第二章 信道和噪声.ppt

1、第一、二章信道和噪声、2.1信道定义和数学模型2.2项三信道特性及其对信号传输的影响2.3相关信道特性和对信号传输的影响2.4信道的加性噪声2.5随机信号分析2.6随机过程是线性系统2.7信道容量和香农公式，第二，本章的教学目的：了解各种实际信道、信道的数学模型和信道，说明信道是通信系统不可缺少的组成部分。配置与发送和接收设备一起的通信系统。没有频道就不能通信。频道的好坏直接影响通信质量。因此，有必要研究频道，根据频道的特性正确选择频道，合理设计收发设备，以优化通信系统。3，2.1信道的定义和数学模型，信道的定义：特别是有线或无线线路提供的信号路径抽象，信道是通过信号限制和破坏信号的指定频带。

2、通道分类：窄通道(传输介质)；广义信道(调制信道和编码信道；扩展范围的通道。不仅包括传输介质，还包括通信系统中的一些转换设备。主要讨论)，4，窄通道是在传输设备和接收设备之间传输信号的传输介质(介质、介质)。窄通道直观，并习惯于根据传输介质是否为导线分为有线通道和无线通道两类。广义通道：通常可以分为两种，调制通道和编码通道。总结了传输介质和各种信号形式的转换、耦合等设备，信号通过的所有通道统称为光义通道。2.1信道的定义和数学模型，5，例如窄信道、有线信道双线双线对称电缆同轴电缆光纤波、无线信道超短波和微波中继卫星通信光波视距传播中，长波表面波对短波电离层反射超短波和微波散射对流层超短波超短波

3、超短波超短波超视距迂回、6，调制信道模型调制信道对信号的影响是由信道的特性和外部干扰引起的，两对也就是说，只需要关注调制通道输出信号和输入信号之间的关系。调制通道模型，7，调制通道模型，对于两对通道模型，输出和输入之间的关系可以表示为：上述简化可以概括为两种信道对信号的影响。一个是乘法干涉k(t)，另一个是加法干涉n(t)。通道模型中的k(t)和n(t)是具有不同属性的通道。根据通道中k(t)的特性，可以将通道分为常数和变量通道。8，调制道具的特性：(1)一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端；(2)在输入信号的动态范围内，信道是线性的。也就是说，满足重叠性和均匀性。(3)具有信号在信道上

4、传输时衰减、延迟和随频率变化的振幅频率特性和相位频率特性。(4)即使通道输入端没有信号输入，输出端也有一定的功率输出。这是因为通道中有各种噪音。9，编码信道对信号的影响是数字序列的转换，因此编码信道可以用数字的传输概率来描述。输入和输出是数字信号，因此是数字通道或离散通道。比起信号失真，我更关心比特错误率，但是代码代码是由调制信道引起的，输入和输出数字序列之间的关系可以用一组传输概率来表示。如果输入序列数等于输出序列数，则称为对称通道。如果每个输出符号仅从属于目前输入符号，与前后其他输入符号无关，则此通道也称为无记忆体通道。内存通道连接在代码元素出错前后。编码通道的数学模型，10，离散无内存通

5、道的传输概率，通常有传输符号集X=xi，I=1，2，L，L-符号。允许的符号集Y=yj，j=1，2，m，m，m符号。离散无机亿通道的传输概率用以下矩阵表示：在模型中称为通道传输概率。例如，其含义是“通过通道传输并将X移动到Y的概率”。11，二进制无内存编码通道。其中P(0/0)、p(1/1)是正确的传输概率，而p(1/0)、p(0/1)是错误传输概率。P(1/0)也称为虚概率，p(0/1)也称为虚概率。概率的特性包括：p(0/0)=1-p(1/0) p(1/1)=1-p(0/1)，过渡概率矩阵：p(0/0)是有线信道是典型的恒定信道，无线信道中的长波通信、超短波和微波视距通信等基本上也属于恒定

6、信道。例如，2.2项三通道及其对信号传输的影响，16、有线通道、明锐线是指平行且徐璐绝缘的架空裸线。传输损耗低，但受气候和天气的影响，具有对外部噪音干扰敏感的优点。17，有线频道，双绞线双线双线双线双线双线双线双线由两个徐璐绝缘的张东荪组成，这两条线根据规则螺线管绞在一起。每对线用作一个通信链接。一般来说，很多这样的线被捆绑在一起，用坚固的、保护性的保护性罩用电缆包裹起来。双绞线是为了缓解同一电缆内相邻线对之间的串线，相邻线对通常徐璐具有不同的串线长度。18，有线信道，对称电缆对称电缆是在同一保护罩内徐璐绝缘的双导体多的传输介质。线材材料是直径为0.41.4mm的铝或铜。为了减少每对线之间的相

7、互干扰，每对线扭成绞线。由于这种结构特性，电缆的传输损耗比明线大得多，但传输特性相对稳定。由于这种结构特性，电缆的传输损耗比较大，但传输特性比较稳定，价格便宜，安装容易。对称电缆主要用于本地电话中继线路和用户线路。19，对称电缆，20，电缆通道，同轴电缆同轴电缆由同轴的两个导体组成，外部导体为圆柱形公馆(在可弯曲的同轴电缆中可以用金属线编织)，内部导体为金属线(芯线)。它们之间填充着绝缘介质，可以是塑料，也可以是空气。在空气绝缘的情况下，内部导体依靠有一定间隔的绝缘器定位。有线电视网络大量采用这种结构的同轴电缆。21，有线信道，光纤纤维是以细长(2125m)灵活性传送光的介质。有多种玻璃和塑料

8、可用于制造光纤，使用超纯度硅树脂的光纤可以获得最小的损耗。光纤的外形是圆柱，由三个同轴部分组成：芯、盖和保护膜。22，无线信道，微波中继信道：微波频率范围通常以数百兆赫到数十千兆赫，在自由空间中沿着视距传输为特征。由于地形和天线高度，两点之间的传输距离一般为3050公里，进行远距离通信时需要在中间建立多个中继站，如图所示。微波中继信道具有传输容量大、远距离传输质量稳定、有色金属节约、投资少、裴珉姬管理方便等优点。因此，广泛用于多路复用和电视等传输。，23、无线信道、卫星中继信道卫星中继信道是使用卫星作为中继站的通信信道，卫星中继信道和微波中继信道都是利用微波信号在自由空间中直线传播的特征。微波

9、中继信道由建在地面上的终端和中继站组成。卫星中继信道将卫星中继机配置在中继站和接收、传输地球站之间。卫星在赤道平面上，离地面35780公里高，绕地球一周的时间正好是24小时，与地球自转，这种卫星称为静止卫星。(莎士比亚，停，停，停，停，停，停，停，停，停，停)在静止轨道上不运行的卫星称为移动卫星。24，如果使用无线信道、卫星中继信道、25、静止卫星作为中继站，则可以使用3个120次静止通信卫星复盖地球的大部分地区(两极的盲点除外)。如果采用中低轨道移动卫星，需要多个复盖地球的卫星。所需卫星的数量与卫星轨道高度有关，轨道越低，所需卫星的数量就越多。当前卫星中继通道的主要工作频率包括L波段(1.5

10、/1.6GHz)、C波段(4/6GHz)、Ku波段(12/14GHz)和CA波段(20/30GHz)。卫星中继信道的主要特点是通信容量大，传输质量稳定，传输距离远，复盖面积大。另外，卫星轨道距离地面较远的信号衰减很大，所以无线电波往返需要很长时间。静止卫星的情况是从地球站到通信卫星，返回地球站的往返需要0.26s左右，在传输语音信号的时候可以感受到明显的延迟效果。目前，卫星中继信道主要用于传输多路转换器电话、电视和数据。26，抗三通道对信号传输的影响是固定的，或者变化很慢，因此可以相当于非视觉线性网络(不变线性网络)。网络的传递特性可以表示为：(2.2恒定通道特性及其对信号传输的影响，27，为

11、了防止信号通过线性网络产生波形失真，网络的传输特性必须具有以下两个理想条件：(1)网络的振幅频率特性是不随频率变化的常数。(2)网络的相位频率特性必须是频率和负斜率直线关系。信号无损传输条件、振幅频率特性相位频率特性组延迟特性、28，2.2常数通道特性及其对信号传输的影响、常数通道对信号的影响主要是线性失真振幅频率特性和相位频率特性(1)振幅频率失真，右图显示了典型音频电话通道的相对衰减。发送数字信号将产生相邻数字信号波形，29，常数通道模型，h ()=h () e j () EO (t)=ei (t) h (t) n (t)，2.2常数参考通道对信号传输的影响，通常是线性时间不变系统：30，

12、31，32，33，34，35，36，信号无损传输是理想情况，即振幅有固定衰减，时间有固定延迟。H()，VI (T)，VO (T)=K0VI (T-TD)，2.2第三通道对信号传输的影响，37，2.2第三通道对信号传输的影响，通过线性系统的信号不失真的影响这些振幅频率特性不好，信号通过通道时，H()k(常数)，振幅扭曲，也称为频率扭曲的线性扭曲。常数信道对信号的影响主要包括线性失真幅度和相位频率特性、39，2.2常数信道对信号传输的影响、(2)相位频率失真(组延迟失真)、组延迟频率特性，以说明相位频率特性。理想信道的相位频率特性、信号的不同频率组件在信道传输中具有相同的组延迟，在工程设计中，H(

13、)扭曲范围和()误差范围必须满足要求。使用均衡技术可以减少信号的失真。40，VI(t)=sin t1/2 sin 3 tvo(t)=1/2 sin t1/2 sin 3t，(a)输入信号波形，(b)输出信号波形，仅基准相位，()-td，创建拓扑扭曲。2.2恒定通道对信号传输的影响，42，恒定通道相位频率特性和组延迟频率特性，td()=-d()/d，43，基本相位移动，三次谐波相位移动2的通道产生的失真，VI (T)=(B)恒三频道的主要特点是，能使频道线性地等同于不变的网络。传输技术主要解决了线性失真引起的符号间干扰和通道引入的可加性噪声引起的判断错误。(阿尔伯特爱因斯坦、信道、信道、信道、信

14、道、信道、信道、信道、信道)、2.2恒三信道对信号传输的影响、45、减少失真的措施、减少振幅-频率失真的措施：提高电话信道的过滤性能，或通过线性校正网络展平衰减特性曲线。这后一种措施通常称为“平衡”。减少相位-频率失真的措施：使用相位平衡技术校正组延迟失真。此外，还存在影响信号传输的其他类型的因素。46，2.3参与信道特性及其对信号传输的影响，参与信道的特性随着时间的推移而迅速变化，其特性比常数参考信道复杂得多，对信号的影响更严重。伴随通道都是“无线通道”。短波电离层反射通道和对流层散射通道是两种典型的伴随通道。它们都以时变多径传播引起的选择性衰退为特征，通常被称为衰落信道。两个通道都包含大气

15、层，强烈的大气噪音是他们的共同特征。47，信号在伴随信道中传输的特征，(1)多径传播现象。也就是说，发送器发送的信号可以通过多条路径到达接收点。(2)对于每条路径的信号，相对于发送信号的衰减和延迟往往是不规则的随机变化。2.3真通道特性及其对信号传输的影响，48，(波长10010m，频率330MHz)地面60600公里的大气层称为电离层。根据实际观测，电离层可分为D，E，F1，F2 4层。F2是反射层，高度为250300km，因此一次反射的最大距离约为4000km，通过两次反射可以通信到8000km。短波电离层反射，无线电波在这些电离层传播时，逐渐折射使轨道弯曲，在特定高度发生完全反射。短波电磁波从电离层反射的传播路径如图所示。2.3参考通道特性及其对信号传输的影响、49，2.3参考通道特性及其对信号传输的影响、多路径传播到短波电离层反射通道、多路径传播的主要原因包括：(1)电波通过电离层的一次反射和多次反射。(2)不同反射层的高度不同。(3)电离层不均匀性引起的扩散现象；(4)地球磁场引起的电磁波光束被图像