華中科技大學電信系《通信原理》課件-ch3-2

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,3.5,多徑衰落信道,3.5.3,多徑衰落信號的統(tǒng)計特征,一、時間函數(shù)特性分析（續(xù)）,包絡(luò)隨機波形見圖,圖,3.5.3,多徑衰落信道接收信號典型幅值波形,時間選擇性信道,3.5.3,多徑衰落信號的統(tǒng)計特征,二、包絡(luò)的概率密度函數(shù),接收信號 如果是檢測信號強度，則有：,=Z(t)=,圖,3.5.2,瑞利分布和賴斯分布概率密度函數(shù),瑞利分布,賴斯分布,正態(tài)分布,瑞利分布,3.5.3,多徑衰落信號的統(tǒng)計特征,二、包絡(luò)的概率密度函數(shù),瑞利分布的概率密度函數(shù)是：,上述分析是無直達波情況，如果有直達波，且,g(t)=A,，則此時接收信號服從賴斯分布，有,(),0,其它,(3.5.18),0,，,-,高斯隨機過程功率（方差）,(3.5.14),習題,3.27,請證明（,3.5.18,）式的表達式。,瑞利分布 帶來的問題,3.5,多徑衰落信道,3.5.4,多徑衰落信道的統(tǒng)計描述,一、物理模型,發(fā),g(t),收,r(t),圖,3.5.4,3.5,多徑衰落信道,3.5.4,多徑衰落信道的統(tǒng)計描述,一、物理模型,分別視各條徑為分別獨立的隨機系統(tǒng)，其各沖激響應(yīng)分別為,:,是延遲，,t,是時間,3.5,多徑衰落信道,3.5.4,多徑衰落信道的統(tǒng)計描述,二、信道的時域相關(guān)函數(shù),表示,C(),的共軛，當,=0,即描述的是信道的自相關(guān)函數(shù),延時為,的路徑的,期望平均功率,圖,3.5.5,超量延時,時域相關(guān)函數(shù),頻域相關(guān)函數(shù),900MHZ,頻率,城區(qū)：,512,微秒,效區(qū)：,0.37,微秒,1,不等于,2,時，相關(guān)為,0,什么是信道的時域相關(guān)函數(shù)，意義,先看看,相關(guān)帶寬,經(jīng)驗圖形，實際情況要通過測量來獲得,3.5.4,多徑衰落信道的統(tǒng)計描述,三、信道的頻域相關(guān)函數(shù),由于,有：,如果假設(shè) 廣義平穩(wěn)，則,h(f;t),也必廣義平穩(wěn)，有：,推導見書,p.83,頁，結(jié)果是：,(3.5.24),當,=0,有：,此稱之為頻率相關(guān)函數(shù),稱之為相關(guān)帶寬,什么是信道的頻域相關(guān)函數(shù)，意義,3.5.4,多徑衰落信道的統(tǒng)計描述,三、信道的頻域相關(guān)函數(shù),小結(jié),（,1,）多徑衰落信道的頻率相關(guān)函數(shù)只與頻差 有關(guān)；,（,2,）多徑衰落信道的頻率相關(guān)函數(shù)是時域相關(guān)函數(shù)對頻差的付氐變換。,當通信使用的頻譜寬度大于相關(guān)帶寬時，信道呈現(xiàn)頻率選擇性衰落性質(zhì)（不再是平坦衰落）。在檢測頻率選擇性衰落信號時，要使用均衡器。,對頻率選擇性信道,均衡技術(shù),擴頻,頻率分集,3.5.4,多徑衰落信道的統(tǒng)計描述,四、信道的多普勒頻譜擴展,1,）數(shù)學關(guān)系,如,=0,即發(fā)送單頻，但此時頻率相關(guān)函數(shù)與時差有關(guān)，有,定義：,稱為信道的多普勒功率譜，即單頻通過信道后頻譜要展寬,圖,3.5.6,再看看,t,頻域相關(guān)函數(shù),相關(guān)時間間隔,多普勒頻譜擴展,經(jīng)驗圖形，實際情況要通過測量來獲得,類比短波收音機的收聽效果,發(fā)送單頻,3.5.4,多徑衰落信道的統(tǒng)計描述,四、信道的多普勒頻譜擴展（續(xù)）,2,）物理原因,A,，手機移動產(chǎn)生多普勒頻移：,為運動速度,為工作頻率,C-,為光速,(3.5.31),B,電波反射時入射角變化會引起“波速”變化，用,Jakes,模型描述，表達式見書（,3.5.32,）式。,圖,3.5.7 Jakes,多普勒模型,對時間選擇性信道,含交織編碼的差錯控制技術(shù),功率控制技術(shù),分集接收技術(shù),小結(jié),如何獲取實際無線環(huán)境下的信道參數(shù)？信道建模,時域相關(guān)函數(shù),頻域相關(guān)函數(shù),多普勒頻譜擴展,超量延時,相關(guān)帶寬,相關(guān)時間間隔,多普勒頻譜寬度擴展,qdm1,3.5.4,多徑衰落信道的統(tǒng)計描述,五、信道的均方延時擴展,-,信道參數(shù)實時測量估算,假設(shè)向信道發(fā)送一個沖激，收到的多徑信號如圖,均方延時擴展 為：,無需采用均衡的信號帶寬,見例,3.5.3,，用該方法可計算某一地點的多徑信道參數(shù)。,簡單例子，對某時刻的一個信道樣本,相當寬松的相關(guān)帶寬估計,3.6.1,加性噪聲,3.6,信道的加性噪聲與,SNR,計算,一、熱噪聲,電阻，單位歐姆,絕對溫度,頻帶寬度,!,熱噪聲存在于一切電子設(shè)備內(nèi)部，是干擾的主要來源,3.6,信道的加性噪聲與,SNR,計算,3.6.1,加性噪聲,二、加性干擾,包括：大氣噪聲,宇宙干擾,與工業(yè)干擾等,一般這類外來干擾可以通過設(shè)備的設(shè)計避免,3.6,信道的加性噪聲與,SNR,計算,3.6.2,信噪比（,SNR,）計算,一、噪聲系數(shù),F,說明：鑒于在先行課中己有介紹，這兒只講應(yīng)用,系統(tǒng),(3.6.4),電子系統(tǒng)本身產(chǎn)生的噪聲（熱噪聲）,噪聲系數(shù)測量儀引入的噪聲,測量,F,的目的是測量電子系統(tǒng)內(nèi)部噪聲 的大小，即,：,=,（,F 1,）,(3.6.12),如果知道了 就知道了 ，,=?,輸入,SNR/,輸出,SNR,規(guī)定噪聲系數(shù)測量時的噪聲溫度為,290K,3.6.2,信噪比（,SNR,）計算,一、噪聲系數(shù),F,（續(xù)）,由例,3.6.1,知：在測量儀與被測系統(tǒng)匹配條件下，與電阻無關(guān)，有,=,。,引理,1,：在匹配條件下，噪聲系數(shù)測量儀引入的噪聲 為一定值：,=,。（見,p.91,頁 例,3.6.1,）,引理,2,：由于 與溫度有關(guān)，因而規(guī)定噪聲系數(shù)測量時的噪聲溫度為 。,引理,3,：輸入噪聲的功率譜密度是 （見（,3.6.11,）式）。,3.6.2,信噪比（,SNR,）計算,二、級聯(lián)放大器的噪聲系數(shù),（自學）,三、噪聲溫度,（自學）,四、噪聲系數(shù)測量與噪聲計算,（自學）,3.6.2,信噪比（,SNR,）計算,五、信噪比（,SNR,）計算,重要性：,SNR,決定了通信的質(zhì)量指標，如誤碼率指標等。,計算方法：輸入端口計算、檢測端口計算,輸入端口計算,:,S,輸出,接收機,第一級,中放,信號,檢測,計算步驟：（,1,）由發(fā)射功率與鏈路損耗計算 ；（,2,）由噪聲系數(shù)計算 。,檢測端口計算,:,檢波,計算步驟：（,1),由 與接收機總增益,G,求得信號功率,S,，或者給出端口的信號幅值,U,，令,S=(,無需考慮電阻，因計算的是比值）。（,2,）計算噪聲功率 ，,=G,。,(3)S/,也可以化成碼元能量與噪聲功率譜密度之比，這時它們的量綱都是（瓦,秒）（見后續(xù)章節(jié)）,一、香農(nóng)公式,-,信道容量定理,3.7,信道容量與香農(nóng)極限,信道傳輸速率（比特,/,秒）,信道帶寬,信號能量與噪聲能量之比，,S=C,表示比特能量，,N=W,是噪聲功率譜密度,得：,信道容量與誤碼率的關(guān)系,可靠通信速率的上限,二、信道容量曲線,3.7,信道容量與香農(nóng)極限,圖,3.7.1,提示：,(1,）實際通信系統(tǒng)的通信速率總是小于信道容量,C,；,(2),不能用香農(nóng)公式來計算通信系統(tǒng)的速率，因為這是實際通信系統(tǒng)無法達到的。,C/W,也就是編碼效率，可以看到編碼效率低于一定程度，取得的編碼增益很有限，這也是我們很少采用,1/5,以下的編碼的原因,求最小 比值，即最小,SNR,極限值，稱之為香農(nóng)極限。該極限表示可以進行通信的最小,SNR,。,信道一章的主要內(nèi)容小結(jié)：,（,1,）信道的傳輸特性與傳輸損耗（恒參、變參）；,（,2,）多徑衰落信道信號的概率密度函數(shù)（瑞利分布、賴斯分布）；,（,3,）信道的統(tǒng)計描述參數(shù)（相關(guān)時間、相關(guān)帶寬、多普勒頻率擴展）；,（,4,）信噪比,SNR,計算；,（,5,）信道容量定理,-,香農(nóng)極限。,信道一章結(jié)束,!,習題：,3.1,3.2,3.6,3.9,3.13,3.15,3.16,3.18,3.24,3.25,3.28,