华中科技大学电信系《通信原理》课件-ch3-2.ppt

3.5 多径衰落信道,3.5.3 多径衰落信号的统计特征,一、时间函数特性分析（续）,包络随机波形见图,图 3.5.3 多径衰落信道接收信号典型幅值波形,时间选择性信道,3.5.3 多径衰落信号的统计特征,二、包络的概率密度函数,接收信号 如果是检测信号强度，则有： = Z ( t ) =,图 3.5.2 瑞利分布和赖斯分布概率密度函数,3.5.3 多径衰落信号的统计特征,二、包络的概率密度函数,瑞利分布的概率密度函数是：,上述分析是无直达波情况，如果有直达波，且g(t)=A，则此时接收信号服从赖斯分布，有,习题 3.27 请证明 （3.5.18）式的表达式。,瑞利分布 带来的问题,3.5 多径衰落信道,3.5.4 多径衰落信道的统计描述,一、物理模型,3.5 多径衰落信道,3.5.4 多径衰落信道的统计描述,一、物理模型,分别视各条径为分别独立的随机系统，其各冲激响应分别为:,是延迟， t 是时间,3.5 多径衰落信道,3.5.4 多径衰落信道的统计描述,二、信道的时域相关函数,表示C( )的共轭，当 =0 即描述的是信道的自相关函数,延时为的路径的期望平均功率,图 3.5.5,超量延时,时域相关函数,频域相关函数,900MHZ频率,城区： 512微秒 效区： 0.37微秒,1不等于2时，相关为0,什么是信道的时域相关函数，意义,先看看,相关带宽,经验图形，实际情况要通过测量来获得,3.5.4 多径衰落信道的统计描述,三、信道的频域相关函数,由于,有：,如果假设 广义平稳，则h(f; t ) 也必广义平稳，有：,推导见书 p.83 页，结果是：,( 3.5.24 ),当 =0 有：,此称之为频率相关函数, 称之为相关带宽,什么是信道的频域相关函数，意义,3.5.4 多径衰落信道的统计描述,三、信道的频域相关函数,小结 （1）多径衰落信道的频率相关函数只与频差 有关； （2）多径衰落信道的频率相关函数是时域相关函数对频差的付氐变换。,当通信使用的频谱宽度大于相关带宽时，信道呈现频率选择性衰落性质（不再是平坦衰落）。在检测频率选择性衰落信号时，要使用均衡器。,对频率选择性信道 均衡技术 扩频 频率分集,3.5.4 多径衰落信道的统计描述,四、信道的多普勒频谱扩展 1） 数学关系,如 = 0 即发送单频，但此时频率相关函数与时差有关，有,定义：,称为信道的多普勒功率谱，即单频通过信道后频谱要展宽,图 3.5.6,再看看 t,频域相关函数,相关时间间隔,多普勒频谱扩展,经验图形，实际情况要通过测量来获得,类比短波收音机的收听效果,发送单频,3.5.4 多径衰落信道的统计描述,四、信道的多普勒频谱扩展（续） 2） 物理原因,A ，手机移动产生多普勒频移：,B, 电波反射时入射角变化会引起“波速”变化，用Jakes模型描述，表达式见书（3.5.32 ）式。,图 3.5.7 Jakes 多普勒模型,对时间选择性信道 含交织编码的差错控制技术 功率控制技术 分集接收技术,小结,如何获取实际无线环境下的信道参数？信道建模,时域相关函数,频域相关函数,多普勒频谱扩展,超量延时,相关带宽,相关时间间隔,多普勒频谱宽度扩展,qdm1,3.5.4 多径衰落信道的统计描述,五、信道的均方延时扩展-信道参数实时测量估算,简单例子，对某时刻的一个信道样本,相当宽松的相关带宽估计,3.6.1 加性噪声,3.6 信道的加性噪声与SNR计算,一、热噪声,! 热噪声存在于一切电子设备内部，是干扰的主要来源,3.6 信道的加性噪声与SNR计算,3.6.1 加性噪声,二、加性干扰,包括：大气噪声 宇宙干扰 与工业干扰等,一般这类外来干扰可以通过设备的设计避免,3.6 信道的加性噪声与SNR计算,3.6.2 信噪比（SNR）计算,一、噪声系数 F 说明：鉴于在先行课中己有介绍，这儿只讲应用,( 3.6.4 ),电子系统本身产生的噪声（热噪声）,噪声系数测量仪引入的噪声,测量F 的目的是测量电子系统内部噪声 的大小，即： = （F 1 ） ( 3.6.12 ),如果知道了 就知道了 ， = ?,输入SNR/输出SNR,规定噪声系数测量时的噪声温度为290K,3.6.2 信噪比（SNR）计算,一、噪声系数 F （续）,3.6.2 信噪比（SNR）计算,二、级联放大器的噪声系数 （自学） 三、噪声温度 （自学） 四、噪声系数测量与噪声计算 （自学）,3.6.2 信噪比（SNR）计算,五、信噪比（SNR）计算,重要性：SNR决定了通信的质量指标，如误码率指标等。 计算方法：输入端口计算、检测端口计算,输入端口计算:,S,输出,接收机,第一级,中放,信号 检测,计算步骤：（1）由发射功率与链路损耗计算 ；（2）由噪声系数计算 。,检测端口计算:,检波,计算步骤：（1) 由 与接收机总增益G求得信号功率S，或者给出端口的信号幅值U，令S= (无需考虑电阻，因计算的是比值）。（2）计算噪声功率 ， = G 。 (3) S/ 也可以化成码元能量与噪声功率谱密度之比，这时它们的量纲都是（瓦秒）（见后续章节）,一、香农公式-信道容量定理,3.7 信道容量与香农极限,信道传输速率（比特/ 秒）,信道带宽,信号能量与噪声能量之比， S= C , 表示比特能量， N = W , 是噪声功率谱密度,得：,信道容量与误码率的关系,可靠通信速率的上限,二、信道容量曲线,3.7 信道容量与香农极限,图 3.7.1,提示： (1）实际通信系统的通信速率总是小于信道容量C； (2) 不能用香农公式来计算通信系统的速率，因为这是实际通信系统无法达到的。,C/W也就是编码效率，可以看到编码效率低于一定程度，取得的编码增益很有限，这也是我们很少采用1/5以下的编码的原因,求最小 比值，即最小 SNR 极限值，称之为香农极限。该极限表示可以进行通信的最小SNR。,信道一章的主要内容小结：,（1）信道的传输特性与传输损耗（恒参、变参）； （2）多径衰落信道信号的概率密度函数（瑞利分布、赖斯分布）； （3