信道与多径效应基础知识总结

信道的分类

根据分类方法的不同，根据信道的组成，信道可分为狭义信道（是指信道的传输媒质）和广义信道（除了信道的传输媒质外还包括通信系统的某些设备），其中由调制器，传输媒质，解调器组成的广义信道称为编码信道，由发射机，传输媒质，接收机组成的广义信道称为调制信道。按照信号输入输出端类型可将信道分为连续信道（模拟信道）和离散信道（数字信道）。按照信道的物理性质可将信道分为无线信道，有线信道，光信道等。

从建立信道模型和对其性能分析的角度来讲，按照输入输出方式分类比较合适。

连续信道：可分为恒参信道和随参信道，恒参信道的性质（参数）不随时间变化，或者变化极慢也可认为是恒参信道，随参信道的性质（参数）随时间变化，部分无线信道可看做是恒参信道，另一部分可看作是随参信道，而有线信道一般认为是恒参信道。

恒参信道包括1，有线信道。2，光纤信道。3，无线电视距中继信道。4，卫星信道。

随参信道包括1，短波电离层反射信道。（由于电离层不是一个平面而是有一定厚度的，并且有不同高度的两到四层(D、E、Fi、F2)，所以发送天线发出的信号经由不同高度的电离层反射和从不同高度的电离层反射到达接收端的信号是由许多来自不同方向、不同路径长度和损耗的信号之和，这种信号称为多径信号，这种现象称为多径传播,）2，对流层散射信道。3，移动通信的信道也属于多径传播的随参信道

连续信道的数学模型

经过对连续信道大量观察和分析，可得出它具有以下主要性质：

(1)具有一对（或多对）输入和输出端；（2)大多数信道是线性的，即满足叠加原理；

(3)信号经过信道会有延时，并还会受到固定的或时变的损耗；(4)无输入信号时，在信道的输出端仍有噪声输出。根据上述性质，我们可以用一个两端(或多端)时变线性网络来表示连续信道如图

一般情况下，连续信道可能有不止一个输入端(假设为m个)和不止一个输出端(假设

为n个)，这种连续信道的数学模型是一个多输人端和多输出端的时变线性网络，如

上图。

如果信道模型的线性算子与时间无关（即为非时变线性算子)，则信道称为恒参信道；如果线性算子与时间有关（即为时变线性算子)，则信道称为时变信道，如果线性算子随时间随机变化，则称信道为随参信道。从物理角度讲，恒参信道的特性不随时间变化；时变信道的特性随时间变化，随参信道的特性随时间随机变化。

恒参信道及对信号传输的影响

恒参信道可以看做一个非时变线性网络，线性网络的特性可用其单位冲激响应ht和频率特性Hf来表示

时延特性与群时延特性一般并不相同。当相频特性是一条通过原点的直线时，时延特性与群时延特性相同；不满足上述条件时，它们不相同。它们对信号传输的影响不一样：时延特性为常数时，信号传输不引起信号的波形失真；群时延特性为常数时，信号传输不引起信号包络的失真（对复包络而言，则多引人一固定相移φ，但它对解调无影响，不会引入失真)。

随参信道特性及其对信号传输的影响

随参信道的数学模型

观测表明，随参信道的传输煤质具有3个特点：

（1)对信号的衰耗随时间变化；

（2)对信号的时延随时间变化；

（3）多径传播。

根据上述3个特点可以建立随参信道的数学模型。（《通信原理》）

随参信道对信号传输的影响

平坦型衰落   

可见，在T条件下多径传输和信道特性的变化导致接收信号的幅度及载波相位随机变化，而基带信号bt的波形变化不大，其畸变可以忽略这种现象称作平坦性衰落。

1. 频率选择性衰落

若T，这时bt不能近似为b[t-tτ]。不同路径信号的不同信息码元之间会产生很大相互干扰，称作码间干扰或符号间干扰，使数字信号波形产生严重失真，引起很大误码，严重时不能正常通信。在这种情况下，不仅接收信号的幅度和相位随机变化，而且其信息信号波形也产生了很大畸变，从频域看，即其不同频率分量受到不同程度的衰落，因此这种衰落称作频率选择性衰落

多径信道的时延扩展与相干带宽

1 首先以二径信道为例

需要特别强调，如果时延差τ是常数，且每径信道衰耗也是常数，即不随时间变化，则此二径信道是恒参信道，信号通过此信道传输不存在衰落现象。但如果时延差τ是随机变化的，则此二径信道成为随参信道，信号通过信道传输后将发生衰落现象。

• 在此基础上假设输入信号为单音频信号，则输出会存在频率弥散现象，
• 如果输入为已调信号，且带宽接近或者大于信道的相干带宽，则会发生频率选择性衰落

2多径信道的时延扩展与相干带宽

一般地，对于多径随参信道而言，用时延扩展。

Bc=1/2πστ

 

来近似求出信道的相干带宽B。当通过随参信道传输的信号带宽大于信道的相干带宽时，信号的不同频率分量受到不同程度的衰落，使信号受到频率选择性衰落，会引起码间干扰。当信号带宽远小于信道的相干带宽时，信号的各频率分量通过信道传输所受到的衰落相同，信号受到平坦性衰落。

移动信道的多普勒扩展及相干时间

1多普勒扩展

 

2信道的相干时间

在移动通信中，若最大多普勒频率为fm，将其倒数定义为信道的相干时间Tc，则

T

此相干时间值Tc反映了信道冲激响应的时变性，即信道的冲激响应将对所传输的信

号产生快衰或慢衰的影响。

3多普勒扩展（或相干时间）对衰落的影响

在多径传播移动信道条件下，通过将多普勒扩展Bd（或相干时间Tc）与所传输的数字基带信号的符号速率Rs（或符号间隔Ts）相比较来决定信号在信道传输中究竟是受到了快衰落还是慢衰落。

• Ts>Tc 冲击响应快速变化，信号失真，称为快衰落信道，也称时间选择性衰落
• Ts≪Tc 符号间隔远小于信道的相干时间，冲激响应基本不变，受到慢衰落的影响

4同时考虑时变多径信道的多径时延扩展及多普勒扩展对衰落的影响

 

多径时延扩展会引起时变多径信道的平坦性衰落或频率选择性衰落。在平坦性衰落的信道条件下，由于多普勒扩展，又可分类为平坦性快衰及平坦性慢衰。在频率选择性衰落的信道条件下，由于多普勒扩展，同样又可分类为频率选择性快衰及频率选择性慢衰。