簡明通信原理第3章Cppt課件

1、簡明通信原理簡明通信原理簡明通信原理簡明通信原理第第3章章 信道信道第第3章章 信信 道道學(xué)習(xí)目標(biāo)信道的定義、分類與模型無線電波的傳播方式恒參和隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懶诺廊萘亢拖戕r(nóng)公式3.1 信信 道道 分分 類類u狹義信道各種物理傳輸介質(zhì)u有線信道指明線、各種電纜和光纖。u無線信道指可以傳輸電磁波的自由空間或大氣。u廣義信道為方便研究問題而定義。u調(diào)制信道研究調(diào)制與解調(diào)問題；u 范圍從調(diào)制器輸出端至解調(diào)器輸入端。u編碼信道研究編碼與譯碼問題。u 范圍從編碼器輸出端至譯碼器輸入端應(yīng)該指出：廣義信道必定包含傳輸介質(zhì)狹義信道）。無論何種廣義信道，其通信質(zhì)量在很大程度上依賴于傳輸介質(zhì)的特性

2、。3.2 有線信道有線信道采用金屬銅導(dǎo)體傳輸電流或電壓信號。采用金屬銅導(dǎo)體傳輸電流或電壓信號。光纖是玻璃纖維或塑料制成的纜線，用以傳輸光信號。有線信道有線信道 雙絞線雙絞線 同軸電纜同軸電纜光纖光纖u 雙絞線雙絞線 組成：由兩根具有絕緣層的金屬導(dǎo)線按一定規(guī)則絞合而成。若干對雙絞線放在同一個保護套內(nèi)，構(gòu)成雙絞線電纜。 運用：主要用于電話線路， 傳輸語音和數(shù)據(jù)。 種類：第1類最低檔是電話系統(tǒng)中使用的基本雙絞線，只適合于語音傳輸和低速數(shù)據(jù)小于0.1Mbit/s傳輸；第6、7類最高檔使用的銅導(dǎo)線質(zhì)量更高、單位長度繞數(shù)也更多，因而對信號的衰耗和串?dāng)_更小，可用于千兆以太網(wǎng)。 u 同軸電纜同軸電纜 與雙絞線

3、相比，同軸電纜抗電磁干擾性能更好，帶寬更寬，支持的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸速率更高，但成本較高，安裝較復(fù)雜。目前，遠距離傳輸信號的干線線路多采用光纖代替同軸電纜?；鶐S電纜：阻抗為50的同軸電纜，多用于數(shù)字基帶傳輸，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達10Mbit/s，在局域網(wǎng)中廣泛使用。寬帶同軸電纜：阻抗為75的同軸電纜，可用于模擬信號和數(shù)字信號傳輸，支持的帶寬可達300450MHz，多用于有線電視網(wǎng)和綜合服務(wù)寬帶網(wǎng)中。 u 光纖光纖 光纖是光纖通信系統(tǒng)中的傳輸介質(zhì)，由纖芯、包層和涂敷層構(gòu)成。優(yōu)點：節(jié)約有色金屬，有利于環(huán)保；傳輸衰減小，無中繼傳輸距離遠；抗電磁干擾，傳輸質(zhì)量好；能提供遠大于金屬電纜的傳輸帶寬和通信容量

4、；耐腐蝕；不易被竊聽；體積小和重量輕。缺陷：易碎，接口昂貴，安裝和維護需要專門技能。運用： 常用在主干線絡(luò)中。例如，在有線電視網(wǎng)中，光纖提供主干線路，而同軸電纜則提供到用戶的連接。目前，光纖到戶的技術(shù)也正逐步實現(xiàn)。 u無線電波的波段劃分u無線電波的傳播特性與波長或頻率有關(guān)。u波長是波在一個周期內(nèi)傳播的距離。u頻率是波在每秒完成的周期數(shù)。u波長和頻率與波速相關(guān)：u根據(jù)波長的大小，可將無線電頻譜劃分成不同的波段，詳見表3-1。u不同波段的電磁波適用不同的通信場合。u低頻信號可稱為長波，高頻信號可稱為短波。u微波包括分米波、厘米波和毫米波是指頻率為吉赫GHz的信號。u 3.3 無線信道無線信道 頻率

5、：2 30 MHz 特點：被電離層反射 一次反射距離： 4000km 運用：短波通信頻率： 30 MHz特點： 直線傳播能力間隔: 與天線高度有關(guān)主要用于超短波及微波通信u天線電波的主要傳輸方式天線電波的主要傳輸方式地波天波視線傳播 電離層散射 頻率 ：30 60 MHz 間隔 ：1000 km以上對流層散射頻率 ：100MHz4GHz最大距離 ：約600 km運用 ：超短波、微波波段通信四種傳播方式散射傳播增大視線傳播距離的其他途徑：微波中繼微波接力）、衛(wèi)星中繼、平流層通信天波傳播對流層散射地波傳播3.4 信道的影響信道的影響u衰減：指信號能量的損失?，F(xiàn)象之一：導(dǎo)線發(fā)熱。u 補償方法：如用放

6、大器對信號進行放大。u失真：意味著信號變形畸變）。緣由：信道傳輸特性的不理想、無線信道中的多徑傳播、噪聲影響等。u 措施：平衡、分集接收、濾波等。u噪聲：是通信系統(tǒng)中必然存在的一種有害信號。它能使模擬信號失真，使數(shù)字信號發(fā)生錯碼，并限制著信息的傳輸速率。u u 噪噪 聲聲l按噪聲來源分類：l人為噪聲 如開關(guān)火花、電臺輻射l自然噪聲 如閃電、大氣噪聲、宇宙噪聲l內(nèi)部噪聲 如熱噪聲l按噪聲性質(zhì)分類：l脈沖噪聲：突發(fā)性，幅度很大，但持續(xù)時間短。如電火花就是一種典型的脈沖噪聲。 l窄帶噪聲：來自相鄰電臺或其他電子設(shè)備，其頻譜或頻率位置通常是確知的或可以測知的?？梢钥醋魇且环N非所需的連續(xù)的已調(diào)正弦波。l

7、起伏噪聲：如熱噪聲源于電阻性元器件中電子的熱運動）。l歸納信道加性噪聲n(t) :l代表：起伏噪聲熱噪聲等） l性質(zhì)：高斯白噪聲ln(t) BPF窄帶高斯噪聲l 這類噪聲是影響通信系統(tǒng)性能的主要因素，因此常把它作為信道加性噪聲的主要代表3.5 3.5 信道模型信道模型u調(diào)制信道模型u 調(diào)制信道對信號的影響程度取決于C(f)與n(t)的特性。uC(f)反映信道本身特性。對于信號來說，C(f)可看成是乘性干擾；un(t)是獨立于信號而始終存在的，因此可視之為加性干擾。u 信道一般模型 一種簡單而又常用的情況是C(f)=1，加性噪聲信道模型3.5 3.5 信道模型信道模型u編碼信道模型u 編碼信道的

8、模型一般用數(shù)字轉(zhuǎn)移概率來描述。uP(0/0)和P(1/1)為正確轉(zhuǎn)移概率 uP(1/0)和P(0/1)為錯誤轉(zhuǎn)移概率u系統(tǒng)的總誤碼率為u 顯然，P(1/0)和P(0/1)越小，誤碼率也就越小。u 二進制編碼信道模型P(1/1) = 1P(0/1)P(0/0) = 1P(1/0)Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)3.6 3.6 信道容量與香農(nóng)公式信道容量與香農(nóng)公式u 信道容量信道容量u 信道容量是指信道的極限傳輸能力，可用信道容量是指信道的極限傳輸能力，可用信道的最大信息傳輸速率來衡量。信道的最大信息傳輸速率來衡量。u 根據(jù)香農(nóng)根據(jù)香農(nóng)ShannonShannon信息論可以證明，信

9、息論可以證明，高斯白噪聲背景下的連續(xù)信道的容量為：高斯白噪聲背景下的連續(xù)信道的容量為：u式中，式中，B B為信道帶寬為信道帶寬HzHz）；）；S S為信號功率為信號功率W W）；）；u n0 n0為噪聲單邊功率譜密度為噪聲單邊功率譜密度W/HzW/Hz），），u N N = = n0B n0B 為噪聲功率為噪聲功率W W）。）。著名的香農(nóng)信道容量公式)/(1log2sbNSBC u 香農(nóng)公式告訴我們以下結(jié)論：u（1在給定信道帶寬B和接收信噪比S/N的情況下，只要傳輸信息的速率RbC，即使信道有噪聲，在理論上總能找到一種方法，實現(xiàn)無差錯傳輸。u（2提供了B和S/N之間的互換關(guān)系。例如，對于給定的

10、C，用增大帶寬B的方法，可以降低對S/N的要求。u u 香農(nóng)公式指出了通信系統(tǒng)所能達到的理論極限，卻沒有指出這種通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。實踐證明，系統(tǒng)要接近香農(nóng)的理論極限，必須要借助編碼和調(diào)制等技術(shù)?！纠?-1】 對于帶寬為3kHz、信噪比為30dB的語音信道，求在該信道上進行無差錯傳輸?shù)淖罡咝畔⑺俾?，即信道容量。解：信噪比S/N通常用dB(分貝)表示：但在香農(nóng)公式中，S/N是值，而不是分貝數(shù)。因此，由上式可知30dB對應(yīng)的SNR值為1000，所以信道容量為：NSNSdBlg10)kb/s(30100030)10001 (log30001log22NSBC【例3-2】 將例3-1中的信噪比改為20dB，同時保持信道容量仍為30 kb/s，求此時所需帶寬為多大？解：已知信噪比值為S/N=100，由香農(nóng)公式可得所需的信道帶寬為評注：與例3-1進行比較可知，帶寬與信噪比可以互換，其理論依據(jù)就是香農(nóng)公式。【例3-3】 一條具有6.5MHz帶寬的高斯信道，若信道中信號功率與噪聲功率譜密度之比為45.5MHz，試求其信道容量