通信原理与技术第2章信道和噪声课件.ppt

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1、第二章信道和噪声2.1信道的定义和数学模型2.2恒参信道及其对信号传输的影响2.3随参信道及其对信号传输的影响2.4信道内的噪声（干扰）2.5随机信号分析2.6通信中常见的几种噪声2.7随机过程通过线性系统2.8信道容量及香农公式2.1信道的定义和数学模型1.信道的定义及分类信道是信号的传输媒质。具体地说，信道是指由有线或无线线路提供的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。信道可大体分为两类：狭义信道和广义信道。广义信道通常也可分成两种：调制信道和编码信道。2.信道的数学模型（1）调制信道模型通过对调制信道进行大量

2、的考察之后，可发现它有如下主要特性：①有一对（或多对）输入端，则必然有一对（或多对）输出端；②绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；③信号通过信道需要一定的延迟时间；④信道对信号有损耗（固定损耗或时变损耗）；⑤即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出（噪声）。（2）编码信道模型编码信道是包括调制信道及调制器、解调器在内的信道。它与调制信道模型有明显的不同：即调制信道对信号的影响是通过k（t）和n（t）使调制信号发生“模拟”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换成另一种数字序列，故有时把编码信道看成是一种数字信道。2.2恒参信道

3、及其对信号传输的影响1.恒参信道的特点恒参信道对信号传输的影响不随时间而变，或者随时间变化很缓慢，通常若在数字信号中几个最长符号时间内，信道特性基本不变即可认为此信道为恒参信道。有线信道为典型的恒参信道，有代表性的例子如下。（1）对称电缆对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。（2）同轴电缆同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的空管（在可弯曲的同轴电缆中，它可以由金属丝编织而成），内导体是金属线（芯线）。（3）光纤信道以光导纤维（简称光纤）为传输媒质、光波为载波的光纤信道，可提供极大的传输容量。无线信道中的中、长波通信，超短波及微波视距通信等基本

4、上也属于恒参信道，举例如下。（1）无线电视距中继无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波波段时，电磁波基本上沿视线传播，通信距离依靠中继方式延伸的无线电线路。（2）卫星中继信道人造卫星中继信道可视为无线电中继信道的一种特殊形式。2.恒参信道对信号传输的影响恒参信道对信号传输的影响主要是线性畸变，线性畸变是由于网络特性不理想所造成的，具体从幅频特性和相频特性两方面进行讨论。（1）幅度-频率畸变幅度-频率畸变即幅频畸变，它是由于信道幅频特性不理想造成的。（2）相位-频率畸变（群迟延畸变）相频畸变是由于信道相频特性不理想造成的。理想的相频特性曲线是通过原点的斜率为K的一条直线。所谓相

5、位-频率畸变，是指信道的相位-频率特性偏离线性关系所引起的畸变。信道的相位—频率特性还经常用群迟延-频率特性来衡量。3.减小畸变的措施相位-频率畸变（群迟延畸变）如同幅频畸变一样，也是一种线性畸变。因此，采取相位均衡技术也可以补偿群迟延畸变。2.3随参信道及其对信号传输的影响1.随参信道的特点（1）短波电离层反射信道短波是指波长为100～10m（相应的频率为3～30MHz）的无线电波。在短波电离层反射信道中，多径传播现象对信号传输的影响最大，引起多径传播的主要原因如下：①电波经电离层的一次反射和多次反射；②几个反射层高度不同；③地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非寻常波。

6、④电离层不均匀性引起的漫射现象；（2）对流层散射信道对流层散射信道是一种超视距的传播信道，其中一跳的传播距离约为100～500km，可工作在超短波和微波波段。①衰落散射信号电平是不断随时间变化的，这些变化分为慢衰落（长期变化）和快衰落（短期变化）。a.慢衰落。b.快衰落。②传播损耗③信道的允许频带脉冲信号通过带限系统后，波形也被展宽，而且系统频带越窄，波形展宽越多。从这一角度来看，散射信道好像是一个带限滤波器，其允许频带定义为式中τm——最大多径时延差。从以上两种典型的随参信道的例子可以看出，随参信道的传输媒质具有以下三个特点：①对信号的衰耗随时间而变化；②传输的时延随时间

7、而变；③多径传播。2.随参信道对信号传输的影响（1）一般衰落（频率弥散现象）由于电离层反射、散射及对流层散射，电波从发射点出发可能经多条路径到达接收点，这种现象称“多径传播”。若设发射信号为Acosωct,则经过n条路径传播后的接收信号R（t）可用下式表述：式中，ai（t）——总共n条多径信号中第i条路径到达接收端的随机幅度；tdi（t）——第i条路径对应于它的延迟时间；φi（t）——相应的随机相位，即φi（t）=-ωctd