信号失真的原因及分析
在数字通信系统中，数据从发送方到接收方的准确传输至关重要。但是，信号在通过通道传播时通常会发生失真。本博客探讨了信号失真的机制，重点介绍了脉冲整形、符号间干扰的挑战及其对数据误差的影响。
信号失真是如何发生的？
一、射频（模拟）域失真原因分析
1. 线性失真
理论分析
频率选择性衰落 ：多径传播导致不同频率分量经历不同衰减和相移
幅度随频率变化 → 信号频谱畸变
群时延失真 ：
τg(f)=-dϕ(f)/2pi*df--信号时域展宽
2.非线性失真
射频功率放大器（PA）的非线性特性是导致信号失真的主要原因之一。
3(t)
其中a1和a3为线性与非线性系数。三阶交调截点（IP3）是衡量 PA 线性度的关键指标，其计算公式为：IP3 (dBm)=Pout+IMD3/2
其中Pout为输出功率，IMD3为三阶交调产物功率。
3.相位噪声与相位失真
理论分析
相位噪声是振荡器输出信号相位的随机波动，表现为载波频谱的边带扩展。在 FMCW 雷达系统中，相位噪声会导致目标回波信号的相位误差，进而影响距离测量精度。其数学模型可表示为：
ϕ(t)=ϕ0+Δϕ(t)
其中 Δϕ(t)为相位噪声的随机分量。相位噪声的功率谱密度 Sϕ(f)与频率偏移 f成幂律关系，通常用 L(f)（dBc/Hz）表示。
相位噪声会导致信号频谱展宽（Eb/N0下降）
信号失真是由于通信通道的限制而发生的，通信通道通常充当低通滤波器。这种滤波效果会改变传输脉冲的形状，从而导致以下问题：
二、数字失真的信号处理机理
2.1 采样误差与量化噪声
数字信号处理中的采样与量化过程会引入固有失真。根据奈奎斯特定理，采样频率 fs需至少为信号最高频率fmax的两倍，否则会发生混叠失真。量化过程中，有限的分辨率N导致量化噪声，其均方根误差为：σq=Vref/(2N+1)
2.2 同步误差
定时误差 ：采样时刻偏移 Δτ
载波频偏 ：Δf导致星座旋转
相位噪声残余 ：引起星座点扩散
三、失真的统计
信号失真对数据传输的影响
失真和符号间干扰会导致接收器出现数据错误 ：
·接收器将接收到的信号与阈值（称为切片电平）进行比较，以确定传输的位是“1”还是“0”。
·如果失真错误地将信号幅度推高或低于限频电平，接收器会错误地解释该位，从而导致误码零或误码。
四、失真缓解技术
射频前端优化
使用高线性度放大器（如Doherty PA）
采用镜像抑制混频器（IRM）改善IQ平衡
选择低相位噪声振荡器
数字信号处理技术
频域均衡（OFDM系统）
锁相环（PLL）补偿载波频偏
数字预失真（DPD）抑制功放非线性
联合优化方案
射频预滤波 + 时域均衡器
DPD + CFR（峰均比抑制）非线性联合处理
MIMO技术克服多径衰落
