通信原理第4章信道学习教案

1、会计学1通信原理通信原理(yunl)第第4章信道章信道第一页，共49页。2n天波传播n视线传播第2页/共49页第二页，共49页。3传 播 路径地 面图4-1 地波传播地 面信号传播路径图 4-2 天波传播第3页/共49页第三页，共49页。4n中继通信：n卫星通信：静止卫星、移动卫星n平流层通信：ddh接 收 天线发 射 天线传 播 途径D地面rr图 4-3 视线传播图4-4 无线电中继50822DrDhmm505050508222DrDh第4页/共49页第四页，共49页。5图4-7 对流层散射通信地球有效散射区域第5页/共49页第五页，共49页。6图4-8 流星余迹散射通信流星余迹第6页/共4

2、9页第六页，共49页。7第7页/共49页第七页，共49页。8图4-9 双绞线导体绝缘层导体金属编织网保护层实心介质图4-10 同轴线第8页/共49页第八页，共49页。9折射率n1n2折射率n1n27101 25折射率n1n2单模阶跃折射单模阶跃折射率光纤率光纤图4-11 光纤结构示意图(a)(b)(c)第9页/共49页第九页，共49页。100.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波长（m）1 . 5 5 m1 . 3 1 m图4-12光纤损耗与波长的关系第10页/共49页第十页，共49页。11编码信道调制信道第11页/共49页第十一页，共49页。12nn这时上式变为：n 信道数学模型

3、(mxng)f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)图4-13 调制信道数学模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第12页/共49页第十二页，共49页。13)()()()(tntetkteio第13页/共49页第十三页，共49页。14nP(1/ 0)和P(0 / 1) 错误转移概率nP(0 / 0) = 1 P(1 / 0)nP(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0 / 0)P(1 / 1)图4-13 二进制编码信道模型发送端接收端第14页/共49页第十

4、四页，共49页。1501233210接收端发送端第15页/共49页第十五页，共49页。16n左图为典型电话信道特性nn用插入损耗便于(biny)测量(a) 插入损耗频率特性第16页/共49页第十六页，共49页。17频率(kHz)（ms）群延迟(b) 群延迟频率特性dd)(0相位频率特性第17页/共49页第十七页，共49页。18n是非线性的。n其他失真：n频率(pnl)偏移、相位抖动非线性关系直线关系图4-16 非线性特性输入电压输出电压第18页/共49页第十八页，共49页。19即存在多径传播现象。n下面重点分析多径效应第19页/共49页第十九页，共49页。20n上式中的n都是随机变化的。tA0

5、cosniniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()()(ti)(ti)()(0ttii)(),(),(tttiii第20页/共49页第二十页，共49页。21络接收信号的相位niniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()(缓慢随机(su j)变化振幅缓慢随机变化振幅niniiiiitttttttR1100sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc)()()(22tXtXtVsc)()(tan)(1tXtXtcs第21页/共49页第二十一页，共49页。22另外一种衰落：慢衰落

6、 由传播条件引起的。第22页/共49页第二十二页，共49页。23n设f (t)的傅里叶变换（即其频谱）为F()：n)()(Ftf第23页/共49页第二十三页，共49页。24 和信号频率有关的复因子，其模为)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeAFtAf)1 ()()()(000jjeeAFtAftAf)1 ()()1 ()()(00jjjjeAeFeeAFH0je)1 (je2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第24页/共49页第二十四页，共49页。25性衰落。图4-18 多径效应2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第25页/共49

7、页第二十五页，共49页。26图4-18 多径效应第26页/共49页第二十六页，共49页。27第27页/共49页第二十七页，共49页。28第28页/共49页第二十八页，共49页。29nnR 阻值（）；nB 带宽（Hz）。n性质：高斯白噪声)V(4kTRBV 第29页/共49页第二十九页，共49页。30n(zoshng)(zoshng)、电子管内产生的散弹噪声(zoshng)和宇宙噪声(zoshng)等。n讨论噪声(zoshng)对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声(zoshng)，特别是热噪声(zoshng)的影响。第30页/共49页第三十页，共49页。31dffPPnn)(第31页/共49

8、页第三十一页，共49页。32n在后面讨论通信系统的性能时，n可以认为窄带噪声的功率谱密度在带宽Bn内是恒定的。图4-19 噪声功率谱特性 Pn(f)()()(2)(000fPdffPfPdffPBnnnnnPn (f0)接收(jishu)滤波器特性噪声等效带宽第32页/共49页第三十二页，共49页。33输的平均信息量最大值n两者之间可以互换第33页/共49页第三十三页，共49页。34x1x2x3y3y2y1接收端发送端xn。ym图4-20 信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym/xn)P(yj)第34页/共49页第三十四页，共49页。35nimjnijijijiiyxHxH

9、yxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(第35页/共49页第三十五页，共49页。36nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(niiixPxPxH12)(log)()(mjnijijijyxPyxPyPyxH112)/(log)/()()/(第36页/共49页第三十六页，共49页。37)1 (log)1 (log)(22H图4-21 二进制信源的熵H()第37页/共49页第三十七页，共49页。38息量为H(x)H(x/y)。这再次说明H(x/y)即为因噪声而损失的平均信息量。x1x

10、2x3y3y2y1接收端发送端。yn图4-22 无噪声信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第38页/共49页第三十八页，共49页。39n r 符号数)/()(max)(yxHxHCxP)/()(max)(yxHxHrCxPt第39页/共49页第三十九页，共49页。400011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) = 1/128P(0/1) = 1/128发送端图4-23 对称信道模型接收端第40页/共49页第四十页，共49页。41121log2121log21)(log)()(1222niiixPxPxH)/(log)/()/

11、(log)/()()/(log)/()/(log)/()()/(log)/()()/(2222221221212212112111112yxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyPyxHmjnijijij第41页/共49页第四十一页，共49页。42信道容量Ct等于：045. 0055. 001. 0)7()128/1 (01. 0)128/127()128/1 (log)128/1 ()128/127(log)128/127()/(log)/()/(log)/()/(221221211211yxPyxPyxPyxPyxH符号）（比特 /955. 0)/()(max)

12、(yxHxHCxP)/(955955. 01000)/()(max)(sbyxHxHrCxPt第42页/共49页第四十二页，共49页。43n由上式可见，连续信道(xn do)的容量Ct和信道(xn do)带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。)/(1log2sbNSBCt)/(1log02sbBnSBCt第43页/共49页第四十三页，共49页。44)/(1log02sbBnSBCtxtxnSBnSSBnnSC/12002001log1log1)1ln(lim/10 xxxaealnloglog22020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB第44页/共49页第四十四页，共49页。45020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB图4-24 信道容量和带宽关系S/n0S/n0BCt1.44(S/n