通信原理笔记 -- 第四章 信道

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信道

1 无线信道

• 根据通信距离、频率和位置的不同，电磁波的传播主要分为地波（ground wave）、天波（sky wave）（或称电离层反射波（ionosphere reflection wave））和视线（line of sight）传播三种。
• 地波：沿弯曲的地球表面传播，有一定绕射能力。
• 天波：利用电离层反射的传播方式。
• 视线传播：穿透电离层。
• 视线传播最远距离
  
  $$d=\sqrt{h^2+2rh}\approx \sqrt{2rh}$$

D为两天线之间的距离则有

$$\begin{gathered} D^2=(2d{)}^2=8rh \\ h=\frac{D^2}{8r}\approx \frac{D^2}{50}(\mathrm{m}) \end{gathered}$$

2 有线信道

• 有线信道分为三类：明线，同轴电缆，对称电缆。

3 信道的数学模型

3.1 调制信道模型

• 恒参信道———信道特性参数随时间缓变或不变。它对传输信号的衰耗和延时基本上为常数。
  恒参信道举例：各种有线信道；中长波地波传播、超短波及微波视距传播、卫星中继、光波视距传播等部分无线信道。
• 随参信道—也称变参信道，其信道参数随时间随机变化。存在多径效应，且每条路径对信号延时和衰落随时间随机变化，从而使输出信号产生衰落，所以随参信道也称衰落信道或变参信道。
  随参信道举例：短波电离层反射信道、各种散射信道（如超短波流星余迹散射、超短波及微波对流层散射、超短波电离层散射）、超短波超视距绕射、移动通信信道等。

3.2 信道特性对信号传输的影响

• 码间串扰：在传输数字信号时，波形畸变可引起相邻码元之间发生部分重叠。属于线性失真。

随参信道的特征

1. 信号的传输衰减随时间变化
2. 信号的传输时延随时间变化
3. 信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度和衰减都会随时间而变化。及存在多径传播现象，多径传输对信号的影响称为多径效应。

衰落

• 快衰落：多径效应引起的衰落。衰落周期是一个码元数量级的，
• 慢衰落：由于天气等因素一起的，周期长的衰落。

减少频率选择性衰落的措施
设信道各路径之间的最大时延差为$\tau_{\mathrm{m}}$，并定义信道的相关带宽为（相邻传输零点的频率间隔）：
$$\Delta f=\frac{1}{{\tau }_{\mathrm{m}}}$$
为了减少频率选择性衰落的影响，信号带宽为
$$B_{\mathrm{S}}=\left(\frac{1}{3}\sim \frac{1}{5}\right)\Delta f$$
所以数字信号的码元宽度为：
$$T_B=(3\sim 5){\tau }_m$$

多径效应会使得数字信号的码间串扰增大。为了减少码间串扰，通常减低码元传输速率。

3.3 信道噪声

类型：

1. 按来源分类：人为噪声，自然噪声。
2. 按性质分类：脉冲噪声，窄带噪声，起伏噪声。

3.4 信道容量

不考

课后问题

1. 设某随参信道的最大多径时延差等于20us，为了避免发生选择性衰落，试估算在该信道上传输线性调制数字信号的码元宽度。
2. 设一条天波无线电信道，用高度等于400km的F2层电离层反射电磁波，地球的等效半径等于6370×4/3km，收发天线均架设在地平面，试计算其通信距离大约可以达到多少千米？
3. 设一副黑白数字相片有400万个像素，每个像素有16个亮度等级，若用3Khz带宽的信道传输，且信号噪声功率比等于20dB,试问需要传输多少时间？
4. 根据信道特性参数随时间变化快慢，可将信道分为_________和__________。
5. 信号在随参信道中传输时，产生频率弥漫的原因是_________。
   根据信道特性参数随时间变化快慢，可将信道分为_________和__________。
6. 信号在随参信道中传输时，产生频率弥漫的原因是_________。