通信原理 第4章 信道.ppt

第四章信道，4.1信道，4.2信道数学模型，4.3信道特性对信号传输的影响，4.4信道加性噪声，4.5信道容量，引言，信号传输离不开信道，信道噪声是不可避免的。因此，信道和噪声是通信中需要研究的重要内容。本章在介绍信道定义和模型的基础上，重点分析了信道特性及其对信号传输的影响，并介绍了信道的噪声和信道容量。4.1信道，概念：信号传输的媒介根据通信的概念，信号必须通过传输媒介来传输，因此传输媒介被定义为窄信道。另一方面，信号还必须通过许多设备(发射机、接收机、调制器、解调器、放大器等)。)进行各种处理。显然，这些设备也是信号通过的路径。因此，信号必须通过的传输介质(窄信道)和各种通信设备统称为宽信道。信道分类：调制器、发射机-转换器、介质、接收机-转换器、解调器、编码器、解码器、调制信道与电缆相比具有传输损耗低的优点。然而，它容易受到气候和天气的影响，并且对外部噪声干扰更敏感。(2)对称电缆在同一保护套管中有多对相互绝缘的双导体传输介质。导线材料为直径为0.4-1.4毫米的铝或铜。为了减少每对导线之间的相互干扰，每对导线都是绞合的。通常有两种类型：非屏蔽(UTP)和屏蔽(STP)。该特性电缆具有较大的传输损耗，但其传输特性相对稳定，易于安装，价格低廉。对称电缆主要用于本地电话干线和用户线。高级UTP电缆也用于许多局域网的连接，如以太网和令牌网。由于屏蔽措施，STP电缆的特性与UTP的相同。(3)同轴电缆由两个同轴导体组成，外导体为圆柱形导体，内导体为金属线，中间填充有介质。在实际应用中，同轴电缆的外导体接地，对外界干扰具有良好的屏蔽效果，因此同轴电缆具有良好的抗电磁干扰性能。这种结构的同轴电缆广泛应用于有线电视网络。为了增加容量，几根同轴电缆也可以封装在一个大的保护套管中，形成多芯同轴电缆。此外，还可以安装一些双芯双绞线或四芯线组来传输控制信号。(4)。光纤分为单模光纤和多模光纤。光纤的直径很细，重量很轻。由于它不受外界电磁干扰和噪声的影响，所以在长距离高速传输中可以保持较低的误码率。弯曲半径小，不怕腐蚀，安全性和保密性好，节约有色金属。无线信道，地波(低于2兆赫；衍射)，天波(2兆赫-30兆赫；反射)，视距(30兆赫以上；传输)、卫星通信、平流层通信、散射传播：电离层散射、对流层散射、流星余迹散射、无线电视距离中继无线中继信道具有传输容量大、传输功率小、通信稳定可靠等优点，与同轴电缆相比，可节约有色金属。卫星中继信道卫星中继信道具有通信距离远、覆盖面积大、传输稳定可靠、传输容量大、通信线路电路灵活、移动性好等突出优点。信道、调制器、发射机-转换器、介质、接收机-转换器、解调器、编码器、解码器、调制信道和编码信道、调制信道、信源、信宿、编码信道的数学模型，(1)双对网络，(2)多对网络，调制信道模型，它表示通过网络的调制信号的变换，假设它可以由下式表示。根据网络的特点，它是一种干扰(乘性干扰)，也就是加性干扰。上述公式可表示为：对于两对终端的信号模型，输入和输出之间的关系；对于调制信道模型，信道对信号m的影响乘法干扰通常是一个复杂的函数，它可能包括各种线性失真和非线性失真。同时，由于信道延迟和损耗特性在任何时候都是随机变化的，k(t)只能用随机过程来表示。大量观察表明，一些通道的k(t)基本上不随时间变化，即通道对信号的影响是固定的或变化非常缓慢。这种通道称为常数参数通道。一些信道的K(t)是随机和快速变化的，这种信道被称为随机参数信道。编码信道模型对信号的影响是数字序列的变换，它由数字的转移概率来描述。P(x/y)表示发件人发送“y”码，而收件人将其判断为“x”码的概率。由此我们知道，P(0/0)和P(1/1)是正确转移的概率，而P(0/1)和P(1/0)是错误转移的概率。P(0/0)=1-P(1/0)P(1/1)=1-P(0/1)，二进制编码信道模型图4.3信道特性对信号传输的影响。如果信道中需要无失真传输调制信号，则信道输出信号的总和应在时域中满足。在公式中，振幅衰减因子K和延迟时间td都是常数，上述公式称为无失真传输的数学模型。信号无失真传输：对信号两端进行傅里叶变换，取-j tdfo ()=kfi () e，由于Fo()=H()Fi()，得到了频域信道无失真传输的条件，即传输函数为j()-jtdH(j)=|H()|e=Ke，因此频域信道无失真传输的幅频和相频条件为H()当通过信道时，由幅频失真调制信号中每个频率分量的不同衰减(或增益)引起的复合输出信号的失真(失真)。2.相位-频率失真由调制信号中每个频率分量的相移引起的失真，即不同频率的信号分量不能有相同的时间延迟。恒定参数信道特性及其对信号传输的影响，(1)原始信号，(2)延迟后信号群延迟引起的失真示例，恒定参数信道特性及其对信号传输的影响，相位抖动(不稳定振荡器频率)，谐波失真(单频幅度增益不均匀)，线性失真，幅度失真，相位失真，频率偏移(频谱偏移)，信号失真，(3)多径传输多径传播的几种主要形式：(a)一次反射和二次反射；反射区的不同高度；(c)异常和不寻常的波浪；扩散现象。由于参考信道及其对信号传输的影响，参考信道的传输介质有三个特点：1。信号的衰减随时间而变化；2.传输延迟随时间变化；3.多径传播。由于参考信道及其对信号传输的影响，来自发射点的无线电波可以通过多条路径到达接收点。4.4对于参考信道及其对信号传输的影响，假设发射波是通过N个路径传播的接收信号，如R (t)、路径1的接收信号幅度和路径1的传输延迟。假设R(t)可以被视为窄带高斯过程，这是由于缓慢的变化和因此缓慢的变化。高斯随机变量，多径传播导致确定的载波信号成为窄带信号，其包络和相位被调制，称为衰落信号。多径传播导致频率分散。双路传播模型，f(t)；f()，v0f(t-t0)；v0f()e-jt0，v0f(t-t0-)；v0f()e-j(t0)，v0f(t-t0)v0f(t-t0-)；v0f()e-jt0(1e-j)。因此，当双径传播发生时，模型的传输特性H()为33，360。后一网络的建模特性(幅频特性)为33，360，这表明双径传播的建模特性将取决于| cos /2 |，也就是说，对于不同的频率，双径传播的结果将具有不同的衰减。上述概念可以扩展到多径传播。如果最大值随着参考信道分集接收特性的改善，如果在接收端同时获得几个不同路径的信号，这些信号被适当地组合以形成总的接收信号，因此衰落的影响可以被大大减小。这是分集接收的基本思想。主要有以下几种分集方法：(1)空间分集(2)频率分集(3)角度分集(4)极化分集技术，在接收几个散射信号后，应该把它们结合起来。主要组合方法有：(1)最佳选择公式(2)等增益加法公式(3)最大比值加法公式。附加噪声与有用信号无关，但它总是干扰有用信号，导致有用信号的幅度失真(幅度抖动)和相位失真(相位抖动)，对通信造成不可避免的危害。信道中附加噪声(简称噪声)的来源一般分为两类：人工噪声：自然噪声，如电器的电磁影响、热噪声等。4.4信道的加性噪声，它以无穷小的误码率和无穷小的速率传输信息，这是人们对通信系统的期望。然而，可靠性和有效性是一对矛盾，两者不可能达到理想状态。在实际工程中，一个现实的折衷方案是在满足可靠性的前提下尽可能提高信息率。传输的最大平均信息速率称为信道容量。4.5信道容量，1信道容量的离散信道，(a)噪声信道，(b)噪声信道离散信道模型，源符号在离散信道中传输。由于噪声干扰，发送方X可能接收到y。假设H(x)是源的每个符号的平均信息量，H(x/y)是由于发送X而接收到y所导致的信息量的损失。那么在传输过程中每个符号实际携带的平均信息量是：H(x)-H(x/y)如果每单位时间传输的符号数是R，那么信息传输速率是：R=rH(x)-H(x/y)，例如：信息源由0，1，二进制，和1组成传输速率为1000符号/秒，信道为对称信道，错误概率=1/128。1.绘制渠道模型图；2.寻找通道容量c和CT；香农公式：调制信道带宽为2赫兹，并受到单边功率谱密度为0的加性高斯白噪声的干扰。如果信号的平均功率为S(W)，信道传输的最大信息速率(信道容量)为：2连续信道的信道容量；1.如果信噪比信噪比增加，信道容量c也增加；2.如果n00，则C，这意味着无干扰信道的容量是无限的；3.如果信道带宽B增加，信道容量C也会增加，但不能无限增加，即当B，C1.44S/N0；4.当c固定时，b和S/N可以交换；5.如果信源的信息速率R小于或等于信道容量C，理论上就不能实现错误(任何小的错误率)传输。如果使用RC，则无法实现无错误传输。每帧黑白电视图像包含3105个像素，每个像素有16个亮度级别。每秒钟需要传