通信原理-第4章

通信原理第 4章 信 道1第 4章 信 道4.1 有线信道4.2 无线信道4.3 信道的数学模型4.4 信道特性对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声*4.6 信道容量4.7 小结2n 掌握内容：信道的数学模型。信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。信道容量。n 了解内容：无线信道、有线信道课程基本要求3第 4章 信 道前言：信道：连接发送端和接收端的通信设备；其功能是将信号从发送端发送到接收端；是传输电、电磁波或光信号的物理媒质。l 信道分类n 无线信道 电磁波（含光波）n 有线信道 电线、光纤l 信道中的干扰n 有源干扰 噪声n 无源干扰 传输特性不良44.1 有线信道n 明线：平行架设在电线杆上的架空线路。特点：传输损耗低，但易受天气和环境影响。54.1 有线信道n 对称电缆：由许多对双绞线组成图 4-9 双绞线导体 绝缘层6n 同轴电缆导体金属编织网 保护层实心介质图 4-10 同轴线4.1 有线信道7n 光纤特点：（ 1） 频带宽，容量大：潜在带宽可达 2*10的 13次 Hz。（ 2） 传输损耗低：无中继传输几百公里。（ 3） 光信号不受电磁干扰，抗噪声好、保密性强。（ 4） 体积小、质量轻、易于使用；材料丰富、价格低廉。长途电话网与互联网中常用光纤作为其传输媒质。4.1 有线信道8l 在无线信道中，信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。无线信道电磁波的频率 受天线尺寸限制（天线的尺寸不小于电磁波波长的 1/10）。4.2 无线信道94.2 无线信道 -频带与电波传播10频带与电波传播4.2 无线信道 -频带与电波传播114.2 无线信道 -频带与电波传播12电子科技大学通信学院 13/524.2 无线信道 -频带与电波传播13电子科技大学通信学院 14/524.2 无线信道 -频带与电波传播14n 无线电视距中继信道4.2 无线信道15n 卫星中继信道4.2 无线信道16n 无线电广播与移动通信信道4.2 无线信道174.3 信道的数学模型n 信道模型的分类：u 调制信道 :研究调制与解调性能时使用较方便u 编码信道：研究纠错编码对数字信号进行差错控制的效果时较方便广义信道： 从消息传输观点出发，把信道范围扩大（包含通信系统中某些环节）以后定义的信道。常用于通信系统性能分析。18n 4.3.1 调制信道模型 -式中 信道输入端信号电压； 信道输出端的信号电压； 噪声电压。f ei(t) 表示信道对信号影响 (变换 )的某种函数关系；通常假设：这时上式变为：f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)图 4-13 调制信道数学模型可以用时变线性网络来模拟4.3 信道的数学模型19u 因 k(t)随 t变，故信道称为时变信道。u k(t)可以看做是对信号的一种干扰，因 k(t)与 e i (t)相乘，故称其为 乘性干扰 （特点：当没有信号时，没有乘性干扰）。u n(t) : 加性干扰 （ 特点：无论有无信号，加性干扰都存在） 。因此：调制信道对信号的影响是乘性干扰 k(t)和加性干扰 n(t) 使信号的波形发生失真。4.3 信道的数学模型解析：因 k(t)作随机变化，故又称信道为 随参信道 。若 k(t)变化很慢或很小，则称信道为 恒参信道 。20n 4.3.2 编码信道模型 n 编码信道对信号的影响是使传输的数字序列发生变化，即序列中的数字发生错误。所以可以用错误概率来描述编码信道的特性。 u 二进制编码信道简单模型p P(0 / 0)和 P(1 / 1) 正确转移概率p P(1/ 0)和 P(0 / 1) 错误转移概率p P(0 / 0) = 1 P(1 / 0)p P(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0 011P(0 / 0)P(1 / 1)图 4-13 二进制编码信道模型发送端 接收端编码信道产生错码的原因以及转移概率的大小主要由于调制信道不理想造成的。4.3 信道的数学模型214.4 信道特性对信号传输的影响n 恒参信道的影响u 恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道 u 恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系统的分析方法。u 理想信道的幅频特性、 相频特性和群迟延 -频率特性224.4 信道特性对信号传输的影响即：幅频特性： |H()|=K0 相频特性： ()=td 或群迟延 -频率特性： 由此可见， 理想恒参信道对信号传输的影响是：(1) 对信号在幅度上产生固定的衰减； (2) 对信号在时间上产生固定的迟延。 这种情况也称信号是无失真传输。 23u频率失真：振幅频率特性不良引起的p 频率失真 波形畸变 码间串扰p 解决办法：线性网络补偿u相位失真：相位频率特性不良引起的p 对语音影响不大，对数字信号影响大p 解决办法：同上4.4 信道特性对信号传输的影响24n 变参信道的影响u 变参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。u 变参信道举例：天波传播、地波传播 u 变参信道的特性：p 衰减随时间变化p 时延随时间变化p 多径效应 ：信号经过几条路径到达接收端， 而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。 4.4 信道特性对信号传输的影响25产生多径效应的分析 多径传播示意图 4.4 信道特性对信号传输的影响26u 多径效应分析：设 发射信号为接收信号为式中 由第 i条路径到达的接收信号振幅； 由第 i条路径达到的信号的时延；上式中的 都是随机变化的。4.4 信道特性对信号传输的影响27应用三角公式得：式中 接收信号的包络 接收信号的相位 缓慢随机变化振幅 缓慢随机变化振幅4.4 信道特性对信号传输的影响28R(t)：是一个包络和相位随机缓慢变化的窄带信号。结论 ：发射信号为单频恒幅正弦波时，接收信号因多径效应变成包络起伏的窄带信号。4.4 信道特性对信号传输的影响29u 多径效应简化分析：设： 发射信号为： f(t)仅有两条路径，路径衰减相同，时延