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1、第三章 信道与噪声第1页，本讲稿共71页3.1 信道的定义信道的定义w信道是信号的传输媒质，其作用是传输信信道是信号的传输媒质，其作用是传输信号。号。w具体地说，信道是指由有线或无线线路提具体地说，信道是指由有线或无线线路提供的信号通路。供的信号通路。w抽象地说，信道是指定的一段频带，它让抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信号以限制和损害。信号通过，同时又给信号以限制和损害。w信道可大体分为两类：狭义信道和广义信信道可大体分为两类：狭义信道和广义信道。道。第2页，本讲稿共71页广义信道广义信道w包括狭义信道包括狭义信道w还包括通信系统有关的变换装置还包括通信系统有关的变换装
2、置n发送设备发送设备n接收设备接收设备n馈线与天线馈线与天线n调制器调制器n解调器解调器n等等w常把广义信道简称为信道。常把广义信道简称为信道。第4页，本讲稿共71页信道特性信道特性w信道特性信道特性c(t)是一个复杂的函数，它可能是一个复杂的函数，它可能包括各种线性失真、非线性失真、衰落等。包括各种线性失真、非线性失真、衰落等。w同时由于信道的迟延特性和损耗特性随时同时由于信道的迟延特性和损耗特性随时间作随机变化，故间作随机变化，故c(t)往往只能用随机过程往往只能用随机过程来描述。来描述。第5页，本讲稿共71页3.2 有线恒参信道有线恒参信道w对信号传输的影响不随时间而变，或者随对信号传输
3、的影响不随时间而变，或者随时间变化很缓慢。时间变化很缓慢。w有线信道为典型的恒参信道。有线信道为典型的恒参信道。w代表性例子。代表性例子。第6页，本讲稿共71页3.2.1 Open-wirewA open-wire transmission line(明线明线传输线传输线)is a two-wire parallel conductor(平行导体平行导体).wIt consists simply of two parallel wires,closely spaced and separated by air.第7页，本讲稿共71页Open wirewNonconductive spacers
4、(绝缘衬垫绝缘衬垫)are placed at periodic intervals(间隔间隔)for support and keep the distance between the conductors constant.第8页，本讲稿共71页3.2.2 Twin LeadwTwin lead(双线线路双线线路)is another form of two-wire parallel-conductor transmission line.wThe spacers between the two conductors are replaced with a continuous soli
5、d dielectric(固体绝缘固体绝缘体体).wThis ensures uniform spacing along the entire cable.wTV transmission cable 第9页，本讲稿共71页Twin Lead第10页，本讲稿共71页3.2.3 Twisted-Pair CablewA twisted-pair(双绞线双绞线)cable is formed by twisting together two insulated conductors.wNeighboring pairs are twisted with different pitch(节距节距,t
6、wist length,扭扭绞长度绞长度)to reduce interference between pairs due to mutual induction(互感互感).w每一根导线在传输中辐射出来的电波会被每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消。另一根线上发出的电波抵消。第11页，本讲稿共71页Twisted-Pair Cable第12页，本讲稿共71页双绞线双绞线 w双绞线可分为两类：双绞线可分为两类：n屏蔽双绞线屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）n非非屏蔽双绞线屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）w
7、按美国线缆标准（按美国线缆标准（American Wire Gauge，AWG），双绞线的绝缘铜导线线芯大），双绞线的绝缘铜导线线芯大小有小有22、24和和26等规格，常用的是等规格，常用的是24AWG，直径为，直径为0.51mm，规格数字越大，规格数字越大，导线越导线越细细。第13页，本讲稿共71页屏蔽双绞线屏蔽双绞线 w在双绞线电缆中增加屏蔽层就是为了提高在双绞线电缆中增加屏蔽层就是为了提高电缆的物理性能和电气性能，减少电缆信电缆的物理性能和电气性能，减少电缆信号传输中的电磁干扰。号传输中的电磁干扰。w电缆屏蔽层的设计有如下几种形式：电缆屏蔽层的设计有如下几种形式：n屏蔽整个电缆屏蔽整个电
8、缆 n屏蔽电缆中的线对屏蔽电缆中的线对 n屏蔽电缆中的单根导线屏蔽电缆中的单根导线 w电电缆缆屏屏蔽蔽层层由由金金属属箔箔、金金属属丝丝或或金金属属网网几几种材料构成种材料构成 第14页，本讲稿共71页w屏蔽双绞线电缆有两类屏蔽双绞线电缆有两类nSTP屏蔽整个电缆及各线对屏蔽整个电缆及各线对nScTP（FTP）只屏蔽整个电缆只屏蔽整个电缆屏蔽双绞线屏蔽双绞线 第15页，本讲稿共71页w常常用用的的双双绞绞线线电电缆缆封封装装有有4对对双双绞绞线线，其其它它还还有有25对对、50对对和和100对对等等大大对对数数的的双双绞线电缆，绞线电缆，w最常用最常用3类线和类线和5类线类线n3类类UTP及其
9、端接设备的传输特性定义为及其端接设备的传输特性定义为16MHz（模拟），用于（模拟），用于10Mbps的以太网的以太网（数字）（数字）n5类类UTP及其端接设备的传输特性定义为及其端接设备的传输特性定义为100MHz，用于，用于10/100/1000Mbps以太网以太网非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线第16页，本讲稿共71页双绞线颜色标示双绞线颜色标示 w4对对UTP电电缆缆的的颜颜色色分分别别为为：蓝蓝色色、橙橙色、绿色和棕色。色、绿色和棕色。w每每对对线线中中，其其中中一一根根的的颜颜色色为为线线对对颜颜色色加上白色条纹或斑点（纯色）。加上白色条纹或斑点（纯色）。w另另一一根根的的颜颜色色为为白白
10、底底色色加加线线对对颜颜色色的的条条纹或斑点。具体的颜色编码如下表所示。纹或斑点。具体的颜色编码如下表所示。第17页，本讲稿共71页线线 对对颜色色标颜色色标缩缩 写写线对线对1白白蓝蓝蓝蓝WBLBL线对线对2白白橙橙橙橙WOO线对线对3白白绿绿绿绿WGG线对线对4白白棕棕棕棕WBRBR双绞线颜色标示双绞线颜色标示 第18页，本讲稿共71页非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线第19页，本讲稿共71页双绞线特点双绞线特点w电缆的传输损耗比较大电缆的传输损耗比较大w但其传输特性比较稳定但其传输特性比较稳定w并且价格便宜并且价格便宜w安装容易安装容易第20页，本讲稿共71页3.2.4 同轴电缆同轴电缆 w同轴电
11、缆（同轴电缆（Coaxial cable）是由一根空心）是由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成。组成。w柱体同导线用绝缘材料隔开，其频率特性柱体同导线用绝缘材料隔开，其频率特性比双绞线好，能进行较高速率的传输。比双绞线好，能进行较高速率的传输。w由于它的屏蔽性能好，抗干扰能力强，通由于它的屏蔽性能好，抗干扰能力强，通常多用于基带传输。常多用于基带传输。w目前同轴电缆常用在有线电视系统中，在目前同轴电缆常用在有线电视系统中，在计算机网络中运用已较少。计算机网络中运用已较少。第21页，本讲稿共71页w同轴电缆可分为两种基本类型同轴电缆可分为两种基本
12、类型n基带同轴电缆（基带同轴电缆（5050同轴电缆）：屏蔽线是用同轴电缆）：屏蔽线是用铜做成网状的。铜做成网状的。n宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（7575同轴电缆）同轴电缆）：常用的宽：常用的宽带电缆带电缆(有线电视有线电视)，其屏蔽层通常是用铝冲压，其屏蔽层通常是用铝冲压成的。成的。同轴电缆同轴电缆第22页，本讲稿共71页3.2.5 光纤光纤 w光光导导纤纤维维是是一一种种传传输输光光束束的的细细而而柔柔韧韧的的媒媒质质。光光导导纤维线缆由一捆光导纤维组成，简称为光缆。纤维线缆由一捆光导纤维组成，简称为光缆。w计计算算机机网网络络中中的的光光纤纤主主要要是是采采用用石石英英玻玻璃璃制制成成的的
13、，横横截截面积较小的双层同心圆柱体。面积较小的双层同心圆柱体。w裸裸光光纤纤由由纤纤芯芯和和包包层层组组成成，折折射射率率高高的的中中心心部部分分叫叫做做光纤芯，折射率低的外围部分叫包层。光纤芯，折射率低的外围部分叫包层。w为为了了保保护护光光纤纤表表面面，防防止止断断裂裂，提提高高抗抗拉拉强强度度并并便便于于应应用用，一一般般在在一一束束光光纤纤的的外外围围再再附附加加一一保保护护层层，这这层层保保护护层即为光缆的外套。层即为光缆的外套。第23页，本讲稿共71页典型的光纤结构如所示：典型的光纤结构如所示：自内向外为纤芯、包层及涂覆层。自内向外为纤芯、包层及涂覆层。光纤结构示意图光纤结构示意图
14、第24页，本讲稿共71页光线在光纤中的折射光线在光纤中的折射 折射角折射角入射角 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体）包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体）纤芯纤芯（高折射率的媒体）（高折射率的媒体）包层包层纤纤芯芯第25页，本讲稿共71页光纤的工作原理光纤的工作原理高折射率高折射率(纤芯纤芯)低折射率低折射率(包层包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射第26页，本讲稿共71页光纤中光的传输原理光纤中光的传输原理第27页，本讲稿共71页光纤的分类光纤的分类 w从构成光纤的材料成分、光纤的制造方从构成光纤的材料成分、光纤的制造方法、光纤的传输
15、点模数、光纤横截面上法、光纤的传输点模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长等方面来分类。的折射率分布和工作波长等方面来分类。w光纤主要分为两大类光纤主要分为两大类n即单模即单模/多模类多模类n折射率分布类折射率分布类第28页，本讲稿共71页输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤第29页，本讲稿共71页光纤优点光纤优点w较宽的频带较宽的频带 w电磁绝缘性能好。电磁绝缘性能好。w衰衰减减较较小小，在在较较大大范范围围内内基基本本上上是是一一个常数值。个常数值。w需需要要增增设设光光中中继继器器的的间间隔隔距距离离较较大大，因因此此整整个个通通道道当当
16、中中中中继继器器的的数数目目可可以以减减少少，降降低成本。低成本。第30页，本讲稿共71页光纤光纤 第31页，本讲稿共71页“Father of Fiber Optics”-Prof.Charles Kuen Kao(高锟)第32页，本讲稿共71页w无线恒参信道包括无线恒参信道包括n中、长波中、长波n超短波超短波n微波视距信道微波视距信道n微波中继信道微波中继信道n卫星中继信道卫星中继信道3.3 无线恒参信道无线恒参信道第33页，本讲稿共71页3.3.1 微波视距微波视距w微波视距（微波视距（Line-of-Sight）：工作频率）：工作频率在超短波和微波波段时，电磁波基本上沿在超短波和微波波
17、段时，电磁波基本上沿视线传播。视线传播。第34页，本讲稿共71页3.3.2 微波中继信道微波中继信道w微波视距传输两点间的传输距离一般为微波视距传输两点间的传输距离一般为3050 km。w长距离通信怎么办？长距离通信怎么办？w在中间建立多个中继站。在中间建立多个中继站。第35页，本讲稿共71页3.3.3 卫星中继信道卫星中继信道w不方便建立中继站怎么办？如太平洋，深不方便建立中继站怎么办？如太平洋，深山老林。山老林。w利用人造卫星作为中继站构成的通信信道。利用人造卫星作为中继站构成的通信信道。n静止卫星：若卫星运行轨道在赤道平面，离地静止卫星：若卫星运行轨道在赤道平面，离地面高度为面高度为35
18、780km时，绕地球运行一周的时时，绕地球运行一周的时间恰为间恰为24小时，与地球自转同步。小时，与地球自转同步。n移动卫星：不在静止轨道运行的卫星。移动卫星：不在静止轨道运行的卫星。第36页，本讲稿共71页卫星中继信道（续）卫星中继信道（续）w工作频段有：工作频段有：L频段频段(1.5/1.6GHz)、C频段频段(4/6GHz)、Ku频段频段(12/14GHz)、Ka频段频段(20/30GHz)。w主要特点是主要特点是n通信容量大、通信容量大、n传输质量稳定、传输质量稳定、n传输距离远、传输距离远、n覆盖区域广等。覆盖区域广等。n信号衰减大信号衰减大n信号延迟大（信号延迟大（往返需要往返需要
19、0.26s左左右右）视频：微波通讯是怎么回事视频：微波通讯是怎么回事第37页，本讲稿共71页w恒参信道对信号传输的影响主要是线性失恒参信道对信号传输的影响主要是线性失真，线性失真是由于网络特性不理想所造真，线性失真是由于网络特性不理想所造成的，具体从成的，具体从幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性两方面两方面进行讨论。进行讨论。w线性失真造成不同频率分量之间相对关系线性失真造成不同频率分量之间相对关系的改变，从而导致信号时间波形的畸变。的改变，从而导致信号时间波形的畸变。该过程并无新的频率分量产生。该过程并无新的频率分量产生。3.4 恒参信道传输特性恒参信道传输特性第38页，本讲稿共71页3.
20、4.1 幅频失真幅频失真w幅频失真是由于信道幅频特性不理想造成的。不幅频失真是由于信道幅频特性不理想造成的。不同的频率分量通过信道后，由于增益大小不同，同的频率分量通过信道后，由于增益大小不同，造成原信号中不同频率振幅相对大小发生变化，造成原信号中不同频率振幅相对大小发生变化，从而导致信号波形的失真。从而导致信号波形的失真。第39页，本讲稿共71页3.4.1 幅频失真幅频失真w解决方案：可以采取均衡网络进行补偿，解决方案：可以采取均衡网络进行补偿，使得频带内某些频带增益得到提升，从而使得频带内某些频带增益得到提升，从而保证在频带内的幅频增益保持在较小的波保证在频带内的幅频增益保持在较小的波动范
21、围内。动范围内。w幅频失真通常对语音的影响最大，因为人幅频失真通常对语音的影响最大，因为人耳对幅度是敏感的。耳对幅度是敏感的。第40页，本讲稿共71页3.4.2 相频失真相频失真w相频失真是由于信道相频特性不理想造成的，相频失真是由于信道相频特性不理想造成的，相位相位-频率特性偏离线性关系所引起的畸变。理频率特性偏离线性关系所引起的畸变。理想的相频特性曲线是通过原点的斜率为想的相频特性曲线是通过原点的斜率为K的一条的一条直线。直线。第41页，本讲稿共71页3.4.2 相频失真相频失真w解决方案：可以采取相位均衡技术进行解决方案：可以采取相位均衡技术进行补偿。补偿。w相频失真通常对视频的影响较大
22、，因相频失真通常对视频的影响较大，因为人的视觉很容易察觉相位上的变化。为人的视觉很容易察觉相位上的变化。第42页，本讲稿共71页3.5 随参信道的传输特性随参信道的传输特性w随参信道的参数随时间而随机变化。随参信道的参数随时间而随机变化。w典型的随参信道是短波电离层反射信道。典型的随参信道是短波电离层反射信道。太阳耀斑爆发短波通讯或受影响太阳耀斑爆发短波通讯或受影响第43页，本讲稿共71页3.5.1 短波电离层反射信道短波电离层反射信道w短波（也称为高频，短波（也称为高频，HF）：频率范围为）：频率范围为330 MHz，波长为，波长为10100m。w电离层电离层n由分子、原子、离子及自由电子组
23、成，由于太由分子、原子、离子及自由电子组成，由于太阳辐射的紫外线和阳辐射的紫外线和X射线而形成的大气层，离射线而形成的大气层，离地面地面60600 km。w短波电离层反射信道短波电离层反射信道n利用地面发射的无线电波在电离层，利用地面发射的无线电波在电离层，或电离或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信道。信道。第44页，本讲稿共71页短波通信短波通信w只要利用天波经电离层发射后，无需建立只要利用天波经电离层发射后，无需建立中继站即可实现远距离通信。中继站即可实现远距离通信。w由于电离层的不可摧毁特性，短波通信始由于电离层的不可摧毁特性，短波通信
24、始终是军事指挥的重要手段之一。终是军事指挥的重要手段之一。第45页，本讲稿共71页w电离层厚度有数百千米，可分为电离层厚度有数百千米，可分为D、E、F1和和F2四层四层n在白天，由于太阳辐射强，所以在白天，由于太阳辐射强，所以D、E、F1和和F2四层都存在。四层都存在。n在夜晚，由于太阳辐射弱，在夜晚，由于太阳辐射弱，D和和F1层几乎完全消失，只有层几乎完全消失，只有E和和F2层存层存在在w由于太阳辐射的变化，电离层的密度和厚度也随时间随机变化，由于太阳辐射的变化，电离层的密度和厚度也随时间随机变化，因此短波电离层反射信道也是随参信道。因此短波电离层反射信道也是随参信道。wD、E层主要是吸收电
25、波，使电波能量损耗。层主要是吸收电波，使电波能量损耗。wF2层是反射层，其高度为层是反射层，其高度为250300 km，所以一次反射的最大，所以一次反射的最大距离约为距离约为4000 km。第46页，本讲稿共71页短波电离层反射信道短波电离层反射信道w在短波电离层反射信道中，多径传播现象在短波电离层反射信道中，多径传播现象对信号传输的影响最大，引起多径传播的对信号传输的影响最大，引起多径传播的主要原因如下：主要原因如下：n电波经电离层的一次反射和多次反射；电波经电离层的一次反射和多次反射；n几个反射层高度不同；几个反射层高度不同；n地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非寻地球磁场引起的电磁波束
26、分裂成寻常波与非寻常波常波n电离层不均匀性引起的漫射现象；电离层不均匀性引起的漫射现象；第47页，本讲稿共71页w(a)一次反射一次反射和两次反射；和两次反射；w(b)反射区高反射区高度不同；度不同；w(c)寻常波与寻常波与非寻常波；非寻常波；w(d)漫射现象漫射现象短波电离层反射信道短波电离层反射信道第48页，本讲稿共71页短波通信缺点短波通信缺点w通信容量小通信容量小w频率拥挤频率拥挤w信道间相互干扰严重信道间相互干扰严重w噪声大噪声大w数据传输率很低（不超过数据传输率很低（不超过600bit/s）w抗干扰能力抗干扰能力w等等等等 第49页，本讲稿共71页短波通信网络短波通信网络w传统的短
27、波通信业务（话、报、点对点数传统的短波通信业务（话、报、点对点数据）已不能适应数字化的需求。据）已不能适应数字化的需求。w部署多个短波基站，使得短波电台用户能部署多个短波基站，使得短波电台用户能够在全网范围内自动寻找最佳短波基站，够在全网范围内自动寻找最佳短波基站，并与选中的短波基站通过双向探测自动寻并与选中的短波基站通过双向探测自动寻找最佳通信频率，进而实现通信联络。找最佳通信频率，进而实现通信联络。w东方不亮西方亮，自动探测选频率。东方不亮西方亮，自动探测选频率。第50页，本讲稿共71页3.5.2 随参信道特性随参信道特性w特点：特点：n(1)对信号的衰耗随时间随机变化；对信号的衰耗随时间
28、随机变化；n(2)信号传输的时延随时间随机变化；信号传输的时延随时间随机变化；n(3)多径传播。多径传播。w随参信道比恒参信道复杂得多，它对信号随参信道比恒参信道复杂得多，它对信号传输的影响也比恒参信道严重得多。传输的影响也比恒参信道严重得多。第51页，本讲稿共71页3.5.2.1 慢衰落w又称为时间选择性衰落，指的是接收到又称为时间选择性衰落，指的是接收到的信号强度随时间变化。的信号强度随时间变化。w这种变化相对于信号自身的变化是缓慢这种变化相对于信号自身的变化是缓慢的。的。第52页，本讲稿共71页设发射信号为设发射信号为 ，则经过多条路径传播后，则经过多条路径传播后的接收信号可用下式表述。
29、的接收信号可用下式表述。式中，式中，第第i条路径的接收信号振幅；条路径的接收信号振幅；第第i条路径的传输时延；条路径的传输时延；第第i条路径的随机相位。条路径的随机相位。3.5.2.2 多径衰落与频率弥散多径衰落与频率弥散第53页，本讲稿共71页从从频频谱谱上上看看，多多径径传传播播引引起起了了频频率率弥弥散散（色色散散），即由单个频率变成了一个窄带频谱；，即由单个频率变成了一个窄带频谱；通通常常将将由由于于电电离离层层浓浓度度变变化化等等因因素素所所引引起起的的信信号号衰衰落落称称为为慢慢衰衰落落；而而把把由由于于多多径径效效应应引引起起的信号衰落称为快衰落。的信号衰落称为快衰落。第54页，
30、本讲稿共71页3.5.2.3 频率选择性衰落与相关带宽频率选择性衰落与相关带宽 当发送的信号是具有一定频带宽度的信号时，当发送的信号是具有一定频带宽度的信号时，多径传播会产生多径传播会产生频率选择性衰落频率选择性衰落。下面下面假定多径传播的路径只有两条的情况进假定多径传播的路径只有两条的情况进行分析。行分析。令发送信号为令发送信号为f(t)，其频谱函数为，其频谱函数为F(w)。则到达接收点的两路信号，具有相同的衰减，这则到达接收点的两路信号，具有相同的衰减，这样它们可分别表示为：样它们可分别表示为：第55页，本讲稿共71页当这两条传输路径的信号合成后得当这两条传输路径的信号合成后得：相应于它的
31、傅氏变换对为相应于它的傅氏变换对为 因此，信道的传递函数为因此，信道的传递函数为 其幅频特性为其幅频特性为 第56页，本讲稿共71页两条路径传播时选择性衰落特性两条路径传播时选择性衰落特性 当一个传输信号的频谱宽于当一个传输信号的频谱宽于1/时，将致时，将致使某些频率分量被衰落，这种现象称为频率选择使某些频率分量被衰落，这种现象称为频率选择性衰落，简称选择性衰落。性衰落，简称选择性衰落。第57页，本讲稿共71页w对于信号不同的频率成分，信道将有对于信号不同的频率成分，信道将有不同的衰减。不同的衰减。w信号通过这种传输特性的信道时，信号的信号通过这种传输特性的信道时，信号的频谱将产生失真。频谱将
32、产生失真。w当失真随时间随机变化时就形成频率当失真随时间随机变化时就形成频率选择性衰落。选择性衰落。w 特别是当信号的频谱宽于特别是当信号的频谱宽于1/时，一时，一些频率分量会被信道衰减到零，造成些频率分量会被信道衰减到零，造成严重的频率选择性衰落。严重的频率选择性衰落。第58页，本讲稿共71页 上述概念可推广到一般的多径传播中去。上述概念可推广到一般的多径传播中去。多多径传播时的相对时延差通常用最大多径时延差径传播时的相对时延差通常用最大多径时延差 来表征，并用它来估算传输零极点在频率轴上来表征，并用它来估算传输零极点在频率轴上的位置。的位置。设信道的最大时延差为设信道的最大时延差为 ，则相
33、邻两个零点，则相邻两个零点之间的频率间隔为：之间的频率间隔为：这个频率间隔通常称为多径传播信道的相关这个频率间隔通常称为多径传播信道的相关带宽。带宽。第59页，本讲稿共71页w如果信号的频谱比相关带宽宽，则将产生严重如果信号的频谱比相关带宽宽，则将产生严重的频率选择性衰落。的频率选择性衰落。w为了减小频率选择性衰落，就应使信号的频谱为了减小频率选择性衰落，就应使信号的频谱小于相关带宽。在工程设计中，为了保证接收小于相关带宽。在工程设计中，为了保证接收信号质量，通常选择信号带宽为相关带宽的信号质量，通常选择信号带宽为相关带宽的1/51/3。w当在多径信道中传输数字信号时，特别是传输高当在多径信道
34、中传输数字信号时，特别是传输高速数字信号，频率选择性衰落将会引起严重的码速数字信号，频率选择性衰落将会引起严重的码间干扰。为了减小码间干扰的影响，就必须限制间干扰。为了减小码间干扰的影响，就必须限制数字信号传输速率。数字信号传输速率。第60页，本讲稿共71页3.5.2.4 随参信道特性的改善随参信道特性的改善 对于慢衰落，主要采取加大发射功率和对于慢衰落，主要采取加大发射功率和在接收机内采用自动增益控制等技术和方法在接收机内采用自动增益控制等技术和方法即可。即可。对对于于快快衰衰落落，通通常常可可采采用用多多种种措措施施，例例如如，各各种种抗抗衰衰落落的的调调制制/解解调调技技术术、抗抗衰衰落
35、落接接收收技技术术及及扩扩频频技技术术等等。其其中中明明显显有有效效且且常常用用的的抗抗衰衰落落措措施施是是分分集集接接收收技技术术。已已在在短短波波通通信信、移移 动动 通通 信信 系系 统统 中中 得得 到到 广广 泛泛 应应 用用。第61页，本讲稿共71页 1.分集接收的基本思想分集接收的基本思想 基本思想基本思想：如果能在接收端同时获得几个：如果能在接收端同时获得几个不同的合成信号，并将这些信号适当合并构不同的合成信号，并将这些信号适当合并构成总的接收信号，将有可能大大减小衰落的成总的接收信号，将有可能大大减小衰落的影响。影响。要求要求：只有被分集的几个合成信号之间是统：只有被分集的几
36、个合成信号之间是统计独立的，合并后才能使系统性能改善。计独立的，合并后才能使系统性能改善。第62页，本讲稿共71页 2.分散得到合成信号的方式分散得到合成信号的方式 为了获取互相独立或基本独立的合成信号，为了获取互相独立或基本独立的合成信号，大致有如下几种分集方式。大致有如下几种分集方式。（1）空间分集；）空间分集；（2）频率分集；）频率分集；（3）角度分集；）角度分集；（4）极化分集。）极化分集。第63页，本讲稿共71页空间分集空间分集w接收端在不同的位置上接收同一个信号，只要接收端在不同的位置上接收同一个信号，只要各位置间的距离大到一定程度，则所收到信号各位置间的距离大到一定程度，则所收到
37、信号的衰落是相互独立的。因此，空间分集的接收的衰落是相互独立的。因此，空间分集的接收机至少需要两副间隔一定距离的天线。机至少需要两副间隔一定距离的天线。w接收端各接收天线之间的间距应满足接收端各接收天线之间的间距应满足 d3。w分集重数在分集重数在 24 重比较合适。重比较合适。第64页，本讲稿共71页频率分集频率分集w将待发送的信息分别调制到不同的载波频率将待发送的信息分别调制到不同的载波频率上发送，只要载波频率之间的间隔大到一定上发送，只要载波频率之间的间隔大到一定程度，则接收端所接收到信号的衰落是相互程度，则接收端所接收到信号的衰落是相互独立的。独立的。w在实际中，当载波频率间隔大于相关
38、带宽时，在实际中，当载波频率间隔大于相关带宽时，则可认为接收到信号的衰落是相互独立的。则可认为接收到信号的衰落是相互独立的。第65页，本讲稿共71页时间分集时间分集w将同一信号在不同的时间区间多次重发，只要将同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，则各次发送信号各次发送的时间间隔足够大，则各次发送信号所出现的衰落将是相互独立的。所出现的衰落将是相互独立的。w主要用于在衰落信道中传输数字信号。主要用于在衰落信道中传输数字信号。w时间分集对于静止状态的移动台是无效果的。时间分集对于静止状态的移动台是无效果的。第66页，本讲稿共71页w以上介绍的是几种显分集方式，在以上介绍的
39、是几种显分集方式，在CDMA系统中还采用系统中还采用Rake接收机形式的隐分集方接收机形式的隐分集方式。式。w另外，在实际应用中还可以将多种分集结另外，在实际应用中还可以将多种分集结合使用。合使用。w例如在例如在CDMA移动通信系统中，通常将空移动通信系统中，通常将空间分集与间分集与Rake接收相结合，改善传输条件，接收相结合，改善传输条件，提高系统性能。提高系统性能。第67页，本讲稿共71页 3.集中合成信号的方式集中合成信号的方式 对各分散的合成信号进行合并的方法有多对各分散的合成信号进行合并的方法有多种，最常用的有：种，最常用的有：（1）最佳选择式；）最佳选择式；（2）等增益相加式；）等
40、增益相加式；（3）最大比值相加式。）最大比值相加式。以上合并方式中最大比值合并方式性能以上合并方式中最大比值合并方式性能最好，等增益相加方式次之，最佳选择方式最好，等增益相加方式次之，最佳选择方式最差。最差。第68页，本讲稿共71页1.选择式合并选择式合并w其原理是检测所有接收机输出信号的信噪比，其原理是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选择其中信噪比最大的那一路信号作为合并器的输出器的输出w对选择式分集，每增加一条分集路径，对选择式分集，每增加一条分集路径，对合并对合并增益的贡献仅为总分集支路数的倒数倍增益的贡献仅为总分集支路数的倒数倍第69页，本讲稿共71页w2.等增益合并等增益合并:n当加权系数当加权系数k1=k2=kN时，即为等增时，即为等增益合并益合并w3.最大比值合并最大比值合并n各条支路加权系数与该支路信噪比成各条支路加权系数与该支路信噪比成正比。正比。第70页，本讲稿共71页3.6 信道噪声信道噪声w加性噪声与信号相互独立，并且始终存在，加性噪声与信号相互独立，并且始终存在，w实际中只能采取措施减小加性噪声的影响，实际中只能采取措施减小加性噪声的影响，而不能彻底消除加性噪声。而不能彻底消除加性噪声。w 因此，加性噪声不可避免地会对通信造成因此，加性噪声不可避免地会对通信造成危害危害第71页，本讲稿共71页