恆參信道對信號傳輸的影響

由於恆參信道對信號傳輸的影響是固定不變的或者是變化極為緩慢的，因而可以等效為一個非時變的線性網絡。從理論上講，只要得到這個網絡的傳輸特性，則利用信號通過線性系統的分析方法，就可求得已調信號通過恆參信道后的變化規律。

    2.2.1 信號不失真傳輸條件

    對於信號傳輸而言，我們追求的是信號通過信道時不產生失真或者失真小到不易察覺的程度。 
    由《信號與系統》課程可知，網絡的傳輸特性通常可用幅度-頻率特性和相位-頻率特性來表征

                             （2-6）

    要使任意一個信號通過線性網絡不產生波形失真，網絡的傳輸特性應該具備以下兩個理想條件：
    （1）網絡的幅度－頻率特性是一個不隨頻率變化的常數，如圖2-5（a）所示；
    （2）網絡的相位－頻率特性應與頻率成直線關系，如圖2-5（b）所示。其中為傳輸時延常數。
    網絡的相位-頻率特性還經常采用群遲延-頻率特性來衡量。所謂群遲延-頻率特性就是相位-頻率特性對頻率的導數，即

                                （2-7）

可以看出，上述相位-頻率理想條件，等同於要求群遲延-頻率特性應是一條水平直線，如圖2-5(c)所示。

    一般情況下，恆參信道並不是理想網絡，其參數隨時間不變化或變化特別緩慢。它對信號的主要影響可用幅度-頻率畸變和相位-頻率畸變（群遲延-頻率特性）來衡量。下面我們以典型的恆參信道――有線電話的音頻信道和載波信道為例，來分析恆參信道等效網絡的幅度-頻率特性和相位-頻率特性，以及它們對信號傳輸的影響。

    2.2.2 幅度－頻率畸變

    所謂幅度-頻率畸變，是指信道的幅度-頻率特性偏離圖2-5（a）所示關系所引起的畸變。這種畸變又稱為頻率失真。
    在通常的有線電話信道中可能存在各種濾波器，尤其是帶通濾波器，還可能存在混合線圈、串聯電容器和分路電感等，因此電話信道的幅度-頻率特性總是不理想的。圖2-6示出了典型音頻電話信道的總衰耗-頻率特性。

    十分明顯，有線電話信道的此種不均勻衰耗必然使傳輸信號的幅度-頻率發生畸變，引起信號波形的失真。此時若要傳輸數字信號，還會引起相鄰數字信號波形之間在時間上的相互重疊，即造成碼間串擾（碼元之間相互串擾）。

    2.2.3 相位－頻率畸變（群遲延畸變）

    所謂相位-頻率畸變，是指信道的相位-頻率特性或群遲延-頻率特性偏離2-5(b)、(c)所示關系而引起的畸變。
    電話信道的相位-頻率畸變主要來源於信道中的各種濾波器及可能有的加感線圈，尤其在信道頻帶的邊緣，相頻畸變就更嚴重。圖2-7示出的是一個典型的電話信道的群遲延-頻率特性。不難看出，當非單一頻率的信號通過該電話信道時，信號頻譜中的不同頻率分量將有不同的遲延，即它們到達的時間先后不一，從而引起信號的畸變。 

    相頻畸變對模擬話音通道影響並不顯著，這是因為人耳對相頻畸變不太靈敏；但對數字信號傳輸卻不然，尤其當傳輸速率比較高時，相頻畸變將會引起嚴重的碼間串擾，給通信帶來很大損害。所以，在模擬通信系統內往往只注意幅度失真和非線性失真，而將相移失真放在忽略的地位。但是，在數字通信系統內一定要重視相移失真對信號傳輸可能帶來的影響。

    2.2.4 減小畸變的措施

    為了減小幅度-頻率畸變，在設計總的電話信道傳輸特性時，一般都要求把幅度-頻率畸變控制在一個允許的范圍內。這就要求改善電話信道中的濾波性能，或者再通過一個線性補償網絡，使衰耗特性曲線變得平坦，接近於圖2-5(a)。這后一措施通常稱之為“均衡”。在載波電話信道上傳輸數字信號時，通常要采用均衡措施。均衡的方式有時域均衡和頻域均衡，時域均衡的具體技術將在第4章中介紹。
    相位-頻率畸變（群遲延畸變）如同幅頻畸變一樣，也是一種線性畸變。因此，也可采取相位均衡技術補償群遲延畸變。即為了減小相移失真，在調制信道內采取相位均衡措施，使得信道的相頻特性盡量接近圖2-5(b)所示線性。或者嚴格限制已調信號的頻譜，使它保持在信道的線性相移范圍內傳輸。
    恆參信道幅度-頻率特性及相位-頻率特性的不理想是損害信號傳輸的重要因素。此外，也還存在其它一些因素使信道的輸出與輸入產生差異（亦可稱為畸變），例如非線性畸變、頻率偏移及相位抖動等。非線性畸變主要由信道中的元器件（如磁芯，電子器件等）的非線性特性引起，造成諧波失真或產生寄生頻率等；頻率偏移通常是由於載波電話系統中接收端解調載波與發送端調制載波之間的頻率有偏差（例如，解調載波可能沒有鎖定在調制載波上），而造成信道傳輸的信號之每一分量可能產生的頻率變化；相位抖動也是由調制和解調載波發生器的不穩定性造成的，這種抖動的結果相當於發送信號附加上一個小指數的調頻。以上的非線性畸變一旦產生，一般均難以排除。這就需要在進行系統設計時從技術上加以重視。