通信原理 第3版 工业和信息化普通高等教育十二五 规划教材立项项目 教学课件 作者 蒋青 于秀兰 范馨月 第八章.ppt

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1、第八章绪论8.1信道的定义和分类8.2信道的数学模型8.3通信信道实例8.4恒参信道特性及其对信号传输的影响8.5随参信道特性及其对信号传输的影响8.6信道衰减任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成。因此，信道是通信系统必不可少的组成部分，信道特性的好坏直接影响到系统的总特性。本节将重点讨论信道特性及其对信号传输的影响，并介绍信道中加性噪声的一般特性及信道容量的概念。8.1信道的定义和分类通常对信道的定义有两种理解：一种是指信号的传输媒质，如对称电缆、同轴电缆、超短波及微波视距传播路径、短波电离层反射路径、对流层散射路径以及光纤等，称此种类型的信道为狭义信道。另一

2、种是将传输媒质和各种信号形式的转换、耦合等设备都归纳在一起，包括发送设备、接收设备，馈线与天线、调制器等部件和电路在内的传输路径或传输通路，这种范围扩大了的信道称为广义信道。广义信道按照它包含的功能，可以划分为调制信道与编码信道。在模拟通信系统中，主要是研究调制和解调的基本原理，其传输信道可以用调制信道来定义。所谓调制信道是指图中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，调制器输出到解调器输入端的所有变换装置及传输媒质，不管其中间过程如何，只是对已调信号进行某种变换，因此可以将其视为一个整体。在研究调制、解调问题时，定义一个调制信道是非常方便的。图调制信道和编码信道在数

3、字通信系统中，如果我们只关心编码和译码问题，可以定义编码信道来突出研究的重点。所谓编码信道是指图中编码器输出端到译码器输入端的部分。因为从编码和译码的角度来看，编码器是把信源所产生的消息信号变换为数字信号，译码器则是将数字信号恢复成原来的消息信号，而编码器输出端至译码器输入端之间的一切环节只是起到了传输数字信号的作用，所以可以将其归为一体来讨论。图为调制信道与编码信道的示意图。8.2信道数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它反映信道输出和输入之间的关系。下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。8.2.1调制信道模型调制信道属于模拟信道，通过对调制信道进

4、行大量的分析研究，发现它具有如下共性：（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）信号通过信道具有一定的延迟时间，而且它还会受到（固定的或时变的）损耗；（4）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）。根据以上几条性质，调制信道可以用一个线性时变网络来表示，如图所示。图调制信道模型图中输入与输出之间的关系可以表示为式中,是输入的已调信号；是信道的输出；n(t)为加性噪声（或称加性干扰）,它与不发生依赖关系，或者说,n(t)独立于。中“f”表示网络输入和输出信号之间的某种函数关系。为了便于数学分析，通常假设

5、其中k(t)依赖于网络特性，它对来说是一种乘性干扰。由以上分析可见，信道对信号的影响可归纳为两点：一是乘性干扰k(t)；二是加性干扰n(t)。如果了解和的特性，则信道对信号的具体影响就能确定。信道的不同特性反映在信道模型上有不同的k(t)和n(t)。通常，把前面提到的架空明线、电缆、波导、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的信道称为恒参信道；而将短波电离层反射，超短波流星余迹散射，超短波及微波对流层散射，超短波电离层散射以及超短波视距绕射等传输媒质所分别构成的信道称为随参信道。8.2.2编码信道模型编码信道是包括调制信道及调制器、解调

6、器在内的信道。它与调制信道模型有明显的不同：调制信道对信号的影响是通过和使信号的模拟波形发生变化。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。故有时把调制信道看成是一种模拟信道，而把编码信道看成是一种数字信道。在常见的二进制数字传输系统中，编码信道的简单模型如图所示。图二进制编码信道模型图模型中，P(0)和P(1)分别表示发送“0”符号和“1”符号的先验概率，P(0/0)与P(1/1)是正确转移的概率，而P(1/0)与P(0/1)是错误转移的概率。信道噪声越大将导致输出数字序列发生错误越多，错误转移条件概率P(1/0)与P(0/1)也就越大；反之，

7、错误转移条件概率P(1/0)与P(0/1)就越小。信道输出总的错误概率为Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)（1.14）由概率论的性质可知P(0/0)+P(1/0)=1P(1/1)+P(0/1)=1转移概率完全由编码信道的特性决定，一个特定的编码信道就会有其相应确定的转移概率关系。而编码信道的转移概率一般需要对实际信道做大量的统计分析才能得到。由无记忆二进制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。图给出了一个多进制无记