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  • 接收器信道矩阵的零空间的人为噪声可以通过波束形成方法使窃听者信道恶化。 人工噪声功率均匀地分布在其他空间,从而使窃听通道在所有方向上均变差。 信噪比(SINR)被视为衡量合法接收者信息可靠性和安全性的...
  • 第三章信道噪声

    2020-12-07 13:26:14
    3.1 信道定义与数学模型 定义 通信系统=发送设备+信道+接收设备 信道限制和损害信号 信道是指以传输媒质为基础的信号通道(第10讲pdf有信道的一般组成框图) 分类 狭义信道=传输媒质(狭义信道特性会影响通信效果 ...

    3.1 信道定义与数学模型

    定义

    通信系统=发送设备+信道+接收设备

    信道限制和损害信号

    信道是指以传输媒质为基础的信号通道(第10讲pdf有信道的一般组成框图)

    分类

    • 狭义信道=传输媒质(狭义信道特性会影响通信效果 )

      • 有线信道
      • 无线信道
    • 广义信道=传输媒质+转换装置(常把广义信道简称为信道 )

      • 调制信道=发转换装置+媒质+收转换装置
        • 从调制器输出端到解调器输入端
      • 编码信道=调制器+调制信道+解调器
        • 从编码器输出端到译码器输入端

    数学模型

    信道共性

    • ( 1)有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端
    • ( 2)绝大多数的信道都是线性的 ,即满足线性叠加原理;
    • ( 3)信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间
    • ( 4)信号通过信道会受到固定的或时变的损耗
    • ( 5)即使没有信号输入,在信道的输出端仍可能有一定的输出(噪声)。

    调制信道

    数学模型:二端口(或多端口)线性时变网络

    输入输出关系: r ( t ) = s 0 ( t ) + n ( t ) = f [ s i ( t ) ] + n ( t ) r(t)=s_0(t)+n(t)=f[s_i(t)]+n(t) r(t)=s0(t)+n(t)=f[si(t)]+n(t)

    • s i s_i si为输入已调信号
    • s o s_o so为输出响应信号
    • n ( t ) n(t) n(t)为加性噪声 (其相互独立于 s i s_i si
    • f [ s i ( t ) ] f[s_i(t)] f[si(t)]反映了信道特性(不同的物理信道具有不同的特性 )

    一般情况 f [ s i ( t ) ] f[s_i(t)] f[si(t)]可以表示为信道单位冲激响应 c ( t ) c(t) c(t)与输入信号的卷积

    • s o ( t ) = c ( t ) ﹡ s i ( t ) s_o(t)=c(t)﹡s_i(t) so(t)=c(t)si(t)
    • S O ( ω ) = C ( ω ) S i ( ω ) S_O(ω)=C(ω)S_i(ω) SO(ω)=C(ω)Si(ω)

    C ( ω ) C(ω) C(ω)依赖于信道特性,对于信号来说 C ( ω ) C(ω) C(ω)可看成是乘性干扰

    根据 C ( ω ) C(ω) C(ω)的时变特性的不同,信道可以分为两大类

    • 恒参信道 : C ( ω ) C(ω) C(ω)基本不随时间变化
      • 即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的
    • 随参信道 : C ( ω ) C(ω) C(ω)随时间随机快变化

    C ( ω ) C(ω) C(ω)的特性有三种典型形式 (第10讲pdf有信道数学模型组成框图)

    • C ( ω ) C(ω) C(ω)是常数(或在信号频带范围之内是常数 )

      • r ( t ) = s 0 ( t ) + n ( t ) = c s i ( t ) + n ( t ) r(t)=s_0(t)+n(t)=cs_i(t)+n(t) r(t)=s0(t)+n(t)=csi(t)+n(t)
      • c 是信道衰减因子,通常可取 c =1
      • n ( t ) n(t) n(t)是加性噪声(通常是一种高斯噪声),这种信道可以用加性噪声信道数学模型来表示
    • C ( ω ) C(ω) C(ω)在信号频带范围之内不是常数,但不随时间变化

      • r ( t ) = s o ( t ) + n ( t ) = c ( t ) ﹡ s i ( t ) + n ( t ) r(t)=s_o(t)+n(t)=c(t)﹡s_i(t)+n(t) r(t)=so(t)+n(t)=c(t)si(t)+n(t)
      • 这种信道在数学上可表示为带有加性噪声的线性滤波器
    • C ( ω ) C(ω) C(ω)随时间变化

      • r ( t ) = s o ( t ) + n ( t ) = c ( t , τ ) ﹡ s i ( t ) + n ( t ) r(t)=s_o(t)+n(t)=c(t,τ)﹡s_i(t)+n(t) r(t)=so(t)+n(t)=c(tτ)si(t)+n(t)
      • 这种信道在数学上可表示为带有加性噪声的线性时变滤波器

    编码信道模型

    编码信道输入是离散时间信号,输出也是离散时间信号

    • 对信号的影响则是将输入数字序列变成另一种输出数字序列

    由于信道噪声等的影响,将导致输出数字序列发生错误

    • 输入输出数字序列之间的关系用一组转移概率来表征 (二进制编码信道模型框图)

      • P ( 0 ) 、 P ( 1 ) P(0)、P(1) P(0)P(1)分别是发送“ 0”符号和“1”符号的先验概率
      • P ( 0 / 0 ) 、 P ( 1 / 1 ) P(0/0)、P(1/1) P(0/0)P(1/1)是正确转移的概率
      • P ( 1 / 0 ) 、 P ( 0 / 1 ) P(1/0)、P(0/1) P(1/0)P(0/1)分别是发送“ 0”符号和“1”符号的错误转移概率
    • 输出总的错误概率为: P e = P ( 0 ) P ( 1 / 0 ) + P ( 1 ) P ( 0 / 1 ) P_e=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1) Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)

    • 无记忆编码信道 :信道噪声等的影响导致输出数字序列发生错误是统计独立

      • P ( 0 / 0 ) + P ( 1 / 0 ) = 1 P(0/0)+P(1/0)=1 P(0/0)+P(1/0)=1
      • P ( 1 / 1 ) + P ( 0 / 1 ) = 1 P(1/1)+P(0/1)=1 P(1/1)+P(0/1)=1
    • 编码信道是有记忆的(噪声等影响导致输出发生错误是不独立的,则编码信道模型要复杂得多)

    3.2 恒参信道及其传输特性

    (第十一讲 )

    恒参信道举例

    • 对称电缆
    • 同轴电缆
    • 微波中继信道
    • 卫星中继信道
      • 优点:通信容量大、传输质量稳定、传输距离远、覆盖区域广
      • 缺点:星轨道离地面较远,信号衰减大,电波往返所需要的时间较长
      • 用途:传输多路电话、电视和数据

    恒参信道特性

    传输特性可以等效为一个线性时不变网络

    线性网络的传输特性可以用幅频特性相频特性来表征

    理想恒参信道特性

    理想恒参信道 = 理想无失真传输信道

    • 在整个频率范围其幅频特性为常数

    • 其相频特性为ω 的线性函数

    • 幅频特性: H ( ω ) = K 0 e j ω t d H(ω)=K_0e^{jωt_d} H(ω)=K0ejωtd

      • K 0 K_0 K0为传输系数 ( ∣ H ( ω ) ∣ = K 0 |H(ω)|=K_0 Hω=K0)、 t d t_d td为时间延迟
    • 相频特性: φ ( ω ) = ω t d φ(ω)=ωt_d φω=ωtd

      • 信道的相频特性通常还采用群迟延-频率特性 : τ ( ω ) = d φ ( ω ) d ω = t d τ(ω)=\frac{dφ(ω)}{dω}=t_d τω=dωdφω=td

    冲激响应: h ( t ) = K 0 δ ( t − t d ) h(t)=K_0δ(t-t_d) h(t)=K0δ(ttd)

    若输入信号为s(t) ,则理想恒参信道的输出为: r ( t ) = K 0 s ( t − t d ) r(t)= K_0s(t-t_d) r(t)=K0s(ttd)

    理想恒参信道对信号传输的影响

    • 对信号在幅度上产生固定的衰减
    • 对信号在时间上产生固定的迟延

    幅度-频率失真

    又称为频率失真,属于线性失真

    会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠,造成码间干扰

    相位-频率失真

    属于线性失真

    在话音传输中,由于人耳对相频失真不太敏感,因此相频失真对模拟话音传输影响不明显

    如果传输数字信号, 相频失真同样会引起码间干扰

    3. 3 随参信道及其传输特性

    (第十二讲 )

    随参信道举例

    陆地移动信道

    由于城市建筑群等的影响,电波在传播过程中产生反射波等其他波,电波传输环境较为复杂,因此移动信道是典型的随参信道

    工作频段:主要在 VHF 和 UHF 频段

    电波传播特点:以直射波为主

    自由空间传播

    • 接收天线上获得的功率 P R = P T G T G R ( λ 4 π d ) 2 P_R=P_TG_TG_R(\frac λ{4πd})^2 PR=PTGTGR(4πdλ)2

      • 发射机输入给天线功率 P T P_T PT
      • 发射天线增益 G T G_T GT
      • 接收天线增益 $ G_R$
      • 接收天线与发射天线之间直线距离 d d d (单位为km)
      • 各向同性天线的有效面积 ( λ 4 π ) 2 (\frac λ{4π})^2 (4πλ)2
      • 各向同性是指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化
    • 自由空间传播损耗 $L_fs=\frac{P_T}{P_R}=(\frac {4πd}λ)^2 $

      • 用dB 可表示 :$[L_fs]=10lg(\frac {4πd}λ)^2=32.44+ 20lgd+20lgf $ (dB)
      • f的单位为MHz

    反射波与散射波

    当电波辐射到地面或建筑物表面时,会发生反射或散射,从而产生多径传播现象

    折射波

    电波在空间传播中,由于大气中介质密度随高度增加而减小,导致电波在空间传播时会产生折射、散射等

    大气折射对电波传输的影响通常可用地球等效半径来表征

    • 地球等效半径系数 k = r e r 0 k=\frac{r_e}{r_0} k=r0re
    • 地球的实际半径 r 0 = 6370 k m r_0=6370km r0=6370km
    • 地球等效半径 r e r_e re
    • 在标准大气折射情况下,地球等效半径系数 k = 4 3 k=\frac{4}{3} k=34
      • r e = k r 0 = 8493 k m r_e=kr_0=8493km re=kr0=8493km

    短波电离层反射信道

    无线电波在电离层(或电离层与地面之间)的一次反射(或多次反射)所形成的信道

    • 由于太阳辐射的变化,电离层的密度和厚度也随时间随机变化,因此短波电离层反射信道也是随参信道

    • 无线电波频率范围为 3~30MHz

    • 离地60~600 km 的大气层为电离层(由分子、原子、离子及自由电子组成 )

    由于电离层密度和厚度随时间随机变化,因此短波电波满足反射条件的频率
    范围也随时间变化

    • 最高可用频率 : f M U F = f 0 s e c φ 0 f_{MUF}=f_0secφ_0 fMUF=f0secφ0
      • f 0 为 φ 0 = 0 f_0为φ_0=0 f0φ0=0时能从电离层反射的最高频率(称为临界频率)
    • 白天电离层较厚, F2层的电子密度较大,最高可用频率较高。
    • 夜晚电离层较薄, F2层的电子密度较小,最高可用频率较低

    短波电离层反射信道最主要的特征是多径传播

    • 电波从电离层的一次反射和多次反射
    • 电离层反射区高度所形成的细多径
    • 地球磁场引起的寻常波和非寻常波
    • 电离层不均匀性引起的漫射现象

    随参信道特性

    (13讲)

    随参信道的传输媒质具有以下三个特点

    • 对信号的衰耗随时间随机变化
    • 信号传输的时延随时间随机变化
    • 多径传播

    随参信道比恒参信道复杂,对信号传输的影响比恒参信道严重

    多径衰落与频率弥散

    公式略(太多了)

    瑞利分布是一个均值为0,方差为 σ 2 σ^2 σ2的平稳窄带高斯过程

    • 描述平坦衰落信号接收包络独立多径分量接受包络统计时变特性的一种分布

    结论

    • 多径传播使单一频率的正弦信号变成了包络和相位受调制的窄带信号,
      这种信号称为衰落信号,即多径传播使信号产生瑞利型衰落
    • 多径传播使单一谱线变成了窄带频谱,即多径传播引起了频率弥散

    频率选择性衰落与相关带宽

    多径传播除了会使信号产生瑞利型衰落之外,还会产生频率选择性衰落

    多径传播时的相对时延差通常用最大多径时延差来表征

    • 多径传播信道的相关带宽 :
    • 表示信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔

    如果信号的频谱比相关带宽宽,则将产生严重的频率选择性衰落

    • 信号带宽为相关带宽的

    传输高速数字信号,频率选择性衰落将会引起严重的码间干扰

    • 减小方法:

    3.4 分集接收技术

    3.5 加性噪声

    • 相互独立
    • 始终存在
    展开全文
  • 根据信道中噪声的特点,信道分为加性高斯白噪声信道(AWGN)、多径瑞利退化信道、多径莱斯退化信道。 (1)瑞利衰落分布:  在移动无线信道中,瑞利分布是最常见的描述平坦衰落信号接收包络或独立多径分量
  • 通信信道

    千次阅读 2019-07-23 21:49:40
    信道会受到干扰的影响,信道中的干扰可以分为有源干扰和无源干扰两种。信道的研究主要关注信道的传输和噪声特性及其对信号传输的影响。信道的影响主要包括:衰减、失真、噪声三部分,因此可以采用放大、均衡、滤波等...

    一、信道:是指信号传输的通道,它的性质决定了系统所能传输的信息容量和所能提供的传输质量。信道可以分为有线信道无线信道两种。信道会受到干扰的影响,信道中的干扰可以分为有源干扰无源干扰两种。信道的研究主要关注信道的传输和噪声特性及其对信号传输的影响。信道的影响主要包括:衰减失真噪声三部分,因此可以采用放大均衡滤波等措施来减小信道对信号传输的不利影响。

    有线信道包括:双绞线、同轴电缆、光纤等。

    无线信道包括:电磁波(光波)。


    二、无线电磁波:无线电波的传播方式:地波传播电离层反射传播(天波传播)视线传播散射传播等。

    (1)、地波传播:频率在2MHz以下的电磁波主要传播方式,电磁波波长较长,具有绕射能力,能弯曲地沿着地球表面传播。调幅广播主要就是采用这种传播方式。地波传播性能稳定,但是距离受限,且传播频率越高,损耗就越大,传输距离就越短。

    (2)、天波传播:频率在2~30MHz波段的电磁波主要传播方式,电磁波到达电离层,能量被反射吸收,反射回地球的能量实现电波的传播。天波传播可以以较低的能量进行远程通信,是短波的主要传播方式。天波传播的电磁波频率越高,电离层吸收的能量就越少,反射能量就越多;但电磁波的频率过高(大于30MHz),将穿透电离层不能反射回任何能量。

    (3)、视线传播:频率高于30MHz的电磁波主要传播方式,此时电磁波的频率较高,地面波衰减很大,天波又会穿透电离层,因此只能采用视线传播(直线传播)方式。视线传播主要用于超短波及微波通信领域。视线传播的天线一般需要架设在建筑物、高塔或山顶上,以最大化直线传播覆盖范围。


    三、信道的数学模型:主要包括调制信道模型编码信道模型两种。

    (1)、调制信道模型:

    (2)、编码信道模型:

     

     

    展开全文
  • 将感兴趣区编码和多描述编码相结合,提出一种噪声信道下保护图像感兴趣区的多描述编码方法。该方法将图像分为感兴趣区和背景区,并采用多描述编码方法,将感兴趣区和背景区码流编码成多个描述。同时对感兴趣区和背...
  • OFDM系统信道估计基础知识

    千次阅读 多人点赞 2020-10-04 15:18:25
    参考文章: 信道估计(百度百科) OFDM学习笔记(四)...举一个简单的栗子来说,假如发送端发送了一个正弦信号6sin(2t),然后发送的这个正弦信号在无线信道中进行传输,由于信道的影响,接收端接到的信号变成了3sin

    参考文献:
    基于MIMO_OFDM系统的信道估计算法综述 ----丁旭(国内会议)
    参考课本:
    MIMO-OFDM无线通信技术及MATLAB实现
    参考文章:
    信道估计(百度百科)
    OFDM学习笔记(四)(信道估计简介
    信道估计算法
    OFDM中基于块状分布的导频信号信道估计仿真
    OFDM中的信道估计Channel Estimation
    SISO/MIMO信道估计(channel estimation)原理详细图解
    信道估计硬件实现 LS算法
    LTE基础原理与关键技术第4章OFDM信道估计
    Chpater 5 大规模MIMO信道估计与导频设计
    OFDM完整仿真过程及解释(MATLAB)

    OFDM系统基本框图

    在这里插入图片描述

    一、什么是信道估计

    信道估计是使用接收信号表现出来的各种状态来对信道的特性进行估计的过程。信道估计是信道对输入信号影响的一种数学表示。
    信道估计可以定义为描述物理信道对输入信号的影响而进行定性研究的过程,是信道对输入信号影响的一种数学表示。如果信道是线性的,那么信道估计就是对系统冲激响应进行估计。信道估计的目标就是使某种估计误差最小化,同时还要尽量降低算法的复杂度,并具有可实现性。
    为了在接收端能够准确地恢复发射信号,需要对信道的冲激响应进行估计,这就是信道估计。

    二、为什么要进行信道估计

    无线环境是复杂多变的,信号在传播过程中就会受到各种各样的干扰,到达接收端时,信号的幅度、相位和频率都会发生很大的改变,而信道估计和信道均衡的作用就是尽可能恢复出信号。因此,一个良好的估计和均衡算法对于接收端的性能来说至关重要,决定了信号最终的解出率。
    举一个简单的栗子来说,假如发送端发送了一个正弦信号6sin(2t),然后发送的这个正弦信号在无线信道中进行传输,由于信道的影响,接收端接到的信号变成了3sin(2t+8),也就是说信号经过无线信道的传输之后,幅度和相位都发生了变化(也就是幅度衰减一半,相位增加了8),如果在接收端现在已经通过相应的信道估计算法估计出了这个信道的特性(也就是幅度衰减一半,相位增加了8),那么接收端在后续接收其他信号的时候就会对接收到的信号进行相应的补偿。假如说发送端又发送了一个信号8sin(2t+2),通过信道传输之后,接收端接收到的信号变成了4sin(2t+10),那么接收端由于刚才已经通过第一次接收到的信号估计出了信道的特性,那么他就可以直接把信号补偿为8sin(2t+2)(幅度增加一倍,相位减去8),这样在接收端就可以复原出发送端发送的原信号。这就是为什么要进行信道估计,目的就是在接收端要尽可能地还原发送端发送的原信号。

    三、信道估计常用的思想

    在这里插入图片描述
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    3.1 基于参考信号的估计(非盲估计

    基于参考信号的信道估计就是接收端利用已经知道的信息来对信道进行估计。常用的就是OFDM系统中的基于导频符号的信道估计。它的缺点也是显而易见的,参考信号占用了信息比特,降低了信道传输的有效性,浪费了带宽。另外,在接收端,要将整帧的信号接收后才能提取出参考信号进行信道估计,带来了不必要的时延,所以对帧结构提出了限制要求,比如快哀信道下,由于信道的相关时间可能小于帧长,基于参考信号的信道估计算法应用受到限制。

    3.1.1 基于训练序列的信道估计

    基于训练序列的信道估计算法适用于突发传输方式的系统。通过发送已知的训练序列,在接收端进行初始的信道估计,当发送有用的信息数据时,利用初始的信道估计结果进行一个判决更新,完成实时的信道估计。

    3.1.2 基于导频符号的信道估计(常用)

    其实有时候也把导频称为训练序列。反正就是那个意思,不作太大的区分。
    基于导频符号的信道估计适用于连续传输的系统。通过在发送的有用数据中插入已知的导频符号,可以得到导频位置的信道估计结果;接着利用导频位置的信道估计结果,通过内插得到有用数据位置的信道估计结果,完成信道估计。

    3.2 盲估计

    利用调制信号本身固有的、与具体承载信息比特无关的一些特征,或是采用判决反馈的方法来进行信道估计的方法。盲估计必须是在接收到大量数据时才能够提取统计特性并对信道进行估计,并且算法复杂度也很高。

    3.3 半盲估计

    结合盲估计与基于训练序列估计这两种方法优点的信道估计方法,也就是盲估计+较短的训练序列。

    3.4 三种信道估计思想的比较

    一般来讲,通过设计训练序列或在数据中周期性地插入导频符号来进行估计的方法比较常用。而盲估计和半盲信道估计算法无需或者需要较短的训练序列,频谱效率高,因此获得了广泛的研究。但是一般盲估计和半盲估计方法的计算复杂度较高,且可能出现相位模糊(基于子空间的方法)、误差传播(如判决反馈类方法)、收敛慢或陷入局部极小等问题,需要较长的观察数据,这在一定程度上限制了它们的实用性。

    总体来说,由于基于参考信号的信道估计需要事先在发送的有效数据中插入一些收发双方都已知的数据(训练序列或者导频符号),于是插入的这些已知的数据就会占用了发送数据的信息比特,从而降低了传送数据的有效性和频谱效率,但是这种信道估计思想最后估计出来的结果相对来说比较贴合信道的实际情况,也就是说效果比较好。而盲估计算法由于不需要插入任何已知的数据,所以这种方式的数据有效性和频谱效率都比较高,但是他估计出来的信道特性相对来说不是那么的贴近实际的信道特性,并且这种信道估计的计算复杂度比较高、算法运算量大、灵活性差。半盲估计显然就是非盲估计和盲估计的一个折中产物。

    非盲估计:频谱效率低、效果好
    盲估计:频谱效率高、运算量大、效果不是那么好
    半盲估计:折中的产物

    由于盲估计频谱效率高,所以他越来越受到研究人员的重视。

    四、OFDM系统信道估计中的导频分布

    OFDM系统常常使用插入导频的方法来进行信道估计。我们都知道OFDM系统是在同一个时刻同时发送多个不同频率的子载波,一次性发送若干个子载波算是发送了一个OFDM符号,然后再隔一定的时间再发送下一个OFDM符号。根据导频插入的不同方式我们可以分为块状导频和梳状导频。
    所谓的导频就是在子载波上面调制上收发双方都知道的数据,这个数据(导频)的作用就是用来估计当前的信道特性。

    4.1 块状导频

    块状导频适用于慢衰落信道(即信道特性在一个OFDM数据帧(块)内保持准静止)。
    我们可以把下图中的4列小圆圈认为是一个OFDM数据帧(块),只要是在一个OFDM数据帧内信道特性基本不变,那么该信道就是慢衰落信道。

    在这里插入图片描述
    上图中的空心小圆圈就代表一个子载波,实心小圆圈就代表插入的导频。
    如上图所示,在同一时刻OFDM系统会同时发送多个不同频率的子载波,每一列就代表了一个OFDM符号,每隔一定的时间再发送下一个OFDM符号。
    这种导频方式的工作流程如下: 每隔一定的时间(也就是每隔几个OFDM符号,但是插入的时间间隔要满足抽样定理,目前我也不知道具体是什么东西)在所有的频率(子载波频率)上都发送一个已知的信号(这个信号我们就叫做导频信号,也就是在所有的子载波频率上面都调制上一个收发双方都知道的数据)。接收端收到这个导频信号之后就会使用相应的算法来对信道特性进行估计,估计完信道特性之后就已经知道了在导频位置处信道的特性(包括幅度衰减、相位等信息),然后就会使用一些插值算法在时域插值出后续几个OFDM符号周期内的信道特性,然后就可以然后就开始接收后面的OFDM符号了,接收端接收到后面的OFDM符号之后,就使用刚才估计到的信道特性来对现在接收到的数据进行相应的补偿,这样一直持续下去,一直持续到下一次导频信号的来临,然后就会使用最新的导频信号来更新当前的信道特性了,就这样一直持续下去。

    这种方式的基本思想就是假定了相邻几个OFDM符号之间的信道传输函数的改变不大。(其实也不能说是假定,因为这种块状导频本来就只能适用于这种相邻几个OFDM符号之间信道传输函数改变不大的信道,也就是这里说的慢衰落信道)
    由于该方式是在所有的子载波频率上面都发送了一个导频信号,所以这种方式对频率选择性不是很敏感。

    4.2 梳状导频

    梳状导频适用于快衰落信道(即信道特性在一个OFDM数据帧(块)内发生显著变化)。
    在这里插入图片描述
    上图中的空心小圆圈就代表一个子载波,实心小圆圈就代表插入的导频。
    这种插入导频的方式从图中就可以看出来,由于信道特性变化很快,所以不能再让相邻的几个OFDM符号来共同使用一个信道特性了,所以我们就在每一个OFDM符号中都加入了导频信号,但是和块状导频不同的是,这里的导频信号虽然占据了时间轴上的每一刻,但是他并没有占据频率轴上的所有子载波频率,而是选了几个频率来插入导频信息。
    这种导频方式的工作流程如下:在每一个OFDM符号周期内都使用几个子载波来作为导频使用,当接收端接收到这个OFDM符号之后,先使用信道估计算法估计出导频位置处的信道特性,然后再使用一些插值算法在频域插值出其余子载波(也就是其余携带数据的子载波)处的信道特性,然后就可以恢复出原信号了。
    由于这种方式的导频信号没有插入到所有的频率上,所以他对频率选择性比较敏感。

    除此之外,在信道频率选择性不强的情况下,可以在频域上较为稀疏地排列导频序列。同理,在慢衰落场景下,也可以在时域上较为稀疏地排列导频序列。
    在这里插入图片描述
    块状导频是进行的时域插值
    梳状导频是进行的频域插值
    菱形导频(格状导频)是在时域和频域都进行插值

    需要注意的是时域插值和频域插值其实指的就是在横坐标方向上插值或者在纵坐标方向上插值,横坐标就对应着时域,纵坐标就对应着频域。

    五、常用的信道估计算法(后续慢慢学习)

    在上面我们说到的利用导频信号就可以估计出信道特性,那么它具体是如何估计出信道特性的呢?这时候就轮到信道估计算法上场了。
    (信道估计模块接收的信号是频域信号,已经完成了去CP、纠偏等操作。去CP会使两个相邻的OFDM符号间有间隔,这段间隔对于信道估计模块很宝贵,所有的计算尽量在这个间隔内完成,若有N倍采样,那么可以用来处理的时钟就更多了。)
    在这里插入图片描述

    5.1 最小二乘法信道估计算法(LS)

    LS:Least Square
    该算法计算简单、复杂度低,不需要信道的任何先验统计特性。该方法导频处信道频域响应(CFR)通过LS算法估计得到,数据符号处CFR通过插值方法获得。然而,由于LS估计方法不能消除导频处噪声的影响,并且插值类信道估计方法不能有效消除由于多径引起的频域选择兴衰落信道的影响,导致数据处CFR获取不准确,因此LS算法的估计性能较差。
    假设发射信号是X(i),信道传输函数是H(i),接收端接收到的信号是Y(i),那么就有这个等式Y(i)=X(i)H(i)
    信道估计中的LS算法是最基本且常用的算法,用最朴实的话说就是忽略噪声,直接除。其公式表示为H(i)=Y(i)/X(i)。频域接收信号导频位置Y,本地已知导频X。两者简单相除,就可以得到导频位置的信道估计值H(i)
    在硬件实现时,除了在均衡时可以考虑用除法器,其他位置(包括此处的LS算法)都不要使用除法器,除法器占用的资源太多,将除法表示为乘法即可避免,而大部分的乘法可以用移位相加来实现,这样可以大大降低复杂度。
    关于代价函数请点击这里
    在这里插入图片描述

    5.2 最小均方信道估计算法(MMSE)

    MMSE:Minimum Mean Square Error Estimation
    在这里插入图片描述

    5.3 最大似然信道估计算法

    ML:Maximum Likelihood

    5.4 基于DFT的信道估计算法

    为了提高LS算法的性能,首先对LS算法得到的CFR进行IDFT变换到时域,然后根据信道冲激响应(CIR)特征,通过将CIR中除了时延点以外其余位置置零达到去噪的目的,然后再对去噪后的CIR补零做DFT得到估计的频域信道估计,由于DFT/IDFT有快速算法,因此该方法计算量小,容易实现。但是该方法要求信道时延为整数倍信道采样周期,当信道时延不为信道采样周期整数倍时,由于时延频谱泄露导致该方法不能仅仅通过几个时延点恢复出信道频域响应,因此限制了该方法的应用范围

    5.5 基于SVD(奇异值分解)的信道估计算法

    SVD:Singular Value Decomposition

    5.6 基于滤波器的信道估计算法

    5.7 线性最小均方误差信道估计算法(LMMSE)

    该方法在信道估计算法中性能最好,可以得到精确的信道估计,但是LMMSE算法需要知道信道的统计信息,并且具有很高的计算复杂度,因此,不适用于实际情况。

    5.8 基于判决反馈信道估计算法

    六、插值算法

    当使用信道估计算法估计出导频处的信道特性后,就要使用插值的方法去拟合出非导频处的信道特性,常见的插值方法有一阶线性插值和二阶线性插值。其中一阶线性插值是利用了相邻两个导频信号,而二阶线性插值是利用了前后相邻的3个导频信号。由于使用到的导频信息很少,所以最后估计出来的信道特性与实际有一定的差异。

    七、MIMO-OFDM系统中的信道估计

    在这里插入图片描述

    MIMO-OFDM的信道估计:时,频,空三个域都要考虑,尤其是在空域,不同天线发射的导频序列需要相互正交,否则在接收端无法区分各个导频,造成导频污染,就无法正确地估计信道。正交的方法有很多,可以是时间上错开,在某个时间只允许某个天线发送。也可以在频率上错开。还可以让导频信号本身就是正交的(例如Alamouti coding)。如下图所示:
    在这里插入图片描述
    在实际系统中往往是这三种导频策略混合使用。例如LTE下行链路的导频序列排布:
    在这里插入图片描述

    其他估计思想

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  • 信道

    2012-01-06 22:44:11
    信道 科技名词定义 中文名称:信道 英文名称:channel 定义:在两点之间用于收发信号的单向或双向通路。 应用学科:通信科技(一级学科);通信原理与基本技术(二级学科) 以上内容由全国科学技术名词...

    信道

    科技名词定义

    中文名称:
    信道
    英文名称:
    channel
    定义:
    在两点之间用于收发信号的单向或双向通路。
    应用学科:
    通信科技(一级学科);通信原理与基本技术(二级学科)
    以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

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    一是指词语,表示知道的意思,二是指通信的通道,是信号传输的媒介。

    目录

    词语
    通讯名词
    1. 结构
    2. 无线信道
    3. 信道编码
    4. 信道容量
    5. 信道带宽
    6. 信道理论
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    编辑本段词语

      xìn dào
      信道
      1.信奉正道。《论语·子张》:“执德不弘,信道不笃,焉能为有,焉能为亡!”《孔子家语·五仪解》:“笃行信道,自强不息。”
      2.知道;料知。宋 柳永 《瑞鹧鸪》词:“须信道,缘情寄意,别有知音。”元 无名氏 《连环计》第四折:“方信道天网自恢恢,业重祸相随。”《古今小说·史弘肇龙虎君臣会》:“你好羞人,兀自有那面颜来讨钱!你信道我和酒也没,索性请你喫一顿拳踢去了。”
      3.犹言果然是。金 董解元 《西厢记诸宫调》卷一:“一箇是一方长老,一箇是一代名儒。俗谈没半句,那一和者也之乎。信道:‘若说一夕话,胜读十年书。’”

    编辑本段通讯名词

    结构

      传送信息的物理性通道。信息是抽象的,但传送信息必须通过具体的媒质。例如二人对话,靠声波通过二人间的空气来传送,因而二人间的空气部分就是信道。邮政通信的信道是指运载工具及其经过的设施。无线电话的信道就是电波传播所通过的空间,有线电话的信道是 电缆。每条信道都有特定的信源和信宿。在多路通信,例如载波电话中,一个电话机作为发出信息的信源,另一个是接收信息的信宿,它们之间的设施就是一条信道,这时传输用的电缆可以为许多条信道所共用。在理论研究中,一条信道往往被分成信道编码器、信道本身和信道译码器。人们可以变更编码器、译码器以获得最佳的通信效果,因此编码器、译码器往往是指易于变动和便于设计的部分,而信道就指那些比较固定的部分。但这种划分或多或少是随意的,可按具体情况规定。例如 调制解调器和纠错编译码设备一般被认为是属于信道编码器、译码器的,但有时把含有调制解调器的信道称为调制信道;含有纠错编码器、译码器的信道称为编码信道。
      所有信道都有一个输入集 A,一个输出集 B以及两者之间的联系,如条件概率 P( yx), xAyB。这些参量可用来规定一条信道。
      输入集就是信道所容许的输入符号的集。通常输入的是随机序列,如 X1, X2,…, Xn,…,各 XA( r=1,2,…)。随机过程在限时或限频的条件下均可化为随机序列。在规定输入集 A时,也包括对各随机变量 X的限制,如功率限制等。输出集是信道可能输出的符号的集。若输出序列为 Y1, Y2,…, Yn,…,各 YB。这些 XY可以是数或符号,也可以是一组数或矢量。
      按输入集和输出集的性质,可划分信道类型。当输入集和输出集都是离散集时,称信道为离散信道。电报信道和数据信道就属于这一类。当输入集和输出集都是连续集时,称信道为连续信道。电视和电话信道属于这一类。当输入集和输出集中一个是连续集、另一个是离散集时,则称信道为半离散信道或半连续信道。连续信道加上数字调制器或数字解调器后就是这类信道。
      输入和输出之间有一定的概率联系。信道中一般都有随机干扰,因而输出符号和输入符号之间常无确定的函数关系,须用条件概率 P( y1, y2,…, yn| x1, x2,…, xn)来表示。其中各 xy( r=1,2,…, n)分别是输入随机序列和输出随机序列的样,且 xA, yB。当这条件概率可分解成的形式时,信道称为无记忆信道,否则就是有记忆信道。无记忆意味着某个输出样 y只与相应的输入样 x有关,而与前后的输入样无关。当只与前面有限个输入样有关时,可称为有限记忆信道;当与前面无限个输入样有关,但关联性随间隔加大而趋于零时,可称为渐近有记忆信道。此外,当上式中的 P1, P2,…等条件概率是同样的函数时,称为平稳信道。这也适用于有记忆信道,即变量的下标顺序推移时,条件概率的函数形式不变。
      输入和输出都是单一的情况,这类信道是单用户信道,或简称为信道。当输入和(或)输出不止一个时,称为 多用户信道,也就是几个用户合用一个信道。但当几个用户的信息通过复用设备合并后再送入信道时,这个信道仍为单用户信道。只有当这个信源分别用编码器变换后再一起送入信道,或在信道的输出上接有几个译码器分别提取信息给信宿,也就是信道的输入端或输出端不止一个时,才称为多用户信道。当有几个输入如 Xa, Xb,…而输出只有一个 Y时,习惯上称为多址接入信道。它可用条件概率 Py| Xa, Xb,…)来规定;当只有一个输入 X,而输出有几个 Ya, Yb,…时,就称为 广播信道,可用条件概率 Pya│ x), P( yb│ x),…来规定。广播信道还有一个特例称为退化型广播信道,此时各条件概率应满足下列各式:就是说, xya, yb, yc,…组成 马尔可夫链。一般的多用户信道可以有几个输入和几个输出。当然多用户信道也有离散和连续,无记忆和有记忆之分。
      其实,上述分类是可以组合的,例如平稳无记忆离散信道,正态无记忆平稳连续信道等。后者是指 Pyx)为正态分布,这种信道常简称为 高斯信道

    无线信道

      

    信道

    无线信道也就是常说的无线的“ 频段(Channel)”,其是以无

    信道

    线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。
      大家知道,

    信道

    在进行无线网络安装,一般使用无线网络设备自带的 管理工具,设置连接参数,无论哪种无线网络的最主要的设置项目都包括网络模式(集中式还是对等式 无线网络)、 SSID、信道、传输速率四项,只不过一些无线设备的驱动或设置 软件将这些步履简化了,一般使用默认设置(也就是不需要任何设置)就能很容易的使用无线网络。
      但很多问题,也会因为追求便利而产生,大家知道,常用的IEEE802.11b/g工作在2.4~2.4835GHz频段,这些频段被分为11或13个信道。当在无线AP无线信号覆盖范围内有两个以上的AP时,需要为每个AP设定不同的频段,以免共用信道发生冲突。而很多用户使用的无线设备的默认设置都是Channel为1,当两个以上的这样的无线AP设备相“遇”时冲突就在所难免。
      

    信道

    为什么现在无线信道的冲突如此让人关注,这除了家用或办公无线设备因为价格的不断走低而呈几何级数增长外,无线标准的天生缺撼也是造成目前这种窘境的重要原因:
      众所周知,目前主流的无线协议都是由 IEEE(美国电气电工协会)所制定,在IEEE认定的三种无线标准IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11a中,其信道数是有差别的。
       IEEE802.11b
      
      

    信道

    采用2.4GHz 频带,调制方法采用补偿码键控( CCK),共有“3”个不重叠的传输信道。传输速率能够从11Mbps自动降到5.5Mbps,或者根据 直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps,以保证设备正常运行与稳定。
       IEEE802.11a
      扩充了标准的物理层,规定该层使用5GHz的频带。该标准采用 OFDM调制技术,共有“12”个非重叠的传输信道,传输速率范围为6Mbps-54Mbps。不过此标准与IEEE802.11b标准并不兼容。支持该协议的无线AP及无线网卡,在市场上较少见。
       IEEE802.11g
      

    信道

    信道

    该标准共有“3”个不重叠的传输信道。虽然同样运行于2.4GHz,但向下兼容IEEE802.11b,而由于使用了与IEEE802.11a标准相同的调制方式OFDM(正交频分),因而能使无线局域网达到54Mbps的数据传输率。
      从上我们可以看出,无论是IEEE802.11b还是IEEE802.11g标准其都只支持3个不重叠的传输信道信道,只有信道1、6、11或13是不冲突的,但使用信道3的设备会干扰1和6,使用信道9的设备会干扰6和13……。
      

    信道

    信道

    802.11b/g情况下,可用信道在 频率上都会重叠交错,导致网络覆盖的服务区只有三条非重叠的信道可以使用,结果这个服务区的用户只能共享这三条信道的数据带宽。这三条信道还会受到其它无线电信号源的干扰,因为802.11b/gWLAN标准采用了最常用的2.4GHz 无线电频段。而这个频段还被用于各种应用,如蓝牙无线连接、手机甚至微波炉,这些应用在这个频段产生的干扰可能会进一步限制 WLAN用户的可用带宽。

    信道编码

      

    信道

    信道

    信道编码的实质是在信息码中增加一定数量的多余 码元(称为监督码元),使它们满足一定的约束关系,这样,由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的 码字
      一旦传输过程中发生错误,则信息码元和监督码元间的约束关系被破坏。在接收端按照既定的规则校验这种约束关系,从而达到发现和纠正错误的目的。
      信息通过信道传输,由于物理介质的干扰和无法避免 噪声,信道的输入和输出之间仅具有统计意义上的关系,在做出唯一判决的情况下将无法避免 差错,其差错概率完全取决于信道特性。因此,一个完整、实用的通信系统通常包括信道编译码模块。 视频信号在传输前都会经过高度 压缩以降低码率,传输错误会对最后的图像恢复产生极大的影响,因此信道编码尤为重要。
      信道编码的作用:
      一是使码流的 频谱特性适应通道的频谱特性,从而使传输过程中能量损失最小,提高信号能量与噪声能量的比例,减小发生差错的可能性。
      二是增加 纠错能力,使得即便出现差错也能得到纠正。

    信道容量

      

    信道

    信道容量是信道的一个参数,反映了信道所能传输的最大信息量,其大小与 信源无关。对不同的输入概率分布,互信息一定存在最大值。我们将这个最大值定义为信道的容量。一但转移概率 矩阵确定以后,信道容量也完全确定了。尽管信道容量的定义涉及到输入概率分布,但 信道容量的数值与输入概率分布无关。我们将不同的输入概率分布称为试验信源,对不同的试验信源,互信息也不同。其中必有一个试验信源使互信息达到最大。这个最大值就是信道容量。
      信道容量有时也表示为单位时间内可传输的二进制位的位数(称信道的数据传输速率,位速率),以位/秒(b/s)形式予以表示,简记为 bps

    信道带宽

      

    信道

    信道带宽是限定允许通过该信道的信号下限频率和上限频率,也就是限定了一个频率 通带。比如一个信道允许的通带为1.5kHz至15kHz,其带宽为13.5kHz,上面这个方波信号的所有频率成分当然能从该信道通过,如果不考虑衰减、时延以及噪声等因素,通过此信道的该信号会毫不失真。
      信道带宽:W=f2—f1
      f1是信道能通过的最低频率,f2是信道能通过的最高频率。两者都是由信道的物理特性决定的。
      只要最低频率分量和最高频率分量都在该 频率范围内的任意复合信号都能通过该信道。此外,频率为1.5kHz、4kHz、6kHz、9kHz、12kHz,15kHz以及
      

    信道

    任意在该频带范围内的各种单频波也可以通过该信道。然而,如果一个基频为1kHz的方波,通过该信道肯定失真会很严重;方波信号若基频为2kHz,但最高谐波频率为18kHz,带宽超出了信道带宽,其9次谐波会被信道滤除,通过该信道接收到的方波没有发送的质量好;那么,如果方波信号基频为500Hz,最高频率分量是11次谐波的频率为5.5kHz,其带宽只需要5kHz,远小于信道带宽,是否就能很好地通过该信道呢?其实,该信号在信道上传输时,基频被滤掉了,仅各次 谐波能够通过。

    信道理论

      

    信道

    信道是 信息论中的一个主要概念。它是用来传送信息的,所以理论上应解决它能无错误地传送的最大信息率,也就是计算信道容量问题,并证明这样的信息率是能达到或逼近的,最好还能知道如何实现,这就是 信道编码问题。这些是C.E.仙农建立信息论时提出的关于信道的理论问题。他自己回答了一些,以后许多学者又使之不断完善。可以说信息论的发展史,有相当一部分是解决这些理论问题的历史。一般而论,对于无记忆信道,这些问题已基本解决,但具体编码方法,如采用代数码来纠错还不能达到要求。无记忆多用户信道中,只有多址接入信道和退化型广播信道才可以说基本解决了这些理论问题。
    展开全文
  • 信道编码

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空空如也

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信道中的噪声分为