通信原理Chp41選編課件

第四章信道內(nèi)容提要：研究信道分類、信道模型及信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀⒔榻B信道容量等重要概念。第四章信道內(nèi)容提要：4.0概述[第九講]4.1無線信道4.2有線信道4.3信道的數(shù)學(xué)模型4.4信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?.0概述[第九講]4.1無線信道4.2有線信道4.信道是通信系統(tǒng)的必不可少的重要組成部分，特性對(duì)于通信系統(tǒng)的性能有很大的影響。信道和噪聲的研究是研究通信問題的基礎(chǔ)研究信道和噪聲的目的弄清信道和噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀瑢で筇岣咄ㄐ庞行耘c可靠性的方法。4.0概述信道中的噪聲是不可避免的。噪聲損害發(fā)送信號(hào)并使接受的信號(hào)波形產(chǎn)生失真或使接受的數(shù)字序列產(chǎn)生錯(cuò)誤。信道是通信系統(tǒng)的必不可少的重要組成部分，信道和噪聲的研究是

信道是信號(hào)的傳輸媒質(zhì)。4.0概述具體地說，信道是指由有線或無線線路提供的信號(hào)通路；抽象地說，信道是指定的一段頻帶，它讓信號(hào)通過，同時(shí)又給信號(hào)以限制和損害。信道的作用是傳輸信號(hào)。信道的定義信道是信號(hào)的傳輸媒質(zhì)。4.0概述具體地說，信道是按照信道的組成分類通信系統(tǒng)模型編碼器調(diào)制器發(fā)射機(jī)傳輸媒質(zhì)接收機(jī)解調(diào)器譯碼器解密器受信者加密器信息源狹義信道調(diào)制信道編碼信道狹義信道和廣義信道4.0概述信道的分類按照信道的組成分類通信系統(tǒng)模型編碼器調(diào)制器發(fā)射機(jī)傳輸媒質(zhì)接信道的分類按照輸入輸出端信號(hào)的類型分類連續(xù)信道(模擬信道)：輸入輸出信號(hào)為連續(xù)(模擬)信號(hào)；例如，調(diào)制信道為連續(xù)信道。離散信道(數(shù)字信道)

：輸入輸出信號(hào)為離散信號(hào)；例如，編碼信道為離散信道。半連續(xù)(半離散)信道：輸入為連續(xù)(離散)信號(hào)，輸出為離散(連續(xù))信號(hào)。4.0概述信道的分類按照輸入輸出端信號(hào)的類型分類連續(xù)信道(模擬信有線信道：明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜；無線信道：低頻、中頻、高頻等；光纖信道：光纖為傳輸媒質(zhì)，光波為載波。按照信道的物理性質(zhì)分類信道的分類4.0概述有線信道：明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜；按照信道的物理性質(zhì)分4.1無線信道無線信道與電磁波無線信道中信號(hào)的傳輸是利用電磁波在空間的傳播來實(shí)現(xiàn)的。無線電收發(fā)信機(jī)之間的電磁波傳播總是受到地面和大氣層的影響。無線信道電磁波的頻率受天線尺寸限制天線的尺寸不小于電磁波波長(zhǎng)的1/10。根據(jù)通信距離、頻率和位置的不同，電磁波的傳播主要分為地波、天波和視線傳播三種。4.1無線信道無線信道與電磁波無線信道中信號(hào)的傳輸是利用4.1無線信道電磁波的傳播方式傳播路徑地面圖4-1地波傳播地面信號(hào)傳播路徑圖4-2天波傳播頻率<2MHz有繞射能力距離：數(shù)百或數(shù)千千米頻率：2～30MHz特點(diǎn)：被電離層反射一次反射距離<4000km距離：10000km以上寂靜區(qū)地波傳播天波傳播4.1無線信道電磁波的傳播方式傳播路徑地面圖4-1地頻率>30MHz距離:和天線高度有關(guān)ddh接收天線發(fā)射天線傳播途徑D地面rr圖4-3視線傳播視線傳播4.1無線信道電磁波的傳播方式[例]求D=50km時(shí)天線高度。m式中，D–收發(fā)天線間距離(km)。頻率>30MHzddh接收天線發(fā)射天線傳播途徑D地面r視線傳播4.1無線信道電磁波的傳播方式增大視線傳播距離的其他途徑圖4-4無線電中繼

中繼通信

衛(wèi)星通信：靜止、移動(dòng)衛(wèi)星

平流層通信視線傳播4.1無線信道電磁波的傳播方式增大視線傳播距離4.1無線信道4.1無線信道機(jī)理－由電離層不均勻性引起頻率－30～60MHz距離－1000km以上電磁波的傳播方式散射傳播電離層散射對(duì)流層散射機(jī)理－由對(duì)流層不均勻性引起頻率－100～4000MHz最大距離<600kmABCD圖4-7對(duì)流層散射通信地面對(duì)流層平流層電離層10km60km0km4.1無線信道4.1無線信道機(jī)理－由電離層不均勻性引起4.1無線信道電磁波的傳播方式散射傳播流星余跡特點(diǎn)：高度80～120km，長(zhǎng)度15～40km存留時(shí)間：小于1秒至幾分鐘頻率－30～100MHz距離－1000km以上特點(diǎn)－低速存儲(chǔ)、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸流星余跡圖4-8流星余跡散射通信流星流星余跡散射4.1無線信道電磁波的傳播方式散射傳播流星余跡特點(diǎn)：高度平行而相互絕緣的架空裸線線路。明線明線對(duì)稱電纜4.2有線信道在同一保護(hù)套內(nèi)有許多對(duì)相互絕緣的雙導(dǎo)線的傳輸媒質(zhì)；對(duì)稱電纜優(yōu)點(diǎn)：傳輸特性比較穩(wěn)定；缺點(diǎn)：傳輸耗損大。優(yōu)點(diǎn)：傳輸損耗低缺點(diǎn)：易受氣候和天氣的影響，對(duì)外界干擾敏感。有線信道是利用人造的傳導(dǎo)電或光信號(hào)的媒體來

傳輸信號(hào)。平行而相互絕緣的架空裸線線路。明線明線對(duì)稱電纜4.2有線由同軸的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是圓柱形的空管，內(nèi)導(dǎo)體是金屬線；同軸電纜4.2有線信道優(yōu)點(diǎn)：傳輸性能穩(wěn)定、頻率范圍寬、容量大；缺點(diǎn)：不便于安裝、敷設(shè)。由同軸的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是圓柱形的同軸電纜4.2有線信以光導(dǎo)纖維(光纖)為傳輸媒質(zhì)、光波為載波的信道。光纖信道4.2有線信道

優(yōu)點(diǎn)：損耗低、頻帶寬、重量輕、不怕腐蝕，

不受電磁干擾；

缺點(diǎn)：光纖不便于連接。以光導(dǎo)纖維(光纖)為傳輸媒質(zhì)、光波為載波的信道。光纖信道4.光纖信道4.2有線信道光纖信道4.2有線信道為了討論通信系統(tǒng)的性能，對(duì)于信道有不同的定義。調(diào)制信道4.3信道的數(shù)學(xué)模型編碼信道為了討論通信系統(tǒng)的性能，對(duì)于信道有不同的定義。調(diào)制信道4.3調(diào)制信道模型具有一對(duì)（或多對(duì)）輸入和輸出端；大部分信道是線性的，即滿足疊加原理；信號(hào)經(jīng)過信道會(huì)有延時(shí)和損耗(固定或時(shí)變的)；無輸入信號(hào)時(shí)，在信道的輸出端仍有噪聲輸出。調(diào)制信道的性質(zhì)4.3信道的數(shù)學(xué)模型信道的數(shù)學(xué)模型反映信道的輸出和輸入的關(guān)系。調(diào)制信道模型具有一對(duì)（或多對(duì)）輸入和輸出端；調(diào)制信道的單輸入單輸出模型調(diào)制信道模型4.3信道的數(shù)學(xué)模型時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)通常假設(shè)：信道數(shù)學(xué)模型：加性干擾乘性干擾單輸入單輸出模型調(diào)制信道模型4.3信道的數(shù)學(xué)模型時(shí)變線性4.3信道的數(shù)學(xué)模型因

k(t)隨

t變，故信道稱為時(shí)變信道；因

k(t)與ei(t)相乘，故稱其為乘性干擾；因

k(t)作隨機(jī)變化，故又稱信道為隨參信道；若

k(t)變化很慢或很小，則稱信道為恒參信道；單輸入單輸出模型調(diào)制信道模型4.3信道的數(shù)學(xué)模型因k(t)隨t變，故信道稱為編碼信道模型4.3信道的數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響是乘性干擾和加性干擾使信號(hào)的波形發(fā)生失真。編碼信道對(duì)信號(hào)的影響是使傳輸?shù)男蛄邪l(fā)生

變化，即序列中的數(shù)字發(fā)生錯(cuò)誤。調(diào)制信道模型與編碼信道模型之區(qū)別用錯(cuò)誤概率來描述編碼信道的特性；編碼信道模型4.3信道的數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響是轉(zhuǎn)移概率矩陣：T=()P(0/0)P(0/1)P(1/0)P(1/1)轉(zhuǎn)移概率矩陣：

T

=()P(0/0)P(0/1)P(1/0)P(1/1)P(0/1)P(0/3)P(1/2)P(1/3)P(2/0)P(2/1)P(3/0)P(3/1)P(2/2)P(2/3)P(3/2)P(3/3)編碼信道模型編碼信道模型可以用數(shù)字的轉(zhuǎn)移概率來描述。4.3信道的數(shù)學(xué)模型P(0/0)P(1/1)P(1/0)P(0/1)0011二進(jìn)制編碼信道模型發(fā)送端接收端00112233四進(jìn)制編碼信道模型發(fā)送端接收端轉(zhuǎn)移概率矩陣：()P(0/0)P(0/1)P(1/4.4信道特性對(duì)信號(hào)的影響恒參信道的影響

恒參信道

非時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)

信號(hào)通過線性系統(tǒng)的分析方法。振幅-頻率特性曲線是一條水平直線；相位-頻率特性是一條通過原點(diǎn)的直線

或等效地其傳輸群時(shí)延與頻率無關(guān)，等于常數(shù)。恒參信道舉例：各種有線信道、衛(wèi)星信道…

振幅-頻率特性和相位-頻率特性無失真?zhèn)鬏斠笳穹匦耘c頻率無關(guān)，即4.4信道特性對(duì)信號(hào)的影響恒參信道的影響恒參信道4.4信道特性對(duì)信號(hào)的影響恒參信道的影響信道h(t)

H(ω)幅頻特性相頻特性

線性系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性4.4信道特性對(duì)信號(hào)的影響恒參信道的影響信道h(t)4.4信道特性對(duì)信號(hào)的影響恒參信道的影響

線性系統(tǒng)中無失真條件：

典型電話信道特性

插入損耗和頻率的關(guān)系表示振幅-頻率特性；

群延遲和頻率的關(guān)系表示相位-頻率特性。4.4信道特性對(duì)信號(hào)的影響恒參信道的影響線性系統(tǒng)中無失頻率失真：振幅-頻率特性不良引起的頻率失真

波形畸變

碼間串?dāng)_解決辦法：線性網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償非線性關(guān)系直線關(guān)系圖4-16非線性特性輸入電壓輸出電壓4.4信道特性對(duì)信號(hào)的影響恒參信道的影響相位失真：相位-頻率特性不良引起的對(duì)語音影響不大，對(duì)數(shù)字信號(hào)影響大解決辦法：同上非線性失真：指信道輸入和輸出信號(hào)的振幅不是

直線關(guān)系，造成諧波失真；由于信道中的元器件特性不理想造成的。其他失真：頻率偏移、相位抖動(dòng)…頻率失真：振幅-頻率特性不良引起的非線性關(guān)系直線關(guān)系圖4-

信道的定義及分類無線信道：地波/天波/視線/散射傳播有線信道：明線/對(duì)稱電纜/同軸電纜/光纖

信道的數(shù)學(xué)模型連續(xù)信道的數(shù)學(xué)模型離散信道的數(shù)學(xué)模型恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懛l特性及相位特性理想信號(hào)不失真的要求本課小結(jié)

P84思考題

4-34-5習(xí)題

4-1作