通信原理第3章信道与干扰.ppt

3.3 白噪声 噪声是通信系统中普遍存在的问题，最常见的噪声是由电阻等固态元器件产生的热噪声，它是一种具有高斯分布的加性白噪声。 简介 3.3.1 白噪声 —— 功率谱密度函数在整个频域范围（-∞，+∞）内是常数。 否则，称为有色噪声。 ◆ 自相关函数 ◆ 功率谱密度 双边： 单边： 只要频域的功率谱密度平坦，且频率范围远远超过工作频率范围，可近似为白噪声。 ◆ 噪声的平均功率 等于 噪声的方差 3.3.2 高斯噪声 —— 概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）。 ◆ 一维概率密度函数： 均值 方差 通常，通信信道噪声的均值为0。 高斯噪声的一维概率密度函数的性质 1）以直线 x=a 对称： 2）在 (-∞,a) 内单调上升，在 (a,+∞) 内单调下降，且在点 a 处达到极大值 。 3） 4）a表示分布中心，左右平移； σ表示集中程度，变高、变窄。 5）当a=0，σ=1时，相应的正态分布称为标准正态分布。 3.3.3 高斯白噪声 —— 概率密度函数满足正态分布统计特性，且功率谱密度函数是常数。 由传导媒质中电子的随机运动而产生的热噪声，在常温下，f1000GHz，可视作白噪声。 起伏噪声（电子管和晶体管器件电子发射不均匀所产生的散弹噪声， 来自太阳、银河系及银河系外的宇宙噪声）均可视作白噪声。 0.2 0.4 3.3.4 窄带高斯噪声 ◆ 窄带系统： Δffc=ωc/2π ◆ 窄带高斯噪声：高斯噪声通过中心角频率为ωc的窄带系统。 面积相等 频谱局限在±ωc附近很窄的范围 ◆ 噪声的等效带宽： 高度为Pn(ωc)、宽度为Bn的噪声 与 功率谱密度为Pn(ω)的带通型噪声 功率相等 窄带高斯噪声的表达 —— 一个频率近似为fc，包络和相位随机变化的正弦波。 随机包络 随机相位 缓慢变化的包络 频率近似为 f 0 相对于cosωct，ρ(t)和φ(t)的变化速度要慢很多 展开 同相分量 正交分量 统计特性 结论1：一个均值为0，方差为σ2的窄带高斯噪声n(t)，假定它是平稳随机过程（通信系统中的噪声一般均满足），则它的同相分量nc(t)、正交分量ns(t)同样是平稳高斯噪声，且均值都为0，方差也相同。 结论2：一个均值为0，方差为σ2的窄带高斯噪声n(t)，假定它是平稳随机过程，则其随机包络ρ(t) 服从瑞利分布，随机相位φ(t)服从均匀分布。 0 0 随机包络ρ(t) 服从瑞利分布 随机相位φ(t)服从均匀分布 ◆ 随机包络： ◆ 随机相位： 正弦信号加窄带高斯噪声 实际上，接收端收到的是信号与噪声的合成波。 信道加性窄带高斯噪声 正弦信号 ◆ 随机包络服从广义瑞利分布（也称莱斯分布）。 概率密度函数为： I0(x),零阶修正贝塞尔函数 if （A → 0） { 随机包络服从瑞利分布 } ◆ 随机相位分布与信道中的信噪比有关，不再是均匀分布。 ◆ 当信噪比很小时，接近于均匀分布。 -135 -90 -45 0 45 90 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 1 2 3 4 5 6 7 8 3.4 变参信道及其对信号传输的影响 变参信道的特性随时间变化很快，对信号最大危害是多径传播引起的快衰落现象和多径时延。较为有效且常用的抗衰落措施就是分集接收技术。 简介 3.4.1 变参信道 变参信道的特性随时间变化很快。 变参信道的三个共同点 电离层反射 电离层散射 对流层散射 流星余迹散射 …… 典型的变参信道 对信号的衰耗随时间的变化而变； 传输的时延随时间而变； 多径传播。 电离层 发 收 单跳 双跳 3.4.2 变参信道对信号传输的影响 ◆ 单频信号：频率弥散与快衰落现象 ◆ 频带信号：频率选择性衰落和时间弥散现象 ◆ 慢衰落：由于不同高度的大气层，其传播特性随昼夜、季节、时间的不同而不断变化，导致传输信号的衰减也在不断变化。由于这种衰落现象的速度相对于多径传播造成的快衰落缓慢得多，故称“慢衰落”。常用积累概率分布曲线表示。 频率弥散与快衰落 ◆ 发射波： ◆ 经过n条路径传播后的接收信号： 第i条路径的 接收信号振幅 第i条路径的 接收信号时延 第i条路径的 接收信号相位 展开 令 合成波的包络 合成波的相位 相对变化缓慢 —— R(t)是窄带随机信号 时域：快衰落 频域：频率弥散（色散） ◆ 包络服从瑞利分布 ◆ 相位服从均匀分布 ◆ 衰落特性通常用 “衰落深度” “衰落速度” 衡量。 （接收信号电平变化的范围大小） （电平变化的快慢情况） 包络电