通信原理第4章信道

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1、通信原理第4章信道1主要内容了解几种常用的恒参信道、随参信道掌握信道的定义，熟悉信道的数学模型掌握恒参信道与随参信道特性及其对信号传输的影响了解信道的噪声掌握信道容量的概念及其计算2第4章信道信道分类：无线信道－电磁波（含光波）有线信道－电线、光纤信道中的干扰：有源干扰－噪声无源干扰－传输特性不良本章重点：介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。3无线信道4.1无线信道无线信道利用电磁波的传播来实现信号传输因天线尺寸的要求，通信频率都较高电磁波的传播根据通信距离、频率和位置不同分为：地波传播天波传播视线传播4传播路径地面图4-1地波传

2、播地面信号传播路径图4-2天波传播无线信道电磁波的分类：地波频率<2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米天波频率：2~30MHz特点：被电离层反射一次反射距离：<4000km寂静区：5视线传播：频率>30MHz距离:和天线高度有关(4.1-3)式中，D–收发天线间距离(km)。[例]若要求D=50km，则由式(4.1-3)增大视线传播距离的其他途径中继通信：卫星通信：静止卫星、移动卫星平流层通信：ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr图4-3视线传播图4-4无线电中继无线信道m6图4-7对流层散射通信地球有效散射区域无线信道散射传播电离层散射机理

3、－由电离层不均匀性引起频率－30~60MHz距离－1000km以上对流层散射机理－由对流层不均匀性（湍流）引起频率－100~4000MHz最大距离<600km7无线信道流星流星余迹散射流星余迹特点－高度80~120km，长度15~40km存留时间：小于1秒至几分钟频率－30~100MHz距离－1000km以上特点－低速存储、高速突发、断续传输图4-8流星余迹散射通信流星余迹8有线信道4.2有线信道明线9有线信道对称电缆：由许多对双绞线组成同轴电缆图4-9双绞线导体绝缘层导体金属编织网保护层实心介质图4-10同轴线10有线信道光纤结构纤芯包层按折射率

4、分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n1n27～10125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤图4-11光纤结构示意图(a)(b)(c)11损耗与波长关系损耗最小点：1.31与1.55m有线信道0.70.91.11.31.51.7光波波长（m）1.55m1.31m图4-12光纤损耗与波长的关系12信道的数学模型4.3信道的数学模型信道模型的分类：调制信道：调制器的输出端至解调器输入端编码信道：编码器的输出端至解码器输入端编码信道调制信道13调制信道模型4.3.1调制信道模型式中－信道输入端信号电压；－信道输出端的信号电

5、压；－噪声电压。通常假设：这时上式变为：－信道数学模型f[ei(t)]e0(t)ei(t)n(t)图4-13调制信道数学模型14调制信道模型因k(t)随t变，故信道称为时变信道。因k(t)与ei(t)相乘，故称其为乘性干扰。因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。15编码信道模型4.3.2编码信道模型二进制编码信道简单模型－无记忆信道模型P(0/0)和P(1/1)－正确转移概率P(1/0)和P(0/1)－错误转移概率P(0/0)=1–P(1/0)P(1/1)

6、=1–P(0/1)P(1/0)P(0/1)0011P(0/0)P(1/1)图4-13二进制编码信道模型发送端接收端16编码信道模型四进制编码信道模型01233210接收端发送端17信道特性对信号传输的影响4.4信道特性对信号传输的影响恒参信道的影响恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道…恒参信道非时变线性网络信号通过线性系统的分析方法。线性系统中无失真条件：振幅～频率特性：为水平直线时无失真左图为典型电话信道特性用插入损耗便于测量(a)插入损耗～频率特性18相位～频率特性：要求其为通过原点的直线，即群时延为常数时无失真群时延定义：频率(kHz)（

7、ms）群延迟(b)群延迟～频率特性0相位～频率特性信道特性对信号传输的影响19信道特性对信号传输的影响频率失真：振幅～频率特性不良引起的频率失真波形畸变码间串扰解决办法：线性网络补偿相位失真：相位～频率特性不良引起的对语音影响不大，对数字信号影响大解决办法：同上非线性失真：可能存在于恒参信道中定义：输入电压～输出电压关系是非线性的。其他失真：频率偏移、相位抖动…非线性关系直线关系图4-16非线性特性输入电压输出电压20信道特性对信号传输的影响变参信道的影响变参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。变参信道举例：天波、地波、视距传播、散射传

8、播…变参信道的特性：衰减随时间变化时延随时间变化多径效应：信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随