通信原理信道电学习教案

1、会计学1通信通信(tng xn)原理信道电原理信道电第一页，共50页。2地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km第2页/共50页第二页，共50页。3频率(GHz)(a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减频率(GHz)(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3页/共50页第三页，共50页。4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页/共50页第四页，共50页。5n中继通信：n卫星通信：静止卫星、移动卫星n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

2、播图4-4 无线电中继50822DrDhmm505050508222DrDh第5页/共50页第五页，共50页。6图4-7 对流层散射通信地球有效散射区域第6页/共50页第六页，共50页。7图4-8 流星余迹散射通信流星余迹第7页/共50页第七页，共50页。8第8页/共50页第八页，共50页。9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 同轴线第9页/共50页第九页，共50页。10n折射率n1n2折射率n1n27101 25折射率n1n2单模阶跃折射率光纤单模阶跃折射率光纤图4-11 光纤结构示意图(a)(b)(c)第10页/共50页第十页，共50页。110.7 0.9 1

3、.1 1.3 1.5 1.7光波波长（m）1 . 5 5 m1 . 3 1 m图4-12光纤损耗与波长的关系第11页/共50页第十一页，共50页。12编码信道调制信道第12页/共50页第十二页，共50页。13nn这时上式变为：这时上式变为：n 信道数学信道数学模型模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)图4-13 调制信道数学模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第13页/共50页第十三页，共50页。14)()()()(tntetkteio第14页/共50页第十四页，共50页。15nP(1/ 0)和

4、和P(0 / 1) 错误转移概率错误转移概率nP(0 / 0) = 1 P(1 / 0)nP(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0 / 0)P(1 / 1)图4-13 二进制编码信道模型发送端接收端第15页/共50页第十五页，共50页。1601233210接收端发送端第16页/共50页第十六页，共50页。17n左图为典型电话信道特性nn用插入损耗便于(biny)测量(a) 插入损耗频率特性第17页/共50页第十七页，共50页。18频率(kHz)（ms）群延迟(b) 群延迟频率特性dd)(0相位频率特性第18页/共50页第十八页，共50页。19n

5、频率偏移、相位抖动非线性关系直线关系图4-16 非线性特性输入电压输出电压第19页/共50页第十九页，共50页。20即存在多径传播现象。n下面重点分析多径效应(xioyng)第20页/共50页第二十页，共50页。21n上式中的n都是随机变化的。tA0cosniniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()()(ti)(ti)()(0ttii)(),(),(tttiii第21页/共50页第二十一页，共50页。22接收信号的相位niniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()(缓慢随机(su j)变化振幅缓慢随机(su j)变化振幅niniiiiitttt

6、tttR1100sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc)()()(22tXtXtVsc)()(tan)(1tXtXtcs第22页/共50页第二十二页，共50页。23另外一种衰落：慢衰落 由传播条件引起的。第23页/共50页第二十三页，共50页。24n设f (t)的傅里叶变换（即其频谱）为F()：n)()(Ftf第24页/共50页第二十四页，共50页。25 和信号频率有关的复因子，其模为)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeAFtAf)1 ()()()(000jjeeAFtAftAf)1 ()()

7、1 ()()(00jjjjeAeFeeAFH0je)1 (je2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第25页/共50页第二十五页，共50页。26图4-18 多径效应2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第26页/共50页第二十六页，共50页。27图4-18 多径效应第27页/共50页第二十七页，共50页。28第28页/共50页第二十八页，共50页。29第29页/共50页第二十九页，共50页。30nnR 阻值（）；nB 带宽（Hz）。n性质：高斯白噪声)V(4kTRBV 第30页/共50页第三十页，共50页。31n讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪

8、声，特别是热噪声的影响。第31页/共50页第三十一页，共50页。32dffPPnn)(第32页/共50页第三十二页，共50页。33n在后面讨论通信系统的性能时，n可以认为窄带噪声的功率谱密度在带宽Bn内是恒定的。图4-19 噪声功率谱特性 Pn(f)()()(2)(000fPdffPfPdffPBnnnnnPn (f0)接收(jishu)滤波器特性噪声等效(dn xio)带宽第33页/共50页第三十三页，共50页。34n两者之间可以互换第34页/共50页第三十四页，共50页。35x1x2x3y3y2y1接收端发送端xn。ym图4-20 信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym

9、/xn)P(yj)第35页/共50页第三十五页，共50页。36nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(第36页/共50页第三十六页，共50页。37nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(niiixPxPxH12)(log)()(mjnijijijyxPyxPyPyxH112)/(log)/()()/(第37页/共50页第三十七页，共50页。38)1 (log)1 (log)(22H图4-21 二进制信源的熵H()第38页/共50页第三十八页，共

10、50页。39平均信息量为H(x)H(x/y)。这再次说明H(x/y)即为因噪声而损失的平均信息量。x1x2x3y3y2y1接收端发送端。yn图4-22 无噪声信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第39页/共50页第三十九页，共50页。40)/()(max)(yxHxHCxP)/()(max)(yxHxHrCxPt第40页/共50页第四十页，共50页。410011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) = 1/128P(0/1) = 1/128发送端图4-23 对称信道模型接收端第41页/共50页第四十一页，共50页。42121l

11、og2121log21)(log)()(1222niiixPxPxH)/(log)/()/(log)/()()/(log)/()/(log)/()()/(log)/()()/(2222221221212212112111112yxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyPyxHmjnijijij第42页/共50页第四十二页，共50页。43信道容量Ct等于：045. 0055. 001. 0)7()128/1 (01. 0)128/127()128/1 (log)128/1 ()128/127(log)128/127()/(log)/()/(log)/()/(22122

12、1211211yxPyxPyxPyxPyxH符号）（比特 /955. 0)/()(max)(yxHxHCxP)/(955955. 01000)/()(max)(sbyxHxHrCxPt第43页/共50页第四十三页，共50页。44n由上式可见，连续信道(xn do)的容量Ct和信道(xn do)带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。)/(1log2sbNSBCt)/(1log02sbBnSBCt第44页/共50页第四十四页，共50页。45)/(1log02sbBnSBCtxtxnSBnSSBnnSC/12002001log1log1)1ln(lim/10 xxxaealnloglog22020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB第45页/共50页第四十五页，共50页。46020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB图4-24 信道容量和带宽关系S/n0S/n0BCt1.44(