通信原理第4章无线信道素材.ppt

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1、通信原理1第4章信道2第4章信道信道分类：无线信道－电磁波（含光波）有线信道－电线、光纤信道中的干扰：有源干扰－噪声无源干扰－传输特性不良本章重点：介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。34.1无线信道无线信道电磁波的频率－受天线尺寸限制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地面对流层平流层电离层10km60km0km4电离层对于传播的影响反射散射大气层对于传播的影响散射吸收频率(GHz)(a)氧气和水蒸气（浓度7.5g/m3）的衰减频率(G

2、Hz)(b)降雨的衰减衰减(dB/km)衰减(dB/km)水蒸气氧气降雨率图4-6大气衰减第4章信道5传播路径地面图4-1地波传播地面信号传播路径图4-2天波传播第4章信道电磁波的分类：地波频率<2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米天波频率：2~30MHz特点：被电离层反射一次反射距离：<4000km寂静区：6视线传播：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)。[例]若要求D=50km，则由式(4.1-3)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

3、星平流层通信：ddh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无线电中继第4章信道m78图4-7对流层散射通信地球有效散射区域第4章信道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<600km9第4章信道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

4、图4-8流星余迹散射通信流星余迹10陆地移动信道陆地移动通信工作频段主要在VHF和UHF频段，电波传播特点是以直射波为主。但是，由于城市建筑群和其他地形地物的影响，电波在传播过程中会产生反射波、散射波以及它们的合成波，电波传输环境较为复杂，因此移动信道是典型的随参信道。11124.2有线信道明线13第4章信道对称电缆：由许多对双绞线组成同轴电缆图4-9双绞线导体绝缘层导体金属编织网保护层实心介质图4-10同轴线14第4章信道光纤结构纤芯包层按折射率分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n

5、1n27～10125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤图4-11光纤结构示意图(a)(b)(c)15损耗与波长关系损耗最小点：1.31与1.55m第4章信道0.70.91.11.31.51.7光波波长（m）1.55m1.31m图4-12光纤损耗与波长的关系164.3信道的数学模型信道模型的分类：调制信道编码信道编码信道调制信道17信道的数学模型4.3.1调制信道模型调制信道可以用具有一定输入、输出关系的方框来表示。通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具有如下共性：（1）有一对（或多对）输入端和一对

6、（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；18（3）信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间；（4）信号通过信道会受到固定的或时变的损耗；（5）即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的输出（噪声）。19第4章信道调制信道模型式中－信道输入端信号电压；－信道输出端的信号电压；－噪声电压。通常假设：这时上式变为：－信道数学模型f[ei(t)]e0(t)ei(t)n(t)图4-13调制信道数学模型20第4章信道因k(t)随t变，故信道称为时变信道。因k(t)与ei(t)相乘，故称其

7、为乘性干扰。因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。21一般情况，可以表示为信道单位冲激响应h(t)与si(t)的卷积：so(t)=h(t)*si(t)+n(t)或S(ω)=H(ω)Si(ω)+N(ω)对于信号来说，H(ω)可看成是乘性干扰。如果我们了解h(t)与n(t)的特性，就能知道信道对信号的具体影响。调制信道的等效h(t)22通常信道特性h(t)是一个复杂的函数，它可能包括各种线性失真、非线性失真、交

8、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h(t)往往只能用随机过程来描述。注意！234.3.2编码信道模型编码信道对信号的影响则是将输入数字序列变成另一种输出数字序列。由于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可以用一组转移概率来表征。24第4章信道二进制编码信道简单模型－无记忆信道模型P(0/0)和P(1/