通信原理信道第一次(00002)课件

——传递信息所需要的一切技术设备媒质的总和。信源发送设备信道接收设备信宿噪声源图1-1通信系统的简化模型3/14/2023大纲要求3.1信道及其数学模型了解线性、非线性、时不变和时变信道的定义及其特点。3.2恒参信道3.3恒参信道特性及对信号传播的影响掌握各种恒参信道基本特性以及对信号传输的影响。3.4随参信道3.5随参信道特性及对信号传播的影响掌握各种随参信道基本特性以及对信号传输的影响。3.6随参信道的接收对策──分集技术掌握衰落信道、多径时延、分集接收等基本概念。3.7信道的加性噪声掌握加性高斯白噪声信道定义的特点。信道容量的定义与计算3/14/20233.1引言信道概念：信道是信源向信宿发送和传输信息信号的通道。狭义信道：指信息收发设备之间的传输媒体。如电缆、光纤、无线电波等。广义信道：不仅包括传输媒体，还包括特定媒体传输所必须的信号变换设备。如编解码器（信源、信道、传输编解码）、调制解调器、光电转换器、放大器、滤波器、中继设备等。信道分类：模拟信道与数字信道、有线信道与无线信道、窄带信道与宽带信道等。一个通信系统的传输信道往往不是单一的。电话线、双绞线、同轴电缆、光纤传输信道。无线电波、红外线等传输信道。►根据信号波长（或频率）划分：

长波、中波、短波、超短波、微波等。►根据传播路径（或机理）划分：

视距传播、电离层反射、对流层散射等。典型的模拟信道是调制信道。典型的数字信道是编码信道。3/14/20233.3信道数学模型（调制信道与编码信道）一.调制信道数学模型调制信道一般特性：■有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端；■大多数信道都是线性的，即满足叠加原理；■信号通过信道都有一定时延，受到固定或时变损耗；■即使没有输入，往往会有一定的输出(噪声)。时变线性系统ei(t)eo(t)图3-2调制信道模型(二对端网络)3/14/2023线性系统ei(t)eo(t)3.3信道数学模型（调制信道与编码信道）一.调制信道数学模型3/14/20233.3信道数学模型(调制信道数学模型)时变线性系统ei(t)eo(t)图3-2调制信道模型(二对端网络)调制信道输出eo(t)与输入ei(t)关系：eo(t)=f[ei(t)]+n(t)加性噪声时变信道特性影响eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)时变信道特性影响常描述为一种干扰：乘性干扰3/14/20233.3信道数学模型（调制信道与编码信道）二.编码信道数学模型产生失真、畸变判决电平发送时钟判决时钟传输信道输出信号输入信号噪声n(t)010110抽样判决010110没发生误码编码信道质量优劣的标准是考察接收码元是否会发生错误。由于信道特性和噪声的影响，也会使得传输信号波形发生失真或畸变，但是失真不一定会误码。误码的概率（误码率）与接收波形的失真有关，因此与传输信道输出的信噪比有关。3/14/20233.3信道数学模型（调制信道与编码信道）二.编码信道数学模型——码的转移概率P(i/j)■二进制数字编码信道发送码元为j，而接收码元为i的概率。0101发送端接收端P(0/0)P(1/0)P(1/1)P(0/1)P(0/0)+P(1/0)=1P(0/1)+P(1/1)=1P(0/1)、P(1/0)是错误接收概率P(0/0)、P(1/1)是正确接收概率系统的误码率是？系统的误码率Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)3/14/20233.3信道数学模型（调制信道与编码信道）二.编码信道数学模型■M进制数字编码信道系统误码率是？P(0/0)P(1/0)P(M-1/0)P(2/0)P(0/1)P(1/1)P(2/1)P(M-1/1)P(0/2)P(2/2)P(1/2)P(M-1/2)P(0/M-1)P(M-1/M-1)P(1/M-1)P(2/M-1)01发送端接收端2M-1012M-13/14/20233.4恒参信道举例3.4.2光纤信道光源光调制器耦合器基带处理基带电信号耦合器光检测器基带处理基带电信号光纤线路发送端接收端图3-7光纤通信系统■光纤与光缆■光波长■单模光纤与多模光纤■光纤的衰耗与色散光纤通信的优点■无中继传输距离长；■系统频带宽、容量大；■具有及强的抗电磁干扰能力。3/14/20233.4恒参信道举例3.4.3无线电视距传播信道无线电视距传播无线电中继信道3/14/20233.4恒参信道举例3.4.4卫星中继信道卫星中继信道通信卫星通信卫星3/14/20233.6随参信道举例3.6.1短波电离层反射信道■随参信道是指信道的特性参数随时间快速变化的信道。短波电离层反射信道、对流层散射信道、市区移动通信等信道都属于随参信道。在一次通信过程中信道参数不固定。■短波：指波长在100m

—10m（对应信号载波频率3MHz—30MHz）的无线电波。■电离层：距离地面高度为60km

—600km的大气层称为电离层。3/14/2023■电离层：大气层在受到太阳光的照射后，形成一层带电的空气层，称为电离层。60公里一直到600公里左右。■对流层：对流层是大气层的一个区域，其顶部位于地面上空十多公里处，并在不同的纬度地区有所不同。3/14/20233.6.1短波电离层反射信道1.传播路径4000kmDEF1F2反射层吸收层■电离层：□各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化。□一次或多次反射的距离也会发生变化，且与入射角有关。□不同层次（F1、F2）的不同高度上都会产生反射。地球地面高度为60km

—600km入射角φo3/14/20233.6.1短波电离层反射信道3.多径传播DEF1F2反射层吸收层■一次反射与两次反射地球发送接收一次反射与两次反射反射高度不同■反射高度不同■漫射现象（电离层不均匀）■寻常波与非寻常波（地球磁场）3/14/20233.6.1短波电离层反射信道4.电离层反射信道特点■优点①要求功率小，设备成本低。②传播距离远。③受地形影响小。④不易受人为破坏。⑤有一定的带宽或传输容量。■缺点①干扰电平高。②存在快衰落和多径时延失真。③传输可靠性差。④需要经常改换工作频率，导致使用复杂。3/14/20233.6随参信道举例3.6.2对流层散射信道■随参信道是指信道的特性参数随时间快速变化的信道。短波电离层反射信道、对流层散射信道、市区移动通信等信道都属于随参信道。■超视距传播信道：工作在超短波和微波波段，一跳距离约100km

—500km。■

对流层：距离地面高度为10km

—12km的大气层称为对流层。■应用：□长途干线上的无线电中继通信。□点对点通信。3/14/20233.6.2对流层散射信道——主要特征■

衰落：□慢衰落夏>冬午<早晚□快