第4章_信道.ppt

1、第一、第四章信道和噪音的所有通信系统可以主要由发送方、信道和接收方三部分组成。因此，信道是通信系统不可缺少的组成部分，信道特性的好坏直接影响通信系统的整体特性。研究内容：4.1无线信道4.2有线信道4.3信道数学模型4.4信道对信号传输的影响4.5信道的噪声4.6信道容量，信道定义通常是指基于传输介质的信号路径。特别是通道是有线或无线线路提供的信号通道。抽象地说，通道是通过信号的同时对信号进行限制和破坏的指定频带。常用传输介质：(1)架空地线、电缆、光纤(光缆)、波浪传播(2)中的长波指示波传播、短波电离层反射、对流层散射、超短波和微波视距传播(包括卫星中继)、光波视距传播。4.1无线信道无线

2、信道电磁波的频率由天线大小决定，地球大气的结构对流层：地面0 10公里平流层：大约10 60公里电离层：大约60 400公里，电离层对无线电波的影响反射散射大气对无线电波的影响散射吸收，电磁波分类：部族频率2 MHz衍射能力距离：数百或数千米天波频率：数百或数千米视线传播：以频率30 MHz距离3360和天线高度相关(4.1-3)表达式为例，如果需要D=50 km牙齿，则增加表达式(4.1-3)牙齿视线传播距离的其他路径中继通信：卫星通信：静止卫星，移动卫星平流层通信： 流星流星残差散射流星残差特性高度80 120 km，长度15 40 km保持时间：低于1秒到几分钟的频率30 100 MHz

3、距离1000 km以上的特性低速存储，高速突发，非连续传输，4.2电缆通道明线，对称电缆丢失和波长关系损失的最小值：1.31和1.55 m， 特别是通道是有线或无线线路提供的信号通道。抽象地说，通道是通过信号的同时对信号进行限制和破坏的指定频带。常用传输介质：(1)架空地线、电缆、光纤(光缆)、波浪传播(2)中的长波指示波传播、短波电离层反射、对流层散射、超短波和微波视距传播(包括卫星中继)、光波视距传播。通道可以大体划分：窄通道和宽通道。1.窄通道仅指传输介质，包括有线和无线通道。2.大通道不仅可以包括传输介质，还可以包括相关设备(馈线、天线、调制解调器、编码/解码器)。一般分为：调制通道和

4、编码通道。4.3通道的数学模型，4.3.1。调制通道模型调制通道的范围是从调制器输出到调制解调器输入。(1)定义：传输调整后的信号的通道。研究问题：通道输出信号和输入信号之间的关系。(2)通过对调制信道的大量分析研究，发现以下共同性：具有一对(或多对)的输入端、一对(或多对)的输出。大多数通道是线性的。也就是说，满足叠加原理。信号通过通道需要一定的延迟时间。信道到信号损失(固定损失或时变损失)；即使没有信号输入，通道的输出端也可能有一定的功率输出(噪音)牙齿。，(3)模型，对于双向通道模型，输出和输入之间的关系表示，FEI (T)-通过网络传递的信号发生的时变线性变换。N(t)-通道噪声不依赖

5、ei(t)，或N(t)独立于ei(t)，通常将n(t)称为附加干扰(噪音)。结论：牙齿信道对信号的影响可以概括为两种。一个是乘法干涉k(t)(根据网络的性质只能用随机过程表示)，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。根据通道的k(t)特性，通道可能会变为恒定通道： k(t)t不变或变化缓慢。变异通道(伴随通道): k(t)t随机突变。可以写成4.3.2。编码通道模型编码通道配置从：编码器输出到解码器输入，所有转换器和传输介质与完成数字序列转换的框相同。特征：输入、输出都是数字序列。研究问题：是否有错误；可能出错的大小模型角色说明：可以用数字信号的传输概率

6、来说明。说明：P(0/0)、P(1/0)、P(1/1)、P(0/1)称为通道传输概率。意思：P(1/0)是“通过通道传输0到1的概率”。传输概率：由编码通道的特性确定。通过对编码通道的大量统计分析可以得到。正确的传输概率：P(0/0)、P(1/1)错误传输概率：P(1/0)、P(0/1)和编码通道分类：无内存编码通道(有内存编码通道)、多编码通道模型，4.4通道对传输信号的影响，4.4.1。常数参考信道对传输信号的影响常数参考信道特征：k(t)t不变或慢。对信号传输的影响是固定的，或者变化很慢。抗三通道定义：由上空明线、电缆、中波地面波传播、超短波和视距波传播、人造卫星中继、光纤、宽线传播等媒

7、体组成的通道。常数通道模型：可以与线性时间不变网络相同。网络的传输特性：审查：无信号损失的传输条件为了避免通过线性网络产生任何信号波形失真，网络的传输特性必须具有以下两个茄子理想条件：(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。(3)网络的相位-频率特性通常通过组延迟-频率特性来测量。组延迟-频率特性是相位-频率特性与频率的度数，即振幅频率扭曲是通道的振幅-频率特性偏离图中所示关系的信号失真。问题：发送数字信号可能导致相邻数字信号波形之间的时间重叠，即代码之间的串扰。相位频率失真(组延迟失真)，由通道的相位-频率特性或组延迟-频率特性偏差2

8、-4(b)，(c)所示的关系引起的失真，典型的电话通道组延迟-频率特性问题：对模拟信号的影响不太严重，但失真减少措施(1)牙齿后一种措施通常被称为“平衡”。(2)减少相位-频率失真的措施采用相位平衡技术弥补了组延迟失真。此外，还存在影响信号传输的其他类型的因素，如非线性失真、频率偏移和相位抖动。4.4.2。对变量通道和传递的信号的影响比常数通道复杂得多，对信号的影响也严重得多。其根本原因是包含复杂的传输介质。伴随信道包含介质以外的转换器，但应将该特性作为伴随信道特性的一部分进行计算。但是，在对信号传输的影响中，传输介质的影响是主要的，而转换器特性的影响是次要的，可以忽略。因此，牙齿部分仅讨论与

9、参考信道一起传输的介质的一般特性及其对信号传输的影响。1 .变异通道传输介质的特征是典型的传输介质：电离层反射、对流层散射等。共同特征：(1)信号的衰减随时间随机变化。(2)信号传输延迟随时间随机变化。(3)多路径传播。结果：信号通过参考信道传递后接收的信号是衰减和随时间变化的多径信号的合成。2 .变量信道对信号传输的影响(1)多路径衰落和频率分布式发射信号可以表示通过N条路径传递的接收信号，如下所示。表达式中ai(t)第1条路径的接收信号幅度；Tdi(t)第I条路径的传输延迟；第I条路径的任意相位。重写：(4.4-2)可以看作上述R(t)是由两个徐璐正交的茄子组件组成的。牙齿两个组件的振幅分

10、别是缓慢和随机的。表达式中接收信号的包络接收信号的相位、其中V(t)是多路径信号合成后的包络。多路径信号合成后的相位。包络V(t)和拓扑都是变化缓慢的随机过程。因此， R(t)可以看作是窄波段高斯过程： V(t)的一维分布瑞利分布。一维分布均匀分布。从、(1)波形来看，多路径传播的结果使确定的载波信号成为包络(服从瑞利分布)和相位随机变化的窄带信号。这称为衰落信号(瑞利衰落信道)。(2)从光谱上看，多路径传播导致频率分布(色散)牙齿。也就是说，从单个频率变为窄波段频谱。一般来说，电离层浓度变化等引起的信号衰退称为缓慢衰退。多路径效果引起的信号衰减称为快速衰退(衰退周期和码周期可以比较)。衰落信

11、号的波形和频谱图表，(2)使频率选择性衰落和相关带宽检查传输信号为f (t)，频谱函数为f()。例如：、以上概念可以扩展为一般多路径传播。多径传播的相对延迟差通常表示为最大直径延迟差，并使用它估计在频率轴上0极传输的位置。两个相邻零点之间的频率间隔称为、牙齿频率间隔通常称为多路径传播通道的相关带宽。结论：如果传输信号的频谱比相关带宽宽，则会发生明显的选择性衰落。要减少选择性衰落，传输信号的频带必须小于多路径传输通道的相关带宽。在工程设计中，通常选择信号带宽为相关带宽的1/51/3。接收信号的分类确认信号：接收端准确知道相应码元波形的信号，接收码元的相位随机变化(常数信道)可变信号：接收信号的包

12、络随机变化，相位也随机变化。通过多路径信道传输的信号都具有牙齿特性，4.5信道的加性噪声前面的研究研究研究乘法干涉k(t)，信道的加性噪声n(t)如下所述。独立于有用的信号，但总是干扰有用的信号。1.噪音的原因(1)人为噪音来自其他无关的信号源。例如：外部信号、开关接触噪音、火花等(2)自然噪音是指自然界中存在的各种电子波源。闪电、大气中的磁暴、银河系噪音和其他宇宙噪音等。(4)内部噪音来自通道本身包含的各种电子设备、转换器、天线或传输线等。例如：热噪音、散弹噪音、电源鼻音等。热噪声源：所有电阻部件中电子的热运动。频率范围：均匀分布在大约0 1012 Hz。热噪声电压有效值：k=1.38 10

13、-23(J/K)仅姿势常数T热力学温度(K)；r电阻值()；b带宽(Hz)。性质：高斯白噪声，T=t 273.15K，2。一般随机噪声分类从噪声特性中区分出来。(1)单频率噪声：连续波干扰，如外部干扰。特征：干扰频率固定，带宽窄，可以测量在频率轴上的位置。可以提前预防或避免(频率、方向)。(2)脉冲干扰：时间上不规则的突然噪音。火花，像天电干扰中的雷电。特点：宽度大，持续时间短，间歇长，占用频率带宽(高频衰减快)。对模拟信号影响很小，对数字信号影响很大(纠正错误代码)。(3)起伏噪音：热噪音热噪音、散弹噪音和宇宙噪音所代表的噪音。特征：无论是在时间领域内还是在频域内部，它们总是存在的。结论：起

14、伏噪声对信号传输的影响不可避免，是通信系统最基本的噪声源(影响通信质量的主要因素)。附加噪声n(t)的统计特性可以通过分析附加噪声来总结以下特性：n(t)是分布在整个通信系统中的噪音的集中表示。N(t)的主要代表是波动噪音。也是散弹噪音、热噪音和宇宙噪音的集中表现。起伏噪声的统计特性：分析时被认为是高斯白噪声。接收滤波器特性、噪声等效带宽的物理概念：如果将等效带宽用作矩形滤波特性，则通过牙齿特性滤波器的噪声功率等于通过实际滤波器的噪声功率。使用噪声等效带宽的概念，稍后讨论通信系统的性能时，可以认为窄频带噪声的电力频谱密度在带宽Bn内是恒定的。假设接收过滤器特性、噪声等效带宽、等效噪声带宽Pn(f)牙齿分别在F0和-f0上具有最大Pn(f0)和Pn(-f0)，则噪声带宽、(区域相等)、Bn的含义-注：牙齿定义是未来典型的窄频带，接收过滤器特性，噪声等效带宽，4.6通道容量的概念，1 .信道容量的定义在信息论中，信道无故障传输信息的最大信息速率是信道容量，以C记录。通道可以分为离散通道(编码通道)和连续通道(调制通道)。4.6.1离散信道容量两个茄子不同的测量单位：C每个符号能够传输的平均信息量在最大Ct单位时间(秒)内传输的平均信息量最大值之间可以互换。计算离散信道容量的信道模型传输