数字信号传输常见问题解析

模拟信号在传输过程中会遇到衰落与干扰等问题，同样数字信号在传输过程中会遇到类似的一些问题，这些问题归纳起来主要有如下几种。

1.路径损耗

路径损耗是有效发射功率（输出功率）和接收到的功率之比。这个损耗是传输距离的函数，随着传输距离的增加而增加。

（1）卫星传输路径损耗：卫星传输时，由于电磁波在收、发天线间通过的距离约为36000km，而大气层的厚度一般认为约16km，所以电磁波主要是在大气层以外的自由空间中传播。卫星传输的路径损耗主要是自由空间内传播损耗。传播距离越远，能量分布散开得越广，因而能量密度越小，或者说场强越弱。

（2）微波传输路径损耗：微波传输除考虑自由空间传播损耗外，还要考虑地面反射、大气折射、大气层衰耗和雨（雪）致衰耗等因素对传输的影响。

（3）地面电视广播路径损耗：地面电视广播工作VHF和UHF频段，其路径损耗因素较多。在计算时一般采用作剖面图法，要考虑自由空间传播损耗，以及多个障碍物的绕射损失和多个传播区段的反射损失。

（4）同轴电缆传输路径损耗：同轴电缆传输时，由于电缆内外导体都存在一定电阻，再加上绝缘体中不可避免地存在着漏电流，使得高频信号能量在传输过程中，有一部分损失。这种信号的衰减与电缆的使用年限和环境温度有关，使用时间长、环境温度高，衰减增加。

（5）光纤传输路径损耗：光纤传输时同样有光链路损耗，包括光纤的吸收损耗、散射损耗、熔接损耗等。

2.衰落

数字信号在传输过程中会遇到以下一些衰落问题。

（1）阴影衰落：地面数字电视广播接收到的信号常会受到室外的小山、建筑物及室内的墙壁阻塞。事实上，接收到的信号功率是一个随机变量，取决于障碍物的数量和电气特性。这些障碍物引起的信号改变称为阴影衰落。

（2）多径衰落：多径是由于发射的信号经不同路径的反射到达接收机的时间不同造成的。反射路径还会随时间变化；有飞机飞过，甚至是树枝摇动，也会引起时延和衰减的变化。它是地面传输的主要问题。

（3）平坦衰落与频率选择性衰落：信号衰落还可以用衰落的时延扩展和信号带宽的相对关系来描述。时延扩展是信号从发射机到接收机最远路径的那个分量对直接路径分量的时延。时延扩展是个随机变量，常用它的标准偏差来表征，叫做信道的时延扩展的方均根（RMS）。如果信道在一个比传输信号带宽更宽的带宽内具有恒定增益和线性相位响应，那么接收到的信号承受平均的衰落即平坦衰落。但发送信号的频谱特性在接收机中仍然保持，没有附加的信号失真。

如果信道具有恒定增益和线性相位响应的带宽小于传输信号带宽，信道在接收到的信号上产生频率选择性的衰落，这时接收到的信号包括了多种形状的传输波形。幅度被衰减，时间被延时，接收到的信号当然是失真了。频率选择性衰落对载波幅度的影响如图3-1所示。

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图3-1 频率选择性衰落对载波幅度的影响

a）衰落前的载波幅度 b）衰落后的载波幅度

频率选择性衰落引入自我干扰，因为延时扩展较大，使得不同比特的信息同时到达接收机。这些信息间干扰（ISI）在接收到的信息中形成了一个“误码层”。平坦衰落可增加发射功率来平衡，而频率选择性衰落不能靠增加发射功率来消除，因为这样做同样增加了自我干扰。

3.脉冲干扰

数字信号在传输中，除有同频干扰、邻频干扰之外，还有一种脉冲干扰。

脉冲干扰是由于灯的开关、汽车的点火装置引起的时间短促而功率较大的电脉冲对信号的干扰。脉冲干扰对数字信号的传输不利，会引起一连串的误码，是数字信号传输中的主要问题之一。

对于低功率的脉冲干扰，多载波系统对它有比较强的抗干扰性，因为干扰可以被平均地分到整个FFT（快速傅里叶变换）块上。另一方面，一个短的大功率干扰脉冲会经OFDM（正交频分复用）处理后，扩展引起许多符号周期的严重干扰，相当于脉冲切过所有的载波，这就会出现大量的误码。

4.抖动与漂移

抖动体现了数字信号传输过程中的一种瞬时不稳定性。它是数字信号各有效瞬间相对标准时间位置的偏差，偏差的时间范围称为抖动幅度，偏差的时间间隔对时间的变化率称为抖动频率。抖动幅度的单位是UI，它表示单位时隙。抖动频率的单位是赫兹（Hz）。抖动表现在两个方面：一是输入信号脉冲在某一平均位置左右变化；二是提取的时钟信号在中心位置上左右变化。

漂移定义为数字信号在特定时间（例如最佳提取时刻）相对其理想参考时间位置的长时间偏移，这里的长时间是指变化频率低于10Hz的长期相位变化。ITU-TG.810建议规定，变化频率高于10Hz的短期相位变化称为抖动，而将变化频率低于10Hz的长期相位变化为漂移。

漂移将引起传输信号在时间上偏离理想位置，使输入信号比特在判决电路中不能正确识别，从而产生误码，而大幅度的漂移终将转化为滑动损伤。

5.马赛克现象

在数字电视画面上由于传输误码的增多将出现方块形图像丢失，丢失图像的方块里充满噪声，这种现象称为马赛克现象。