【深入浅出通信原理-学习笔记】信道

信道在通信系统模型中的位置如图所示。

信道中存在各种噪声和干扰，比如接收机中产生的热噪声、进入天线的自然噪声和认为噪声等，噪声和干扰可能会使信号失真并导致误码。

信道的频率响应决定了哪些频率的信号可以通过信道，哪些频率的信号不能通过信道，可以通过信道传输的信号频率范围大小就是信道带宽。信号带宽不能超过信道带宽，否则会发生失真。

信道容量指在信道上进行无差错传输所能达到的最大传输速率，可以用香农公式计算得到

$C=Blog_{2}(1+\frac{S}{N})$

其中C是信道容量（bit/s），B是信道带宽（Hz），S是信号平均功率（W），N是噪声平均功率（W）。

在做题时，信噪比（SNR）公式也较常用

$SNR=10log_{10}\frac{S}{N}$

无线电波在传播过程中会受到环境因素的影响，遭受不同途径的衰减或损耗，关于信道对信号造成的衰落和损耗，如图所示

无线电波在自由空间中传播时，产生的损耗被称为路径损耗，反映了在大范围空间距离上接收信号电平的平均值变化趋势。

无线电波在传播路径上受到建筑物及山丘等遮挡所产生的损耗被称为阴影衰落/大尺度衰落，反映了在几百倍波长量级的中等范围内接收信号电平的平均值变化趋势。

由多径传播而产生的损耗称为多径衰落/小尺度衰落，反映了在几十倍波长量级的小范围内接收信号电平的平均值变化趋势。

上文中的多径是指无线电波从发射天线经过多个路径抵达接收天线的传播现象，导致接收机收到的信号是直达波和多个反射波的合成。

在移动通信中，无线电波的多径传播会导致衰落：对于到达接收机的多径信号，如果相同，叠加后信号会增强，如果相反，叠加后信号会减弱，由此造成接收信号的幅度变化。

一般将多径信道最大时延 $\tau_{m}$ 的倒数定义为多径信道的相干带宽，即

$B_{c}=1/\tau_{m}$

一般的信号都不是单一频率，而是具有一定带宽，如果信号带宽B远大于信道的相干带宽 $B_{c}$ ，则信号中不同频率成分经多径传输后到达接收机的幅度增益差别很大，从而造成频率选择性衰落，信号会发生严重失真。若信号带宽小于信道的相干带宽，则到达接收机的不同频率的信号的幅度增益差别不大，形成平坦衰落。

如下图所示，当声源逐渐远离观察者时，声波的波长增加，频率降低，音调变得低沉，当声源逐渐接近观察者时，声波的波长减小，频率升高，音调变高，这就是多普勒效应。

以移动通信为例，当移动台向基站移动时，基站接收到的电磁波信号频率会变高，当移动台远离基站时，基站接收到的电磁波信号频率会变低。

多普勒效应造成的接收信号频率和发射信号频率之差被称为多普勒频移，例如

波源位于S点，移动台由A点向B点移动，对于移动台来说，波的传播速度（相对）为c+v，由波长公式（ $f=c/\lambda$ ）可得，多普勒频移： $f_{d}=\upsilon /\lambda$ 。同理，当移动台以速度v远离波源移动时，多普勒频移： $f_{d}=-\upsilon /\lambda$ 。

若移动台运动方向与波源不在一条直线上，如图所示

此时乘以三角函数，将运动方向转换到一条直线上即可，当移动台以速度v远离波源移动时，多普勒频移： $f_{d}=-\upsilon cos\theta /\lambda$ ，当移动台以速度v向着波源移动时，多普勒频移： $f_{d}=\upsilon cos\theta /\lambda$ 。

在多径传播场景下，频率为f的信号经不同传播路径到达接收机，不同传播路径的多普勒频移不同，导致接收信号频率扩展到 $\left [ f-f_{d},f+f_{d} \right ]$ 范围内，这就是多普勒扩展。

一般将最大多普勒频移 $f_{d}$ 的倒数定义为多径信道的相干时间，即

$T_{c}=1/f_{d}$

若符号持续时间远大于信道的相干时间，符号持续期间的信号幅度波动很大，这种衰落称为快衰落。

为了避免符号持续期间信号幅度的大幅波动，一般要求符号持续时常小于信道的相干时间，以保证较小的信号幅度变化，这种衰落称为慢衰落。

【深入浅出通信原理-学习笔记】信道相关推荐

【深入浅出通信原理-学习笔记】频带信号的发送和接收
频带信号的发送和接收在通信系统模型中的位置如图所示基带信号通过调制转换成频带信号,基本思路是发送端产生高频载波信号,让高频载波的幅度.频率或相位随着调制信号变化,接收端收到后,从中将调制信号恢复出来 ...
【深入浅出通信原理-学习笔记】基带信号的发送和接收
基带信号的发送和接收在通信系统模型中的位置如下图所示数字信号想要在信道中传输,必须在发射机的基带部分进行脉冲成形,将数字信号转换成脉冲信号,脉冲信号到达接收机后,在基带部分进行采样判决,将数字信号恢 ...
【深入浅出通信原理-学习笔记】信道编码与交织
信道编码与交织在通信系统模型中的位置如下图所示信道编码主要是为了解决数据在信道中传输时引入的误码问题. 如下图所示,解决误码问题有两个办法,一个是对错误数据进行重传,称为后向纠错,另一个是在发送端发 ...
通信原理学习笔记：通信系统
文章目录通信原理通信系统基本概念和组成通信消息信号信息信息量离散信息通信系统的主要性能指标模拟通信系统数字通信系统有效性指标可靠性指标信道和噪声无线信道视线传播自由传 ...
通信原理学习笔记5-2：数字调制——连续相位和恒包络问题（非线性功放、连续相位CP FSK信号、最小频移键控MSK、GMSK）
为了最大程度利用非线性功放,需要降低信号PAPR,这要求信号具有恒包络特性信道带宽有限,需要降低信号带外泄露(进而传输失真小),要求信号具有连续相位特性(从而高频成分少) 波形连续和恒包络之间存在矛 ...
通信原理学习笔记6-2：数字解调——抽样和符号同步
采样根据6-1的推导:在无ISI时,任意位置nnn上的一个符号InI_nIn,经过AWGN信道.匹配滤波器.采样后,得到符号YnY_{n}YnYn=In+nnY_{n}=I_{n}+n_{n}Y ...
通信原理学习笔记3-2：数字通信系统概述（信源编码/压缩编码、信道编码FEC和交织、HARQ）
我们将数字通信系统分为三个主要模块: 信源默认为数字信源,但是如果是模拟信源,还需要模数转换(包含采样.量化.编码,未画出) 数字信源经过信源编码.信道编码和交织处理,提高了有效性和可靠性然后进行数 ...
通信原理学习笔记3-3：数字通信系统概述（数字调制、IQ调制与PSK / QAM）
我们将数字通信系统分为三个主要模块: 信源默认为数字信源,但是如果是模拟信源,还需要模数转换(包含采样.量化.编码,未画出) 数字信源经过信源编码.信道编码和交织处理,提高了有效性和可靠性然后进行数 ...
通信原理学习笔记2-3：复信号分析（解析信号与预包络）、IQ调制与复信号的传输
实信号频谱的共轭对称性和冗余性已经知道,傅里叶变换中的复指数ejωte^{j\omega t}ejωt带来了负频率,意义是旋转向量ejωte^{j\omega t}ejωt的旋转方向(顺/逆时针) ...
通信原理学习笔记：数字信号的基带传输
数字基带信号的码型不同形式的数字基带信号,具有不同的频谱结构,对应不同的信道条件,采用不同的码型有利于传输. 码型变换:数字信息的电脉冲表示过程在设计数字基带信号码型时,应当考虑到, 低频受限的信 ...

【深入浅出通信原理-学习笔记】信道

【深入浅出通信原理-学习笔记】信道相关推荐

最新文章

热门文章