通信原理第3章-信道.ppt

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1、3.1引言3.2信道定义与数学模型3.3信道数学模型3.4恒参信道举例3.5恒参信道特性及其对信号传输的影响3.6随参信道举例3.7随参信道特性及其对信号传输的影响3.8随参信道特性的改善－－分集接收技术3.9信道的加性噪声3.10信道容量的概念第3章信道13.1引言定义：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。分类：有线信道、无线信道。广义信道、狭义信道。调制信道、编码信道。2有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。无线信道包括地波传播、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。3广义信道除了包括传输媒质外，还包括与通信系统有关的变换装置，这些装置可以是

2、发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。这相当于在狭义信道的基础上，扩大了信道的范围。广义信道的引入主要是从研究信息传输的角度出发，使通信系统的一些基本问题研究比较方便。狭义信道是广义信道十分重要的组成部分，通信效果的好坏，在很大程度上将依赖于狭义信道的特性。因此，在研究信道的一般特性时，“传输媒质”是讨论的重点。43.2信道定义广义信道按照功能，分为调制信道和编码信道。调制信道：从调制器的输出端到解调器的输入端（发转换装置、媒质、收转换装置）。研究调制与解调问题关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性，并不关心信号的中间变换过程。5编码信道：编码器输出端到

3、译码器输入端（调制器、调制信道、解调器）63.3信道数学模型信道数学模型用来表征实际物理信道特性，方便通信系统分析和设计。针对调制信道和编码信道的数学模型分别说明。1.调制信道模型为研究调制与解调问题，建立调制信道（广义信道）。只关心调制信道输入信号形式和已调信号通过调制信道后的信号与噪声特性，不关心调制信道内部变换过程。7可用具有一定输入、输出关系的方框表示调制信道。调制信道共性：(1)有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端；(2)绝大多数的信道为线性信道，满足线性叠加理；(3)信号通过信道会有一定延迟，还会受到（固定的或时变的）损耗；(4)即使没有信号输入，信道输出端仍可能有

4、功率输出（噪声）。8根据以上几条性质，调制信道可以用一个二端口(或多端口)线性时变网络来表示，这个网络即调制信道模型。调制信道模型9对于二对端的信道模型，其输出与输入的关系：eo(t)=f［ei(t)］+n(t)(3.3-1)式中：ei(t)为输入的已调信号；eo(t)为信道总输出波形；n(t)为加性噪声，n(t)与si(t)相互独立，无依赖关系。f［ei(t)］表示已调信号通过网络所发生的（时变）线性变换。10假定能把f［ei(t)］写为k(t)ei(t)，k(t)依赖于网络的特性，k(t)×ei(t)反映网络特性对ei(t)的作用。k(t)的存在，对ei(t)来说是一种干扰，通常称其为乘

5、性干扰。于是式(3.3-1)可表示为eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)(3.3–2)式(3.3–2)即为二对端信道的数学模型。11信道对信号的影响可归结为两点：（1）乘性干扰k(t)，（2）加性干扰n(t)。对于信号，如果了解k(t)与n(t)的特性，就能知道信道对信号的具体影响。通常信道特性k(t)是复杂函数，可能包括各种线性失真、非线性失真、交调失真、衰落等。同时由于信道的迟延特性和损耗特性随时间作随机变化，故k(t)往往只能用随机过程来描述。12实际使用的物理信道中，根据信道传输函数k(t)的时变特性的不同可以分为两大类：（1）k(t)基本不随时间变化，即信道对信号的影响

6、是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道；（2）信道传输函数k(t)随时间随机快变化，这类信道称为随机参量信道，简称随参信道。132.编码信道模型编码信道包括调制信道、调制器和解调器，是数字信道或离散信道（区别调制信道模型）。编码信道输入、输出是离散的时间信号。编码信道对信号的影响：将输入数字序列变成另一种输出数字序列。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用一组转移概率来表征。14二进制数字传输系统简单编码信道模型如图。P(0)和P(1)分别是发送“0”符号和“1”符号的先验概率，P(0/0)与P(1/1)是正确转移

7、的概率，而P(1/0)与P(0/1)是错误转移概率。15信道噪声越大将导致输出数字序列发生错误越多，错误转移概率P(1/0)与P(0/1)也就越大；反之，错误转移概率P(1/0)与P(0/1)就越小。输出的总的错误概率为Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)16若信道噪声或其他因素影响导致输出数字序列发生的错误统计独立，则这种信道为无记忆编码信道。根据无记忆编码信道的性质可以得到P(0/0)=1-P