前言
记录一下通信原理学习笔记，主要内容包括电磁波的概念及传播方式，以及随参信道的特性与影响、信道容量相关知识。
一、电磁波的定义、特性、波谱
1、电磁波的特性
- 低频电磁波，主要束缚在有形的导电体内传递。
- 高频电磁波，即可在空间，也可在导电体内传递。
=======>f 越高 --> λ λ越短 --> h越小
2、电磁波谱的划分及用途
二、地球大气层的结构
- 对流层：约 0~10 km
- 平流层：约 10~60 km
- 电离层：约 60~400 km
三、电磁波的传播方式
1、地波（ground-wave）
- 频率：< 2MHz
- 特性：有绕射能力
- 距离：数百或数千 km
- 应用：AM 广播
2、天波（sky-wave）
- 频率：2~30 MHz
- 特性：被电离层反射
- 距离：约 4000 km（一跳）
- 用于：远程、短波通信
3、视线传播（line-of-sight）
①、相关特性
- 频率：> 30 MHz
- 特征：直线传播、穿透电离层
- 用途：超短波和微波通信、卫星和外太空通信
- 距离：与天线高度 h 有关
D 为收发天线间距离（k m kmkm），r = 6370 k m r=6370kmr=6370km，r rr 是地球半径
例如设收发天线的架设高度均为 40 m 40m40m，则最远通信距离为D = 44.7 k m D=44.7kmD=44.7km
②、增大视线传播距离的其他途径
微波中继（微博接力）
- 卫星中继（静止卫星、移动卫星）
- 平流层通信
<1>、微波中继
<2>、卫星中继
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：传输时延大，信号衰减大， 造价高。
四、随参信道的特性与影响
随参信道：指的是传输特性随时间随机变化的信道
如短波电离层反射、各种散射信道、移动通信信道等
1、随参信道的特性
- 衰减随时间变化
- 时延随时间变化
- 多径传播
多径传播：发端的信号经过了多条路径到达了接收端，或者说接收信号是多条路径下来的合成信号。
由于每条路径对信号的衰减和时延随机变化，因此，多径传播现象对信号会带来严重的影响
2、多径传播对于宽带信号的影响
①、频率选择性衰落
- 传输零点位置：衰减最小
- 传输极点位置
信道对不同频率的信号成分有不同的衰减，且随时间变化
τ为两条路径的相对时延差
结论①：多径传播使信号产生瑞利型衰落与频率弥散
结论②：多径传播造成频率选择性衰减
②、避免频率选择性衰落的方法
这就意味着要限制码元速率对传输高速的数字信号时，频选衰落将会引起严重的码间串扰，但是实际中我们需要高速传输，那么高速传输必然会引起频选衰落，怎么办呢？=====>OFDM —— 减小频率选择性衰落的有效措施之一。
3、OFDM —— 减小频率选择性衰落的有效措施之一
①、定义
正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），是 4G 的关键技术之一
—— 具有较强的抗多径传播和抗频率选择性衰落的能力，以及较高的频谱利用率，在高速无线通信系统中得到了广泛应用。
Ts短 ---- 占用B BB大
②、思想
思想：将信道分成 N 个正交子信道，将高速数据信号经过串/并转换成 N 路并行的低速子数据流，分别调制到各子载波上并行传输。
Ts长 ---- 占用B BB小
因占用带宽小，所以子信道的信号带宽 < 信道的相关带宽，所以每个子信道上可以看成是平坦型衰落，从而消除码间串扰，子信道的均衡也相对容易。
五、信道容量
1、无扰信道的容量——奈奎斯特定理
奈奎斯特证明，对于一个带宽为 B 赫兹的无扰信道，其所能承载的最大信息速率（信道容量）为：
B —— 信道带宽（Hz）
M —— 信号电平数（进制数）
例使用B = 3000 H z B=3000HzB=3000Hz 的话音信道通过调制解调器来传输数字信息
给定B，增加M ，可提高C
给定M，B加倍，则C加倍
2、有扰信道的容量——香农公式
①、定义
信息论之父——香农证明，对于加性高斯白噪声（AWGN）信道，其无差错传输的最大平均信息速率（信道容量）为：
信道容量极限
3、联系
下面例题将香农公式和奈奎斯特定理两者结合的一个例子：
评注：在香农公式给定的信道容量之下，由奈奎斯特定理确定信号信号电平数 M
