信道特性不随时间变更或变更很缓慢。信道特性主要由传输媒质所确定，假如传输媒质是基本不随时间变更的，所构成的广义信道通
11、常属于恒参信道；假如传输媒质随时间随机快变更，则构成的广义信道通常属于随参信道。有线电信道（对称电缆、同轴电缆、架空明线）、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。10图 3 4 对称电缆结构图对称电缆是在同一爱护套内有很多对相互绝缘的双导线的对称电缆是在同一爱护套内有很多对相互绝缘的双导线的传输媒质。两种类型：非屏蔽（传输媒质。两种类型：非屏蔽（UTP）和屏蔽（）和屏蔽（STP）电缆的）电缆的传输损耗比较大，传输损耗比较大，但其传输特性比较稳定，并且价格便宜、安但其传输特性比较稳定，并且价格便宜、安装简洁。主要用于市
12、话中继线路和用户线路，在很多局域网如装简洁。主要用于市话中继线路和用户线路，在很多局域网如以太网、令牌网中也接受高等级的以太网、令牌网中也接受高等级的UTP电缆进行连接。电缆进行连接。对称电缆对称电缆11 同轴电缆与对称电缆结构不同，单根同轴电缆的结构图如图 3-5(a)所示。同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的导体，内导体是金属线，它们之间填充着介质。实际应用中同轴电缆的外导体是接地的，对外界干扰具有较好的屏蔽作用，所以同轴电缆抗电磁干扰性能较好。在有线电视网络中大量接受这种结构的同轴电缆。为了增大容量，也可以将几根同轴电缆封装在一个大的爱护套内，构成多芯同轴电缆，另外还可以装
13、入一些二芯绞线对或四芯线组，作为传输限制信号用。同轴电缆12图 3-5同轴电缆结构图13 表表 3 1 几种有线电缆的特性几种有线电缆的特性 线路类型 频率范围/MHz 信号衰减 电磁干扰 UTP电缆 1100高一般STP电缆 1150 高 小 同轴电缆 11000 低 小 14图 3-6微波中继信道的构成 微波频段的频率范围一般在几百兆赫至几十吉赫，其传输特点是在自由空间沿视距传输。由于受地形和天线高度的限制，两点间的传输距离一般为3050 km，当进行长距离通信时，须要在中间建立多个中继站.微波中继信道具有传输容量大、长途传输质量稳定、节约有色金属、投资少、维护便利等优点。因此，被广泛用来
14、传输多路电话及电视等。微波中继信道15 卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道，卫星中继信道与微波中继信道都是利用微波信号在自由空间直线传播的特点。微波中继信道是由地面建立的端站和中继站组成。而卫星中继信道是以卫星转发器作为中继站与接收、发送地球站之间构成。若卫星运行轨道在赤道平面，离地面高度为35780km时，绕地球运行一周的时间恰为24小时，与地球自转同步，这种卫星称为静止卫星。不在静止轨道运行的卫星称为移动卫星。卫星中继信道的主要特点是通信容量大、传输质量稳定、传输距离远、覆盖区域广等。另外，由于卫星轨道离地面较远信号衰减大，电波来回所须要的时间较长。对于静止卫星，由地球站至
15、通信卫星，再回到地球站的一次来回须要0.26s左右，传输话音信号时会感觉明显的延迟效应。目前卫星中继信道主要用来传输多路电话、电视和数据。卫星中继信道16图 3-7 卫星中继信道示意图 17恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变更极其恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变更极其缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个线性时不变网缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个线性时不变网络。络。只要知道网络的传输特性，就可以接受信号分析方法，只要知道网络的传输特性，就可以接受信号分析方法，分析信号及其网络特性。分析信号及其网络特性。线性网络的传输特性可以用幅度频率特性和相位频率线性网络的传输特性可以用
16、幅度频率特性和相位频率特性来表征。特性来表征。现在我们首先探讨志向状况下的恒参信道特现在我们首先探讨志向状况下的恒参信道特性。性。18 志向恒参信道的冲激响应为志向恒参信道的冲激响应为 h(t)=K0(t-td)若输入信号为若输入信号为ei(t)，则志向恒参信道的输出为则志向恒参信道的输出为 so(t)=K0 si(t-td)由此可见，由此可见，志向恒参信道对信号传输的影响是：志向恒参信道对信号传输的影响是：(1)对信号在幅度上产生固定的衰减；对信号在幅度上产生固定的衰减；(2)对信号在时间上产生固定的拖延。对信号在时间上产生固定的拖延。这种状况也称信号是无失真传输。这种状况也称信号是无失真传
17、输。1.志向恒参信道特性志向恒参信道特性19志向信道的幅频特性、志向信道的幅频特性、相频特性和群拖延相频特性和群拖延频率特性频率特性OK0|H(w w)|w wOj j(w w)w ww w tdOtdt t w w w wa幅频特性幅频特性b相频特性相频特性c群迟延群迟延特性特性志向恒参信道在整个信号频带范围之内：志向恒参信道在整个信号频带范围之内：志向恒参信道在整个信号频带范围之内：志向恒参信道在整个信号频带范围之内：幅频特性和群拖延幅频特性和群拖延幅频特性和群拖延幅频特性和群拖延-频率特性为常数；频率特性为常数；频率特性为常数；频率特性为常数；相频特性为相频特性为相频特性为相频特性为 的
18、线性函数。的线性函数。的线性函数。的线性函数。只对只对si(t)的不同频的不同频率成份进行相同的率成份进行相同的幅度衰减和时延。幅度衰减和时延。20 实际中，传输特性可能偏离志向信道特性，产生失真：实际中，传输特性可能偏离志向信道特性，产生失真：实际中，传输特性可能偏离志向信道特性，产生失真：实际中，传输特性可能偏离志向信道特性，产生失真：假假假假如如如如信信信信道道道道的的的的幅幅幅幅度度度度-频频频频率率率率特特特特性性性性在在在在信信信信号号号号频频频频带带带带范范范范围围围围之之之之内内内内不不不不是是是是常常常常数，则会使信号产生幅度数，则会使信号产生幅度数，则会使信号产生幅度数，则
19、会使信号产生幅度-频率失真；频率失真；频率失真；频率失真；假假假假如如如如信信信信道道道道的的的的相相相相位位位位-频频频频率率率率特特特特性性性性在在在在信信信信号号号号频频频频带带带带范范范范围围围围之之之之内内内内不不不不是是是是 的的的的线性函数，线性函数，线性函数，线性函数，则会使信号产生相位则会使信号产生相位则会使信号产生相位则会使信号产生相位-频率失真。频率失真。频率失真。频率失真。212.2.幅度幅度频率畸变频率畸变 n产生缘由产生缘由产生缘由产生缘由 ：由有线电话信道中可能存在的各种滤波器、混合由有线电话信道中可能存在的各种滤波器、混合线圈、串联电容、分路电感等造成信道的幅度
20、频率线圈、串联电容、分路电感等造成信道的幅度频率特性不志向所引起的，又称为频率失真。特性不志向所引起的，又称为频率失真。一一般般典典型型音音频频电电话话信信道道可可用用图图3-8所所示示的的 幅幅度度频频率率特特性性曲曲线线近近似表示。似表示。频率频率(Hz)0 400 1100 2900衰衰耗耗(dB)图图3-8 典型音频电话信道的相对衰耗典型音频电话信道的相对衰耗22n 产生的影响产生的影响 ：对于模拟信号：造成波形失真对于模拟信号：造成波形失真对于数字信号：造成码间串扰对于数字信号：造成码间串扰引起相邻码元波形在时间上的相互重叠引起相邻码元波形在时间上的相互重叠n 克服措施克服措施 ：改
21、善信道中的滤波性能，使幅频特性在信道有效改善信道中的滤波性能，使幅频特性在信道有效传输带宽内平坦；传输带宽内平坦；增加线性补偿网络，使整个系统衰耗特性曲线变增加线性补偿网络，使整个系统衰耗特性曲线变得得平坦；平坦；均衡器均衡器均衡器均衡器233.相位频率畸变 n产生缘由产生缘由产生缘由产生缘由 ：来源于信道中的各种滤波器及可能有的加感线来源于信道中的各种滤波器及可能有的加感线来源于信道中的各种滤波器及可能有的加感线来源于信道中的各种滤波器及可能有的加感线圈，尤其是在信道频带的边缘畸变更为严峻。圈，尤其是在信道频带的边缘畸变更为严峻。圈，尤其是在信道频带的边缘畸变更为严峻。圈，尤其是在信道频带的
22、边缘畸变更为严峻。相位相位相位相位-频率畸变频率畸变频率畸变频率畸变是指信道的相位是指信道的相位-频率特性频率特性偏离线性关系所引起的畸变。偏离线性关系所引起的畸变。n分析方法分析方法分析方法分析方法 ：常接受群延迟-频率特性(相位-频率特性对频率的导数)来衡量；若相位-频率特性用()来表示，则群拖延-频率特性24 对理想信道，对理想信道，呈现性关系，呈现性关系，(为常数为常数)的的曲线将是一条水平直线，如图曲线将是一条水平直线，如图3-93-9。实际典型的电话信实际典型的电话信道的群迟延道的群迟延-频率特性如图频率特性如图3-103-10。图图3-9 理想的相位理想的相位频率特性频率特性及群
23、延迟及群延迟频率特性频率特性=K 0 K0 0.8 1.6 2.4 4.20.20.40.60.81.0相相相相对对对对群群群群延延延延迟迟迟迟ms频率频率(kHz)图图3-10 群延迟群延迟频率特性频率特性25 非单一频率的信号通过该信道时，引起信号的畸非单一频率的信号通过该信道时，引起信号的畸变变,如图如图3-11。群拖延畸变和幅频畸变一样，是线性畸变。因此，也可实行均衡措施进行补偿。263.4 随参信道特性及其对信号传输的影响随参信道特性及其对信号传输的影响 随参信道及其主要特性随参信道及其主要特性 随参信道包括短波电离层反射、超短波流星余迹随参信道包括短波电离层反射、超短波流星余迹随参
24、信道包括短波电离层反射、超短波流星余迹随参信道包括短波电离层反射、超短波流星余迹散射、超短波及微波对流层散射、超短波电离层散射散射、超短波及微波对流层散射、超短波电离层散射散射、超短波及微波对流层散射、超短波电离层散射散射、超短波及微波对流层散射、超短波电离层散射等传输媒质所构成的调制信道。等传输媒质所构成的调制信道。等传输媒质所构成的调制信道。等传输媒质所构成的调制信道。2728293031随参信道举例随参信道举例1、短波电离层反射信道短波电离层反射信道n短短波波的的定定义义：波长为10010m(相应的频率为330MHz)的无线电波；n短短波波信信道道：既可沿地表面传播，也可由电离层反射传播
25、；地波传播：地波传播：一般是近距离的，限于几十公里范围；天天波波传传播播：借助于电离层的一次反射或多次反射可传输几千公里，乃至上万公里的距离；32n电离层的相关学问：离地面高电离层的相关学问：离地面高6060600km600km的大的大气层称为电离层，是短波通信的主要路径；电气层称为电离层，是短波通信的主要路径；电离层是由分子、原子、离子及自由电子组成的；离层是由分子、原子、离子及自由电子组成的；形成电离层的主要缘由是太阳辐射的紫外线和形成电离层的主要缘由是太阳辐射的紫外线和x x射线；信号经电离层一次反射的最大传输距射线；信号经电离层一次反射的最大传输距离约为离约为4000km4000km；
26、假如通过两次反射，那么通信；假如通过两次反射，那么通信距离可达距离可达8000km8000km。33短波信道电离层反射传播短波信道电离层反射传播34n天波通信频率的选取：为实现短波通信，在选用工天波通信频率的选取：为实现短波通信，在选用工作频率时要考虑两点：工作频率应小于最高可用频作频率时要考虑两点：工作频率应小于最高可用频率、选用频率的电磁波在电离层的吸取较小；率、选用频率的电磁波在电离层的吸取较小；n天波通信中的多径传输：由电波经电离层的一次反天波通信中的多径传输：由电波经电离层的一次反射和多次反射以及反射层高度不同等缘由引起的；射和多次反射以及反射层高度不同等缘由引起的；n天波通信的特点
27、：优点很明显，要求的功率较小，天波通信的特点：优点很明显，要求的功率较小，终端设备的成本较低，传播距离远，受地形限制较终端设备的成本较低，传播距离远，受地形限制较小，以及不易受到人为破坏；因此短波电离层反射小，以及不易受到人为破坏；因此短波电离层反射信道现在仍旧是远距离传输的重要信道之一。信道现在仍旧是远距离传输的重要信道之一。35对流层散射信道：一种超视距的传播信道，其一跳的传播距离约为100500km，可工作在超短波和微波波段。对流层简介：离地面1012km以下的大气层。在对流层中，由于大气湍流运动等缘由产生了不匀整性，故引起电波的散射；散射具有强方向性。对流层散射信道中的衰落：可分为慢衰
28、落和快衰落；前者取决于气象条件，后者由多径传播引起。2 2、对流层散射信道、对流层散射信道36 散射信道是典型的多径信道；多径传播不仅引起信号电平的快衰落，而且还会导致波形失真；如图所示，窄脉冲经过不同长度的路程到达接收点，由于经过的路程不同使得到达接收点的时刻也不同，结果脉冲被展宽了，称为信号的时间扩展。对流层散射信道中的多径传输对流层散射信道中的多径传输37随参信道主要具有随参信道主要具有三个特点三个特点三个特点三个特点：多径传播后的接收信号将是衰减和时延都随时间变更的各条路径的信号的合成。对信号的衰耗随时间而变更；对信号的衰耗随时间而变更；传输的时延随时间而变更；传输的时延随时间而变更；
29、多径传播。多径传播。38多径传输的影响多径传输的影响(主要从多径时延差的影响进行主要从多径时延差的影响进行探讨探讨)n 两径传输模型两径传输模型（设衰减相同）（设衰减相同）设到达接收点的两路信号具有相同的强度和一个相设到达接收点的两路信号具有相同的强度和一个相对时延差对时延差。（设输入信号为。（设输入信号为f(t)=f(t)=Acos 0t ）当信号经过上图所示的两径传播后，其合成输出信号将随着输入信号的频率、两径的时延差的不同而变更。39 常把多径传输对信号传输的影响称为常把多径传输对信号传输的影响称为一般衰落及一般衰落及一般衰落及一般衰落及频率弥散频率弥散频率弥散频率弥散和和频率选择性衰落
30、频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落。40n 一般衰落及频率弥散一般衰落及频率弥散 当当0时，输出信号时，输出信号 包络和相位是缓慢变化包络和相位是缓慢变化的，可视为一个窄带过程的，可视为一个窄带过程波形上，波形上，波形上，波形上，多径传播的结果使确定的载波信号多径传播的结果使确定的载波信号Acos 0t变成了包络和相位都受到调制的窄带信号，这样的信号变成了包络和相位都受到调制的窄带信号，这样的信号通常称之为通常称之为衰落信号衰落信号衰落信号衰落信号；频谱上，频谱上，频谱上，频谱上，多径传输引起多径传输引起频率弥散频率弥散频率弥散频率弥散，即由单个频率变成一，即由单个频率变成一个窄带频谱
31、。个窄带频谱。41n 频率选择性衰落频率选择性衰落 对信号频谱中某些重量的一种衰落（衰减大）现对信号频谱中某些重量的一种衰落（衰减大）现对信号频谱中某些重量的一种衰落（衰减大）现对信号频谱中某些重量的一种衰落（衰减大）现象，是多径传播又一个重要特征。象，是多径传播又一个重要特征。象，是多径传播又一个重要特征。象，是多径传播又一个重要特征。仍仍旧旧以以两两径径传传播播为为例例，随随着着信信号号频频率率 的的变变更更，输出信号的波形输出信号的波形(幅度幅度)也不相同。也不相同。模型的传输特性为：模型的传输特性为：模型的传输特性为：模型的传输特性为：传输特性的幅度传输特性的幅度传输特性的幅度传输特性
32、的幅度-频率特性为频率特性为频率特性为频率特性为42幅频特性曲线幅频特性曲线幅频特性曲线幅频特性曲线如图如图:当当 （n为整数）时，出现传播为整数）时，出现传播极点极点极点极点；当当 时，出现传输时，出现传输零点零点零点零点。另外，相对时延差一般是随时间变化的，故传输特性另外，相对时延差一般是随时间变化的，故传输特性出现的零点与极点也是随时间变化的。出现的零点与极点也是随时间变化的。43n 相关带宽相关带宽 多径传播中，频率选择性同样依靠于相对时延差。此时，相对时延多径传播中，频率选择性同样依靠于相对时延差。此时，相对时延差（简称多径时延差）通常用最大多径时延差差（简称多径时延差）通常用最大多
33、径时延差m m来表征，并用它来估来表征，并用它来估算传输零极点在频率轴上的位置。算传输零极点在频率轴上的位置。定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔 为多径传播媒质的为多径传播媒质的为多径传播媒质的为多径传播媒质的相关相关相关相关频带频带频带频带。为了不引起选择性衰落，传输信号的频带必需为了不引起选择性衰落，传输信号的频带必需小于多径传播媒质的相关频带小于多径传播媒质的相关频带。一般衰落及频率弥散和频率选择性衰落都是非线性畸变，一般衰落及频率弥散和频率选择性衰落都是非线性畸变，一旦产生很难接受一般方法将其消退掉。一旦产生很难接受
34、一般方法将其消退掉。44随参信道特性的改善随参信道特性的改善分集接收分集接收n 分集接收的原理分集接收的原理 分集接收的基本思想：分散得到几个统计独立的合成分集接收的基本思想：分散得到几个统计独立的合成信号并集中这些信号，那么经适当的合并后构成总的接收信号并集中这些信号，那么经适当的合并后构成总的接收信号，就能使系统的性能大为改善。信号，就能使系统的性能大为改善。分集接收技术的实质分集接收技术的实质 包含两方面内容，即信号的分散接收与合并输出。分包含两方面内容，即信号的分散接收与合并输出。分集技术主要解决两个问题：一是如何获得同一信号的多个集技术主要解决两个问题：一是如何获得同一信号的多个彼此
35、尽可能不相关的接收信号；二是如何有效的利用所接彼此尽可能不相关的接收信号；二是如何有效的利用所接收到的各支路信号，实行妥当的方式将它们合并。收到的各支路信号，实行妥当的方式将它们合并。45n 分集接收的种类分集接收的种类 空间分集空间分集空间分集空间分集：在接收端架设几副有足够间距的（在接收端架设几副有足够间距的（100个信号个信号波长以上）天线，以保证各天线上获得的信号基本相互独立。波长以上）天线，以保证各天线上获得的信号基本相互独立。频率分集频率分集频率分集频率分集 ：用多个不同载频传送同一个消息，假如各载：用多个不同载频传送同一个消息，假如各载：用多个不同载频传送同一个消息，假如各载：用
36、多个不同载频传送同一个消息，假如各载频的频差相隔比较远，则各载频信号也基本互不相关。频的频差相隔比较远，则各载频信号也基本互不相关。频的频差相隔比较远，则各载频信号也基本互不相关。频的频差相隔比较远，则各载频信号也基本互不相关。角度分集角度分集角度分集角度分集 ：利用天线波束指向不同信号不相关的原理构成的利用天线波束指向不同信号不相关的原理构成的一种分集方法。一种分集方法。极化分集极化分集极化分集极化分集 ：分别接收水平极化和垂直极化波而构成的一种分别接收水平极化和垂直极化波而构成的一种极化方法。极化方法。46n 合并方法合并方法 最佳选择式最佳选择式最佳选择式最佳选择式 ：从几个分散信号中从
37、几个分散信号中选择其中信噪比最好的一个作为接收选择其中信噪比最好的一个作为接收信号；信号；等增益相加式等增益相加式等增益相加式等增益相加式 ：将几个分散的：将几个分散的：将几个分散的：将几个分散的信号以相同增益进行干脆相加，信号以相同增益进行干脆相加，信号以相同增益进行干脆相加，信号以相同增益进行干脆相加，相加后的信号作为接收信号；相加后的信号作为接收信号；相加后的信号作为接收信号；相加后的信号作为接收信号；最大比值相加式最大比值相加式最大比值相加式最大比值相加式 ：使各支路增使各支路增益分别与其信噪比成正比，然后再益分别与其信噪比成正比，然后再相加获得接收信号。相加获得接收信号。图中图中n为
38、分集重数，为分集重数，r为合为合并后输出信噪比的平均值。并后输出信噪比的平均值。473.6 信道容量信道容量信道容量：信道能够传输信息的最大传输速率，信道容量：信道能够传输信息的最大传输速率，信道容量：信道能够传输信息的最大传输速率，信道容量：信道能够传输信息的最大传输速率，即信道的极限传输实力。即信道的极限传输实力。即信道的极限传输实力。即信道的极限传输实力。从信息论的观点来看，各种信道可以概括为两大类：从信息论的观点来看，各种信道可以概括为两大类：离离离离散散散散信信信信道道道道：输输入入和和输输出出的的信信号号都都是是取取离离散散的的时时间间函函数数；即广义信道中的编码信道；即广义信道中
39、的编码信道；连连连连续续续续信信信信道道道道：输输输输入入入入和和和和输输输输出出出出信信信信号号号号都都都都是是是是取取取取值值值值连连连连续续续续的的的的时时时时间间间间函函函函数数数数；即广义信道中的调制信道。即广义信道中的调制信道。即广义信道中的调制信道。即广义信道中的调制信道。48 连续信道的信道容量连续信道的信道容量 n 香农公式香农公式 假假设设输输入入信信道道的的加加性性高高斯斯白白噪噪声声单单边边功功率率谱谱密密度度为为n0，功功率率为为N(W)，信信道道的的带带宽宽为为B(Hz)，信信号号功功率率为为S(W)，则可以证明该连续信道的，则可以证明该连续信道的信道容量为信道容量
40、为信道容量为信道容量为 上式就是信息论中具有重要意义的上式就是信息论中具有重要意义的 香农（香农（shannon）公式）公式 49香香香香农农农农公公公公式式式式表表表表明明明明白白白白当当当当信信信信号号号号与与与与作作作作用用用用在在在在信信信信道道道道上上上上的的的的起起起起伏伏伏伏噪噪噪噪声声声声的的的的平平平平均均均均功功功功率率率率给给给给定定定定时时时时，在在在在具具具具有有有有确确确确定定定定频频频频带带带带宽宽宽宽度度度度B B的的的的信信信信道道道道上上上上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。理论上单位时间内可能传输的信
41、息量的极限数值。理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。同时，该式还是频谱扩展技术的理论基础。同时，该式还是频谱扩展技术的理论基础。同时，该式还是频谱扩展技术的理论基础。同时，该式还是频谱扩展技术的理论基础。连续信道的信道容量受连续信道的信道容量受“三要素三要素三要素三要素”：B B、n n0 0、S S的限制。的限制。重要意义重要意义重要意义重要意义：50n 信道容量及信道容量及“三要素三要素”之间的关系之间的关系提高信噪比提高信噪比S/N可以增加信道容量。可以增加信道容量。当当n0=0或或S=，即即S/N趋趋于于无无穷穷时时，信信道道容容量量C趋趋于于无无穷穷。这这意意味味着着增增大大
42、信信号号平平均均功功率率S和和减减小小噪噪声声功功率率N是是提提高高信信道道容量的有效手段。容量的有效手段。增增加加信信道道带带宽宽B可可以以增增加加信信道道容容量量C，但但不不能能无无限限制制地使其增大地使其增大 通通常常，把把实实现现了了上上述述极极限限信信息息速速率率的的通通信信系系统统称称之之为为志志向向通通信系统。信系统。51信噪比再小，即使信噪比再小，即使S/N1，信道容量也不会为，信道容量也不会为0。也也就就是是说说，在在弱弱信信号号强强噪噪声声状状况况下下，信信道道也也存在通信实力，只不过允许传输的信息率小而已。存在通信实力，只不过允许传输的信息率小而已。在在信信道道容容量量C确确定定时时，信信噪噪比比(S/N)与与信信道道带带宽宽(B)对对信信道道传传输输实实力力的的影影响响效效果果可可以以互互换换；增增加加信信号带宽可以降低对信噪比的要求。号带宽可以降低对信噪比的要求。当当信信噪噪比比太太小小、不不能能保保证证通通信信质质量量时时，常常接受宽带系统，从而使系统具有较好的抗干扰性。接受宽带系统，从而使系统具有较好的抗干扰性。52