数字通信王兴亮第2章

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1、第2章信道与噪声2.1信道的定义、分类与模型2.2恒参信道及其对所传信号的影响2.3变参信道及其对所传信号的影响2.4信道内的噪声(干扰)2.5通信中常见的几种噪声2.6信道容量的概念2.1.1信道的定义信道，通俗地说，是指以传输媒介(质)为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。通常，我们将仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道。目前采用的传输媒介有架空明线、电缆、光导纤维(光缆)、中长波地表波传播、

2、超短波及微波视距传播(含卫星中继)、短波电离层反射、超短波流星余迹散射、对流层散射、电离层散射、超短波超视距绕射、波导传播、光波视距传播等。2.1信道的定义、分类与模型2.1.2信道的分类由信道的定义可看出，信道可大体分成两类：狭义信道和广义信道。狭义信道通常按具体媒介的不同类型可分为有线信道和无线信道。所谓有线信道是指传输媒介为明线、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导等一类能够看得见的媒介。有线信道是现代通信网中最常用的信道之一。如对称电缆(又称电话电缆)广泛应用于(市内)近程传输。无线信道的传输媒质比较多，它包括短波电

3、离层、对流层散射等。可以这样认为，凡不属有线信道的媒质均为无线信道的媒质。无线信道的传输特性没有有线信道的传输特性稳定和可靠，但无线信道具有方便、灵活，通信者可移动等优点。广义信道通常也可分成两种，调制信道和编码信道。调制信道是从研究调制与解调的基本问题出发而构成的，它的范围是从调制器输出端到解调器输入端。因为，从调制和解调的角度来看，由调制器输出端到解调器输入端的所有转换器及传输媒质，不管其中间过程如何，它们不过是把已调信号进行了某种变换而已，我们只需关心变换的最终结果，而无需关心形成这个最终结果的详细过程。因此，研究调

4、制与解调问题时，定义一个调制信道是方便和恰当的。调制信道常常用在模拟通信中。图2-1调制信道与编码信道2.1.3信道的模型1.调制信道通过对调制信道进行大量的考察之后，可发现它有如下主要特性：(1)有一对(或多对)输入端，则必然有一对(或多对)输出端；(2)绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；(3)信号通过信道需要一定的迟延时间；(4)信道对信号有损耗(固定损耗或时变损耗)；(5)即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出(噪声)。图2-2调制信道模型对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关

5、系式可表示成式中，ei(t)——输入的已调信号；eo(t)——信道输出波形；n(t)——信道噪声(或称信道干扰)；f［ei(t)］——表示信道对信号影响(变换)的某种函数关系(2-1)由于f［ei(t)］形式是个高度概括的结果，为了进一步理解信道对信号的影响，我们把f［ei(t)］设想成为形式k(t)·ei(t)。我们期望的信道(理想信道)应是k(t)=常数，n(t)=0，即(2-3)(2-2)2.编码信道编码信道是包括调制信道及调制器、解调器在内的信道。它与调制信道模型有明显的不同，即调制信道对信号的影响是通过

6、k(t)和n(t)使调制信号发生“模拟”变化，而编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变成另一种数字序列。故有时把编码信道看成是一种数字信道。由于编码信道包含调制信道，因而它同样要受到调制信道的影响。但是，从编/译码的角度看，以上这个影响已被反映在解调器的最终结果里——使解调器输出数字序列以某种概率发生差错。显然，如果调制信道越差，即特性越不理想和加性噪声越严重，则发生错误的概率将会越大。由此看来，编码信道的模型可用数字信号的转移概率来描述。例如，在最常见的二进制数字传输系统中，一个简单的编码信道模型

7、可示于图2-3。图2-3二进制无记忆编码信道模型在这个模型里，把P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)称为信道转移概率，具体地把P(0/0)和P(1/1)称为正确转移概率，而把P(1/0)和P(0/1)称为错误转移概率。根据概率性质可知(2-5)(2-4)至此，我们对信道已有了一个较全面的认识，为了方便理解，把信道分类归纳如下：2.2恒参信道及其对所传信号的影响图2-4典型音频电话信道的相对衰耗2.2.1幅度—频率畸变2.2.2相位—频率畸变(群迟延畸变)所谓相位—频率畸变，是指信道的相位—频率特性偏离线性

8、关系所引起的畸变。电话信道的相位—频率畸变主要来源于信道中的各种滤波器及可能有的加感线圈，尤其在信道频带的边缘，相频畸变就更严重。相频畸变对模拟话音通道影响并不显著，这是因为人耳对相频畸变不太灵敏；但对数字信号传输却不然，尤其当传输速率比较高时，相频畸变将会引起严重的码间串扰，给通信带来很大损害。信道