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1、CCEE第三章第三章 信道与干扰信道与干扰数字通信原理主要内容主要内容 3.1 3.1 概概 述述3.2 恒参信道及其对信号传输的影响恒参信道及其对信号传输的影响 3.3 变参信道及其对信号传输的影响变参信道及其对信号传输的影响 3.4 变参信道特性的改善变参信道特性的改善 3.5 信道噪声信道噪声3.6 信道容量信道容量数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院变参信道特性的改善变参信道特性的改善变参信道对信号传输的最大危害是多径传变参信道对信号传输的最大危害是多径传播引起的快衰落现象和多径时延。播引起的快衰落现象和多径时延。为了抗快衰落通常可采用多种措施，较为为了抗快
2、衰落通常可采用多种措施，较为有效且常用的抗衰落措施就是分集接收技有效且常用的抗衰落措施就是分集接收技术术 分集接收分集接收分集方法分集方法合并方式合并方式数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院分集接收分集接收分集接收就是设法取得分集接收就是设法取得n n组相互独立的信号，组相互独立的信号，再按适当的方法集中起来，以便衰落强度再按适当的方法集中起来，以便衰落强度相互补偿，使总的接收信号比较平稳，从相互补偿，使总的接收信号比较平稳，从而克服或减弱信号包络的起伏。而克服或减弱信号包络的起伏。采用分集接收的信号质量可以大大提高，采用分集接收的信号质量可以大大提高，变参信道中分
3、集接收是抗快衰落的有效方变参信道中分集接收是抗快衰落的有效方法。法。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院变参信道特性的改善变参信道特性的改善分集接收分集接收分集方法分集方法合并方式合并方式数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院分集方式分集方式空间分集空间分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集频率分集时间分集时间分集数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院空间分集空间分集收端使用收端使用n n付同样的天线，将它们安置在有付同样的天线，将它们安置在有一定距离的不同位置，以降低不同天线接一定距离的不同位置，以降低不同
4、天线接收信号间的相关性。收信号间的相关性。分集分集接收接收输出输出发送端发送端接收端接收端.数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院空间分集空间分集天线放置的位置不同，效果也不同天线放置的位置不同，效果也不同包含电离层反射和对流层散射媒质的信道，包含电离层反射和对流层散射媒质的信道，直立方向和水平垂直相关系数的速率降低直立方向和水平垂直相关系数的速率降低得较快。得较快。若天线间隔达到若天线间隔达到100100个波长左右，就可以认个波长左右，就可以认为两天线接收信号完全不相关了。为两天线接收信号完全不相关了。直立方向直立方向水平垂直方向水平垂直方向水平顺延方向水平顺延方向
5、数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院空间分集空间分集通常情况下，分集天线数（分集重数）越通常情况下，分集天线数（分集重数）越大，性能越好大，性能越好但是当分集重数增加到一定数量以后，分但是当分集重数增加到一定数量以后，分集重数对性能的改善能力将越来越差集重数对性能的改善能力将越来越差在考虑分集重数时不能一味求多，造成不在考虑分集重数时不能一味求多，造成不必要的浪费，一般情况下多采用必要的浪费，一般情况下多采用2424付天付天线，我们称之为二一四置空间分集。线，我们称之为二一四置空间分集。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院分集方式分集方式
6、空间分集空间分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集频率分集时间分集时间分集数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院极化分集极化分集有时候衰落的部分原因是由于信号通过传有时候衰落的部分原因是由于信号通过传输媒质极化方向发生了变化。输媒质极化方向发生了变化。在短波电离层反射信道中，接收信号的水在短波电离层反射信道中，接收信号的水平极化分量和垂直极化分量间的相关性很平极化分量和垂直极化分量间的相关性很小。小。可用两个位置很近，但极化方向不同的天可用两个位置很近，但极化方向不同的天线分集接收信号。线分集接收信号。在对流层散射和微波视距信道中，水平极在对流层散射和微波视距信
7、道中，水平极化和垂直极化电波之间的相关系数接近于化和垂直极化电波之间的相关系数接近于1 1，此时不能用极化分集。，此时不能用极化分集。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院分集方式分集方式空间分集空间分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集频率分集时间分集时间分集数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院角度分集角度分集利用天线波束指向不同方向间隔增大而相利用天线波束指向不同方向间隔增大而相关性减小的特性进行分集。关性减小的特性进行分集。为了实现角度分集，收发天线都应该具有为了实现角度分集，收发天线都应该具有不止不止个波束，以便按不同角度时传
8、输该个波束，以便按不同角度时传输该信息信息在微波波段，分集的角度间隔可能在零点在微波波段，分集的角度间隔可能在零点几度几度这种方法现在用得不多。这种方法现在用得不多。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院分集方式分集方式空间分集空间分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集频率分集时间分集时间分集数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院频率分集频率分集利用同一途径传输的两个不同载波的包络利用同一途径传输的两个不同载波的包络的相关系数随其频率间隔的增加而减小的的相关系数随其频率间隔的增加而减小的特性进行分集特性进行分集如载频差大于最大多径时延的
9、倒数时，可如载频差大于最大多径时延的倒数时，可认为不同载波的信号基本上不相关，这样认为不同载波的信号基本上不相关，这样我们可按不同的频率进行分集。我们可按不同的频率进行分集。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院频率分集频率分集当载波频率间隔大于相关带宽时当载波频率间隔大于相关带宽时可以认为接收信号的衰落是相互独立的可以认为接收信号的衰落是相互独立的载波频率间隔应满足载波频率间隔应满足 载波频率间隔载波频率间隔 相关带宽相关带宽最大多径时延差最大多径时延差 例：移动通信工作频率例：移动通信工作频率900MHz900MHz，典型最大，典型最大多径时延差为多径时延差为5
10、5s s数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院分集方式分集方式空间分集空间分集极化分集极化分集角度分集角度分集频率分集频率分集时间分集时间分集数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院时间分集时间分集时间分集是将同一信号在不同的时间区间时间分集是将同一信号在不同的时间区间多次重发多次重发只要各次发送的时间间隔足够大，各次发只要各次发送的时间间隔足够大，各次发送信号所出现的衰落将是相互独立的，得送信号所出现的衰落将是相互独立的，得到的到的n n个信号便不相关。个信号便不相关。时间分集主要用于衰落信道中传输数字信时间分集主要用于衰落信道中传输数字信号
11、。号。重复发送的时间间隔应满足：重复发送的时间间隔应满足：衰落频率衰落频率运动速度运动速度数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院时间分集时间分集若目标静止，则若目标静止，则v=0v=0，此时重复发送时间间，此时重复发送时间间隔为无穷大隔为无穷大时间分集对于静止目标来说是无效的。时间分集对于静止目标来说是无效的。衰落频率衰落频率运动速度运动速度数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院变参信道特性的改善变参信道特性的改善分集接收分集接收分集方法分集方法合并方式合并方式数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院合并方式合并方式采
12、用分集方式，在接收端可以得到个衰落采用分集方式，在接收端可以得到个衰落特性相互独立的信号特性相互独立的信号所谓合并就是根据某种方式把得到的个独所谓合并就是根据某种方式把得到的个独立衰落信号相加后合并输出，从而获得分立衰落信号相加后合并输出，从而获得分集增益。集增益。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院合并方式合并方式选择不同的加权系数，就可得到不同的合并方式选择不同的加权系数，就可得到不同的合并方式只有选择适当的合并方法进行合并，才能克服快衰只有选择适当的合并方法进行合并，才能克服快衰落，使信号平稳，合并性能通常用平均输出信噪比、落，使信号平稳，合并性能通常用平均输
13、出信噪比、合并增益来体现。合并增益来体现。不同的合并方式，其组合方式不同，对信噪比的改不同的合并方式，其组合方式不同，对信噪比的改善程度也各有不同。善程度也各有不同。N N个独立衰落信号分别为个独立衰落信号分别为 合并器的输出合并器的输出第第i i个信号的个信号的加权系数加权系数数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院合并方式合并方式选择式合并选择式合并(开关式开关式)等增益合并等增益合并(组合式组合式)最大比值合并最大比值合并(组合式组合式)数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院选择式合并（开关式）选择式合并（开关式）选择式合并是所有合并方式
14、中最简单的一种选择式合并是所有合并方式中最简单的一种检测所有接收机输出信号的信噪比，选择其检测所有接收机输出信号的信噪比，选择其中信噪比最大的那一路信号作为合并器的输中信噪比最大的那一路信号作为合并器的输出。出。输出输出发送端发送端选选择择逻逻辑辑接收端接收端.k k1 1k k2 2k kN N.数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院选择式合并（开关式）选择式合并（开关式）输出输出发送端发送端选选择择逻逻辑辑接收端接收端.k k1 1k k2 2k kN N.选择式合并实现方法简单，但效果差，没有选择式合并实现方法简单，但效果差，没有充分利用其它路收到的信号充分利用
15、其它路收到的信号 数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院选择式合并（开关式）选择式合并（开关式）平均输出信噪比平均输出信噪比 合并增益合并增益 支路信号平均最支路信号平均最大信噪比大信噪比合并器平均输合并器平均输出信噪比出信噪比数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院合并方式合并方式选择式合并选择式合并(开关式开关式)等增益合并等增益合并(组合式组合式)最大比值合并最大比值合并(组合式组合式)数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院等增益合并（组合式）等增益合并（组合式）当加权系数当加权系数k k1 1=k=k2 2=k
16、 kN N时时,为等增益合并为等增益合并假设每条支路的平均噪声功率相等，则等增假设每条支路的平均噪声功率相等，则等增益合并的平均输出信噪比为：益合并的平均输出信噪比为：合并增益为：合并增益为：等增益合并易于实现，实现效果比选择式合等增益合并易于实现，实现效果比选择式合并好。并好。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院合并方式合并方式选择式合并选择式合并(开关式开关式)等增益合并等增益合并(组合式组合式)最大比值合并最大比值合并(组合式组合式)数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院最大比值合并最大比值合并最大比值合并原理是各条支路加权系数与该最
17、大比值合并原理是各条支路加权系数与该支路信噪比成正比。支路信噪比成正比。信噪比越大，加权系数越大，对合并后信号信噪比越大，加权系数越大，对合并后信号贡献也越大。贡献也越大。输出输出发送端发送端相相加加接收端接收端.可变增益可变增益k k1 1可变增益可变增益k k2 2可变增益可变增益k kN N.数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院最大比值合并最大比值合并每条支路的每条支路的平均噪声功率相等平均噪声功率相等 各支路加权系数各支路加权系数 第第k k条支路条支路的信号幅度的信号幅度每条支路每条支路的平均噪声功率的平均噪声功率控制各分集支路接收机的增益，使信噪比小的增
18、控制各分集支路接收机的增益，使信噪比小的增益小，信噪比大的增益大，然后合并，这样得到益小，信噪比大的增益大，然后合并，这样得到的总信号能保持最大的信噪比。的总信号能保持最大的信噪比。这种方法优于其它两种。这种方法优于其它两种。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院三种合并方式性能比较三种合并方式性能比较这三种合并方式中，最大比值合并的性能这三种合并方式中，最大比值合并的性能最好，选择式合并的性能最差。最好，选择式合并的性能最差。当当N N 较大时，等增益合并的合并增益接近较大时，等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。于最大比值合并的合并增益。数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院