通信原理第3章PPT学习教案

1、会计学1通信原理第通信原理第3章章2第第3 3章章 信信 道道NoImage信道信道-以传输媒质为基础的信号传输通道以传输媒质为基础的信号传输通道。信道的作用是传输信号。信道的作用是传输信号。狭义信道狭义信道广义信道广义信道有线信道有线信道无线信道无线信道调制信调制信道道编码信编码信道道恒参信道恒参信道随参信道随参信道信道信道狭义信道：仅指各种物理传输媒质狭义信道：仅指各种物理传输媒质广义信道：传输媒质广义信道：传输媒质 + + 有关的变换装置有关的变换装置第1页/共53页3地地 面面对流层对流层平流层平流层电离层电离层10 km60 km0 km第2页/共53页4第3页/共53页5传 播 路

2、传 播 路径径地地 面面图图3-1 地波传播地波传播地地 面面信 号 传 播 路信 号 传 播 路径径图图 3-2 天波传播天波传播第4页/共53页6ddh接 收 天接 收 天线线发 射 天发 射 天线线传 播 途传 播 途径径D地面地面rr图图 3-3 视线传播视线传播图图3-4 无线电中继无线电中继22850DDhr m2225050m85050DDhr 第5页/共53页7频率频率(GHz)(a) 氧气和水蒸气（浓度氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减）的衰减频率频率(GHz)(b) 降雨的衰减降雨的衰减衰减衰减(dB/km)衰减衰减 (dB/km)水蒸气水蒸气氧氧气气降雨率降雨率图

3、图3-6 大气衰减大气衰减第6页/共53页8图图3-7 对流层散射通信对流层散射通信地球有效散射区域第7页/共53页9图图3-8 流星余迹散射通信流星余迹散射通信流星余迹第8页/共53页10图图3-9 双绞线双绞线导体导体绝缘层绝缘层导体导体金属编织网金属编织网保护层保护层实心介质实心介质图图3-10 同轴线同轴线第9页/共53页11折射率n1n2折射率n1n27 10125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤单模阶跃折射率光纤图图3-11 光纤结构示意图光纤结构示意图(a)(b)(c)第10页/共53页120.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波长（光波波长（ m）1 . 5 5 m

4、1 . 3 1 m图图3-12光纤损耗与波长的关系光纤损耗与波长的关系第11页/共53页13编码信道编码信道调制信道调制信道第12页/共53页14f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)图图3-13 调制信道数学模型调制信道数学模型( )( )( )oietf etn t ( )ie t( )oe t( )n t( )( )( )iif etk t et ( )( )( )( )oietk t etn t 第13页/共53页15( )( ) ( )( )oie tk t e tn t第14页/共53页16P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0 / 0)P(1 / 1)图图3-14 二

5、进制编码信道模型二进制编码信道模型发送端发送端接收端接收端信道输出总的错误概率为信道输出总的错误概率为Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1) 第15页/共53页1701233210接收端发送端图图3-15 四进制编码信道模型四进制编码信道模型第16页/共53页18)(| )(|)( jeHH dd)()( 相频特性常用相频特性常用群时延群时延特性特性( () )来表示。来表示。第17页/共53页19u无失真传输（理想恒参信道）的条件：无失真传输（理想恒参信道）的条件：图图3-16 理想的幅频特性、相频特性、群时延频率特性理想的幅频特性、相频特性、群时延频率特性第18页/共53页20频

6、率(kHz)（ms）群延迟(b) 群延迟频率特性群延迟频率特性(a) 插入损耗频率特性插入损耗频率特性图图3-17 典型电话信道特性典型电话信道特性 第19页/共53页21非线性关系非线性关系直线关系直线关系图图3-18 非线性特性非线性特性输入电压输入电压输出电压输出电压第20页/共53页22【例例3-1 】设某恒参信道的传输特性为设某恒参信道的传输特性为dtjeTH cos1)(0其中，其中，t td d为常数。讨论该信道对信号传输的影响。为常数。讨论该信道对信号传输的影响。讨论讨论: : 因为该信道的幅频特性不为常数因为该信道的幅频特性不为常数, ,所以输出信号存所以输出信号存在幅频失真

7、在幅频失真, ,而相频特性是频率的线性函数而相频特性是频率的线性函数, ,所以输出信所以输出信号不存在相频失真号不存在相频失真. .第21页/共53页23第22页/共53页24都是随机变化的。都是随机变化的。0cosAt 0011( )( )cos( )( )cos( )nniiiiiiR ttttttt( )it ( )it 0( )( )iitt ( ),( ),( )iiittt 第23页/共53页25接收信号接收信号的相位的相位0011( )( )cos( )( )cos( )nniiiiiiR ttttttt 缓慢随机变化振幅缓慢随机变化振幅0011( )( )cos( )cos(

8、)sin( )sinnniiiiiiR ttttttt csR tXttXttVttt 000( )( )cos( )sin( )cos( )22( )( )( )csV tXtXt 1( )( )tan( )scX ttXt 第24页/共53页26变成窄带频谱。变成窄带频谱。(a)（波形）（波形）图图3-19 衰落信号的波形与频谱示意图衰落信号的波形与频谱示意图第25页/共53页27( )()f tF AA时延时延 0时延时延 0+R(t)=Af (t - 0 ) +Af (t- 0-) f(t)第26页/共53页28复因子，其模为复因子，其模为( )()f tF 00()( )jAf tA

9、Fe 0()0()( )jAf tAFe 000()()( )(1)jjAf tAf tAFee 00( )(1)( )(1)( )jjjjAFeeHAeeF 0je (1)je 2211cossin(1cos)sin2 cos2jej 第27页/共53页29落和频率有关，故常称其为落和频率有关，故常称其为频率选择频率选择性衰落性衰落。图图3-20 多径效应多径效应2211cossin(1cos)sin2 cos2jej 第28页/共53页30相关带宽相关带宽表示信道传输特性表示信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔相邻两个零点之间的频率间隔。如果。如果信号的带宽比相关带宽宽，则将产生明显的频

10、率选择性衰落，信信号的带宽比相关带宽宽，则将产生明显的频率选择性衰落，信号频谱中的不同频率分量的幅度会出现强烈的差异。为了减小频号频谱中的不同频率分量的幅度会出现强烈的差异。为了减小频率选择性衰落，就应使信号的带宽小于相关带宽。率选择性衰落，就应使信号的带宽小于相关带宽。mf 1 第29页/共53页31多径效应的影响：多径效应的影响： 多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减小码间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。因为，若码元速率降低，则信号带宽也将随之减小，多径效应的影响也随之减轻。多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减小码间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。因为，若码元速率降低，

11、则信号带宽也将随之减小，多径效应的影响也随之减轻。 常用的抗快衰落的措施是分集接收（分散接收，集中处理）、扩频技术和常用的抗快衰落的措施是分集接收（分散接收，集中处理）、扩频技术和OFDM技术等。技术等。工程上的经验公式为：工程上的经验公式为：11()35sBf数字信号的码元宽度应满足：数字信号的码元宽度应满足：(3 5)smT 第30页/共53页32第31页/共53页33第32页/共53页34n性质：性质：高斯白噪声高斯白噪声)V(4kTRBV 第33页/共53页35时，主要是考虑时，主要是考虑起伏噪声（起伏噪声（高斯白高斯白噪声噪声），特别是，特别是热噪声热噪声的影响。的影响。第34页/共

12、53页36()nnPPfdf 第35页/共53页37图图3-21 噪声功率谱特性噪声功率谱特性 Pn(f)000()()2()()nnnnnPf dfPf dfBPfPf Pn (f0)接收滤波器特性噪声等效带宽第36页/共53页38第37页/共53页39x1x2x3y3y2y1接收端接收端发送端发送端xn。ym图图3-22 信道模型信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym/xn)P(yj)第38页/共53页4022111()log() ()(/)log(/)( / )nmniijijijijiP xP xP yP xyPH x yxyH x 第39页/共53页4122111

13、()log() ()(/)log(/)( )( / )nmniijijijijiP xP xP yP xyP xyH xH x y 21( )()log()niiiH xP xP x 211( / )()(/)log(/)mnjijijjiH x yP yP xyP xy 第40页/共53页4222( )log(1)log (1)H 图图3-23 二进制信源的熵二进制信源的熵H()第41页/共53页43x1x2x3y3y2y1接收端接收端发送端发送端。yn图图3-24 无噪声信道模型无噪声信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第42页/共53页44()max( )(/

14、)P xCH xH xy ()max ( )(/)tP xCr H xH xy 第43页/共53页450011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) = 1/128P(0/1) = 1/128发送端发送端图图3-25 对称信道模型对称信道模型接收端接收端第44页/共53页46以改写为以改写为22211111( )()log()loglog12222niiiH xP xP x 2111112112122121221222222(/)()(/)log(/)()(/)log(/)(/)log(/)()(/)log(/)(/)log(/) mnjijijjiH x

15、yP yP xyP xyP yP xyP xyP xyP xyP yP xyP xyP xyP xy 第45页/共53页47t 112112122122( / )(/)log(/)(/)log(/)(127/128)log (127/128)(1/128)log (1/128)(127/128) 0.01 (1/128) ( 7)0.01 0.0550.045H x yP xyP xyP xyP xy ()max( )(/)0.955P xCH xH x y ( )max ( )( / )1000 0.955955( / )tP xCr H xH x yb s 第46页/共53页48关。关。n

16、提高信噪比提高信噪比S/N，可增大信道容量，可增大信道容量Ct。若若S或或 n00,时，时，C 。2log1( / )tSCBb sN 20log1( / )tSCBb sn B -香农公式香农公式第47页/共53页4920log1( / )tSCBb sn B 1/022000log1log1xtBnSSSCxnSn Bn 1/0lim(1)xxxe 1/220000limlimlog (1)log1.44xtBxSSSCxennn 第48页/共53页501/220000limlimlog (1)log1.44xtBxSSSCxennn 图图3-26 信道容量和带宽关系信道容量和带宽关系S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)第49页/共53页51u当给定当给定B、S/N时，信道的极限传输能力时，信道的极限传输能力C（信道容量（信道容量）即确定。如果信源的信息速率）即确定。如果信源