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L2复习通信原理电子工业出版社1

信息传输方式信息论基础信息量离散信息源熵数字通信系统主要性能指标传输速率差错概率信道与干扰第1页第三章信道与干扰通信原理信道与干扰第2页电子工业出版社通信原理主要内容

3.1概述3.2恒参信道及其对信号传输影响

3.3变参信道及其对信号传输影响

3.4信道噪声干扰3.5信道容量信道与干扰第3页电子工业出版社通信原理3.1概述信道定义1

信道模型2信道与干扰第4页电子工业出版社通信原理概述“信道”是信号传输通道，信号在信道中传输，不可防止会受到各种各样干扰。信道是通信系统中必不可少组成部分。对信道和噪声研究是研究通信问题基础。研究信道与干扰目标：为了更加好地传输信号，有效地抵制来自信道干扰，克服或减小信道对信号传输影响，了解了各种信道对信号传输影响，方便选择适当传输方式来确保通信质量。信道与干扰第5页实际信道和干扰形式种类繁多，且各具特点。如最直观可分为有线信道和无线信道。本章仅对信道及干扰主要特征进行分析和讨论。信道定义方法：通常有两种。狭义信道广义信道电子工业出版社通信原理信道与干扰第6页电子工业出版社通信原理狭义信道“狭义信道”：仅指传输信号物理媒质。惯用狭义信道：架空明线、电缆（同轴电缆、平衡电缆）光纤、中长波地表面传输、超短涉及微波视距传输，毫米波波导传输、短波电离层反射、超短波流星余迹散射、超短涉及微波对流层散射、超短波电离层散射、超短波视距绕射等等。狭义信道比较直观，但研究问题时不太方便。信道与干扰第7页在实际中经常研究是某种信号传输情况，并不关心中间详细物理过程。为研究问题方便，引入“广义信道”概念。“广义信道”：是狭义信道扩展。广义信道不但包含传输信号物理媒质，还包含一部分电子设备（如调制解调器，收、发转换器，天线等）。广义信道从某种意义上说是一个传输系统。狭义信道是广义信道十分主要组成部分。电子工业出版社通信原理信道与干扰第8页电子工业出版社通信原理信源信源编码器信道编码器调制器信道解调器信道译码器信源译码器信宿噪声源信道与干扰第9页电子工业出版社通信原理广义信道两类主要广义信道调制信道是从调制器输出端到收端解调器输入端之间部分。（含物理媒质、收、发转换器、天线等）。传输是调制信号。因为调制信号普通是基带信号对正弦载波信号调制而得，所以又常叫做“模拟信道”。从调制解调角度来看，这一部分只是对已调信号进行了某种变换，我们只关心变换最终止果，不关心其详细物理过程。在研究调制解调时，这种定义是方便。信道与干扰第10页电子工业出版社通信原理信道定义调制器解调器编码器译码器发转换器收转换器媒质狭义信道调制信道编码信道讨论数字通信普通原理时，惯用广义信道。“广义信道”简称“信道”

信道与干扰第11页两类主要广义信道编码信道从编码器输出端到译码器输入端之间部分（含调制信道、调制器和解调器）。因为它传送信号是数字信号，通常又叫作“数字信道”。在研究编码解码时，编码信道定义是方便。依据研究对象和关心问题不一样，能够定义其它范围广义信道。电子工业出版社通信原理信道与干扰第12页电子工业出版社通信原理信道定义调制器解调器编码器译码器发转换器收转换器媒质狭义信道调制信道编码信道讨论数字通信普通原理时，惯用广义信道。“广义信道”简称“信道”

信道与干扰第13页电子工业出版社通信原理广义信道注意：广义信道中主要部分依然是传输媒质。实践证实，通信效果好坏，在很大程度上将取决于狭义信道特征。因而，在研究信道普通特征时，“传输媒质”仍是讨论重点。信道与干扰第14页电子工业出版社通信原理3.1概述信道定义1信道模型2信道与干扰第15页电子工业出版社通信原理信道模型调制信道编码信道信道与干扰第16页电子工业出版社通信原理调制信道调制信道共性它们都有一对(或多对)输入端和输出端；大多数信道是线性，满足叠加原理；信号经过信道需要一定延迟时间，而且还有损耗(固定或时变损耗)；即使没有信号输人，在信号输出端仍有一定功率输出(即噪声功率输出)。调制信道模型信道与干扰第17页电子工业出版社通信原理调制信道模型多数调制信道可等效成一个二对端时变线性网络。在无线电通信中经常会碰到多对端信道，为预防信号衰落现象，采取空间分集时就有两个(或多个)发射天线和两个(或多个)接收天线。这时则可等效为多对端线性时变网络。信道与干扰第18页电子工业出版社通信原理线性时变网络线性时变网络传递函数为K(ω,t)，它是频率和时间函数调制信道输出信号频谱为：输入信号频谱信道传输后输出信号频谱信道与干扰第19页n(ω)为加性噪声频谱特征。加性噪声主要包含高斯白噪声（信道热噪声等）和脉冲噪声。K(ω,t)由信道特征所决定。输入信号频谱与K(ω,t)相乘后，往往会使调制器输出已调信号产生各种畸变。K(ω,t)带来干扰称为乘性干扰。电子工业出版社通信原理信道与干扰第20页调制信道对信号影响能够归结为两方面因为K(ω,t)对信号产生乘性干扰因为n(t)对信号产生加性干扰对不一样信道，K(ω,t)和n(t)详细形式不一样。电子工业出版社通信原理加性噪声乘性干扰信道与干扰第21页电子工业出版社通信原理线性时变网络信号不失真理想信道高斯白噪声，各种信道n(t)差异不大是个很复杂函数不一样信道差异也很大实际信道信道与干扰第22页电子工业出版社通信原理恒参信道和变参信道调制信道按K(ω,t)随时间改变快慢分为：恒参信道K(ω,t)不随时间改变(或改变甚慢)，可近似认为，K(ω,t)＝K(ω)信道模型可等效为线性时不变网络变参信道信道参量随时间作随机快改变信道模型是线性时变网络信道与干扰第23页电子工业出版社通信原理信道模型调制信道编码信道信道与干扰第24页电子工业出版社通信原理信道定义调制器解调器编码器译码器发转换器收转换器媒质狭义信道调制信道编码信道讨论数字通信普通原理时，惯用广义信道。“广义信道”简称“信道”

信道与干扰第25页电子工业出版社通信原理编码信道编码信道传输是数字信号，通惯用数字信号转移概率来描述001101230123P(0/0)P(1/1)P(1/0)P(0/1)信道与干扰第26页电子工业出版社通信原理编码信道001101230123P(0/0)P(1/1)P(1/0)P(0/1)无记忆信道模型“无记忆信道”是前后码元差错没有依赖关系信道。信道与干扰第27页电子工业出版社通信原理无记忆信道信道转移概率正确转移概率错误转移概率转移概率由编码信道特征决定，一个特定编码信道就应有确定转移概率关系。编码信道转移概率是对实际编码信道作大量统计分析后得到。信道与干扰第28页电子工业出版社通信原理有记忆信道假如编码信道中信码发生差错事件不是独立事件，即前面码元差错会影响后面码元差错，则此时编码信道为“有记忆信道”。有记忆信道模型复杂，分析起来也非常复杂信道与干扰第29页电子工业出版社通信原理主要内容

3.1概述3.3变参信道及其对信号传输影响

3.4信道噪声干扰3.5信道容量3.2恒参信道及其对信号传输影响

信道与干扰第30页电子工业出版社通信原理3.2恒参信道及其对信号传输影响恒参信道概述1

经典恒参信道2恒参信道对信号传输主要影响3信道与干扰第31页电子工业出版社通信原理恒参信道恒参信道是信道特征不随时间而变或改变很慢信道。通常若在数字信号中几个最长字符时间内，信道特征基本不变即可认为此信道为恒参信道。信道模型：能够等效为一个线性时不变网络，其传输函数为K(ω)，与时间无关。它和普通线性时不变网络一样，可用幅频特征和相频特征来分析它传输特征。有线信道为经典恒参信道无线信道中中、长波通信，超短涉及微波视距通信等基本上也属于恒参信道。信道与干扰第32页电子工业出版社通信原理3.2恒参信道及其对信号传输影响恒参信道1恒参信道对信号传输主要影响3

经典恒参信道2信道与干扰第33页电子工业出版社通信原理经典恒参信道明线双绞线同轴电缆光缆地面微波视距传输卫星中继信道信道与干扰第34页电子工业出版社通信原理明线明线导线通常采取铜线、铝线或钢线（铁线），线径为3mm左右。对铜、铝线来说，长距传输最高允许频率为150kHz左右，可复用16个话路；短距传输时，有时传输频率可达300kHz左右，可再增开12个话路。明线信道易受天气改变和外界电磁干扰，通信质量不够稳定，信道容量较小，不能传输视频信号和高速数字信号。信道与干扰第35页电子工业出版社通信原理经典恒参信道明线双绞线同轴电缆光缆地面微波视距传输卫星中继信道信道与干扰第36页电子工业出版社通信原理双绞线古老但又是惯用传输媒体。把两根相互绝缘铜导线并排放在一起，然后用规则方法扭绞起来就组成了双绞线。模拟传输和数字传输都能够使用双绞线，其通信距离普通为几到十几公里。双绞线价格廉价，性能良好，使用广泛。双绞线采取导线越粗，通信距离就越远，但导线价格也越高。为了提升双绞线抗电磁干扰能力，可在双绞线外面再加上一个用金属丝编织成屏蔽层，这种加屏蔽层双绞线称为屏蔽双绞线，相对于无屏蔽双绞线来说，价格要贵一些。信道与干扰第37页非屏蔽双绞线电子工业出版社通信原理信道与干扰第38页屏蔽双绞线电子工业出版社通信原理信道与干扰第39页电子工业出版社通信原理经典恒参信道明线双绞线同轴电缆光缆地面微波视距传输卫星中继信道信道与干扰第40页电子工业出版社通信原理同轴电缆同轴电缆由内导体铜制芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织外导体屏蔽层以及保护塑料外层组成50Ω同轴电缆，用于传送基带数字信号75Ω同轴电缆，用于模拟传输系统信道与干扰第41页同轴电缆一条普通（RG-59）同轴电缆

A：电线外皮

B：网状导电层

C：塑胶绝缘体

D：中心铜线电子工业出版社通信原理信道与干扰第42页电子工业出版社通信原理经典恒参信道明线双绞线同轴电缆光缆地面微波视距传输卫星中继信道信道与干扰第43页光纤通信电子工业出版社通信原理信道与干扰第44页电子工业出版社通信原理信道与干扰第45页电子工业出版社通信原理光缆光纤通信是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信。有光脉冲相当于1，没有相当于0，因为可见光频率非常高，约为每秒108量级，所以光纤通信系统传输带宽远远大于当前其它各种传输媒体带宽。信道与干扰第46页电子工业出版社通信原理光缆光纤优点：传输频带非常宽，通信容量大。传输损耗小，中继距离长，对远距离传输尤其经济。抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰环境下尤为主要。无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。体积小，重量轻。这在现有电缆管道已拥挤不堪情况下尤其有利。光纤缺点两根光纤要准确连接比较困难，普通网络技术人员难以掌握这项技术光电接口价格也比较昂贵。信道与干扰第47页电子工业出版社通信原理经典恒参信道明线双绞线同轴电缆光缆地面微波视距传输卫星中继信道信道与干扰第48页电子工业出版社通信原理地面微波视距传输微波在空间是直线传输，而地球表面是个曲面，所以传输距离受到限制，普通只有50公里左右，若采取100米高天线塔，可增大到100公里。为实现远距离通信，必须在一条无线电通信信道两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前一站送来信号经过放大后再发送到下一站，故称为“接力”

信道与干扰第49页电子工业出版社通信原理地面微波视距传输微波接力通信主要优点微波波段频率高，频段范围宽，信道容量大。因为工业干扰和天电干扰主要频谱成份比微波频率低得多，对微波通信危害比对短波和米波通信小得多，因而微波传输质量较高。微波接力信道能够经过有线线路难于经过或不易架设地域（如高山、水面），故有较大机动灵活性，抗自然灾害能力也较强，因而可靠性较高。微波接力通信与相同容量和长度电缆载波通信相比，建设投资少，见效快。信道与干扰第50页微波接力通信缺点相邻站之间必须直视，不能有障碍物。有时一个天线发射出信号也会分成几条略有差异路径抵达接收天线，因而造成失真。微波传输有时也会受到恶劣气候影响。与电缆通信系统比较，微波通信隐蔽性和保密性较差。平时对大量中继站使用和维护要花费一定人力和物力，生产高可靠性无人中继站并不轻易。电子工业出版社通信原理信道与干扰第51页电子工业出版社通信原理经典恒参信道明线双绞线同轴电缆光缆地面微波视距传输卫星中继信道信道与干扰第52页电子工业出版社通信原理卫星中继通信卫星通信是在地球站之间利用位于3万6千公里高空人造同时地球卫星作为中继器一个微波接力通信。卫星是在太空无人值守微波通信中继站。卫星通信主要优缺点和地面微波通信差不多。信道与干扰第53页电子工业出版社通信原理卫星中继通信卫星中继通信优点通信距离远，且通信费用与通信距离无关卫星通信频带很宽，通信容量很大，信号所受干扰也小，通信比较稳定卫星中继通信缺点卫星通信有较大传输时延信道与干扰第54页电子工业出版社通信原理3.2恒参信道及其对信号传输影响恒参信道1恒参信道对信号传输主要影响3

经典恒参信道2信道与干扰第55页电子工业出版社通信原理恒参信道对信号传输主要影响线性畸变其它影响噪声干扰信道与干扰第56页电子工业出版社通信原理线性畸变要使任意一个信号经过线性网络不产生波形失真，网络传输特征应该具备以下两个理想条件系统函数幅频特征K(ω)是一个不随频率改变常数。系统函数相频特征φ(ω)为一过原点斜线。信道频率特征信道与干扰第57页电子工业出版社通信原理线性畸变理想幅频特征理想相频特征信道与干扰第58页电子工业出版社通信原理线性畸变信道相频特征还可用群拖延-频率特征来衡量。理想信道群拖延-频率特征是一个不随频率改变常数。设相位频率特征为φ(ω)，群拖延为τ(ω)信道与干扰第59页电子工业出版社通信原理信道与干扰第60页电子工业出版社通信原理线性畸变幅度－频率畸变相位－频率畸变信道与干扰第61页电子工业出版社通信原理幅度－频率畸变幅度—频率畸变，即幅频畸变，是因为信道幅频特征不理想造成。理想信道幅频特征在通带内是平，它对全部通带内各频率分量衰耗是一样,所以信号各频率分量幅度百分比不会因经过信道传输而发生改变，所以没有幅频畸变。信道与干扰第62页电子工业出版社通信原理幅度－频率畸变实际中信道幅频特征不可能是理想。经典音频电话信道相对衰耗曲线图中300Hz以下每频程升高15～25dB，300～1100Hz较平坦，1100～2900Hz衰耗特征线性上升，2900Hz以上每频程升高80～90dB信道与干扰第63页电子工业出版社通信原理幅度－频率畸变普通数字信号是矩形波或升余弦波，含有丰富频率成份，假如信道幅频特征不均匀，将使各频率受到不一样衰耗，从而使波形发生畸变。幅度—频率畸变可采取均衡方法加以克服。即对信道幅度—频率特征进行赔偿，使特征曲线变得平坦、理想即可。信道与干扰第64页电子工业出版社通信原理线性畸变幅度－频率畸变相位－频率畸变信道与干扰第65页电子工业出版社通信原理相位－频率畸变相频畸变是因为信道相频特征不理想造成，是信道相位－频率特征或群拖延－频率特征偏离理想特征曲线而引发畸变理想相频特征假如相频特征曲线偏离线性关系就会引发波形失真，即产生相频畸变信道与干扰第66页电子工业出版社通信原理相位－频率畸变相频特征对模拟话音通信影响并不显著，因为人耳对相频畸变不太敏感。但对数字信号传输却不然，尤其当传输速率高时，相频畸变将会引发严重码间串扰，从而对通信带来很大损害。非单一频率信号经过信道引发畸变举例说明信道与干扰第67页电子工业出版社通信原理非单一频率信号经过信道引发畸变基波谐波合成波信道群延时不理想输入信号基波与三次谐波幅度比2：1信号基波和三次谐波经信道传输后拖延分别为π和2π

基波谐波合成波失真且拖尾信道与