现代通信原理、技术与仿真第4章信道与线性调制

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1、第4章信道与线性调制4.1信道4.2线性调制4.3幅度调制系统的一般模型4.4幅度调制信号解调的一般模型4.5幅度调制系统的抗噪声性能本章仿真实验举例习题4.1信　　道4.1.1信道的基本概念信道(Channel)：传送信息的线路(或通路)。信道可分为有线信道和无线信道。有线信道主要有同轴电缆、双绞线、光纤等；无线信道有无线长波、超短波及微波视距传播、短波电离层反射、超短波流星余迹散射、超短波及微波对流层散射、超短波电离层散射、超短波超视距绕射以及光波视距传播等。带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围。　　信道容量(ChannelCa

2、pacity)：信道的最大数据率。　　通信系统的三个要素包括信源、信宿和信道。　　任何一个通信系统都可以抽象为图4.1所示的模型。图4.1通信系统模型图4.1中，编码器用于将数据变换成适合传输的信号(便于识别、纠错)；调制器用于将信号变换成适合传输的波形(频率、幅度、相位)；解码器用于将传输信号再变换成原始数据；解调器用于将接收波形变换成数字信号序列。　　通信系统的任务是将信息通过通信系统传输，把携带信息的数据用物理信号形式通过信道(介质)传送到目的地。其信息变换关系为：信息→数据→信号→在介质上传输→信号→数据→信息。数字信道和模拟信道：数

3、字信道是以数字脉冲形式(离散信号)传输数据的信道；模拟信道是以连续模拟信号形式传输数据的信道。　　基带传输与频带传输：基带传输指不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送，如以太网；频带传输指调制成模拟信号后再传送，接收方需要解调，如通过电话模拟信道传输。广义信道：按照其功能可以划分为调制信道和编码信道。所谓调制信道，是指从调制器输出端到解调器输入端的部分。从调制和解调的角度来看，调制器输出端到解调器输入端的所有变换装置及传输媒质，不论其过程如何，只不过是对已调制信号进行某种变换。所谓编码信道，是指编码器输出端到译码器输入端的部分。从编译码的角度

4、来看，编码器的输出是某一数字序列，而译码器的输入同样也是某一数字序列，它们可能是不同的数字序列。因此，从编码器输出端到译码器输入端，可以用一个对数字序列进行变换的方框图来概括。图4.2为调制信道与编码信道的示意图。图4.2广义信道4.1.2信道容量信道容量是指信道在单位时间内所能传送的最大信息量。信道容量的单位是比特/秒(b/s或bps)，即信道的最大传信速率。Nyquist(奈奎斯特)公式：C=2BlbM(4.1)式中：C为传输率，单位为b/s或bps；B为带宽，单位为Hz；M为信号电平级数。Nyquist公式说明数据传输率C随信号编码级数增加而增

5、加,为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据，适用于理想低通数字信道。Shannon(香农)公式：(4.2)式中：C为传输率，单位为b/s;B为带宽，单位为Hz；信噪比(单位为dB)的定义为即(4.3)Shannon公式适用于高斯噪声干扰信道。Shannon公式说明无论采样频率多高，信号编码分多少级，信道能达到的最高传输速率，原因在于噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。　　模拟信道的信道容量可以根据式(4.2)的香农(Shannon)公式计算。　　数字信道是一种离散信道，它只能传送离散取值的数字信号。典型的数字信道是平稳、对称、无记忆的离散信道

6、。这种信道可以是二进制的，也可以是多进制的。图4.3给出了平稳、对称、无记忆的二进制信道的数学模型。图中，Pe表示错误传输的概率，即误码率；Q表示正确传输的概率。图4.3对称、平稳、无记忆二进制信道模型【例4.1】若信道带宽为3000Hz，信道中只存在加性白噪声，信号噪声功率比为20dB，求信道容量。解：当信号噪声功率比为20dB时，信号功率为噪声功率的100倍，即　　　　　　　　　　　　　，则该信道容量为【例4.2】设数字信道的带宽为3000Hz，采用四进制传输，计算无噪声时该数字信道的通信容量。解：由奈奎斯特(Nyquist)公式(4.1)得：C

7、=2×3000×lb4=12000b/s4.1.3信道特性1.明线及其特性明线导线通常采用铜线、铝线或钢线(铁线)，线径为3mm左右。对铜、铝线来说，长距传输的最高允许频率为150kHz左右。明线信道易受天气变化和外界电磁干扰，通信质量不够稳定，而且信道容量较小，不能传输视频信号和高速数字信号。2.电缆及其特性电缆主要有对称电缆、同轴电缆和双绞线等。　　对称电缆芯线大都为软铜线，线径为0.4～1.4mm。长途对称电缆采用四线制双缆传输，最高传输频率为252kHz，可复用60个话路，有时传输频率可达552kHz，可复用132个话路。市话中电缆上可

8、传输脉码调制(PCM)数字电话，总码速率为2.048Mb/s。同轴电缆根据尺寸不同分为中同轴(2.6／9.5