通信原理(信道第一次).ppt

1、2020年7月28日,通信系统 传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和。,2020年7月28日,大纲要求,3.1 信道及其数学模型 了解线性、非线性、时不变和时变信道的定义及其特点。 3.2 恒参信道 3.3恒参信道特性及对信号传播的影响 掌握各种恒参信道基本特性以及对信号传输的影响。 3.4 随参信道 3.5 随参信道特性及对信号传播的影响 掌握各种随参信道基本特性以及对信号传输的影响。 3.6 随参信道的接收对策分集技术 掌握衰落信道、多径时延、分集接收等基本概念。 3.7 信道的加性噪声 掌握加性高斯白噪声信道定义的特点。 信道容量的定义与计算,2020年7月28日,3.1 引言,

2、信道概念： 信道是信源向信宿发送和传输信息信号的通道。 狭义信道： 指信息收发设备之间的传输媒体。如电缆、光纤、无线电波等。 广义信道： 不仅包括传输媒体，还包括特定媒体传输所必须的信号变换设备。如编解码器（信源、信道、传输编解码）、调制解调器、光电转换器、放大器、滤波器、中继设备等。 信道分类： 模拟信道与数字信道、有线信道与无线信道、窄带信道与宽带信道等。 一个通信系统的传输信道往往不是单一的。,2020年7月28日,3.2 信道定义（调制信道与编码信道）,调制信道与编码信道分别是模拟信道与数字信道的典型例子。,2020年7月28日,3.3 信道数学模型（调制信道与编码信道）,一. 调制信

3、道数学模型,调制信道一般特性： 有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端； 大多数信道都是线性的，即满足叠加原理； 信号通过信道都有一定时延，受到固定或时变损耗； 即使没有输入，往往会有一定的输出(噪声)。,2020年7月28日,3.3 信道数学模型（调制信道与编码信道）,一. 调制信道数学模型,2020年7月28日,3.3 信道数学模型 (调制信道数学模型),调制信道输出eo(t)与输入ei(t)关系：,eo(t) = f ei(t) + n(t),加性噪声,时变信道特性影响,eo(t) = k(t)ei(t) + n(t),时变信道特性影响常描述为一种干扰：乘性干扰,2020年7月28

4、日,3.3 信道数学模型 (调制信道数学模型),调制信道(模拟信道)对信号(模拟信号)传输的影响：,衡量调制信道(模拟信道)优劣的标准：,失真原因： 噪声的影响 信道(线性系统)特性不理想 信道特性时变,失真度或畸变度 信噪比(输出信号功率与输出噪声功率之比）或信干比,有些失真在接收端往往无法察觉，难以去除。,2020年7月28日,3.3 信道数学模型（调制信道与编码信道）,二. 编码信道数学模型,编码信道质量优劣的标准是考察接收码元是否会发生错误。由于信道特性和噪声的影响，也会使得传输信号波形发生失真或畸变，但是失真不一定会误码。误码的概率（误码率）与接收波形的失真有关，因此与传输信道输出的

5、信噪比有关。,2020年7月28日,3.3 信道数学模型（调制信道与编码信道）,二. 编码信道数学模型码的转移概率P(i/j),二进制数字编码信道,发送码元为j，而接收码元为i的概率。,系统的误码率是？,系统的误码率 Pe=P(0)P(1/0)+ P(1)P(0/1),2020年7月28日,3.3 信道数学模型（调制信道与编码信道）,二. 编码信道数学模型,M进制数字编码信道,系统误码率是？,2020年7月28日,3.4 恒参信道举例,3.4.1 三种有线电信道, 架空明线 （如用户电话线） 对称电缆 （如五类双绞线、中继电话线） 同轴电缆 （如有线电视进户线、中继电话线）,一条电缆中的线对数

6、量可以不同，线径也可不同。,2020年7月28日,3.4 恒参信道举例,3.4.2 光纤信道, 光纤与光缆 光波长 单模光纤与多模光纤 光纤的衰耗与色散,光纤通信的优点 无中继传输距离长； 系统频带宽、容量大； 具有及强的抗电磁干扰能力。,2020年7月28日,3.4 恒参信道举例,3.4.3 无线电视距传播信道,2020年7月28日,3.4 恒参信道举例,3.4.4 卫星中继信道,2020年7月28日,3.5 恒参信道特性及其对信号传输的影响, 恒参信道是指信道的特性参数长期不变或变化非常缓慢。前述有线信道（光纤与电缆）、无线电视距传播信道、微波及卫星中继信道都属于恒参信道。, 恒参信道可以

7、用时不变线性系统来描述。, 恒参信道对信号传输的影响主要表现为：幅度-频率畸变和相位-频率畸变。,3.5.1 幅度-频率畸变,3.5.1 相位-频率畸变,2020年7月28日,3.6 随参信道举例,3.6.1 短波电离层反射信道, 随参信道是指信道的特性参数随时间快速变化的信道。短波电离层反射信道、对流层散射信道、市区移动通信等信道都属于随参信道。, 短波： 指波长在100m 10m（对应信号载波频率3MHz 30MHz）的无线电波。, 电离层： 距离地面高度为60km 600km的大气层称为电离层。,2020年7月28日, 电离层：大气层在受到太阳光的照射后，形成一层带电的空气层，称为电离层

8、。60公里一直到600公里左右。, 对流层：对流层是大气层的一个区域，其顶部位于地面上空十多公里处，并在不同的纬度地区有所不同。,2020年7月28日,3.6.1 短波电离层反射信道,1. 传播路径, 电离层： 各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化。 一次或多次反射的距离也会发生变化，且与入射角有关。 不同层次（F1、F2）的不同高度上都会产生反射。,地球,2020年7月28日,3.6.1 短波电离层反射信道,2. 工作频率, 最高可用频率与电离层的电子密度有关，与入射角有关。, 关于电离层反射信道的工作频率： 电离层高度、厚度、电子密度是变化的，能够随电离层变化调整工作频率、入射角

9、才能满足一定距离下的最佳通信。 夜间F2层电子密度低，须降低工作频率，否则信号会穿透电离层。 夜间D层消失，E层吸收减小，允许工作频率降低。,2020年7月28日,3.6.1 短波电离层反射信道,3. 多径传播, 一次反射与两次反射,地球,发送,接收, 反射高度不同, 漫射现象（电离层不均匀）, 寻常波与非寻常波（地球磁场）,2020年7月28日,3.6.1 短波电离层反射信道,4.电离层反射信道特点, 优点 要求功率小，设备成本低。 传播距离远。 受地形影响小。 不易受人为破坏。 有一定的带宽或传输容量。, 缺点 干扰电平高。 存在快衰落和多径时延失真。 传输可靠性差。 需要经常改换工作频率，导致使用复杂。,2020年7月28日,3.6 随参信道举例,3.6.2 对流层散射信道, 随参信道是指信道的特性参数随时间快速变化的信道。短波电离层反射信道、对流层散射信道、市区移动通信等信道都属于随参信道。, 超视距传播信道： 工作在超短波和微波波段，一跳距离约100km 500km。, 对流层： 距离地面高度为10km 12km的大气层称为对流层。, 应用： 长途干线上的无线电中继通信。 点对点通信。,2020年7月28日,3.6.2 对流层散射信道,地球,发送,接收,图3-17 对流层散射信道传播路径,1012km以下，单跳距离100500k