矿大通信原理课件CH4信道

1、12编码器输入调制器发转换器媒质收转换器解调器译码器输出编 码 信 道调 制 信 道：只关心变换的最终结果，而无需关心详细的物理过程。4.2 信 道 数 学 模 型 3n调制信道具有如下 模型4 tntetkteio tetki tei tei分为两大类K(t) teo tei tn5编码信道模型6 信道转移概率信道转移概率7需要注意：需要注意：。一个特定的编码信道，有确定的转移概率。误码率8误码率误码率为 Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1) 4.3 恒参信道9 恒参信道主要包括架空明线、电缆、中长波地波传播、超短波及微波视距传输、卫星中继、光纤等传输媒质构成的信道。 模型ei（

2、t）h(t)eo(t)=ei(t)*h(t)+n(t)n(t)10 恒参信道的传输特性通常可用及来表征。理想11 由有线电话信道中可能存在的信道的幅度频率特性不理想所引起的，又称为。一般典型音频电话信道可用图4-4所示的 幅度频率特性曲线幅度频率特性曲线近似表示。 频率频率(Hz)0 300 1100 2900衰衰耗耗(dB) 图图4-4 典型音频电话信道的相对衰耗典型音频电话信道的相对衰耗 产生的影响 12n 产生的影响产生的影响 对于模拟信号：造成波形失真对于模拟信号：造成波形失真对于数字信号：造成码间串扰对于数字信号：造成码间串扰 引起相邻码元波形在时间上的相互重叠引起相邻码元波形在时间

3、上的相互重叠n 克服措施克服措施 改善信道中的滤波性能改善信道中的滤波性能增加线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦增加线性补偿网络，使衰耗特性曲线变得平坦 均衡器均衡器相位频率畸变 13信道中的各种滤波器及可能的加感线圈。信道中的各种滤波器及可能的加感线圈。是指信道的相位是指信道的相位-频率特性偏频率特性偏离线性关系所引起的畸变。离线性关系所引起的畸变。 常采用常采用相位相位-频率特性对频率频率特性对频率的导数的导数)来衡量；若相位来衡量；若相位-频率特性用频率特性用()来表示，则来表示，则群迟延群迟延-频率特性频率特性 dd实际典型的电话信道的群迟延-频率特性14 对理想信道， 呈现性关系，

4、 (为常数)的曲线将是一条水平直线，如图4-5。实际典型的电话信道的群迟延群迟延- -频率特性频率特性如图4-6。 图图4-5 理想的相位理想的相位频率特性频率特性及群延迟及群延迟频率特性频率特性 =K 0 K0 0.8 1.6 2.4 3.20.20.40.60.81.0ms频率频率(kHz)图图4-6 群延迟群延迟频率特性频率特性畸变实例15 非单一频率的信号通过该信道时，引起信号的畸变,如图4-7。（动画演示） 群迟延畸变和幅频畸变一样，是。因此，也可采取均衡措施进行补偿。 4.4 随参信道特性及其对信号传输的影响 16随参信道及其主要特性随参信道及其主要特性 在此以在此以（10m10m

5、100m100m的无线电波）的无线电波）为例对随参为例对随参进行简单介绍，其传输路径如图。进行简单介绍，其传输路径如图。 17随参信道主要具有： 18随参信道主要具有随参信道主要具有： 多径传播后的接收信号将是 对信号的衰耗随时间而变化；对信号的衰耗随时间而变化； 传输的传输的时延随时间而变化时延随时间而变化； 多径传播。多径传播。引起多径传播的主要原因19引起多径传播的主要原因：引起多径传播的主要原因： 多径传输的影响20多径传输的影响多径传输的影响(主要从多径时延差的影响进行研究主要从多径时延差的影响进行研究)n 两径传输模型两径传输模型（设衰减相同）（设衰减相同） 21 常把多径传输对信

6、号传输的影响称为常把多径传输对信号传输的影响称为和和。 一般衰落及频率弥散 tf输输入入of fF输输入入f tfo输出输出 fFo输输出出22 当当0时，输出信号时，输出信号 包络和相位是缓慢变化包络和相位是缓慢变化的，可视为一个窄带过程：的，可视为一个窄带过程： tr tttVtri 0cos 频率选择性衰落 23为： jtjeeVH100为 2cos20 VH幅频特性曲线 F 0000tjtjeFVeFV24如图2n 1n2 相关带宽 25mf1为了不引起选择性衰落，传输信号的频带必须为了不引起选择性衰落，传输信号的频带必须小于多径传播媒质的相关频带小于多径传播媒质的相关频带 。 随参信

7、道特性的改善分集接收 26随参信道特性的改善随参信道特性的改善分集接收分集接收 n 分集接收的原理分集接收的原理 分集接收的分集接收的：分散得到几个：分散得到几个统计独立统计独立的合成信号并集中这些信号，那么经适当的合并后的合成信号并集中这些信号，那么经适当的合并后构成总的接收信号，就能使系统的性能大为改善。构成总的接收信号，就能使系统的性能大为改善。分集的分类分集的分类 27n 分集接收的种类分集接收的种类 n 集中方法 28n 合并方法合并方法 从几个分散信号中选择其中信噪比最好的一个作为接收信号； 将几个分散的信号以相同增益进行直接相加，相加后的信号作为接收信号；使各支路增益分别与其信噪

8、比成正比，然后再相加获得接收信号。 图中K为分集重数，r为合并后输出信噪比的平均值。29 调制信道对信号传输的影响，包括乘性干扰调制信道对信号传输的影响，包括乘性干扰k(t)和加性干扰和加性干扰n(t)。 tntetkteio 加性干扰加性干扰n(t)n(t)也称加性噪声，简称也称加性噪声，简称。 30 加性噪声来源与分类加性噪声来源与分类 n 来源来源 人为噪声人为噪声：来源于其它无关的信号源，如外台信来源于其它无关的信号源，如外台信号、开关接触噪声、工业的点火辐射、荧光灯干扰等；号、开关接触噪声、工业的点火辐射、荧光灯干扰等；自然噪声自然噪声：自然界存在的各种电磁波源，如闪电、自然界存在的

9、各种电磁波源，如闪电、大气中的电暴、银河系噪声及其它各种宇宙噪声等；大气中的电暴、银河系噪声及其它各种宇宙噪声等； 内部噪声内部噪声：系统设备本身产生的各种噪声，如导系统设备本身产生的各种噪声，如导体中自由电子的热运动（热噪声）、电源哼声等。体中自由电子的热运动（热噪声）、电源哼声等。31n 根据特征分为根据特征分为单频噪声单频噪声：占有频率很窄的连续波噪声；占有频率很窄的连续波噪声；特点特点：可视为一个已调正弦波，其幅度、频率或可视为一个已调正弦波，其幅度、频率或者相位是事先不能预测的。但这种噪声占有极窄的频者相位是事先不能预测的。但这种噪声占有极窄的频带，在频率轴上的位置可以测量进而防止，

10、因此并不带，在频率轴上的位置可以测量进而防止，因此并不是所有的通信系统中都存在。是所有的通信系统中都存在。如外台信号等。如外台信号等。 单频噪声单频噪声, ,脉冲噪声，脉冲噪声， 脉冲噪声32 脉冲噪声脉冲噪声 ：时间上无规则地突发的短促噪声；时间上无规则地突发的短促噪声；特点特点：突发的脉冲幅度大，但持续时间短，相突发的脉冲幅度大，但持续时间短，相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。有较宽的邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。有较宽的频谱，但随频率升高能量降低。频谱，但随频率升高能量降低。如工业上的点火辐射，闪电即偶然的碰撞和电气如工业上的点火辐射，闪电即偶然的碰撞和电气开关通断产生的噪声等

11、。开关通断产生的噪声等。 33 ：以热噪声、散弹噪声和宇宙以热噪声、散弹噪声和宇宙 噪声为代表的噪声噪声为代表的噪声 ； 特点特点：无论在时域还是频域内它们都是普无论在时域还是频域内它们都是普遍存在和不可避免的；是影响通信质量的主要遍存在和不可避免的；是影响通信质量的主要因素之一，是研究噪声的主要对象。因素之一，是研究噪声的主要对象。 起伏噪声组成34n 热噪声热噪声 电电。n 散弹噪声散弹噪声 。 n 宇宙噪声宇宙噪声 。 起伏噪声特点 35，且在相当宽的频谱内具有平坦的功，且在相当宽的频谱内具有平坦的功率谱密度；率谱密度；对于带宽为对于带宽为Bn的窄带高斯噪声，的窄带高斯噪声，它的功率谱它

12、的功率谱密度密度 Pn( )在带宽在带宽Bn内是平坦的。内是平坦的。 4.7 信道容量36：信道能够传输的最大平均信息速率，信道能够传输的最大平均信息速率， 即信道的极限传输能力。即信道的极限传输能力。从信息论的观点来看，各种信道可以概括为两大类：从信息论的观点来看，各种信道可以概括为两大类： 输入和输出的信号都是取离散的时间函数；输入和输出的信号都是取离散的时间函数；即广义信道中的编码信道；（即广义信道中的编码信道；（） 离散信道的信道容量 37 离散信道模型离散信道模型 (a)是无噪声信道，是无噪声信道， （b）是有噪声信道。）是有噪声信道。 P(xi)发送符号发送符号xi的概率，的概率，

13、P(yj)收到符号收到符号yj的概率，的概率， P(yj/xi)发送为发送为xi而收到而收到yi的转移概率。的转移概率。 n 平均互信息量I(X,Y) 38 平均互信息量平均互信息量I(X,Y)I(X,Y) 在有噪声信道中，发送符号为在有噪声信道中，发送符号为 而收到符号为而收到符号为 时所时所获得的信息量，即互信息量获得的信息量，即互信息量 。 它等于发送符号的信息量减去收到符号它等于发送符号的信息量减去收到符号y yi i后对后对x xi i的的不不确定程度确定程度： ixjyjiyxI, ii2i2jiyxPlogxPlogy,xI 式中，式中， 收到收到 而发送为而发送为 的条件概率。

14、的条件概率。 jiyxPixjy39 对所有发送为对所有发送为 而收到为而收到为 的互信息量取统计平均，的互信息量取统计平均，则得到从则得到从Y中获得的关于中获得的关于X的平均信息量即的平均信息量即:ixjy yxHxHyxPyxPyPxPxPYXInijijimjjinii 12121loglog， 式中，式中，H(x)表示发送的每个符号的平均信息量；表示发送的每个符号的平均信息量； H(x/y)表示发送符号在有噪声的信道中传输平均丢失表示发送符号在有噪声的信道中传输平均丢失的信息量。的信息量。信息传输速率R40 信道在单位时间内所传输的平均信息量称为R，可表示为，可表示为 yxHxHryx

15、HxHRtt 式中，r为单位时间内传送的符号数。 显然，在无噪声时 R=rH(x)；如果噪声很大时，H(x/y)H(x)，则信道传输信息的速率为R0。 信道容量41 信息传输速率与单位时间传送的符号数目r、信息源概率分布及信道干扰的概率分布有关。 对于一切可能的信息源概率分布来说，信道传对于一切可能的信息源概率分布来说，信道传输信息速率输信息速率R的最大值称为信道容量。的最大值称为信道容量。 rH(x/y)-H(x)maxRmaxCxPxP 连续信道的信道容量 42假设输入信道的加性高斯白噪声单边功率谱密度为假设输入信道的加性高斯白噪声单边功率谱密度为n0，功率为，功率为N(W)，信道的带宽为，信道的带宽为B(Hz)，信号功率为，信号功率为S(W)，则可以证明该连续信道的信道容量为，则可以证明该连续信道的信道容量为 s/bitBnS1logBNS1logBC022 上式就是信息论中具有重要意义的上式就是信息论中具有重要意义的 香农（香农（shannon）公式）公式 重要意义： 43香农公式表明了同时，该式还是扩展频谱技术的理论基础。 连续信道的信道容