通信原理学习笔记第4章：信道特性及其数学模型
4.1 信道的数学模型
4.1.1 调制信道和编码信道
调制信道：调制器的输出端到解调器的输入端
编码信道：从编码器的输出端到译码器的输入端
4.1.2 调制信道
- 调制信道的主要特性
- 对一堆或多对输入端，必然有一对或多对输出端
- 绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理
- 信号通过信道需要经过一定的延时
- 信道对信号有损耗（固定或时变损耗）
- 即使没有信号输入，接收端仍有信号输出（噪声），通常称为加性噪声或加性干扰
-
二对端的调制信道模型
把f()设想为一个信号与干扰相乘的形式：
-
信道对信号的影响
- 加性干扰
- 乘性干扰
- 包含的要素：线性失真、非线性失真、时间延迟以及衰减等
- 随时间变化的特性
- 调制信道的分类
1.恒参信道：不随时间变化或变化极为缓慢，有线信道通常可以看成恒参信道
2.随参信道： 随时间随机变化，移动无线信道通常为随参信道
- 调制信道的数学模型
加性噪声恒参信道：
具有加性噪声的线性滤波信道：
加性噪声线性时变滤波信道模型：
4.1.3 编码信道
- 编码信道包括调制器、解调器和传输媒介
- 调制信道使调制信号发生波形变化
- 编码信道对信号的影响是数字序列的变换
- 与调制信道的关系
调制信道不理想会导致编码信道中产生错码
- 编码信道模型
采用数字信号的转移概率来描述
例如：二进制编码信道模型
4.2 信道特性对信号传输的影响
4.2.1 信道的传输特性
信道的传输特性可用其幅－频特性和相－频特性来描述。 （适用于恒参信道）
要提高通信的质量，就需要改善信道的传输特性，克服传输带来的失真。
理想信道的幅、相特性：
实际信道的幅、相特性:
解决办法：采用线性网络进行补偿，如时域均衡
4.2.2 信道引起的信号失真
- 码间串扰：传输特性不理想或多径引起
系统传输特性不理想，导致前后码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾，从而对当前码元的判决造成干扰，这种干扰就叫做码间串扰（Inter-Symbol Interference， ISI）
多径延迟使得基带码元重叠，也会导致码间串扰
- 频率偏移：主要由多普勒效应引起
多普勒效应会引起信号频谱展宽、中心频率偏移
多普勒频移的典型数值：
载波频率为1.8GHz，移动速度300km/h时，最大多普勒频移为500赫兹
对于低轨通信卫星，多普勒频移可达几十千赫兹
- 信号衰落：多径或信道自身变化引起（衰落：信号包络因传播有了起伏的现象）
多径传播会引起信号衰落（快衰落），主要由于信号叠加
信道自身特性的变化也会引起传输信号的衰落， 慢衰落。如短波信道
衰落还分为时间选择性衰落、 频率选择性衰落和平衰落
- 多径引起的衰落以频率选择性衰落为主
- 传输频偏可引起时间选择性衰落
- 平衰落出现在低速数据传输时
4.2.3 无线信道的统计模型
对于上述经过反射、折射、散射、绕射和空间损耗等丰富路径叠加的信道，如何得到信道响应特性？
测量、建模
无线通信的发展也是随着对无线信道不断认识、不断提出新的更能准确描述信道自然特性的模型而迅速发展的
-
瑞利(Rayleigh)分布衰落
当电磁波经过反射、折射、散射等丰富路径传播至接收端时，接收信号包络服从Rayleigh分布。假设 r为接收信号包络，其概率密度函数为：
-
莱斯(Rician)分布衰落
如果电磁波除经反射、散射等路径传播以外还存在直射路径，则接收信号包络服从Rician分布。假设 r为接收信号包络，则概率密度函数：
-
SUI信道模型
美国斯坦福大学提出的信道统计模型，共有SUI1-SUI6六套典型参数。其中SUI-1和SUI-2描述较为平坦和轻微树木遮挡信道， SUI-3和SUI-4描述中等路损地区， SUI-5和SUI-6描述山区和树木遮挡严重区域。
SUI-1 信道模型参数:
4.3 信道中的噪声和干扰
通常将加性噪声Ν(ｔ)分为自然噪声和人为干扰两类
信道噪声和干扰降低了接收信号的信干比，从而影响了接收机的正常工作，导致模拟通信产生失真、数字通信产生误码
4.3.1 信道中的噪声
- 自然噪声包括自然界辐射的噪声和接收机内部的热噪声
自然噪声的影响
- 热噪声是任何温度高于绝对零度的电子设备所固有的。热噪声来自电阻性元器件中电子的热运动。
4.3.2 信道中的干扰
- 己方和民用设备造成的干扰
- 同频干扰；邻频干扰
- 互调干扰；杂散辐射干扰
- 谐波辐射干扰
- 敌方施放的恶意干扰
- 定频式干扰
- 瞄准式干扰
- 阻塞式干扰
- 扫频式干扰