恒参信道对信号传输的影响

由于恒参信道对信号传输的影响是固定不变的或者是变化极为缓慢的，因而可以等效为一个非时变的线性网络。从理论上讲，只要得到这个网络的传输特性，则利用信号通过线性系统的分析方法，就可求得已调信号通过恒参信道后的变化规律。

    2.2.1 信号不失真传输条件

    对于信号传输而言，我们追求的是信号通过信道时不产生失真或者失真小到不易察觉的程度。 
    由《信号与系统》课程可知，网络的传输特性通常可用幅度-频率特性和相位-频率特性来表征

                             （2-6）

    要使任意一个信号通过线性网络不产生波形失真，网络的传输特性应该具备以下两个理想条件：
    （1）网络的幅度－频率特性是一个不随频率变化的常数，如图2-5（a）所示；
    （2）网络的相位－频率特性应与频率成直线关系，如图2-5（b）所示。其中为传输时延常数。
    网络的相位-频率特性还经常采用群迟延-频率特性来衡量。所谓群迟延-频率特性就是相位-频率特性对频率的导数，即

                                （2-7）

可以看出，上述相位-频率理想条件，等同于要求群迟延-频率特性应是一条水平直线，如图2-5(c)所示。

    一般情况下，恒参信道并不是理想网络，其参数随时间不变化或变化特别缓慢。它对信号的主要影响可用幅度-频率畸变和相位-频率畸变（群迟延-频率特性）来衡量。下面我们以典型的恒参信道――有线电话的音频信道和载波信道为例，来分析恒参信道等效网络的幅度-频率特性和相位-频率特性，以及它们对信号传输的影响。

    2.2.2 幅度－频率畸变

    所谓幅度-频率畸变，是指信道的幅度-频率特性偏离图2-5（a）所示关系所引起的畸变。这种畸变又称为频率失真。
    在通常的有线电话信道中可能存在各种滤波器，尤其是带通滤波器，还可能存在混合线圈、串联电容器和分路电感等，因此电话信道的幅度-频率特性总是不理想的。图2-6示出了典型音频电话信道的总衰耗-频率特性。

    十分明显，有线电话信道的此种不均匀衰耗必然使传输信号的幅度-频率发生畸变，引起信号波形的失真。此时若要传输数字信号，还会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠，即造成码间串扰（码元之间相互串扰）。

    2.2.3 相位－频率畸变（群迟延畸变）

    所谓相位-频率畸变，是指信道的相位-频率特性或群迟延-频率特性偏离2-5(b)、(c)所示关系而引起的畸变。
    电话信道的相位-频率畸变主要来源于信道中的各种滤波器及可能有的加感线圈，尤其在信道频带的边缘，相频畸变就更严重。图2-7示出的是一个典型的电话信道的群迟延-频率特性。不难看出，当非单一频率的信号通过该电话信道时，信号频谱中的不同频率分量将有不同的迟延，即它们到达的时间先后不一，从而引起信号的畸变。 

    相频畸变对模拟话音通道影响并不显著，这是因为人耳对相频畸变不太灵敏；但对数字信号传输却不然，尤其当传输速率比较高时，相频畸变将会引起严重的码间串扰，给通信带来很大损害。所以，在模拟通信系统内往往只注意幅度失真和非线性失真，而将相移失真放在忽略的地位。但是，在数字通信系统内一定要重视相移失真对信号传输可能带来的影响。

    2.2.4 减小畸变的措施

    为了减小幅度-频率畸变，在设计总的电话信道传输特性时，一般都要求把幅度-频率畸变控制在一个允许的范围内。这就要求改善电话信道中的滤波性能，或者再通过一个线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦，接近于图2-5(a)。这后一措施通常称之为“均衡”。在载波电话信道上传输数字信号时，通常要采用均衡措施。均衡的方式有时域均衡和频域均衡，时域均衡的具体技术将在第4章中介绍。
    相位-频率畸变（群迟延畸变）如同幅频畸变一样，也是一种线性畸变。因此，也可采取相位均衡技术补偿群迟延畸变。即为了减小相移失真，在调制信道内采取相位均衡措施，使得信道的相频特性尽量接近图2-5(b)所示线性。或者严格限制已调信号的频谱，使它保持在信道的线性相移范围内传输。
    恒参信道幅度-频率特性及相位-频率特性的不理想是损害信号传输的重要因素。此外，也还存在其它一些因素使信道的输出与输入产生差异（亦可称为畸变），例如非线性畸变、频率偏移及相位抖动等。非线性畸变主要由信道中的元器件（如磁芯，电子器件等）的非线性特性引起，造成谐波失真或产生寄生频率等；频率偏移通常是由于载波电话系统中接收端解调载波与发送端调制载波之间的频率有偏差（例如，解调载波可能没有锁定在调制载波上），而造成信道传输的信号之每一分量可能产生的频率变化；相位抖动也是由调制和解调载波发生器的不稳定性造成的，这种抖动的结果相当于发送信号附加上一个小指数的调频。以上的非线性畸变一旦产生，一般均难以排除。这就需要在进行系统设计时从技术上加以重视。