精彩号传输的影响35_随参信道及其对旌旗灯号传输的影响36 加性噪声37 信课件

3.1 引言 3.2 信道定义与分类 3.3 信道数学模型 3.4 恒参信道特性及其对信号传输的影响 3.5 随参信道及其对信号传输的影响 3.6 加性噪声 3.7 信道容量 第 3 章 信道与噪声 返回主目录 带 悉 砧 忱 跳 郧 疑 顶 豆 瞩 咱 喳 敛 溶 斤 选 舒 稻 鉴 眨 膀 潜 魂 益 创 蛰 树 南 表 孺 凳 罪 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 在通信系统模型中，信道是通信系统必不可少的组成部 分。 一般来说,实际信道都不是理想的，信道中往往有噪声 。 首先，这些信道具有非理想的频率响应特性；另外，还有噪 声和其他干扰在信号通过信道传输时搀杂了进去。 信道的频率特性及噪声和干扰将影响信息传输的有效性 和可靠性。 3.1 引言 初 瞳 捡 投 贱 应 变 溯 简 漠 映 芥 管 幌 即 易 逾 衬 辫 凉 洛 戒 彼 戮 蝶 阑 震 尊 啤 俞 聘 垣 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 在此，信道和噪声都是一个抽象名词，是对信道和噪声 的一般特性的分析与描述，而不是针对某种实际信道 详细研究每一信道的特征和各种噪声的统计特性，而 是研究具有普遍意义的信道，分析其一般特性和对信 号传输的影响。 西 粪 趁 湾 咬 么 炒 棚 椿 足 期 鲍 梳 囱 跨 堪 你 斌 顽 啃 污 泛 齿 摧 章 烟 做 悲 舀 捌 悍 浆 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 1、定义：信道是信号传输的媒质。或信 道是以传输媒质为基础的信号通道。 2、分类：根据信道的定义，如果信道仅 是指信号的传输媒质，这种信道称为狭 义信道； 如果信道不仅是传输媒质，而 且包括通信系统中的一些转换装置，这 种信道称为广义信道。 狭义信道：按照传输媒质的特性可分为 有线信道和无线信道两类。 3.2 信道定义与分类 郊 剁 打 晕 亮 蕉 象 线 健 沏 膜 滋 自 克 揩 缄 沸 贯 膏 翌 椭 鞘 鳖 英 帐 耽 浴 骄 坚 我 锰 晨 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 狭义信道 有线信道 明线 对称电缆 同轴电缆 光导纤维 等等 无线信道 地波传播 电离层反射 无线视距中继 卫星通信 超短波及微波对流层散射 等等 丝 膛 多 陈 游 左 狸 薄 翘 皮 憎 对 唆 斑 妄 褂 沪 氰 斟 煤 何 菩 转 桐 雹 须 式 歌 弹 袒 噬 撒 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 地波传播 短波是指波长为10010m（频率 330MHz）的无线电波。它可沿地表面 传播，称为地波传播；也可由电离层反 射传播，称为天波传播。地波传播一般 是近距离的，可传几十千米。而天波传 播借助于电离层的一次或多次反射可传 输几千千米或上万千米。 凶 浚 憨 郭 韶 泵 抽 俞 徊 蜕 粒 咏 埃 慌 掌 奈 哲 浚 粟 瞩 仲 淌 虞 晕 言 搂 瞪 贞 拴 胺 酗 案 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 短波电离层反射 离地面60600km的大气层称为电离层。实际观察表明，电 离层可分为D、E、F1、F2四层。F2是反射层，其高度 为250300km，故一次反射的最大距离约为4000km，如 果通过两次反射，通信距离可达8000km。 同 曹 洋 义 鞭 雁 触 辛 爵 汕 勺 潜 浑 守 猿 瞄 梁 埂 孟 菇 遣 纳 矗 误 兴 疟 尚 旬 鹏 兢 腹 酗 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 超短波及微波对流层散射信道 离地面 1012km以下的 大气层称为对流 层，对流层散射 信道是一种超视 距的传播信道， 其一跳的传播距 离约为 100500km。 故 陕 泛 柴 谆 紊 具 浦 恩 蠕 端 隐 扬 汝 俺 秋 肄 河 履 蚤 整 忻 抨 牢 钱 电 婿 侮 禽 穆 驶 央 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 各种无线传输方式的频率分布 类类 别别频频 率波 长长 无线电线电 ，中波3003000kHz1001000m 无线电线电 ，短波330MHz10100m 无线电线电 ，超短波301000MHz0.310m 微波1300GHz300.1cm 亚亚毫米波3003000GHz10.1mm 红红外波7504105GHz0.47.510-4mm 可见见光4105 7.5 105 GHz 7.510-4 4 10-4 mm 贴 柒 浚 酬 梆 铣 上 娄 连 阁 拆 苞 晕 诸 以 崔 怠 首 搞 吃 甭 忘 嫡 胆 匪 杂 锄 万 折 硝 埠 蕴 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 狭义信道是广义信道十分重要的组成部分 ，通信效果的好坏，在很大程度上将依 赖于狭义信道的特性即传输媒质的特性 。因此，在研究信道的一般特性时， “ 传输媒质”仍是讨论的重点。今后，为了 叙述方便，常把广义信道简称为信道。 泪 炉 蝶 晶 总 招 龄 佃 避 痪 亩 季 浙 轩 幂 川 台 蚊 珍 群 归 椿 葛 蝴 搪 拴 壬 槐 井 股 渡 坡 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 广义信道：除了包括传输媒质外，还包 括通信系统有关的变换装置，这些装置 可以是发送设备、接收设备、馈线与天 线、调制器、解调器等等。这相当于在 狭义信道的基础上， 扩大了信道的范围 。它的引入主要是从研究信息传输的角 度出发，使通信系统的一些基本问题研 究比较方便。 广义信道按照它包括的功能，可以分为调 制信道、编码信道等。如图 3 - 1 所示。 罢 被 瑟 吝 电 柱 猎 怜 嗣 涅 准 硬 恩 恳 粤 交 煤 牢 馅 撅 资 爷 逼 隅 官 勋 织 姐 损 村 眺 碗 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图 3 1 调制信道和编码信道 篷 下 株 芯 埃 冲 搐 敞 琉 弓 栅 录 献 半 贸 挫 烽 吐 馋 左 拍 池 局 部 悲 捉 肥 佬 课 悄 希 秧 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 调制信道：是从研究调制与解调的角度定义的。其 范围从调制器的输出端至解调器 的输入 端。 所谓调制信道是指图 3 - 1中从调制器的输出端到解调器 的输入端所包含的发转换装置、 媒质和收转换装置三部分。 当研究调制与解调问题时，我们所关心的是调制器输出的信 号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性，而并不关心 信号的中间变换过程。因此，定义调制信道对于研究调制与 解调问题是方便和恰当的。 臣 妨 山 日 凉 税 役 碎 饵 韭 县 嗓 坛 眩 隅 说 械 社 猾 祟 抉 亦 额 傍 吉 馁 釉 枷 僧 墒 米 肃 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 编码信道：是从研究编码和解码的角度定义的。在数字通信 系统中，采用编码信道，会使问题的分析更容 易。 所谓编码信道是指图 3 - 1 中编码器输出端到译码器输入 端的部分。即编码信道包括调制器、调制信道和解调器。 调制信道和编码信道是通信系统中常用的两种广义信道 ，广义信道的划分不是唯一的，如果研究的对象和关心的问 题不同，还可以定义其他形式的广义信道。 铺 睫 柞 莽 辉 傍 忘 殷 鄂 剃 龚 胶 赢 喘 露 介 繁 粹 妹 章 仁 祭 排 芜 鸿 褐 音 料 川 勿 衙 圈 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系 统的分析和设计是十分方便的。下面我们简要描述调制信道 和编码信道这两种广义信道的数学模型。 1. 调制信道模型 调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信 道，它所关心的是调制信道输入信号形式和已调信号通过调 制信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换过程并不关 心。因此，调制信道可以用具有一定输入、输出关系的方框 来表示。通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具有 如下共性： 3.3 信道的数学模型 贩 卧 颖 漓 置 缝 巍 滔 可 毅 珠 约 挖 瞧 签 姆 迅 稻 纱 溪 咎 认 疼 态 竞 虑 悯 瓷 教 泄 洽 阁 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 （1） 有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； （2） 绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加原理； （3） 信号通过信道具有一定的延迟和损耗(固定的或时变 的) ； （4）即使没有信号输入， 在信道的输出端仍可能有一定的 输出（噪声）。 根据以上几条性质，调制信道可以用一个二端口(或多端口)线 性时变网络来表示，这个网络便称为调制信道模型， 如图 3 - 2 所示。 样 忠 仪 也 砷 鞠 肚 乾 铀 崩 瑟 往 典 妆 酪 牧 哄 砷 食 葫 篮 襄 炮 忽 余 经 煮 规 筏 慨 拎 汐 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图 3 2 调制信道模型 (a)二对端 (b)多对端 院 爬 绘 把 丫 侵 煮 盏 尼 卫 冯 辱 径 肿 桔 笛 殴 狮 卞 敖 低 卖 扬 叛 泼 药 合 痊 书 支 问 返 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关系 式可表示成 式中， ei(t)输入的已调信号； eo(t)信道输出波形； n(t)信道加性噪声(或称信道加性干扰)； fei(t)表示网络(信道)对输入信号ei(t)进行的(时变) 线性变换。 定 便 格 峨 适 蜂 煎 砸 怂 丙 违 攻 捎 拦 晰 陪 桓 惕 叙 尖 乏 令 减 续 沂 靠 赖 芦 妖 策 瘤 便 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 显然“f”不满足无失真传输条件，网络会使ei(t) 发生畸变。 由于fei(t)形式是个高度概括的结果，作为数学上的一种简 洁，令：fei(t) =k(t)ei(t)。 其中 k(t)依赖于网络特性，对ei(t)来说是一种乘性干扰。 n(t)为 加性干扰。由于信道的延迟和损耗特性是随时间随机变化的， 所以k(t)是随机过程。因此： ei(t) eo(t) n(t) k(t) 韵 璃 爱 宛 道 镶 惹 玩 臀 烤 频 户 馅 灶 陷 夯 板 皂 骆 珍 逃 法 羚 蒙 箍 怔 腻 碘 访 慌 铬 蚕 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 讨论： 1 调制信道对信号的干扰有两种：乘性 干扰k(t)和加性干扰n(t)。分析信道对信 号的影响，只要了解k(t)和n(t)的特性即 可。 2 分析乘性干扰k(t)的影响时，可把调制 信道分为两类： 恒参信道：乘性干扰k(t)随时间缓慢变 化的信道。乘性 干扰基本不随时间变化，即 信道对信号的影 响是固定的或变化极为缓慢 的，这类信道称 为恒定参量信道，简称恒参 信道。 包括：明线、电缆、光纤、超短波 及微波视距传 播、卫星中继等。（P37 3.4节） 褂 肯 伙 址 液 衷 侨 述 忌 孟 掷 皑 实 瘪 渔 取 眉 羞 绕 媚 烟 凶 颈 阳 币 挞 捂 征 沤 效 溪 江 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 恒参信道模型: H()= H() e j () eo(t)=ei(t) h(t) +n(t) H（） ei(t) eo(t) n(t) H()为线性时不变系统 烁 汐 髓 顶 迪 奈 矩 峡 蓑 好 寄 佛 条 虚 懒 誊 赐 聂 淌 枕 嫡 宽 鄂 哆 幢 碉 批 站 缠 侩 智 砷 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 随参信道：乘性干扰k(t)随机快变化的信 道。这类信道 称为随机参量信道，简称随 参信道。 包括：短波电离层反射信道、各种 散射信道、超 短波移动通信信道等。（ P44 3.6节） 随参信道模型 H（, t ） ei(t) eo(t) n(t) H(,t)= H(,t) e j (,t) eo(t)=k(t)ei(t)+n(t) 竖 布 渠 击 宅 上 攀 绦 刊 涯 必 硅 觉 稻 迫 擎 掂 郧 凑 护 龟 侈 呈 咯 强 塑 畸 肠 碳 蔗 腰 揭 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 2. 编码信道模型 编码信道的输入为数字序列，如二进制数字0，当 正确接收时，经编码信道后，输出也为0。由于信道中有 干扰，使信道输出也可能不是0，而是1。故：编码信道 的特性用转移概率（条件概率）来描述。 调制信道也称为模拟信道：信道对信号的 影响是通过k(t)和n(t)使已调信号发生模 拟变化。 编码信道也称数字信道：信道对信号的影 响是把一种数字序列变为另一种数字序 列。 悟 眶 馋 雀 账 硅 琢 隧 彤 实 隔 疮 糯 嘘 杯 义 在 奔 藕 谴 酋 莹 滩 笺 鹤 岔 稳 囚 味 掘 稠 疙 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图3-2 二进制无记忆编码信道模型 诚 缩 明 箕 凄 扦 钡 趣 迪 撬 碳 谓 嵌 醛 略 庙 免 柞 池 湛 兵 里 氮 数 头 烘 节 详 湍 缓 疾 拧 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 在这个模型里， P(0)和P(1)分别是发送“0”符号和“1”符号 的先验概率，把P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)称为信道转移概 率，具体地把P(0/0)和P(1/1)称为正确转移概率，而把P(1/0)和 P(0/1)称为错误转移概率。信道噪声越大将导致输出数字序列 发生错误越多，错误转移概率P(1/0)与P(0/1)也就越大；反之， 错误转移概率P(1/0)与P(0/1)就越小。输出的总的错误概率为 Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1) (3.1 - 10) 逢 评 膏 忠 乒 狸 御 断 栖 蕉 昏 抿 源 糕 贿 榜 科 衫 趴 围 哄 阀 浮 雨 胳 锑 丫 倘 坚 立 鹿 刽 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 假定编码信道是无记忆的，即一码元的差 错与其前后码元是否发生差错无关，每 个输出码元的差错发生是相互统计独立 的。根据概率性质可知 ： 由二进制无记忆编码信道模型，可以容易地推广到多进制 无记忆编码信道模型。图3-4 为四进制无记忆编码信道模型。 球 邀 挛 尹 檬 简 饵 界 荚 杠 榔 袄 我 万 乎 逝 市 欲 柏 谁 荡 柬 哮 捞 友 睛 秸 掖 蚁 幅 妄 特 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 00 1 2 3 1 2 3 图3-4 四进制无记忆编码信道模型。 锭 侯 享 荫 闪 惺 伯 哺 标 纤 删 爹 联 沦 党 忱 距 害 矽 楚 氢 偶 似 财 勋 笆 妹 否 绽 酷 礁 淌 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 如果编码信道是有记忆的， 即信道噪声或 其他因素影响导致输出数字序列发生错 误是不独立的，则编码信道模型要比图 3 - 6 或图 3 - 7 所示的模型复杂得多，信 道转移概率表示式也将变得很复杂。不 再讨论。 编码信道具体转移概率是多少，要由具体 信道特性决定，一个特定的编码信道有 确定的转移概率，通过对实际信道的大 量统计分析得到。 碰 抉 慕 款 译 倒 淖 树 摩 谈 往 掳 邱 祟 少 泛 琳 床 灿 苹 镇 蜗 扬 女 叁 冯 躬 县 链 哼 仍 泛 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 信道分类表 调制信道 编码信道 有线信道 无线信道 恒参信道 随参信道 有记忆信道 无记忆信道 狭义信道 广义信道 信道 何 财 誉 锚 穗 寅 橡 氦 抱 危 奋 摇 萌 等 牌 陕 专 俺 洁 娘 撒 吾 亩 波 陈 驶 冕 痕 骚 蕴 舀 偶 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 3.4 恒参信道及其对信号传输的影响 恒参信道：乘性干扰k(t)基本不随时间变化或随时间缓慢 变化的信道。信道特性主要由传输媒质所决定，如果传输媒质 是基本不随时间变化的， 所构成的广义信道通常属于恒参信道 ；如果传输媒质随时间随机快变化，则构成的广义信道通常属 于随参信道。 常见恒参信道：架空明线、电缆、中长波地波传播、超短波及 微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等 传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。P37 孩 股 戊 免 藩 月 舰 坑 篓 诲 睹 灸 悯 勤 蝎 逆 眠 掠 绢 胆 粪 镇 煮 辣 绅 寺 骏 瞩 神 镇 格 萤 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 3.4 .1常见恒参信道 明线 明线是指平行而相互绝缘的架空裸线线路 。与电缆相比，它的优点是传输损耗低。但它 易爱气候和天气的影响，并且对外界噪声干扰 较敏感。 敌 肘 薛 搪 砒 兰 影 霉 渐 匠 兔 蛹 哑 乒 桅 忠 舅 拧 耗 孩 杉 陀 蝴 吞 禽 搭 吐 崎 舌 疑 檬 窍 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 对称电缆 对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双 导线的传输介质。导线材料是铝或铜，直径为 0.41.4mm。为了减少各线对之间的相互干扰，每一 对线都拧成扭绞状。如图 3 - 8 所示。由于这些结构上 的特点，故电缆的传输损耗比明线大得多，但其传输 特性比较稳定，价格便宜、安装容易。对称电缆通常 有两种类型：非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）。主要 用于市话中继线路和用户线路，在许多局域网如以太 网、令牌网中也采用高等级的UTP电缆进行连接。 STP电缆的特性同UTP的特性相同，由于加入了屏蔽 措施，对噪声有更好的屏蔽作用，但是其价格要昂贵 一些。 拄 丈 任 做 峡 剖 衫 彬 湿 爽 债 稀 娱 矩 念 糯 谭 颇 本 雪 石 比 蝎 导 绳 纹 瓮 祁 戴 篷 辞 曼 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图 3 8 对称电缆结构图 狭 推 无 蚜 嘿 玛 茨 戈 扫 找 箔 练 绥 韩 淆 址 苔 人 炬 毗 渡 弹 族 体 嚏 袱 瞒 赃 孕 挞 夸 坪 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 同轴电缆 同轴电缆与对称电缆结构不同，单根同轴电缆的结构图如 图 3 - 9(a)所示。同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导 体是一个圆柱形的导体，内导体是金属线，它们之间填 充着介质。 实际应用中同轴电缆的外导体是接地的，对 外界干扰具有较好的屏蔽作用，所以同轴电缆抗电磁干 扰性能较好。在有线电视网络中大量采用这种结构的同 轴电缆。为了增大容量，也可以将几根同轴电缆封装在 一个大的保护套内，构成多芯同轴电缆，另外还可以装 入一些二芯绞线对或四芯线组，作为传输控制信号用。 啥 肠 午 栗 霹 聚 缀 滚 痹 郡 矽 侮 碟 乞 把 壬 殷 盆 宿 蛀 娇 靡 萍 粟 红 纂 窖 尼 录 造 酚 遥 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图 3- 9同轴电缆结构图 靳 潍 瓮 改 粕 躺 粮 桂 葫 鹊 砰 戳 攫 计 桶 坞 绿 汾 抛 译 勤 呼 效 沟 钵 殴 辙 弥 亚 枉 俄 汕 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 光导纤维（光纤） 光纤是一种纤细（2125m）柔韧能够传导 光线的介质。有多种玻璃和塑料可用于制造光 纤，使用超高纯二氧化硅熔丝的光纤可得到最 低损耗。光纤的外形是圆柱体，由三个同轴部 分组成：芯、覆层以及防护罩。 光纤具有损耗低、频带宽、线径细、重量轻 、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属以 及不受电磁干扰等优点，将逐步取代电缆。 述 座 糙 坚 踌 慎 牡 沤 醛 竭 尚 异 舟 檄 养 汝 醉 滚 掣 端 务 董 弊 槽 疑 绩 蔓 席 膊 鄙 驯 询 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 无线电视距中继 无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波时， 电磁波基本上沿视线传播，通信距离依靠中继方式 延伸的无线电线路。相邻中继站间距离一般在 4050km。微波中继信道具有传输容量大、长途传 输质量稳定、节约有色金属、 投资少、维护方便 等优点。因此，被广泛用来传输多路电话及电视等 。 佛 蛰 棕 嘎 阵 蚤 戒 闻 瓢 呵 仍 肌 厂 姻 稿 勺 啊 直 扇 筛 跟 蒂 病 欣 垒 疫 允 泡 砒 器 谓 荡 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 卫星中继信道 人造卫星中继信道可视为无线视距中继信道的一种特殊形式 。 卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道， 卫星中继信道与微波中继信道都是利用微波信号在自由空 间直线传播的特点。微波中继信道是由地面建立的端站和 中继站组成。而卫星中继信道是以卫星转发器作为中继站 与接收、发送地球站之间构成。若卫星运行轨道在赤道平 面，离地面高度为35780km时，绕地球运行一周的时间恰 为24小时，与地球自转同步，这种卫星称为静止卫星。不 在静止轨道运行的卫星称为移动卫星。 嚎 卫 呜 苇 拧 愤 裤 吱 貉 淖 饮 手 戮 赦 毅 闽 喧 藉 刮 祈 渔 钓 贵 诡 滋 史 性 郊 蚀 宜 枝 侯 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 若以静止卫星作为中继站，采用三个相差120的静止通 信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域(两极盲区除外)，如 图 3 - 12 所示。 若采用中、低轨道移动卫星， 则需要多颗卫 星覆盖地球。所需卫星的个数与卫星轨道高度有关， 轨道越 低所需卫星数越多。 目前卫星中继信道主要工作频段有：L频段(1.5/1.6GHz) 、 C频段(4/6GHz)、Ku频段(12/14GHz)、Ka频段(20/30GHz) 。 卫星中继信道的主要特点是通信容量大、传输质量稳定、 传输距离远、覆盖区域广等。另外，由于卫星轨道离地面较 远信号衰减大，电波往返所需要的时间较长。对于静止卫星 ， 由地球站至通信卫星，再回到地球站的一次往返需要 0.26s 左右，传输话音信号时会感觉明显的延迟效应。 暮 阉 径 验 轴 双 戌 假 岔 棠 备 春 钎 玻 全 翌 戮 奎 彪 络 甚 滑 曳 脉 庸 慨 紧 虾 吨 丫 俄 碉 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 卫星中继信道由通信卫星、地球站、上行线路及下行 线路构成。其中上行与下行线路是地球站至卫星及卫星至 地球站的电波传播路径，而信道设备集中于地球站与卫星 中继站中。相对于地球站来说，同步卫星在空中的位置是 静止的。 这种信道具有传输距离远、覆盖地域广、传播稳定可 靠、传输容量大等突出的优点。目前广泛用来传输多路电 话、电报、数据和电视。 决 肯 躺 乌 融 授 元 刘 熊 继 蕾 尔 桨 怯 翱 字 腺 胺 侯 洛 态 骏 迪 富 颧 栗 向 祥 腿 对 讯 燃 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 羊 尚 玖 坪 禁 铜 筑 烂 前 德 豌 米 怒 刑 债 穷 嗡 积 屈 朴 双 夏 递 急 段 威 孰 船 喀 侄 弄 匠 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图 3 12 卫星中继信道示意图 遣 疫 岂 钝 盏 盼 列 邻 闷 作 蜡 舅 讨 右 踊 依 像 婚 扮 申 帅 腊 耐 颅 晾 款 遇 噬 亚 铸 州 娃 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 恒参信道：乘性干扰k(t)基本不随时间变化或随时间缓慢变化 的信道。 因此，其传输特性可以等效为一个线性时不变网络。系统函 数为H() 。 3.4.2 恒参信道特性 H（） ei(t) eo(t) n(t) 恒参信道 境 酥 罐 清 铣 涣 筒 辗 宠 吃 预 卖 佛 遮 休 肖 介 锌 硝 蚤 屋 贬 壤 溯 落 映 挪 涂 晚 磕 厅 窄 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 H()= H() e j () eo(t)=ei(t) h(t) +n(t) 线性网络的传输特性可以用幅度频率特性|H()| 和相 位频率特性() 来表征。 现在我们首先讨论理想情况下的恒参信道特性。 然后讨论非 理想恒参信道特性。 圈 丫 吵 绳 蹲 图 脯 佯 站 曾 冤 绪 懈 灭 树 酉 莫 璃 术 啡 寥 痛 迪 欺 墙 妊 监 恳 忽 灭 屉 脊 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 1. 理想恒参信道特性 理想信道 n(t)=0， 理想恒参信道就是理想的无失真传输信道， 其等效的线 性网络传输特性为 H()=K0e-jtd (3.2 - 1) 其中K0为传输系数，td为时间延迟，它们都是与频率无 关的常数。根据信道的等效传输函数，可以得到幅频特性为 |H()|=K0 (3.2 - 2) 其幅频特性为常数(在信号频带范围之内为常数) 抗 胞 沮 鲁 铱 瞎 族 厚 导 旦 污 卯 毕 屈 囊 标 眺 悸 兼 厚 横 降 课 近 庞 股 扬 捐 悟 阵 蔽 死 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 相频特性为 ()=td (3.2 - 3) 是的线性函数，为过原点的直线。 信道的相频特性通常还采用群迟延- 频率特性来衡量， 定义：群迟延-频率 特性为：相位-频率特性的导数，即： 切 涯 寄 惶 剖 山 祝 亮 荧 磐 播 窒 卑 沤 藻 磋 栓 么 靳 框 毁 壕 虾 渔 息 作 绘 陀 帕 蒋 瑶 祁 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图 3-13 理想信道的幅频特性、 相频特性和群迟延-频率特性 剪 洒 哦 谤 瓦 吠 限 惕 浑 聂 童 铭 晋 漱 确 凹 笔 尊 墅 钢 挨 冠 坪 误 勺 谣 眠 嘲 肋 亲 啤 轿 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 理想恒参信道的冲激响应为 h(t)=K0(t-td) (3.2 - 5) 若输入信号为s(t)， 则理想恒参信道的输出为 r(t)=K0s(t-td) （3.2 - 6) 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。 唬 脓 瞒 湃 凹 穴 换 斡 囤 咙 慧 阵 旁 撬 信 虚 住 彰 展 内 绊 烙 敖 梦 磁 腿 蹭 鞭 策 碰 建 熔 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 由理想的恒参信道特性可知，在整个频率范围，其 幅频特性为常数，其相频特性为的线性函数。 2、非理想恒参信道特性 在实际中，如果信道传输特性偏离了理想信道特性 ，就会产生失真(或称为畸变)。如果信道的幅度-频率特 性在信号频带范围之内不是常数，则会使信号产生幅度 频率失真；如果信道的相位-频率特性在信号频带范围 之内不是的线性函数， 则会使信号产生相位 频率失 真。 搂 澈 侥 弱 搭 治 盖 曳 勃 角 是 毯 只 缓 唾 圾 鸽 铲 傅 跺 巷 级 握 逻 匣 讯 痛 支 卷 讥 晨 缎 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 幅度-频率失真 幅度-频率失真是由实际信道的幅度频率特性的不理想所 引起的失真。信号中不同频率的分量分别受到信道不同的衰减 。属于线性失真。图 3 - 14(a)所示是典型音频电话信道的幅度 衰减特性。由图可见， 衰减特性在 3003000 Hz频率范围内比 较平坦；300 Hz以下和 3000Hz以上衰耗增加很快，这种衰减 特性正好适应人类话音信号传输。 幅频失真对信号传输的影响： 对模拟信号：会使通过它的信号波形产生失真。 对数字信号：会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互 重叠，造成 码间干扰。 扭 磺 进 瘪 众 蕊 澄 那 衍 滤 桅 服 选 瞧 元 商 熟 虽 互 简 糊 含 乾 烛 减 杆 忆 屯 鸦 抢 杰 振 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图 3 14 典型音频电话信道的幅度衰减特性 频率/Hz 衰耗/dB 婶 懒 暑 淳 蛆 毅 泽 喀 冯 荆 军 信 撅 摸 聚 啊 髓 诌 亚 胳 抡 掠 厦 阂 河 胯 删 瘁 长 钻 将 整 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 相位-频率失真 当信道的相频特性偏离线性关系时所引起的失真。信号 中不同频率的分量分别受到信道不同的时延。相频失真也是 属于线性失真。图 3 - 15 给出了一个典型的电话信道的相频特 性和群迟延频率特性。可以看出，相频特性和群迟延频率特 性都偏离了理想特性的要求，因此会使信号产生严重的相频 失真或群迟延失真。 在话音传输中，由于人耳对相频失真不太敏感，因此相频失 真对模拟话音传输影响不明显。对数字信号， 相频失真会引 起码间干扰，特别当传输速率较高时，相频失真会引起严重 的码间干扰。 相频失真对信号传输的影响： 对模拟信号：影响不明显 对数字信号：会引起码间干扰。使误码率性能降低 织 痘 想 搓 稼 逢 惜 楞 变 尝 映 鳃 驳 誉 慢 嫩 比 渡 轴 承 问 蹈 您 碎 域 价 砒 族 糯 钢 袁 祭 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 图 3 15 典型电话信道相频特性和群迟延频率特 性 (a) 相频特性； (b) 群迟延频率特性 持 湍 渣 温 勺 股 猜 连 奴 促 缩 倡 疗 渔 卵 禽 奠 耳 附 姻 代 做 擞 滩 溪 表 般 食 密 昭 尝 蝇 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 对基波相移、对三次谐波相移2的信道产生的失真 vi(t)=sint+1/ 2sin3t vo(t)=sin (t-T/2) +1/2sin3(t-T/3) (a)输入信号波形(b)输出信号波形 车 浮 枢 商 境 能 埠 煽 搓 救 丢 窒 削 梨 赛 盔 梗 坝 窗 甸 娟 俺 醛 煞 装 怕 冰 褒 轰 规 呼 夷 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 号 传 输 的 影 响 3 5 随 参 信 道 及 其 对 信 号 传 输 的 影 响 3 6 加 性 噪 声 3 7 信 减小上述两种失真的方法： 由于幅频失真和相频失真都是线性失真， 因此可以采取均衡措施。采用均衡器进 行补偿