通信原理国防第六版第4章_信道.ppt

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1、4.1无线信道4.2有线信道4.3信道的数学模型4.4信道特性对传输信号的影响4.5信道中的噪声4.6信道容量第4章信道第4章学习目标掌握信道的定义、信道的数学模型、连续信道的容量——香农公式；理解恒参信道与随参信道的传输特性及其对信号的影响；了解信道的分类、加性噪声的统计特性、离散信道的容量。作业P854-7信道是指信号的传输媒质。这种信道称为狭义信道；如果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，这种信道称为广义信道。狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变

2、换装置，这些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。这相当于在狭义信道的基础上，扩大了信道的范围。广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。4.1无线信道在无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。地面对流层平流层电离层10km60km0km地球大气层的结构对流层：地面上0~10km平流层：约10～60km电离层：约60～400km传播路径地面图4-1地波传播地面信号传播路径图4-2天波传播电磁波的分类：地波频率<2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米天波（电离层反射波）频率：2～30MHz特点：

3、被电离层反射一次反射距离：<4000kmddh接收天线发射天线传播途径D地面rr图4-3视线传播图4-4无线电中继m视线传播（空间波传播）频率>30MHz距离:和天线高度有关(4.1-3)式中，D－收发天线间距离(km)；h－天线高度（m）,r=6370km增大视线传播距离的其他途径中继通信：卫星通信：静止卫星、移动卫星平流层通信：图4-7对流层散射通信地球有效散射区域散射传播电离层散射机理－由电离层不均匀性引起频率－30～60MHz距离－1000km以上对流层散射机理－由对流层不均匀性（湍流）引起频率－100～4000MHz最大距离<600k

4、m流星余迹散射流星余迹特点－高度80~120km，长度15~40km存留时间：小于1秒至几分钟频率－30~100MHz距离－1000km以上特点－低速存储、高速突发、断续传输图4-8流星余迹散射通信流星余迹4.2有线信道明线平行架设在电线杆上的架空线路。传输损耗低，但易受天气和环境的影响，对外界干扰较敏感，故目前已经逐渐被电缆所代替。对称电缆组成：对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双绞线的传输媒质。通常有两种类型：非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）。导线材料是铝或铜，直径为0.4~1.4mm。为了减小各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成

5、扭绞状，如图所示。对称电缆结构图铝箔屏蔽层图4-9双绞线导体绝缘层优点：与外界间相互干扰小；传输特性比较稳定，并且价格便宜、安装容易。缺点：电缆的传输损耗比较大（线径细）。主要应用：用户电话接入线。同轴电缆组成：结构图如图所示。由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的导体，内导体是金属线，它们之间填充着介质。为了增大容量，也可以将几根同轴电缆封装在一个大的保护套内，构成多芯同轴电缆。常用的有两种阻抗：75Ω，如电视电缆；另一种是50Ω，实验室仪器用的信号电缆常为此。导体金属编织网保护层实心介质图4-10同轴线优点：与外界间相互干扰小（外导体

6、接地，电屏蔽作用好）；带宽大。缺点：成本高（与对称电缆相比）。主要应用：广泛。有线电视网络中大量采用这种结构的同轴电缆。光纤组成：以光导纤维为传输媒质，光波作为载波的信道。优点：传输损耗小（可长距离无中继传输），频带宽（容量大），重量轻，线径细（可弯曲半径小），耐腐蚀，不受电磁干扰等。主要应用：目前在长距离干线上应用较广。据估计有可能最终全面取代电缆。4.3信道的数学模型4.3.1调制信道所谓调制信道是指下图中从调制器的输出端到解调器的输入端所包含的发转换装置、媒质和收转换装置三部分。调制信道和编码信道调制信道可以用一个二端口(或多端口)线性时

7、变网络来表示，这个网络便称为调制信道模型。调制信道模型二端口的调制信道模型，其输出与输入的关系有eo(t)=f［ei(t)］+n(t)式中:ei(t)——输入的已调信号；eo(t)——信道输出波形；n(t)——信道加性噪声(或称信道干扰)，与ei(t)相互独立噪声；f[ei(t)]——表示信道对信号影响(变换)的某种函数关系f[ei(t)]反映了信道特性，不同的物理信道具有不同的特性,有的物理信道f[ei(t)]很简单，有的物理信道f[ei(t)]很复杂。为了进一步理解信道对信号的影响,我们设想：f[ei(t)]=k(t)·ei(t)eo(

8、t)=k(t)ei(t)+n(t)n(t)是信道内噪声，加性干扰。k(t)是乘性干扰(与ei(t)呈现非线性关系)通常信道特性k(t)是一个复杂的函数