通信原理樊昌信曹麗娜編著件信道學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1通信通信(tng xn)原理樊昌信曹麗娜編著件原理樊昌信曹麗娜編著件信道信道第一頁，共50頁。2地 面對流層平流層電離層10 km60 km0 km第2頁/共50頁第二頁，共50頁。3頻率(GHz)(a) 氧氣和水蒸氣（濃度7.5 g/m3）的衰減頻率(GHz)(b) 降雨的衰減衰減(dB/km)衰減 (dB/km)水蒸氣氧氣降雨率圖4-6 大氣衰減第3頁/共50頁第三頁，共50頁。4傳 播 路徑地 面圖4-1 地波傳播地 面信號傳播路徑圖 4-2 天波傳播第4頁/共50頁第四頁，共50頁。5n中繼通信：n衛(wèi)星(wixng)通信：靜止衛(wèi)星(wixng)、移動衛(wèi)星(wixng)n平流層通

2、信：ddh接 收 天線發(fā) 射 天線傳 播 途徑D地面rr圖 4-3 視線傳播圖4-4 無線電中繼50822DrDhmm505050508222DrDh第5頁/共50頁第五頁，共50頁。6圖4-7 對流層散射通信地球有效散射區(qū)域第6頁/共50頁第六頁，共50頁。7圖4-8 流星余跡散射通信流星余跡第7頁/共50頁第七頁，共50頁。8第8頁/共50頁第八頁，共50頁。9圖4-9 雙絞線導(dǎo)體絕緣層導(dǎo)體金屬編織網(wǎng)保護(hù)層實(shí)心介質(zhì)圖4-10 同軸線第9頁/共50頁第九頁，共50頁。10折射率n1n2折射率n1n27 101 25折射率n1n2單模階躍折射率光纖單模階躍折射率光纖圖4-11 光纖結(jié)構(gòu)示意圖(

3、a)(b)(c)第10頁/共50頁第十頁，共50頁。110.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波長（m）1 . 5 5 m1 . 3 1 m圖4-12光纖損耗與波長的關(guān)系第11頁/共50頁第十一頁，共50頁。12編碼信道調(diào)制信道第12頁/共50頁第十二頁，共50頁。13nn這時(shí)上式變?yōu)椋哼@時(shí)上式變?yōu)椋簄 信道數(shù)學(xué)信道數(shù)學(xué)模型模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)圖4-13 調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第13頁/共50頁第十三頁，共50頁。14)()()()(tnt

4、etkteio第14頁/共50頁第十四頁，共50頁。15(gil )nP(1/ 0)和和P(0 / 1) 錯誤轉(zhuǎn)移概率錯誤轉(zhuǎn)移概率(gil)nP(0 / 0) = 1 P(1 / 0)nP(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0 / 0)P(1 / 1)圖4-13 二進(jìn)制編碼信道模型發(fā)送端接收端第15頁/共50頁第十五頁，共50頁。1601233210接收端發(fā)送端第16頁/共50頁第十六頁，共50頁。17n左圖為典型電話(dinhu)信道特性nn用插入損耗便于測量(a) 插入損耗頻率特性第17頁/共50頁第十七頁，共50頁。18頻率(kHz)（m

5、s）群延遲(b) 群延遲頻率特性dd)(0相位頻率特性第18頁/共50頁第十八頁，共50頁。19n其他失真：n頻率偏移、相位抖動非線性關(guān)系直線關(guān)系圖4-16 非線性特性輸入電壓輸出電壓第19頁/共50頁第十九頁，共50頁。20延）和衰減都隨時(shí)間而變，即存在多徑傳播現(xiàn)象。n下面重點(diǎn)分析多徑效應(yīng)第20頁/共50頁第二十頁，共50頁。21n上式中的n都是隨機(jī)變化的。tA0cosniniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()()(ti)(ti)()(0ttii)(),(),(tttiii第21頁/共50頁第二十一頁，共50頁。22絡(luò)接收信號的相位niniiiiitttttttR

6、1100)(cos)()(cos)()(緩慢(hunmn)隨機(jī)變化振幅緩慢隨機(jī)(su j)變化振幅niniiiiitttttttR1100sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc)()()(22tXtXtVsc)()(tan)(1tXtXtcs第22頁/共50頁第二十二頁，共50頁。23另外一種衰落：慢衰落 由傳播條件引起的。第23頁/共50頁第二十三頁，共50頁。24n設(shè)f (t)的傅里葉變換（即其頻譜）為F()：n)()(Ftf第24頁/共50頁第二十四頁，共50頁。25 確定的傳輸時(shí)延， 和信號頻率有關(guān)的復(fù)因子，

7、其模為)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeAFtAf)1 ()()()(000jjeeAFtAftAf)1 ()()1 ()()(00jjjjeAeFeeAFH0je)1 (je2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第25頁/共50頁第二十五頁，共50頁。26衰落。圖4-18 多徑效應(yīng)2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第26頁/共50頁第二十六頁，共50頁。27圖4-18 多徑效應(yīng)第27頁/共50頁第二十七頁，共50頁。28第28頁/共50頁第二十八頁，共50頁。29聲、宇宙噪聲、熱噪聲第29頁/共50頁第二十九頁，共50頁。30

8、nnR 阻值（）；nB 帶寬（Hz）。n性質(zhì)(xngzh)：高斯白噪聲)V(4kTRBV 第30頁/共50頁第三十頁，共50頁。31n討論噪聲對于通信系統(tǒng)的影響時(shí)，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響。第31頁/共50頁第三十一頁，共50頁。32dffPPnn)(第32頁/共50頁第三十二頁，共50頁。33n在后面討論通信系統(tǒng)的性能時(shí)，n可以認(rèn)為窄帶(zhi di)噪聲的功率譜密度在帶寬Bn內(nèi)是恒定的。圖4-19 噪聲功率譜特性 Pn(f)()()(2)(000fPdffPfPdffPBnnnnnPn (f0)接收(jishu)濾波器特性噪聲等效(dn xio)帶寬第33頁/共50頁第三十三

9、頁，共50頁。34n兩者之間可以互換第34頁/共50頁第三十四頁，共50頁。35x1x2x3y3y2y1接收端發(fā)送端xn。ym圖4-20 信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym/xn)P(yj)第35頁/共50頁第三十五頁，共50頁。36nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(第36頁/共50頁第三十六頁，共50頁。37nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(niiixPxPxH12)(log)()(mjnijijijyxP

10、yxPyPyxH112)/(log)/()()/(第37頁/共50頁第三十七頁，共50頁。38)1 (log)1 (log)(22H圖4-21 二進(jìn)制信源的熵H()第38頁/共50頁第三十八頁，共50頁。39息量為H(x)H(x/y)。這再次(zi c)說明H(x/y)即為因噪聲而損失的平均信息量。x1x2x3y3y2y1接收端發(fā)送端。yn圖4-22 無噪聲信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第39頁/共50頁第三十九頁，共50頁。40n r 傳輸?shù)姆枖?shù))/()(max)(yxHxHCxP)/()(max)(yxHxHrCxPt第40頁/共50頁第四十頁，共50頁

11、。410011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) = 1/128P(0/1) = 1/128發(fā)送端圖4-23 對稱信道模型接收端第41頁/共50頁第四十一頁，共50頁。42121log2121log21)(log)()(1222niiixPxPxH)/(log)/()/(log)/()()/(log)/()/(log)/()()/(log)/()()/(2222221221212212112111112yxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyPyxHmjnijijij第42頁/共50頁第四十二頁，共50頁。43045. 0

12、055. 001. 0)7()128/1 (01. 0)128/127()128/1 (log)128/1 ()128/127(log)128/127()/(log)/()/(log)/()/(221221211211yxPyxPyxPyxPyxH符號）（比特 /955. 0)/()(max)(yxHxHCxP)/(955955. 01000)/()(max)(sbyxHxHrCxPt第43頁/共50頁第四十三頁，共50頁。44n由上式可見(kjin)，連續(xù)信道的容量Ct和信道帶寬B、信號功率S及噪聲功率譜密度n0三個(gè)因素有關(guān)。)/(1log2sbNSBCt)/(1log02sbBnSBCt第44頁/共50頁第四十四頁，共50頁。45)/(1log02sbBnSBCtxtxnSBnSSBnnSC/12002001log1log1)1ln(lim/10 xxxaealnloglog22020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB第45頁/共50頁第四十五頁，共50頁。46020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB圖4-24 信道容量和帶寬關(guān)系S/n0S/n0BCt