数字通信（微课版）课件 第2章信号与通信信道第5讲 恒参信道与变参信道

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在对数字通信系统的研究中，人们感兴趣的问题是信号怎样在系统中传输。因此，了解描述信号特征的频谱等概念及利用这些知识对信号进行处理涉及的相关基础知识都是非常必要的，同时也是学习数字通信原理的基础。尽管信号原本表示的是物理量，但当它一旦变换为函数表达式时，信号的相关问题就变为如何处理这些函数的数学问题了。本章的目的是把一些将在本书中出现的数学定义、公式和理论集中在一起，不追求数学上的严密性，力争使物理上的直观和理论上的系统能很好地结合起来。本章的主要内容围绕信号与通信信道展开讨论。引言沟通世界的通信Page

3学习完本章，你应重点掌握以下内容：

典型信号的点及其数学表达式识记

信息量的计算

周期信号的傅里叶级数展开式及频谱图绘制

非周期信号的傅里叶变换简单计算及频谱的物理含义

信号的能量谱和功率谱、互相关与自相关的物理意义

随机过程数字特征的物理含义

信道的定义和分类及信道容量的相关计算

通信信道的噪声及特征

本章学习重点学习指南Page

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5本讲教学主要内容内容提要1恒参信道的物理特征2恒参信道对信号传输的影响3变参信道的物理特征4变参信道对传输信号的影响通信很难学，但也很简单。。。。Page

6恒参信道的传输特性不随时间变化或变化缓慢，例如有线信道、微波信道、卫星信道等可以看成是恒参信道。恒参信道的主要特征参量是频率特征，如幅度频率特性与相位频率特性及频率飘移等。恒参信道的物理特征反映在时域上表现为如信道时延、抖动，还有电平波动和非线性等现象。一、恒参信道的物理特征Page

7二、恒参信道对信号传输的影响对信号的影响：符号间干扰，接收端造成判决错误。传输技术主要解决的问题：解决符号间干扰和判决错误。信号无失真传输是一种理想情况，所谓无失真传输是指系统输出信号与输入信号相比，只有信号幅度大小和出现时间先后的不同，而波形上没有变化。即：H(ω)vi(t)vo(t)=K0vi(t-td)信号的无失真传输Page

8信号的幅度—频率失真（或畸变）在信道有效的传输带宽内，

H(ω)

不是恒定不变的，而是随频率的变化有所波动。这种振幅频率特性的不理想导致信号通过信道时波形发生失真，称为幅度频率失真。线性非线性二、恒参信道对信号传输的影响H（ω）=H（ω）ejΦ（ω）Page

9例1语音信号传送大量统计结果表明，语音的频谱通常在80~8000Hz之间。国际电话电报咨询委员会（CCITT）建议采用300~3400Hz的频带范围，也即单路音频电话信道有效带宽为3100Hz。0.10.20.40.81.63.26.4kHzdB403020100二、恒参信道对信号传输的影响Page

10例2只对基波衰减的信道产生的失真vi(t)=sinωt+1/2sin3ωtvo(t)=1/2sinωt+1/2sin3ωt(a)输入信号波形(b)输出信号波形基波基波二、恒参信道对信号传输的影响Page

11信号的相位-频率失真（畸变）

—群延迟失真

由于信号的各次谐波通过信道后的相位关系发生改变，叠加后波形就产生了失真，称为相位频率失真。由于相位频率特性的非线性性转化为时延不一致而导致的失真，以称为群时延频率失真。

注意：

1模拟信号对幅频失真敏感，对相频失真不敏感。

2数字信号对相频失真敏感。特别是当传输速率高时，相频失真会引起严重的码间干扰。二、恒参信道对信号传输的影响Page

12二、恒参信道对信号传输的影响信号的相位-频率失真（畸变）

—群延迟失真T（ω

）=dΦ（ω

）/dω相位-频率特性群时延-频率特性Page

13例3通过对基波相移π、对三次谐波相移2π的信道产生的失真。vi(t)=sinωt+1/2sin3ωtvo(t)=sinω(t-T/2)+1/2sin3ω(t-T/3)(a)输入信号波形(b)输出信号波形二、恒参信道对信号传输的影响教材57页例2-12Page

14减少畸变的措施为了减少幅度—频率失真，采用均衡措施。为了减少相位——频率失真，采取相位均衡措施。二、恒参信道对信号传输的影响Page

15三、随参信道的物理特征随参信道的典型：短波电离层反射信道、移动无线信道。它们的特点：存在时变多径传播引起的选择性衰落，常常统称为衰落信道。

变参信道的特性比恒参信道要复杂得多。由于地面以上不同高度大气的电离层浓度不同，并随机湍流变化，对短波具有反射作用，对超短波具有对流层散射作用。乘性干扰的现象表现为各种类型的衰落，如快衰落、慢衰落和选择性衰落。Page

16电离层反射对流层散射单跳情况四、随参信道对传输信号的影响Page

17信号在随参信道中传输的特点（1）多径传播现象。即由发射端发出的信号可能通过多条路径到达接收点。（2）就每条路径的信号而言，它相对于发射信号的衰减和时延都不是固定不变的，而是随时间作不规则的随机变化。四、随参信道对传输信号的影响Page

18例1频率为ω0的未调载波传输设发射波为Acosω0t，则经过n条路径传播后的接收信号为：式中ai(t)——

第i条路径的接收信号振幅；

tdi(t)——第i条路径的传输时延，它随时间不同而变化；φi(t)=−ωctdi(t)四、随参信道对传输信号的影响Page

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式中a(t)——合成波r(t)的包络；

φ(t)——合成波r(t)的相位。

同相分量正交分量四、随参信道对传输信号的影响Page

20衰落信号的波形与频谱示意图r(t)R(f)f0f第一，从波形上看，多径传播的结果单一载波信号Acosω0t变成了包络和相位都变化（实际上受到调制）的窄带信号，这样的信号通常称之为衰落信号；第二，从频谱上看，多径传输引起了频率弥散，即由单个频率变成了一个窄带频谱。第三，多径传播引起选择性衰落。电离层浓度变化——慢衰落多径传播——快衰落四、随参信道对传输信号的影响Page

21两条路径传播时的选择性衰落特性

（前提：假定只有两条路径，且认为接收端的幅度与发送端一样，只是在到达时间上差一个时延。）当两条路径传输时，信道的传输特性对不同的频率具有不同的衰落（或增益）——频率选择性衰落。0π/τ3π/τω22π/τ接收的信号内将损失掉这些频率分量相关带宽四、随参信道对传输信号的影响Page

22结论：由此可见，对不同的频率，两径传播的结果将有不同的衰减，这就是所谓的频率选择性衰落。显然，当一个传输波形的频谱大于信道的相关带宽时，传输波形的频谱将受到畸变。四、随参信道对传输信号的影响Page

23改善随参信道信号传输质量的方法（1）最基本的抗衰落措施是分集接收技术。分集接收就是分散接收，集中汇总输出。（2）针对由多径延迟造成的符号间干扰使传输受损的情况，采用展宽符号宽度的方法克服多径延迟的影响。（3）采用频谱扩展技术，以带宽来换取可靠性。四、随参信道对传输信号的影响Page

24分集方式：空间分集。在接收端架设几副天线。频率分集。用多个不同载频传送同一个消息。角度分集。利用天线波束指向不同使信号不相关的原理构成。极化分集。分别接收水平极化和垂直极