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  • 信道中的噪声分为
    2020-12-22 06:35:23

    9.4.2 噪声信道模型(Noise Channel Model )

    噪声信道模型可以理解为正确的查询通过一个噪声信道传输,在传输过程中受到外界 千扰,导致在信息接收端收到的杳询发生错误,图9-11是噪声信道模型的原理示意。

    给定错误查询V及其对应的可能正确査询W,噪声信道模型将査询纠错任务转换成了 估汁概率P(W|V),其含义是:接收到错误的杳询V,这个查询对应的正确查询是W的概 率有多大,对于多个候选正确答案,选择概率值最大的作为v对应的正确査询。将/&wiv) 根据贝叶斯公式转写为:

    因为对于多个候选答案W1,W2,…,W?来说,这个公式的分母P(V)都是相同的,所以 可以忽略不计,于是问题转换成求:

    Argmax(尸(V| W) X />( W))

    就是说哪个候选答案m使得上面公式得分最大,那么这个m就是错误查询V对应 的JH确查询。

    上述公式又可以分为两个因子:P(V|W)与/>(W)。P(V|W)被称为错误模型,即正确杏 询W被错写成V的概率,具体计算方法有很多种,比如可以用上节提到的编辑距离计算, 也可以收集一些被错误拼写的查询例子,用这鸣例子的统计数据来计算错误模型。P(W)被 称为语言模型,可以通过计算查询W在所有查洵中出现的概率值来估计&如果可以估计以 上两个因子,就可以计算哪个Wi是错误査询V的正确输入。

    田9-11嗓声信道檯型的原理示意

    /Wl V)=尸(V| W) X P(W)/P(V)

    本章提要

    ?准确分析用户的搜索意图是目前搜索引擎研发的潮流与重点方向。 ?用户的搜索意图可以粗分为导航型、信息型和事务型。

    搜索日志是深入挖掘用户潜在搜索意图最常用的数据来源,而点击图、査询会话

    这就是搜索引擎.核心技术详解ir播索I

    和查询图是由搜索日志整理出的基础数据。

    ?相关搜索和査询纠错是非常常见的帮助用户澄清搜索意图的具体应用。

    本章参考文献

    [I]Fonseca, B. M.,Golgher, P. B.,de Moura, E. S., and Ziviani, N.(2003). Using association rules to discover search engines related queries. In Proc. of the 1st Latin American Web Congress (LA-WEB'03).

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  • 信道噪声

    千次阅读 2022-03-19 11:10:02
    广义信道:如果信道不仅包括传输媒质,还包括通信系统的一些转换设置,这种信道称为广义信道。 狭义信道是广义信道的重要组成部分,通信效果的好坏,很大程度上依赖于狭义信道的特性。因此,在研究信道的一般特性...

    1.狭义信道与广义信道:

    狭义信道:仅指信号的传输媒质的信道;

    广义信道:如果信道不仅包括传输媒质,还包括通信系统中的一些转换设置,这种信道称为广义信道。

    狭义信道是广义信道的重要组成部分,通信效果的好坏,很大程度上依赖于狭义信道的特性。因此,在研究信道的一般特性时,传输媒质仍是讨论的重点。今后,为了讨论方便,通常把广义信道简称为信道。

    2.广义信道按照它包括的功能分为调制信道、编码信道。在研究调制与解调问题时,只关心调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性,而不关心信号的中间变换过程。因此。定义调制信道对于研究调制与解调问题是方便和恰当的。

    调制信道常称为连续信道,编码信道常称为离散信道。

    3.常用传输媒质:根据传输媒质的不同,信道分为有线信道和无线信道。

    1)有线信道:包括:架空明线、对称电缆、同轴电缆、光纤等。传输电信号的有线信道主要有三类,即明线、对称电缆和同轴电缆。

    a.架空明线:指平行架设在电线杆上的架空线路。它本身是导电裸线或带绝缘层的导线。虽然它的传输损耗低,但是易受天气和环境影响,对外界噪声干扰较敏感,并且很难沿一条路径架设大量的成百对线路,故目前已经逐渐被电缆所替代;;

    b.对称电缆:由若干对叫做芯线的双绞线放在一根保护套内制造而成,为了减少各对导线之间的干扰,每对导线都做成扭绞形状,称为双绞线。对称电缆的芯线比明线细,故其损耗比明线大,但是性能较稳定。对称电缆在有线电话网中广泛用于用户接入电路;

    c.同轴电缆:由内外两根同心圆柱导体构成,这两根导体之间用绝缘体隔离开,内导体多为实心导线,外导体是一根空心导电管或金属编织网,在外导体外面有一层绝缘保护层。在内外导体间可以填充实心介质材料,或者用空气做介质,但间隔一段距离有绝缘支架用于连接和固定内外导体。由于外导体通常接地,所以它同时能够很好地起到电屏障作用。目前,主要在有线电视广播网中还较广泛地应用同轴电缆将信号送入用户。由于光纤的广泛使用,远距离传输信号的干路线路多采用光纤代替同轴电缆;

    d.光纤:传输光信号的有线信道是光导纤维,简称光纤。分为单模光纤和多模光纤。模式指光波传输的路径。单模光纤的无失真传输频带较宽,比多模光纤的传输容量大得多。单模光纤是光纤发展的趋势。在实际中,光纤的外面还有一层塑料保护层,并将多根光纤组合起来成为一根光缆。光缆具有保护外皮,内部还加有增加机械强度的钢线和辅助功能的电线。

    2)无线信道:包括:地波传播、短波电离层反射、超短波或微波、人造卫星中继、对流层散射、流星余迹散射、移动无线电信道等。

    4.信道的数学模型

    1)调制信道模型

     其输入与输出的关系有:

     加性干扰:由于信道中的噪声n(t)是叠加在信号上的,而且无论有无信号,都始终存在,因此称它为加性噪声或加性干扰。当没有信号输入时,信道输出端也有加性干扰输出。

    乘性干扰:k(t)是一个很复杂的函数,反映信道特性,一般来说,它是时间t的函数,即信道噪声是随时间变化的。随时间变化的信道称为时变信道。k(t)又可看做是对信号的一种干扰,称为乘性干扰。k(t)会使信号产生各种失真,包括线性失真、非线性失真、时间延迟以及衰减等。这些失真搜可能随时间做随机变化,所以k(t)只能用随机过程表述。

    随参信道:这种特性随机变化的信道称为随机参量信道,简称随参信道 ,也称变参信道。

    恒参信道:也有些信道的特性基本不随时间变化,或变化非常缓慢,称为恒定参数信道,简称恒参信道。

    2)编码信道模型

     编码信道是一种数字信道或离散信道,输入和输出信号是数字序列,例如在二进制信道中是“0“和”1”的序列,故编码信道对信号的影响是使输出的数字序列发生变化,即序列中的数字发生错误。所以,可以用错误概率来描述编码信道的特性,这种错误概率通常称为转移概率。注意的是,编码信道中产生错码的原因以及转移概率的大小主要是由于调制信道不理想造成的。

    5.恒参信道特性及其对信号传输的影响

    恒参信道包括各种有线信道、微波视距信道、卫星信道等视距传输链路。恒参信道对信号传输的影响是确定的或者变化极其缓慢的,因此,其传输特性可以等效成一个线性时不变网络,另外可以用幅频特性(幅度-频率特性)和相频特性(相位-频率特性)来表示。

    1)信号无失真传输的条件

    理想恒参信道就是理想的无失真传输通道,此时信道的等效线性网络传输特性赢啊满足两个条件:

    a.幅频特性为常数,即:

    b.相移特性是一条过原点的直线,即:

    由此可见,理想恒参信道对信号传输的影响是:

    a.对信号在幅度上产生固定的衰减;

    b.对信号在时间上产生固定的时延。

    这种情况下也称信号是无失真传输。在实际中,若信道传输特性偏离了理想信道特性,就会产生失真(或称为畸变)。

    2)恒参信道的幅频特性与相频特性

    信道的相频特性还经常使用群延迟-频率特性来衡量,即相频特性对频率的导数:

    此外,信号的额不同频率成分将会有相同的群延迟,因而信号经过传输后不会发生畸变。

    (1)幅频失真造成的影响:

    a.对模拟信号:会使波形失真,比如语音信号在不同频率产生强弱变化;

    b. 对数字信号:会引起相邻码元波形在时间上相互重叠,从而造成码间串扰、误码。

    在话音传输中,由于人耳对相频失真不敏感,因此相频失真对模拟话音传输影响不明显。但如果传输数字信号,尤其当传输速率较高时,相频失真会引起严重的码间串扰,使误码率增加,信道性能降低。

    克服措施:由于幅频失真和相频失真都是线性失真,可以采用均衡器进行补偿,改善信道传输条件。

    (2)相频失真造成的影响:

    a.对模拟信号:使基谐时间关系失真,对视频影响较大;

    b. 对数字信号:产生码间串扰。

    克服措施:

    a.对模拟系统:采用线性补偿器进行频域均衡,使衰耗特性曲线平坦,联合频率特性无畸变;

    b. 对数字系统:合理设计收、发滤波器,消除信道产生的码间干扰;在信道特性缓慢变化时,用时域均衡器,使码间串扰降到最小,且可自适应信道特性变化。

    6.随参信道特性及其对信号传输的影响

    6.1随参信道的多径传播和衰落

    常见的随参信道有陆地移动通信信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道、超短波以及微波对流层散射信道、超短波电离层散射以及超短波、超视距绕射等信道。

    一般来说,各种随参信道具有的共同特性是:

    1)信号的传输衰减随时间而变;

    2)信号的传输时延随时间而变;

    3)存在多径传播效应:信号经过几条路径到达接收端,每条路径的长度(时延)和衰减都随时间而变,寄存在多径传播现象,对信号的影响称为多径效应。

    3.1)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;

    3.2)从频谱上看,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谱弥散。

    6.2频率选择性衰落与相关带宽

    当发送信号使具有一定频带宽度的信号时,多径传播除了会使信号产生瑞利型衰落之外,还会产生频率选择型衰落。

    6.3分集接收

    衰落严重影响通信质量,引起信噪比下降,造成大片误码,甚至会引起通信瞬间中断。为了减少衰落对信号传输的影响,抗衰落方法有多种:扩频通信技术、交织技术、抗突发差错编码译码技术、自适应信道均衡器等,其中效果最明显的方法之一就是分集接收技术。

    a.分散接收:使接收端能得到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号;

    b.集中处理:接收端把收到的多个统计独立的衰落信号进行适当的合并,从而降低衰落的影响,改善系统性能。

    为了在接收端得到多个相互独立或基本独立的接收信号,一般可利用不同路径、不同频率、不同角度、不同极化、不同时间等接收手段来获取。因此,分集方式也有空间分集、频率分集、角度分集、极化分集、时间分集等多种方式。

    7.信道中的噪声

    1)按照噪声的来源分类:

    a.人为噪声:人类活动所产生的对通信造成干扰的噪声;

    b.自然噪声:自然界存在的各种电磁波源所产生的噪声;

    c.内部噪声:通信设备本身产生的噪声。如电阻一类的导体中自由电子的热运动产生的热噪声等。

    2)按照噪声的性质分类:

    a.单频噪声:主要是无线电干扰,频谱特性可能是单一频率,也可能是窄带谱。单频噪声的特点是一种连续波干扰,可以通过合理设计系统来避免;

    b.脉冲噪声:时间上无规则的突发脉冲波形。由于脉冲很窄,所以频谱很宽。但是随着频率的提高,频谱强度逐渐减弱。可以通过选择合适的工作频率、远离脉冲源等措施减小和避免脉冲噪声的干扰;

    c.起伏噪声:一种连续波随机噪声,包括热噪声、散弹噪声、宇宙噪声。对其特性的表征可以采用随机过程的分析方法。特点是具有很宽的频带,并且始终存在,是影响通信系统性能的主要因素。

    起伏噪声都可认为是一种高斯噪声,且功率谱密度在很宽的频带范围都是常数。因此,起伏噪声通常被认为是近似高斯白噪声,双边功率谱密度为常数n0/2。

    起伏噪声通过通信系统时,会受到通信系统中各种变换的影响,使其频谱特性发生变化。一个通信系统的线性部分可以用线性网络来描述,通常具有带通特性。当宽带起伏噪声通过带通特性网络时,输出噪声就变为带通型噪声。如果线性网络具有窄带特性,则输出噪声为窄带噪声。

    8.信道容量

    连续信道:

    该式通常称为香农公式。C是数据速率的极限值,单位bit/s;W为信道带宽,单位Hz;S是信号功率(瓦),N是噪声功率(瓦)。

    展开全文
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    上篇文章中我们介绍了通信系统的两大性能指标:有效性和可靠性,讲解了码元、码元传输速率(波特率)、信息传输速率(比特率)、频带利用率、误码率、误信率等概念。这篇文章中我们将讲解信道与噪声两个重要概念。

    上篇文章:《通信原理》(3):通信系统的两大性能指标

    1.信道定义

    还记得第一篇文章中的通信系统的基本模型吗?
    在这里插入图片描述

    当时我们简单介绍了下信道是指传输信号的物理媒质,今天我们来更进一步讲解信道

    信道:是指以传输媒质为基础的信号通道,是传输电、电磁波或光信号的物理媒介,可分为狭义信道和广义信道

    • 狭义信道:仅是指信号的传输媒质
    • 广义信道:不仅是传输媒质,还包括系统中的转换装置

    狭义信道:按照传输媒质特性可分为有线信道和无线信道两类

    • 有线信道:导线、电话线、波导、电力线、对称电缆、同轴电缆及光纤等
    • 无线信道:地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道、真 空、水(声纳通信)等

    广义信道:传输媒质+变换装置(发送设备、接收设备、馈线与天线、
    调制器、解调器等),可以分为调制信道、编码信道等

    2.信道的一般组成模型

    在这里插入图片描述

    2.1 调制信道

    调制信道:发转换装置+媒质+收转换装置
    在这里插入图片描述

    为什么要把这三部分看成信道呢?
    因为研究调制与解调问题时,关心的是调制器输出的信号形式解调器输入端信号与噪声的最终特性,而并不关心信号中间变换过程,对研究调制和解调问题非常方便

    2.2 编码信道

    编码信道:是指模型从编码器输出端到译码器输入端的那部分,即调制器+调制信道+解调器
    在这里插入图片描述

    调制信道和编码信道是通信系统常用的两种广义信道,如果研究对象和问题不同,还可定义其他形式的广义信道

    3.信道的数学模型

    用数学模型或数学公式用来表征信道的特性,给出信道输入和输出之间的关系
    调制信道模型:调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信道
    ,涉及到调制信道输入信号形式和已调信道通过调制信道后的最终结果,对于调制信道内部的变换过程并不关心。
    通常情况下,调制信道可用一个二端口(或多端口)线性时变网络来表示,这个网络便称为调制信道模型

    以下内容需要信号与系统相关的知识,后续我会出相应文章讲解,不了解的读者可以进行阅读

    3.1 二端口的调制信道模型

    在这里插入图片描述

    二端口的调制信道模型输出与输入的表示关系为:
    在这里插入图片描述

    式中,si(t)为输入的已调信号,so(t)为调制信道对输入信号的响应输出波形,n(t)为加性噪声,与si(t)相互独立
    函数f[si(t)]反映了信道特性。一般情况,f[si(t)]可表示为信道单位冲激响应c(t)与输入信号的卷积

    信道输出信号与输入信号与信道单位冲激响应的关系为:
    在这里插入图片描述

    • 如果信道单位冲激响应c(t)与n(t)特性已知,就能确知信道对信号的具体影响
    • 信道单位冲激响应c(t)是一个复杂的函数,包括各种线性失真、非线性失真、交调失真、衰落等
    • 由于信道的迟延特性和损耗特性随时间作随机变化,故信道单位冲激响应c(t)往往只能用随机过程来描述

    实际物理信道中,根据信道传输函数C(ω)的时变特性的不同可分为两大类:恒定参量信道和随机参量信道

    恒定参量信道:传输函数C(ω)基本不随时间变化,即信道对信号影响是固定的或变化极为缓慢,简称恒参信道

    随机参量信道:传输函数C(ω)随时间随机快变化,简称随参信道

    在常用物理信道中,C(ω)特性有三种典型形式:

    1. C(ω)是常数或在信号频带范围之内是常数
    2. C(ω)在信号频带范围之内不是常数,但不随时间变化
    3. C(ω)在信号频带范围之内不是常数,且随时间变化

    根据上述的 C(ω)的三种形式,有三种信道形式:

    3.2 加性噪声信道

    传输函数 C(ω)是常数或在信号频带范围之内是常数,可以用加性噪声信道数学模型来表示
    在这里插入图片描述
    信号通过加性噪声信道的输出为:
    在这里插入图片描述
    式中c是信道衰减因子,通常可取c=1;n(t)是加性噪声
    加性噪声n(t)通常是一种高斯噪声,该信道模型通常称为加性高斯噪声信道

    3.3 线性滤波信道

    传输函数C(ω)在信号频带范围内不是常数,但不随时间变化,可用带有加性噪声的线性滤波器来表示
    在这里插入图片描述
    信号通过线性滤波信道的输出为:
    在这里插入图片描述

    3.4 线性时变滤波信道

    传输函数C(ω)在信号频带范围内不是常数,且随时间变换,可用带有加性噪声的时变滤波器表示:
    在这里插入图片描述
    信号通过线性时变滤波信道的输出为:
    在这里插入图片描述
    对于多径信道,其时变单位冲激响应可表示为:
    在这里插入图片描述
    此时信道输出为:
    在这里插入图片描述
    可得到:
    在这里插入图片描述
    在通信系统中绝大部分实际信道可用以上三种信道模型来表示

    4.恒参信道及传输特性

    4.1 理想恒参信道特性

    理想恒参信道:是理想无失真传输信道,其等效线性网络传输特性为
    在这里插入图片描述
    其中K0为传输系数,td为时间延迟,为与频率无关的常数

    幅度特性:理想恒参信道的幅频特性为|H(ω)|=K0
    相频特性:理想恒参信道的相频特性为 φ(ω)=ωtd
    群迟延-频率特性:信道相频特性通常还采用群迟延-频率特性来衡量,群迟延-频率特性是相位-频率特性导数
    在这里插入图片描述
    理想信道幅频特性、相频特性和群迟延-频率特性曲线如图:
    在这里插入图片描述

    • 实际中若信道传输特性偏离了理响–>产生失真(畸变)
    • 信道幅度-频率特性在频带范围内不是常数–>幅度-频率失真
    • 信道相位-频率特性在频带范围内不是线性函数–>相位-频率失真

    根据理想恒参信道的传输函数,其冲激响应为:
    在这里插入图片描述
    若输入信号为s(t),则理想恒参信道的输出为:
    在这里插入图片描述
    理想恒参信道对信号传输的影响:

    1. 对信号在幅度上产生固定衰减
    2. 对信号在时间上产生固定延迟

    这种情况也是信号无失真传输

    4.2 幅度频率失真

    含义:由实际信道幅度-频率特性的不理想所引起的,又称为频率失真,属于线性失真

    影响: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

    4.3 相位-频率失真

    含义:信道相位-频率特性偏离线性关系时,将会使通过信道的信号产生相位-频率失真,属于线性失真

    影响:会引起码间干扰,特别当传输速率较高时,引起严重的码间干扰

    5.加性噪声

    5.1 噪声的分类

    根据噪声来源,一般可分为三类:

    • 人为噪声:指人类活动所产生的对通信造成干扰的各种噪声;
    • 自然噪声:指自然界存在的各种电磁波源所产生的噪声;
    • 内部噪声:指通信设备本身产生的各种噪声,来源于通信设备的各种电子器件、传输线、天线等

    根据噪声性质分类,噪声可分为单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声,这三种噪声都是随机噪声

    单频噪声:噪声频谱特性可能是单一频率,也可能是窄带谱,其是一种连续波干扰

    脉冲噪声:是在时间上无规则的突发脉冲波形,其通常干扰时间短、脉冲幅度大、随机周期出现等

    起伏噪声:是一种连续波随机噪声,包括热噪声、散弹噪声和宇宙噪声,其特点是具有很宽的频带,并且始终存在,它是影响通信系统性能的主要因素

    5.2 起伏噪声及特性

    起伏噪声通常被认为是近似高斯白噪声,高斯白噪声的双边功率谱密度为:
    在这里插入图片描述
    宽带起伏噪声通过带通特性线性网络时,输出噪声变为带通型噪声,通过窄带特性线性网络时,则输出噪声为窄带噪声。若是高斯噪声,则输出噪声就是带通型(或窄带)高斯噪声

    研究调制解调问题时,解调器输入端噪声通常都可表示为窄带高斯噪声
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    展开全文
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  • 信道的定义及分类

    千次阅读 2022-07-20 15:14:47
    ​ 狭义信道,按照传输媒质来划分,可以分为有线信道、无线信道和存储信道三类。 ​

    1.信道的分类

    1.1狭义信道的分类

    狭义信道,按照传输媒质来划分,可以分为有线信道无线信道存储信道三类。

    1.1.1有线信道

    有线信道以导线为传输媒质,信号沿导线进行传输,信号的能量集中在导线附近,因此传输效率高,但是部署不够灵活。这一类信道使用的传输媒质包括用电线传输电信号的架空明线电话线双绞线对称电缆同轴电缆等等,还有传输经过调制光脉冲信号的光导纤维

    1.1.2无线信道

    无线信道主要有以辐射无线电波为传输方式的无线电信道和在水下传播声波的水声信道等。

    无线电信号由发射机的天线辐射到整个自由空间上进行传播。不同频段的无线电波有不同的传播方式,主要有:

    • 地波传输地球电离层构成波导中长波长波甚长波可以在这天然波导内沿着地面传播并绕过地面的障碍物。长波可以应用于海事通信,中波调幅广播也利用了地波传输。
    • 天波传输短波超短波可以通过电离层形成的反射信道和对流层形成的散射信道进行传播。短波电台就利用了天波传输方式。天波传输的距离最大可以达到400千米左右。电离层和对流层的反射与散射,形成了从发射机到接收机的多条随时间变化的传播路径,电波信号经过这些路径在接收端形成相长或相消的叠加,使得接收信号的幅度和相位呈随机变化,这就是多径信道衰落,这种信道被称作衰落信道
    • 视距传输:对于超短波、微波等更高频率的电磁波,通常采用直接点对点的直线传输。由于波长很短,无法绕过障碍物,视距传输要求发射机与接收机之间没有物体阻碍。由于地球曲率的影响,视距传输的距离有限,最远传输距离 d 与发射天线距地面的高度 h 满足。如果要进行远距离传输,必须设立地面中继站卫星中继站进行接力传输,这就是微波视距中继和卫星中继传输。光信号的视距传输也属于此类。

     

    由于电磁波在水体中传输的损耗很大,在水下通常采用声波的水声信道进行传输。不同密度盐度的水层形成的反射折射作用和水下物体的散射作用,使得水声信道也是多径衰落信道。

    无线通信在自由空间(对于无线电信道来说是大气层和太空,对于水声信道来说是水体)上传播信号,因此能量分散、传输效率较低,并且很容易被他人截获,安全性差。但是,无线通信摆脱了对导线的依赖,因此具有有线通信所没有的高度灵活性。

    1.1.3存储信道

    在某种意义上,磁带光盘磁盘等数据存储媒质也可以被看作是一种通信信道。将数据写入存储媒质的过程即等效于发射机将信号传输到信道的过程,将数据从存储媒质读出的过程即等效于接收机从信道接收信号的过程。

    1.2广义信道的分类

     

    广义信道,按照其功能进行划分,可以分为调制信道编码信道两类。

    调制信道是指信号从调制器的输出端传输到解调器的输入端经过的部分。对于调制解调的研究者来说,信号在调制信道上经过的传输媒质和变换设备都对信号做出了某种形式的变换,研究者只关心这些变换的输入和输出的关系,并不关心实现这一系列变换的具体物理过程。这一系列变换的输入与输出之间的关系,通常用多端口时变网络作为调制信道的数学模型进行描述。

    编码信道是指数字信号由编码器输出端传输到译码器输入端经过的部分。对于编译码的研究者来说,编码器输出的数字串行经过编码信道上的一系列变换之后,在译码器的输入端成为另一组数字串行,研究者只关心这两组数字串行之间的变换关系,而并不关心这一系列变换发生的具体物理过程,甚至并不关心信号在调制信道上的具体变化。编码器输出的数字串行与到译码器输入的数字串行之间的关系,通常用多端口网络的转移概率作为编码信道的数学模型进行描述。

    2.信道的数学模型

    2.1调制信道模型

    调制信道模型描述的是调制信道的输出信号和输入信号之间的数学关系。调制信道、输入信号、输出信号存在以下特点:

    • 信道总具有输入信号端和输出信号。
    • 信道一般是线性的,即输入信号和对应的输出信号之间满足叠加原理
    • 信道是因果,即输入信号经过信道后,相应的输出信号的响应有延时。
    • 信道使通过的信号发生畸变,即输入信号经过信道后,相应的输出信号会发生衰减。
    • 信道中存在噪声,即使输入信号为零,输出信号仍然会具有一定功率

    因此,调制信道可以被描述为一个多端口线性系统。如果信号通过信道发生的畸变是时变的,那么这是一个线性时变系统,这样的信道被称作“随机参数信道”;如果畸变与时间无关,那么这是一个线性时不变系统,这种信道被称作“恒定参数信道”。

    调制信道的数学模型为:

     :线性时不变信道模型。

     其中是调制信道在时刻t的输入信号,即已调信号。是调制信道在时刻t的输出信号。是信道的冲激响应代表时延,表示在时刻t、延时为时信道对冲激函数的响应,描述了信道对输入信号的畸变和延时。*为卷积算子。是调制信道上存在的加性噪声,与输入信号无关,又被称为“加性干扰”。由于信道的线性性质,并且考虑信道噪声,就是通过由信道响应描述的调制信道的输出。调制信道可以同时有多个输入信号和多个输出信号,这时的矢量信号。

     :线性时变信道模型。

           使得调制信道的输出信号y(t)的幅度随着时间t发生变化,因此被称作“乘性干扰”。乘性干扰的函数,受到信道特性的影响通常随着时间随机变化,因此一般只能用随机过程描述其统计特性,这种信道被称作“随机参数信道”。不过也有信道的乘性干扰基本不随着时间变化,可以认为其为一常量,这种信道被称作“恒定参数信道”。由短波电离层反射、超短波及微波电离层散射、超短波视距绕射等媒质构成的调制信道属于随参信道。由架空明线、对称电缆、同轴电缆、光缆、微波视距传播、光波视距传播等媒质构成的调制信道属于恒参信道。

    :加性噪声信道模型。由同轴电缆、光纤等媒质构成的信道符合这一模型 

    是信道的加性噪声,它独立于输入信号,因此也独立于输出信号。即使信道的输入信号为零,信道仍然有来自噪声的量输出。加性噪声的来源主要有:电路内部的热噪声霰弹噪声,来自外部的宇宙噪声等等

    2.2编码信道模型

    数字通信将信息通过编码器以数量有限的码元表示。这些码元信号通过编码信道后,由于信道对信号的畸变和噪声干扰,在编码信道输出端由译码器重建的码元信号会发生错误。编码信道模型描述了编码信道的输入码元信号与输出码元信号之间变换的数学关系。

    编码信道模型描述了编码信道输入和输出码元信号之间的转移概率。设编码信道的使用码元集合为码本大小。编码器输出信号为,解码器的输出信号为。则转移概率就描述了输入信号经过编码信道之后被检测为的概率。

     

     

     

     

     

     

     

     

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