[工学]第3章 信道与噪声

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1、3.1信道定义与数学模型3.2恒参信道及其传输特性3.3随参信道及其传输特性3.4分集接收技术3.5加性噪声3.6信道容量的概念第3章信道与噪声返回主目录第3章信道与噪声3.1信道定义与数学模型3.1.1信道定义信道：以传输媒质为基础的信号通道。狭义信道：信号的传输媒质。广义信道：不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置。有线信道，如电缆光纤等无线信道，如中短波、微波信道等恒参信道随参信道有记忆信道无记忆信道广义信道狭义信道调制信道编码信道信道广义信道与通信系统有关的变换装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。广义信道按

2、照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。有线信道------明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。狭义信道按照传输媒质的特性可分为：无线信道------地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。图3–1调制信道和编码信道3.1.2信道的数学模型1.调制信道模型调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信道，是模拟信道，它具有如下共性：（1）有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端；（2）绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理；（3）信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间；（4）信号通过信道会受到

3、固定的或时变的损耗；（5）即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的输出（噪声）。图3–2调制信道模型(3.1-1)(3.1-2)(3.1-3)恒定参量信道（恒参信道）和随机参量信道（随参信道）。图3–3加性噪声信道模型(3.1-4)第一种形式：C(ω)是常数，或在信号频带范围之内是常数。第二种形式：C(ω)在信号频带范围之内不是常数，但不随时间变化。图3-4带有加性噪声的线性滤波器信道(3.1-5)第三种形式：C(ω)在信号频带范围之内不是常数，且随时间变化。(3.1-6)图3–5带有加性噪声的线性时变滤波器信道(3.1-7)对于多径信道：(3.1-

4、8)(3.1-9)2.编码信道模型编码信道包括调制信道、调制器和解调器，是一种数字信道或离散信道。由于信道噪声或其他因素的影响，将导致输出数字序列发生错误，因此输入、输出数字序列之间的关系可以用一组转移概率来表征。图3–6二进制编码信道模型对于多进制无记忆编码信道：对于二进制无记忆编码信道：(3.1-10)输出的总的错误概率：由二进制无记忆编码信道模型，可以容易地推广到多进制无记忆编码信道模型。设编码信道输入M元符号，即X={x0,x1,…,xM-1}(3.1-11)编码信道输出N元符号为Y={y0,y1,…,yN-1}(3.1-12)如果信道是

5、无记忆的，则表征信道输入、输出特性的转移概率为M元输入符号：N元输出符号：转移概率：(3.1-11)(3.1-12)(3.1-13)图3-7给出了一个多进制无记忆编码信道模型。3.2恒参信道及其传输特性3.2.1有线电信道对称电缆传输损耗大，传输特性稳定，价格便宜、安装容易。图3–8对称电缆结构图图3-9同轴电缆结构图2.同轴电缆对外界干扰具有较好的屏蔽作用，所以同轴电缆抗电磁干扰性能较好。在有线电视网络中大量采用这种结构的同轴电缆。表3–1几种有线电缆的特性线路类型频率范围/MHz信号衰减电磁干扰UTP电缆1~100高一般STP电缆1~150高小同

6、轴电缆1~1000低小图3-10微波中继信道的构成3.2.2微波中继信道微波频段的频率范围一般在几百兆赫至几十吉赫，其传输特点是在自由空间沿视距传输。由于受地形和天线高度的限制，两点间的传输距离一般为30~50km。图3–11二频制或四频制频率配置方式为了提高频谱利用率和减小射频波道间或邻近路由的传输信道间的干扰，需要合理设计射频波道频率配置。在一条微波中继信道上可采用二频制或四频制频率配置方式。微波中继信道具有传输容量大、长途传输质量稳定、节约有色金属、投资少、维护方便等优点。因此，被广泛用来传输多路电话及电视等。3.2.3卫星中继信道卫星中继信道是以卫

7、星转发器作为中继站与接收、发送地球站之间构成。目前卫星工作频段有：L频段(1.5/1.6GHz)C频段(4/6GHz)Ku频段(12/14GHz)Ka频段(20/30GHz)特点是通信容量大、传输质量稳定、传输距离远、覆盖区域广等。但信号衰减大，电波往返所需要的时间较长（对于静止卫星约需0.26s左右）。目前主要用来传输多路电话、电视和数据。图3–12卫星中继信道示意图3.2.4恒参信道特性恒参信道的传输特性可以等效为一个线性时不变网络。1.理想恒参信道特性理想恒参信道就是理想的无失真传输信道。传输特性幅频特性相频特性群迟延-频率特性(3.2-1)(3.2

8、-2)(3.2-3)(3.2-4)图3