通信原理第3章信道

1、 返回主目录返回主目录 通通 信信 原原 理理 第第3 3章章 信信 道道3 信道：信道：是连接发送端和接收端的通信设备，其功能是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传送到接收端。或者是将信号从发送端传送到接收端。或者信道信道是指以传输是指以传输媒质为基础的信号通道媒质为基础的信号通道。它可分为狭义信道狭义信道和和广义信道广义信道。 根据信道的定义，如果信道仅是指信号的传输媒质，如果信道仅是指信号的传输媒质，这种信道称为这种信道称为狭义信道狭义信道； 如果信道不仅是传输媒质，而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，这种信道称为且包括通信系统中的一些转换装置，

2、这种信道称为广义广义信道信道。第第3 3章章 信信 道道4 狭义信道狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道有线信道和无线信道无线信道两类。有线信道有线信道包括明线、对称电缆、同轴电明线、对称电缆、同轴电缆及光纤缆及光纤等。无线信道无线信道包括地波传播、短波电离层反射、地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道线电信道等。 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。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，常把常把广义信道

3、广义信道简称为简称为信信道道。第第3 3章章 信信 道道5 广义信道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、馈线与发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器天线、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。 广义信道广义信道按照它包括的功能，可以分为按照它包括的功能，可以分为调制信道调制信道、编编码信道码信道等。等。第第3 3章章 信信 道道6 1 1、在无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间的传、在无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间

4、的传播来实现播来实现 为了有效地发射和接收电磁波，要求天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10。-频率不能太低! 2 2、地球大气层的结构、地球大气层的结构n对流层：地面上 0 10 kmn平流层：约10 60 kmn电离层：约60 400 km地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km第第3 3章章 信信 道道7 3.短波电离层的传播路径短波电离层的传播路径 短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电离层，离层， 或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信道的信道。 离地面离地面6040

5、0 km的大气层称为的大气层称为电离层电离层。 电离层电离层由分子、原子、离子及自由电子由分子、原子、离子及自由电子组成组成，形成的形成的原因原因是由于太阳辐射的紫外线和是由于太阳辐射的紫外线和x射线射线。 当频率范围为330 mhz(波长为10-100m)的短波(或称为高频)无线电波射入电离层时， 由于折射现象会使电波发生反射，返回地面，从而形成短波电离层反射信道。第第3 3章章 信信 道道8 电离层厚度有数百千米，可分为电离层厚度有数百千米，可分为d、e、f1和和f2四层四层，如图3.1-1所示。图 3 .1-1 电离层结构示意图 0ffed300 kmab地球fba地球反射点第第3 3章

6、章 信信 道道9 由于太阳辐射的变化，电离层的密度和厚度也随时间由于太阳辐射的变化，电离层的密度和厚度也随时间随机变化，因此短波电离层反射信道也是随参信道。随机变化，因此短波电离层反射信道也是随参信道。 在白天，由于太阳辐射强，所以d、e、f1和f2四层都存在。 在夜晚夜晚，由于太阳辐射减弱，d层和f1层几乎完全消失，因此只有只有e层和层和f2层存在层存在。 由于d、e层电子密度小，不能形成反射条件，所以短波电波不会被反射。d、e层层对电波传输的影响主要是吸收电吸收电波波，使电波能量损耗。f2层是反射层层是反射层，其高度为250300 km，所以一次反射的最大距离约为4000 km，二次反射的

7、通信距离可达8000 km。第第3 3章章 信信 道道10传播路径地 面图3.1-2 地波传播地 面信号传播路径图 3.1-3 天波传播4 4、电磁波的分类、电磁波的分类u地波地波p频率频率 2 mhz (低频低频和甚低频段和甚低频段)p有绕射能力有绕射能力p距离：数百或数千千距离：数百或数千千米米 u天波天波(电离层反射波电离层反射波p频率：频率：2 30 mhzp特点：被电离层反射特点：被电离层反射p一次反射距离：一次反射距离： 30 mhzp距离: 和天线高度有关(r=6370km)(3.1-3) 式中，d 收发天线间距离(km)。例例 若要求d = 50 km，则由式(3.1-3)p增

8、大视线传播距离的其他途径中继通信：卫星通信：静止卫星、移动卫星平流层通信：利用位于平流层的高空平台电台代替卫星作为基站的通信。ddh接收天线发射天线传播途径d地面rr图 3.1-4 视线传播图3.1-5 无线电中继50822drdhmm505050508222drdh第第3 3章章 信信 道道12q电离层对于传播的影响n反射n散射q大气层对于传播的影响n散射n吸收频率(ghz)(a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减频率(ghz)(b) 降雨的衰减衰减(db/km)衰减 (db/km)水蒸气氧气降雨率图3.1-6 大气衰减注：注：大气（主要是其中的氧气和水蒸气）及降水都会吸收和散射电

9、磁波，使频率在1ghz以上的电磁波的传播衰减显著增加，如图3-6所示。第第3 3章章 信信 道道13 1、电离层散射、电离层散射 机理 由电离层不均匀性引起 频率 30 60 mhz 距离 1000 km以上 2、对流层散射、对流层散射 机理 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 100 4000 mhz 最大距离 c，则不可，则不可能实现无误传输。能实现无误传输。 此外，带宽或信噪比与传输时间也存在着互换关系带宽或信噪比与传输时间也存在着互换关系。 通常，把实现了极限信息速率传输（实现了极限信息速率传输（即达到信道容量值即达到信道容量值）且能做到任意小差错率的通信系统且能做到任意小差错率的通信

10、系统称为理想通信系统理想通信系统。 香农公式给出了通信系统所能达到的极限信息传输速率，香农公式给出了通信系统所能达到的极限信息传输速率，但是，香农公式只证明了理想通信系统的但是，香农公式只证明了理想通信系统的“存在性存在性”，却没，却没有指出这种通信系统的实现方法有指出这种通信系统的实现方法。因此，理想通信系统的实现还需要我们不断努力。 第第3 3章章 信信 道道97例例3.5-2 计算传输电视图象信号时所需的带宽计算传输电视图象信号时所需的带宽电视图电视图象可以大致认为由象可以大致认为由300000（三十万三十万）个小像元组成；对于一）个小像元组成；对于一般要求的对比度，每一像元大约取般要求

11、的对比度，每一像元大约取10个可辨别的亮度电平个可辨别的亮度电平（例如对应黑色、深灰色、浅灰色、白色等）；现假设对于（例如对应黑色、深灰色、浅灰色、白色等）；现假设对于任何像元，任何像元，10个亮度电平是独立等概率出现的，每秒发送个亮度电平是独立等概率出现的，每秒发送30帧图象；为了满意地重现图象，要求信噪比帧图象；为了满意地重现图象，要求信噪比s/n为为1000（即（即30db）。试计算传输上述信号所需的最小带宽。）。试计算传输上述信号所需的最小带宽。解：解： （1）每一像元所含平均信息量）每一像元所含平均信息量： 因为每一像元能以独立等概率取10个亮度电平，所以，每个像元的平均信息量为)/(32.3log10/1121像元bith第第3 3章章 信信 道道98（2）每帧图象的平均信息量：）每帧图象的平均信息量： )/(99600032.33000002帧bith（3） 每秒内传送的平均信息量（每秒内传送的平均信息量（信息速率信息速率）：）：sbitbitrb/109 .29/(30)/(9960006秒