第三章信道

3.1噪声和干扰

热噪声、自然噪声、人为噪声

3.2信道带宽

信道的频率响应决定了那些频率的信号可以通过信道，那些频率信号不能通过信道

可以通过信道传输的信号范围大小就是信道带宽

3.3信道容量

信道容量就是指在信道上进行无差错传输所能达到的最大传输速率

香农公式： $C=Blog_{2}(1+\frac{S}{N})$

C：信道容量，单位bit/s；
B：信道带宽，单位Hz；
S：信号平均功率，单位W；
N：噪声平均功率，单位W

3.4移动衰落信道

1.路径损耗

无线电波在自由空间传播时产生的损耗被称为路径损耗。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。

2.大尺度衰落

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。阴影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，因此也被称为大尺度衰落。

3.小尺度衰落

主要由于多径传播而产生的损耗被称为多径衰落。多径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，因此也被称为小尺度衰落。

1）多径效应-无线电波从发射天线经过多个路径抵到接收天线的传播现象（移动通信中无线电波的多径传播会产生什么影响？会导致衰落）

在多径信道中：一个是相同幅度的反射信号与直射信号同相叠加，合成信号增强：幅度翻倍；另一个是相同幅度的反射信号与直射信号反相叠加，合成信号抵消：幅度为零。

2）相干带宽

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： $B_{c}=1/\tau _{m}$

3)频率选择性衰落

一般的信号都不是单一频率，而是具有一定带宽。如果信号的带宽远大于信道的相干带宽，即：B>>Bc，信号中不同频率成分经多径传输后到达接收机时的幅度增益差别很大，如图所示，这种衰落就是频率选择性衰落。在这种场景下，信号会发生严重失真。

4）平坦性衰落

为了避免信号严重失真，一般要求信号的带宽B小于信道的相干带宽Bc，即：B<Bc，这样信号中不同频率成分经多径传输后到达接收机时的幅度增益差别不大，如图3-19所示，这种衰落就是平坦衰落

5）多普勒效应

以声波举例——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

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

多普勒频域：由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

三种情况下的多普勒频移（S是波源）

多普勒频移：fd=f-f0=v/λ。（接近波源）
多普勒频移：fd=f-f0=-v/λ。（远离波源）
多普勒频移：fd=f-f0=vcosθ。（接近波源）
多普勒频移：fd=f-f0=-vcosθ。（远离波源）

2 . 多普勒扩展

在多径传播的场景下，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[f-fd，f+fd]范围内，如图所示，这就是多普勒扩展

3. 相干时间

一般将最大多普勒频移fd的倒数1/fd定义为多径信道的相干时间 $T_{c}=1/f_{d}$

4. 快衰落

如果符号持续时长远大于信道的相干时间，即：T>>Tc，如图所示，符号持续期间的信号幅度波动很大，这种衰落被称为快衰落。

5. 慢衰落

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长小于信道的相干时间，即：T<Tc，如图所示，这样可以保证符号持续期间的信号幅度变化不大，这种衰落被称为慢衰落

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