通信原理信道第一次

大綱要求3.1信道及其數(shù)學(xué)模型了解線性、非線性、時(shí)不變和時(shí)變信道的定義及其特點(diǎn)。3.2恒參信道3.3恒參信道特性及對(duì)信號(hào)傳播的影響駕馭各種恒參信道基本特性以及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?.4隨參信道3.5隨參信道特性及對(duì)信號(hào)傳播的影響駕馭各種隨參信道基本特性以及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?.6隨參信道的接收對(duì)策──分集技術(shù)駕馭衰落信道、多徑時(shí)延、分集接收等基本概念。3.7信道的加性噪聲駕馭加性高斯白噪聲信道定義的特點(diǎn)。信道容量的定義與計(jì)算2023/3/93.1引言信道概念：信道是信源向信宿發(fā)送和傳輸信息信號(hào)的通道。狹義信道：指信息收發(fā)設(shè)備之間的傳輸媒體。如電纜、光纖、無(wú)線電波等。廣義信道：不僅包括傳輸媒體，還包括特定媒體傳輸所必需的信號(hào)變換設(shè)備。如編解碼器（信源、信道、傳輸編解碼）、調(diào)制解調(diào)器、光電轉(zhuǎn)換器、放大器、濾波器、中繼設(shè)備等。信道分類：模擬信道與數(shù)字信道、有線信道與無(wú)線信道、窄帶信道與寬帶信道等。一個(gè)通信系統(tǒng)的傳輸信道往往不是單一的。電話線、雙絞線、同軸電纜、光纖傳輸信道。無(wú)線電波、紅外線等傳輸信道。?根據(jù)信號(hào)波長(zhǎng)（或頻率）劃分：

長(zhǎng)波、中波、短波、超短波、微波等。?根據(jù)傳播路徑（或機(jī)理）劃分：

視距傳播、電離層反射、對(duì)流層散射等。典型的模擬信道是調(diào)制信道。典型的數(shù)字信道是編碼信道。2023/3/93.2信道定義（調(diào)制信道與編碼信道）調(diào)制信道與編碼信道分別是模擬信道與數(shù)字信道的典型例子。調(diào)制器解調(diào)器發(fā)送轉(zhuǎn)換器接收轉(zhuǎn)換器傳輸媒體調(diào)制信道編碼信道自編碼器去譯碼器圖3-1調(diào)制信道與編碼信道2023/3/93.3信道數(shù)學(xué)模型（調(diào)制信道與編碼信道）一.調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道一般特性：■有一對(duì)(或多對(duì))輸入端和一對(duì)(或多對(duì))輸出端；■大多數(shù)信道都是線性的，即滿足疊加原理；■信號(hào)通過(guò)信道都有確定時(shí)延，受到固定或時(shí)變損耗；■即使沒(méi)有輸入，往往會(huì)有確定的輸出(噪聲)。時(shí)變線性系統(tǒng)ei(t)eo(t)圖3-2調(diào)制信道模型(二對(duì)端網(wǎng)絡(luò))2023/3/9線性系統(tǒng)ei(t)eo(t)3.3信道數(shù)學(xué)模型（調(diào)制信道與編碼信道）一.調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型2023/3/93.3信道數(shù)學(xué)模型(調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型)時(shí)變線性系統(tǒng)ei(t)eo(t)圖3-2調(diào)制信道模型(二對(duì)端網(wǎng)絡(luò))調(diào)制信道輸出eo(t)與輸入ei(t)關(guān)系：

eo(t)=f[ei(t)]+n(t)加性噪聲時(shí)變信道特性影響

eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)時(shí)變信道特性影響常描述為一種干擾：乘性干擾2023/3/93.3信道數(shù)學(xué)模型(調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型)調(diào)制信道(模擬信道)對(duì)信號(hào)(模擬信號(hào))傳輸?shù)挠绊懀汉饬空{(diào)制信道(模擬信道)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)：模擬信道輸出信號(hào)輸入信號(hào)噪聲n(t)無(wú)失真、無(wú)畸變有失真、有畸變有失真、有畸變失真緣由：■噪聲的影響■信道(線性系統(tǒng))特性不志向■信道特性時(shí)變■失真度或畸變度■信噪比(輸出信號(hào)功率與輸出噪聲功率之比）或信干比有些失真在接收端往往無(wú)法察覺，難以去除。2023/3/93.3信道數(shù)學(xué)模型（調(diào)制信道與編碼信道）二.編碼信道數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生失真、畸變判決電平發(fā)送時(shí)鐘判決時(shí)鐘傳輸信道輸出信號(hào)輸入信號(hào)噪聲n(t)010110抽樣判決010110沒(méi)發(fā)生誤碼編碼信道質(zhì)量?jī)?yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是考察接收碼元是否會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。由于信道特性和噪聲的影響，也會(huì)使得傳輸信號(hào)波形發(fā)生失真或畸變，但是失真不確定會(huì)誤碼。誤碼的概率（誤碼率）與接收波形的失真有關(guān)，因此與傳輸信道輸出的信噪比有關(guān)。2023/3/93.3信道數(shù)學(xué)模型（調(diào)制信道與編碼信道）二.編碼信道數(shù)學(xué)模型——碼的轉(zhuǎn)移概率P(i/j)■二進(jìn)制數(shù)字編碼信道發(fā)送碼元為j，而接收碼元為i的概率。0101發(fā)送端接收端P(0/0)P(1/0)P(1/1)P(0/1)P(0/0)+P(1/0)=1P(0/1)+P(1/1)=1P(0/1)、P(1/0)是錯(cuò)誤接收概率P(0/0)、P(1/1)是正確接收概率系統(tǒng)的誤碼率是？系統(tǒng)的誤碼率Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)2023/3/93.3信道數(shù)學(xué)模型（調(diào)制信道與編碼信道）二.編碼信道數(shù)學(xué)模型■M進(jìn)制數(shù)字編碼信道系統(tǒng)誤碼率是？P(0/0)P(1/0)P(M-1/0)P(2/0)P(0/1)P(1/1)P(2/1)P(M-1/1)P(0/2)P(2/2)P(1/2)P(M-1/2)P(0/M-1)P(M-1/M-1)P(1/M-1)P(2/M-1)01發(fā)送端接收端2M-1012M-12023/3/93.4恒參信道舉例3.4.1三種有線電信道■架空明線（如用戶電話線）■對(duì)稱電纜（如五類雙絞線、中繼電話線）■同軸電纜（如有線電視進(jìn)戶線、中繼電話線）一條電纜中的線對(duì)數(shù)量可以不同，線徑也可不同。表3-6三種有線電信道的性能線路類型通話路數(shù)頻率范圍/kHz增音段長(zhǎng)度/km

架空明線1+30.3—27300

架空明線1+3+120.3—150120

對(duì)稱電纜2412—10835

對(duì)稱電纜6012—25215

小同軸電纜30060—13008

小同軸電纜96060—41004

中同軸電纜1800300—90006

中同軸電纜2700300—120004.5

中同軸電纜10800300—600001.52023/3/93.4恒參信道舉例3.4.2光纖信道光源光調(diào)制器耦合器基帶處理基帶電信號(hào)耦合器光檢測(cè)器基帶處理基帶電信號(hào)光纖線路發(fā)送端接收端圖3-7光纖通信系統(tǒng)■光纖與光纜■光波長(zhǎng)■單模光纖與多模光纖■光纖的衰耗與色散光纖通信的優(yōu)點(diǎn)■無(wú)中繼傳輸距離長(zhǎng)；■系統(tǒng)頻帶寬、容量大；■具有及強(qiáng)的抗電磁干擾實(shí)力。2023/3/93.4恒參信道舉例3.4.3無(wú)線電視距傳播信道無(wú)線電視距傳播無(wú)線電中繼信道2023/3/93.4恒參信道舉例3.4.4衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星2023/3/93.5恒參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽龊銋⑿诺朗侵感诺赖奶匦詤?shù)長(zhǎng)期不變或變更特別緩慢。前述有線信道（光纖與電纜）、無(wú)線電視距傳播信道、微波及衛(wèi)星中繼信道都屬于恒參信道?！龊銋⑿诺揽梢杂脮r(shí)不變線性系統(tǒng)來(lái)描述?！龊銋⑿诺缹?duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼饕憩F(xiàn)為：幅度-頻率畸變和相位-頻率畸變。可以認(rèn)為在一次通信過(guò)程中是不變的。3.5.1幅度-頻率畸變3.5.1相位-頻率畸變相位-頻率特性幅度-頻率特性2023/3/93.6隨參信道舉例3.6.1短波電離層反射信道■隨參信道是指信道的特性參數(shù)隨時(shí)間快速變更的信道。短波電離層反射信道、對(duì)流層散射信道、市區(qū)移動(dòng)通信等信道都屬于隨參信道。在一次通信過(guò)程中信道參數(shù)不固定?！龆滩ǎ褐覆ㄩL(zhǎng)在100m

—10m（對(duì)應(yīng)信號(hào)載波頻率3MHz—30MHz）的無(wú)線電波?！鲭婋x層：距離地面高度為60km

—600km的大氣層稱為電離層。2023/3/9■電離層：大氣層在受到太陽(yáng)光的照射后，形成一層帶電的空氣層，稱為電離層。60公里始終到600公里左右?！鰧?duì)流層：對(duì)流層是大氣層的一個(gè)區(qū)域，其頂部位于地面上空十多公里處，并在不同的緯度地區(qū)有所不同。2023/3/93.6.1短波電離層反射信道1.傳播路徑4000kmDEF1F2反射層吸收層■電離層：□各個(gè)層次的高度、厚度、電子密度等都會(huì)隨時(shí)間變更?！跻淮位蚨啻畏瓷涞木嚯x也會(huì)發(fā)生變更，且與入射角有關(guān)。□不同層次（F1、F2）的不同高度上都會(huì)產(chǎn)生反射。地球地面高度為60km

—600km入射角φo2023/3/93.6.1短波電離層反射信道2.工作頻率□最高可用頻率與電離層的電子密度有關(guān)，與入射角有關(guān)?！鲫P(guān)于電離層反射信道的工作頻率：□電離層高度、厚度、電子密度是變更的，能夠隨電離層變更調(diào)整工作頻率、入射角才能滿足確定距離下的最佳通信?！跻归gF2層電子密度低，須降低工作頻率，否則信號(hào)會(huì)穿透電離層。□夜間D層消逝，E層吸取減小，允許工作頻率降低。2023/3/93.6.1短波電離層反射信道3.多徑傳播DEF1F2反射層吸收層■一次反射與兩次反射地球發(fā)送接收一次反射與兩次反射反射高度不同■反射高度不同■漫射現(xiàn)象（電離層不勻整）■尋常波與非尋常波（地球磁場(chǎng)）2023/3/93.6.1短波電離層反射信道4.電離層反射信道特點(diǎn)■優(yōu)點(diǎn)①要求功率小，設(shè)備成本低。②傳播距離遠(yuǎn)。③受地形影響小。④不易受人為破壞。⑤有確定的帶寬或傳輸容量。■缺點(diǎn)①干擾電平高。②存在快衰落和多徑時(shí)延失真。③傳輸牢靠性差。④須要常常改換工作頻率，導(dǎo)致運(yùn)用困難。2023/3/93.6隨參信道舉例3.6.2對(duì)流層散射信道■隨參信道是指信道的特性參數(shù)隨時(shí)間快速變更的信道。短波電離層反射信道、對(duì)流層散射信道、市區(qū)移動(dòng)通信等信道都屬于隨參信道。■超視距傳播信道：工作在超短波和微波波段，一跳距離約100km

—500km?！?/p>

對(duì)流層：距離地面高度為10km

—12km的大氣層稱為對(duì)流層?！鰬?yīng)用：□長(zhǎng)途干線上的無(wú)線電中繼通信?！觞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。2023/3/93.6.2對(duì)流層散射信道地球發(fā)送接收共同照射區(qū)的不均勻散射氣團(tuán)圖3-17對(duì)流層散射信道傳播路徑10－