通信原理第3章信道课件.ppt

1、通信原理第3章 信道主要内容及要求：主要内容及要求：1、熟悉信道的定义与分类；熟悉信道的定义与分类；2、了解常见信道介绍；、了解常见信道介绍；3、理解信道数学模型；理解信道数学模型；4 4、掌握信道容量公式。、掌握信道容量公式。序：序：信道的分类信道的分类 一、根据传输媒质来分：一、根据传输媒质来分：1、有线信道：对称电缆、同轴电缆、光纤等、有线信道：对称电缆、同轴电缆、光纤等2、无线信道：短波信道、微波中继信道、卫星中继、无线信道：短波信道、微波中继信道、卫星中继 信道等信道等二、根据信道参数是否变化来分：二、根据信道参数是否变化来分：1、恒参信道：信道的参数不随时间变化。如同轴电、恒参信道

2、：信道的参数不随时间变化。如同轴电 缆、光纤、卫星信道等缆、光纤、卫星信道等2、随参信道：信道的参数随时间变化。如短波信道随参信道：信道的参数随时间变化。如短波信道 机械工业出版社三、根据信道包含的内容来分：三、根据信道包含的内容来分：1、狭义信道：仅指传输媒质。、狭义信道：仅指传输媒质。2、广义信道：除了传输媒质外，还包含有关、广义信道：除了传输媒质外，还包含有关 的收发部件。的收发部件。（1）调制信道：调制器输出端至解调器输入）调制信道：调制器输出端至解调器输入 端。端。（2）编码信道：信道编码器输出端至信道译）编码信道：信道编码器输出端至信道译 码器输入端。码器输入端。机械工业出版社调制

3、信道与编码信道调制信道与编码信道调调制制器器发发转转换换器器媒媒质质收收转转换换器器解解调调器器调制信道调制信道编码信道编码信道编码器编码器输出输出译码器译码器输入输入调制信道与编码信道示意图调制信道与编码信道示意图机械工业出版社3.1.1 恒参信道恒参信道1、对称电缆、对称电缆对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。双导线的传输媒质。特点：传输特性较稳定、价格便宜。特点：传输特性较稳定、价格便宜。用途：市话中继线和用户线路、局域网用途：市话中继线和用户线路、局域网分类：非屏蔽和屏蔽分类：非屏蔽和屏蔽机械工业出版社3.1 恒参信道恒

4、参信道2、同轴电缆、同轴电缆同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一圆同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一圆柱形的导体，内导体是金属线，它们之间填充着柱形的导体，内导体是金属线，它们之间填充着介质。介质。特点：传输特性稳定、容量大。特点：传输特性稳定、容量大。用途：主要传输干线用途：主要传输干线机械工业出版社3.1 恒参信道恒参信道3、微波中继信道、微波中继信道频率在几百兆赫至几十吉赫。中继距离为频率在几百兆赫至几十吉赫。中继距离为3050公里。公里。特点：传输容量大、传输质量稳定、建设费用少。特点：传输容量大、传输质量稳定、建设费用少。用途：长距离、大容量地面无线通信，可传输电用途：长距

5、离、大容量地面无线通信，可传输电 话、电视等。话、电视等。机械工业出版社ABEARTH机械工业出版社机械工业出版社4、卫星中继信道卫星中继信道 卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成通卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成通信信道。信信道。主要工作频段有：主要工作频段有：L频段、频段、C频段、频段、KU频段、频段、Ka 频段。频段。特点：通信容量、传输质量稳定、传输距离远、特点：通信容量、传输质量稳定、传输距离远、覆盖区域广。覆盖区域广。用途：传输电话、电视和数据等。用途：传输电话、电视和数据等。3.1 恒参信道恒参信道机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社3.2 随参信道随参信道1、

6、陆地移动信道陆地移动信道 工作频段为工作频段为VHF和和UHF频段。受地形地物的影响，频段。受地形地物的影响，电波传播中除了直射波外还有反射波、散射波以电波传播中除了直射波外还有反射波、散射波以及折射波。及折射波。2 2、短波电离层反射信道、短波电离层反射信道 无线电波通过电离层反射传播。无线电波通过电离层反射传播。高度：距地面高度：距地面60600公里公里机械工业出版社机械工业出版社机械工业出版社组成：分子、原子、离子及自由电子。分为组成：分子、原子、离子及自由电子。分为D、E、F1和和F2四层。四层。D、E层是吸收层，层是吸收层，F2层是反射层。层是反射层。一次反射的距离：一次反射的距离：

7、4000公里。公里。最高可用频率：最高可用频率：cos0ffMUF其中其中0f称为临界频率。即称为临界频率。即 等于等于0时能从时能从电离层反射的最高频率。电离层反射的最高频率。3.2 随参信道随参信道机械工业出版社传播特点是：多径传播。传播特点是：多径传播。多径传播：同一个信号经不同的路径到达同一接多径传播：同一个信号经不同的路径到达同一接收地点。收地点。3.2 随参信道随参信道机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 一、恒参信道的特性及数学模型一、恒参信道的特性及数学模型恒参信道可等效为一个线性时不变网络，其传输恒参信道可等效为一个线性时不变网络，其传输特性可用幅频特性和

8、相频特性共同来描述。特性可用幅频特性和相频特性共同来描述。1、不失真条件、不失真条件)()(0diottsktsdtjekH0)(0)(kHdt)(信号通过信道后不失真的条件信号通过信道后不失真的条件：信道的幅频特性：信道的幅频特性在全频率范围内是一条水平线，相频特性是一条在全频率范围内是一条水平线，相频特性是一条通过原点的直线，斜率为通过原点的直线，斜率为dt机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 群延迟群延迟-频率特性：频率特性：结论：结论：如果幅频特是一条水平线，群延迟特也为一条水如果幅频特是一条水平线，群延迟特也为一条水平线，意味着，信号中不同的频率成份通过信道平线，

9、意味着，信号中不同的频率成份通过信道后受到的幅度衰减和时间延迟都相同后受到的幅度衰减和时间延迟都相同，此时信号，此时信号就没有失真。就没有失真。dd)()(理相信道的群延迟特性：理相信道的群延迟特性：dtdd)()(机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 2、两种失真及其影响、两种失真及其影响（1）幅频特性不理想引失真）幅频特性不理想引失真即信号中不同频率的分量通过信道受到不同的衰即信号中不同频率的分量通过信道受到不同的衰减。使波形产生畸变，对模拟通信影响较大。减。使波形产生畸变，对模拟通信影响较大。（2）相频特性不理想引起的失真）相频特性不理想引起的失真即信号中不同频率的分

10、量通过信道后受到的时间即信号中不同频率的分量通过信道后受到的时间延迟不一样。会使波形畸变，使有限宽度的脉冲延迟不一样。会使波形畸变，使有限宽度的脉冲扩展，对数字通信影响较大，会产生码间干扰，扩展，对数字通信影响较大，会产生码间干扰，造成误码。造成误码。机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 注意：注意：幅频特性及相频特性不理想引起的失真都幅频特性及相频特性不理想引起的失真都是线性失真。可是线性失真。可采用均衡技术采用均衡技术弥补信道的不理想。弥补信道的不理想。3、恒参信道的数学模型恒参信道的数学模型)(tn)(ts)()()(tntstr加性噪声信道加性噪声信道机械工业出版社

11、线性滤波器线性滤波器)(ts)(th)()()()(tnthtstr)(tn线性滤波信道线性滤波信道33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 二、随参信道特性及其数学模型二、随参信道特性及其数学模型随参信道的特点：随参信道的特点：（1）对信号的衰耗随时间随机变化）对信号的衰耗随时间随机变化（2）信号传输时延随时间随机变化）信号传输时延随时间随机变化（3）多径传播）多径传播机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 1、多径衰落与频率弥散、多径衰落与频率弥散设发送信号为单一频率的余弦波：设发送信号为单一频率的余弦波：tAt

12、sccos)(设多径信道共有设多径信道共有n条路径，则接收合成波为：条路径，则接收合成波为：niiciniicincncctttatttatttatttatttatr112211)(cos)()(cos)()(cos)(.)(cos)()(cos)()(机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型)(cos)(sin)(cos)(sin)(sin)(cos)(cos)()(cos)(111tttVttYttXtttatttatttacccniciiniciiniici机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 结论：结论：（1）多径传播使单一频率的正弦波信号变为）多径

13、传播使单一频率的正弦波信号变为 一窄带随机过程，包络是一随机过程，一窄带随机过程，包络是一随机过程，服从瑞利分布，所以多径传播使信号产服从瑞利分布，所以多径传播使信号产 生瑞利型衰落。生瑞利型衰落。（2）从频谱上看，多径传播使单一谱线变成）从频谱上看，多径传播使单一谱线变成 了窄带频谱，即多径引起了频率弥散。了窄带频谱，即多径引起了频率弥散。机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型(3)对数字信号来说，多径引起的信号衰落会产生突对数字信号来说，多径引起的信号衰落会产生突发错误。可采用交织编码技术加以克服。发错误。可采用交织编码技术加以克服。2、频率选择性衰落与相关带宽、频率选择

14、性衰落与相关带宽)()()(tkstkstsiio设只有两条多径传播路径，当输入信号为设只有两条多径传播路径，当输入信号为 时，输出信号：时，输出信号：)(tsijiioekSkSS)()()(1)()()(jioekSSH机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 2cos21)(kekHj多径传播信道的相关带宽定义为：多径传播信道的相关带宽定义为：mcB1结论：如果信号的频谱比相关带宽宽，则将产生严重的频率选结论：如果信号的频谱比相关带宽宽，则将产生严重的频率选择性衰落，频率选择性衰落将会引起严重的码间干扰。为了减择性衰落，频率选择性衰落将会引起严重的码间干扰。为了减小码间干

15、扰，就必须限制数字信号的传输速率，使其带宽为相小码间干扰，就必须限制数字信号的传输速率，使其带宽为相关带宽的关带宽的3/15/1机械工业出版社BSMSdtransmitted pulsereceived pulsesDelay Spread Model机械工业出版社33 信道特性及数学模型信道特性及数学模型 3、时变线性滤波器信道模型、时变线性滤波器信道模型线性滤波器线性滤波器)(ts);(th)();()()(tnthtstr)(tn时变线性滤波信道时变线性滤波信道机械工业出版社34 信道容量信道容量设信道带宽为设信道带宽为B赫兹，信道输出信号的功率为赫兹，信道输出信号的功率为S瓦，瓦，输出

16、加性高斯噪声功率为输出加性高斯噪声功率为N瓦，则信道容量为：瓦，则信道容量为：)1(log)1(log022BnSBNSBC比特比特/秒秒单位时间内能传输信息的极限值。只要传输速率小于信道容量，单位时间内能传输信息的极限值。只要传输速率小于信道容量，总能找到一种信道编码方式，实现无差错传输；若传输速率大总能找到一种信道编码方式，实现无差错传输；若传输速率大小信道容量，则不可能实现无差错传输。小信道容量，则不可能实现无差错传输。机械工业出版社34 信道容量信道容量结论：结论：（1）增大信号功率可提高信道容量，当功率趋）增大信号功率可提高信道容量，当功率趋于无穷大时，信道容量趋于无穷大；于无穷大时，信道容量趋于无穷大；（2）减小噪声功率可提高信道容量，当噪声功）减小噪声功率可提高信道容量，当噪声功率趋于零时，信道容量趋于无穷大；率趋于零时，信道容量趋于无穷大；（3）增大信道带宽可提高信道容量，但不能使）增大信道带宽可提高信道容量，但不能使信道容量无限制增大。信道容量无限制增大。00244.1)1(loglimlimnSBnSBCBB机械工业出版社