《信道》教学课件

《信道》知识点1：视线传播在无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。根据通信距离、频率和位置的不同，电磁波的传播主要分为地波、天波（或称电离层反射波）和视线传播三种。视线传播为了能增大其在地面上的传播距离，最简单的办法就是提升天线的高度从而增加视线距离。由于地球的半径𝑟等于6370km，可以计算出天线高度和传播距离的关系。设收发天线的高度相等，均等于

ℎ，并且ℎ是使此两天线间保持视线的最低高度，则由图可见下列公式成立：𝑑2

+

𝑟2

=

(ℎ

+𝑟)2或𝑑

= ℎ2

+

2𝑟ℎ设𝐷为两天线间的距离，则有𝐷2

=

(2𝑑)2≈

8𝑟ℎ知识点1：视线传播将𝑟的数值代入上式后，得ℎ

=≈𝐷2

𝐷28𝑟

50𝑚式中，𝐷为收发天线间距离（km）。【例题2-1】设一条无线链路采用视线传播方式通信，其收发天线的架设高度都等于40m，若不考虑大气折射率的影响，试求其最远通信距离。解：由上式可得𝐷2

≈

50ℎ

=

50

×

40

=

2000(𝑘𝑚)故收发天线间距离（最远通信距离）为𝐷

≈

44.7(𝑘𝑚)知识点2：自由空间传播模型无论是地波、天波还是视线传播，随着传播距离的增大，电磁波不断扩散，其强度必然逐渐衰弱。当只需要考虑信号随着传输距离增大发生的衰减时，则利用自由空间传播模型研究传播距离对接收信号功率的影响。自由空间传播模型是一种假设模型，假设电波在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，不发生反射、绕射、散射和吸收现象，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗。在自由空间中设发射机发射功率为𝑃𝑇，这一发射功率在接收天线上产生的接收功率为𝑃𝑅，则有𝑃𝑅

=

𝑃𝑇𝜆4𝜋𝑑2𝐺𝑇𝐺𝑅若将发射机输出功率与接收机输入功率之比定义为传播损耗，即𝑓𝑟𝐿

=𝑃=𝑃𝑇

16𝜋2𝑑22𝜆

𝐺

𝐺𝑅

𝑇

𝑅式中，𝐿𝑓𝑟指自由空间传播损耗，𝐺𝑇

指发射天线增益，𝐺𝑅

指接收天线增益，𝑑指传播距离(𝑚)，𝜆指波长(𝑚)。例题2-2【例题2-2】设发射功率𝑃𝑇

=10𝑊

，发射天线增益𝐺𝑇

=100，接收天线增益𝐺𝑅

=10，传播距离等于

50𝑘𝑚，电磁波频率为800𝑀𝐻𝑧，试求接收功率和传播损耗。解：此时电磁波的波长为𝜆

=

=𝑐

300𝑓

800=

0.375𝑚根据𝑃𝑅

=𝑃𝑇𝜆4𝜋𝑑2𝑇

𝑅𝐺

𝐺

可得𝑃𝑅

=𝜆2𝑃𝑇𝐺𝑇𝐺𝑅16𝜋2𝑑2=(0.375)2×10

×

100

×

1016𝜋2

×

(50

×

1000)2=

3.56×10−9𝑊传播损耗为𝐿𝑓𝑟

=16𝜋2𝑑2𝜆2𝐺𝑇𝐺𝑅=16𝜋2

×

(50

×

1000)2(0.375)2×

100

×

10≈

28

×

108

≈

94.5𝑑𝐵知识点3：信道模型信道模型可用来描述物理信道的特性及其对信号传输带来的影响。1.调制信道模型调制信道的一般模型如图（a）所示。图中，𝑘(𝑡)表示信道的传输特性。对于信号来说，𝑘(𝑡)可看成是乘性干扰；𝑛(𝑡)是信道噪声，它独立于信号而始终存在，因而可视为加性干扰。可见，调制信道对信号的影响程度取决于𝑘(𝑡)与𝑛(𝑡)的特性。不同的物理信道具有不同的传输特性𝑘(𝑡)。根据𝑘(𝑡)随时间变化的快慢，可将信道分为随参信道和恒参信道。当𝑘(𝑡)为常数（通常可取1），可简化为如图（b）所示。知识点3：信道模型2.编码信道模型编码后的信号是数字序列，我们关心的是数字信号经信道传输后的差错情况，即误码概率，因此编码信道的模型常用转移概率来描述。下图展示了二进制无记忆编码信道的模型。其中，𝑃(0/0)和𝑃(1/1)为正确转移概率，𝑃(1/0)和𝑃(0/1)为错误转移概率，且有：𝑃(0/0)

=

1

−

𝑃(1/0)𝑃(1/1)

=

1

−

𝑃(0/1)𝑃𝑒

=

𝑃

0

(1/0)

+

𝑃(1)(0/1)知识点8：恒参信道传输特性的衡量指标、无失真传输要求知识点9：理想恒参信道的冲激响应与输出、两种失真例题2-8例题2-8知识点10：噪声、噪声的分类知识点11：热噪声知识点12：信道容量、香农公式知识点13：对香农公式的讨论例题2-