当前课程知识点：通信原理 > 第二章 信道分析 > 2.3 随参信道及其对所传信号的影响 > 视频
同学们好
今天我们开始学习
随参信道相关内容
在本次课中
我们首先讨论随参信道的概念
然后分析多径衰落造成的频率弥散
和频率选择性衰落等问题
最后我们给出上述问题的技术解决方案
首先我们来看一下随参信道的概念
在前面的介绍中
我们构建了信道模型
得出结论
信道噪声可以分为乘性噪声
和加性噪声两大类
根据乘性噪声是否随时间进行变化
我们进一步把信道划分为
恒参信道和随参信道
与恒参信道相比
随参信道的特性分析要复杂很多
同时它对信号的传播影响也要更大
如果从时变传输介质角度来分析
随参信道的典型代表为电离层反射信道
和对流层散射信道
他们传播特性受到纬度 季节 昼夜等
地理 环境 时间等因素的影响
呈现出强烈的时变特性
不仅如此
这些信道的信号传播还受到入射角度
电离层分布等几何因素的影响
会出现从发射点出发的电波
可能会有多条路径进行传播
才能到达接收点的情况
上述描述概括起来
随参信道通常具有以下特点
一是信号的衰落随时间随机的变化
二是信号的传播时延随时间随机的变化
三是具有多条路径传播
产生的多径效应
接下来我们来讨论
多径衰落造成的频率弥散现象
从上面的讨论可知道
信号经过随参信道传播后
接收信号的衰落和时延
它的特点是随时间变化的一个随机过程
同时它具有多径传播的特点
为了进一步进行定量分析
我们对上述过程进行数学建模
假设我们发射信号为Acosωct
是一个单载波信号
经过n条路径传播后
它到达接收端
接收端接收的信号如果用R(t)来表示
那么R(t)就可以表示成这样一个数学表达式
我们进一步处理这个表达式
在这个表达式中
ai表示第i条路径接收信号的幅度
tdi代表第i条路径传播的时延
φi第i条路径随机相位
它们都是随时间变化的随机过程
将这个式子用三角函数进行展开
可以得到一个正交表示形式
然后我再写成包络和相位的模式
可以得到这样一个表达形式
在这个式子当中
a(t)是多径信号合成后的包络
φ(t) 多径信号合成后的相位
它们可以分别表示成这样一个表达式
显然它们都是时间的函数
接下来我们对相位φ(t)函数进行求导
就可以得到瞬时角频率偏移函数
我们可以表示成这样一个形式
只要瞬时角频率偏移函数存在
且不为0
我们就说这个明信号
是一个具有Δω带宽的信号
至此我们得出结论
多径衰落使得原来单频信号Acosωct
变成了一个具有一定带宽的窄带信号
这就是所谓的频率弥散现象
接下来我们从时域和频谱两个方面
对频率弥散现象进行总结
从时域波形上来看
多径传播使得确定的单频信号
变成了包络和相位都随机变化的窄带信号
从频域上来看
多径传播引起了频率弥散
使得原来发送的一个单频率信号
在接收端变成了一个窄带信号
前面我们分析了多径效应所造成的频率弥散现象
接下来我们来看一下
多径效应所造成的频率选择性衰落
信号衰落按其快慢可以分为
慢衰落和快衰落
其中由于多径引起的信号衰落
通常我们称之为快衰落
这种衰落具有频率选择性的特点
下面我们通过一个例子来说明
频率选择性衰落所产生的过程
为简化分析
假设多径传播的路径只有两条
并且到达接收端的两路路径的强度相同
只是它们到达的时间上
相差了一个相对时间延迟τ
对于发送信号f(x)来说
它的傅里叶变换可以表示成F(ω)
那么说到了接收端两路信号的合成信号
我们可以表示成这样一个式子
对这个接收的信号我们进行傅里叶变换
我们接着可以得到它的频域表达式
进一步我们整理
可以得到它的传递函数
其幅频特性可以表示成这样一个表达式
绘制幅频函数曲线
我们会发现
在ω=2nπ /τ时
我们的幅频特性会出现极点
也就是出现最大点
在ω=（2n+1）π / τ时
则出现零点
也就是最小点
以上结果可以看出
频率不同
衰减也不相同
这不就是典型的频率选择性衰落吗
不过大家还要思考一下
为什么零点会出现在这些频点上
那么极点又会出现在那些极点上
实际上
相对时延τ一般是一个随机变化的量
所以说我们传播特性的零点
在频率轴上的位置也是随机而变的
显然当我们传播的一个信号的频谱大于1/τ时
传输信号的频谱将受到畸变
使得某些频率分量受到衰落
这种现象就是频率选择性衰落
如果将上述分析我们进行推广
可以得到这样一个结论
对于多条路径传播的多径效应
相对延迟通常受到最大时延的差来表述
进而能够得到多径传播的相关带宽
具体表达式我们可以得到这样一个表达式
如果传输信号的频谱比相关带宽要宽
我们将产生明显的选择性衰落
由此看来
为了减小选择性衰落的出现
传输信号的频谱必须小于
多径传输信道的相关带宽
在工程设计过程中
通常我们选择信号的带宽
为相关带宽的1/5～1/3
通过上述分析我们可以看到
随参信道的衰落
将会严重降低通信系统的性能
因此必须设法进行改善
对于慢衰落而言
我们主要采用加大发射功率
以及在接收机内部
通过自动增益控制技术进行处理
对于快衰落
我们采取抗衰落的调制解调技术
抗衰落的接收技术以及扩频技术进行处理
其中分集技术
是一种有效明显的抗衰落措施
所谓分集技术就是接收端
同时接收几个不同的合成信号
并将这些信号进行适当的合并
构成总的接收信号
这就是分集技术的基本思想
理论和实践表明
只要分集的几个合成信号之间
有相对的统计独立
那么经过合适的合并
它就会使系统的性能得到大大的改善
分集工作方式主要包括空间分集
频率分集
角度分集
极化分集等多种形式
有关分集接收更为详细的描述
请各位同学参看相关文献
同学们
今天我们学习了随参信道的概念
分析了多径衰落所造成的频率弥散现象
以及频率选择性衰落
最后给出了上述问题的技术解决方案
好了 这次课的内容就是这些
谢谢大家
-1.1 通信系统的基本概念
--视频
--习题
-1.2 通信系统的组成
--视频
--习题
-1.3 信息及其度量
--视频
--习题
-1.4 通信系统的主要性能指标
--视频
--习题
-讨论题：分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。
-课程思政
-课程使用教材
--教材介绍
-2.1 信道的基本概念
--视频
--习题
-2.2 恒参信道分析
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--习题
-2.3 随参信道及其对所传信号的影响
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--习题
-2.4 随机过程基础
--视频
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-2.5 平稳随机过程
--视频
--习题
-2.6 白噪声
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--习题
-2.7 高斯噪声
--视频
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-2.8 信号系统与噪声的关系
--视频
--习题
-2.9 信道容量的概念
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-2.10 m序列的产生
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-2.11 m序列的性质
--视频
--习题
-讨论题：结合实际生活或者工程实践，谈一下香农定理的意义所在。
-课程思政
-3.1 常规双边带调幅
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--习题
-3.2 抑制载波的双边带调制
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-3.3 单边带调制
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-3.4 残留边带调制
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-3.5 线性系统的抗噪声性能
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-3.6 角度调制的基本概念
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-3.7 频率调制FM
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-课程思政
-4.1 数字基带信号的常用码型
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-4.2 数字基带信号的频谱特性
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-4.3 数字基带传输系统
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-4.4 无码间串扰的基本思想
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-4.5 无码间串扰的基带传输系统
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-4.6 数字基带传输系统的性能分析
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-4.7 眼图
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-5.1 2ASK的基本原理
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-5.2 2ASK的抗噪声性能分析
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-5.3 2FSK的基本原理
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-5.4 2FSK的抗噪声性能分析
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-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.7 二进制数字调制系统的性能比较
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-讨论题：2FSK信号的频谱的波峰有什么特点，与什么因素有关？
-6.1 假设检验模型
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-6.2 错误概率最小准则
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-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构
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-6.4 匹配滤波器原理
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-6.5 匹配滤波器性质及应用
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-7.1 低通抽样定理
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-7.2 量化的基本概念和均匀量化
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-7.3 非均匀量化
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-7.4 13折线法的码位安排
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-7.5 简单增量调制
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-7.6 改进型增量调制
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-7.7 时分复用和多路数字电话系统
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-7.8 哈夫曼编码
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-8.1 信道编码基础
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-8.2 分类和工作方式
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-8.3 常用简单分组码
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-8.4 线性分组码的基本概念
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-8.5 线性分组码的矩阵描述
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-8.6 循环码的基本概念
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-8.7 循环码的矩阵描述
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-8.8 循环码代数形式的编译码
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-9.1 同步的定义与分类
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-9.2 载波同步
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-9.3 载波同步的性能分析
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-9.4 位同步
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-9.5 位同步的性能分析
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-9.6 群同步
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-9.7 群同步的性能分析
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