通信原理Chp41选编课件

第四章信道内容提要：研究信道分类、信道模型及信道特性对信号传输的影响，并介绍信道容量等重要概念。第四章信道内容提要：4.0概述[第九讲]4.1无线信道4.2有线信道4.3信道的数学模型4.4信道特性对信号传输的影响4.0概述[第九讲]4.1无线信道4.2有线信道4.信道是通信系统的必不可少的重要组成部分，特性对于通信系统的性能有很大的影响。信道和噪声的研究是研究通信问题的基础研究信道和噪声的目的弄清信道和噪声对信号传输的影响，寻求提高通信有效性与可靠性的方法。4.0概述信道中的噪声是不可避免的。噪声损害发送信号并使接受的信号波形产生失真或使接受的数字序列产生错误。信道是通信系统的必不可少的重要组成部分，信道和噪声的研究是

信道是信号的传输媒质。4.0概述具体地说，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。信道的定义信道是信号的传输媒质。4.0概述具体地说，信道是按照信道的组成分类通信系统模型编码器调制器发射机传输媒质接收机解调器译码器解密器受信者加密器信息源狭义信道调制信道编码信道狭义信道和广义信道4.0概述信道的分类按照信道的组成分类通信系统模型编码器调制器发射机传输媒质接信道的分类按照输入输出端信号的类型分类连续信道(模拟信道)：输入输出信号为连续(模拟)信号；例如，调制信道为连续信道。离散信道(数字信道)

：输入输出信号为离散信号；例如，编码信道为离散信道。半连续(半离散)信道：输入为连续(离散)信号，输出为离散(连续)信号。4.0概述信道的分类按照输入输出端信号的类型分类连续信道(模拟信有线信道：明线、对称电缆、同轴电缆；无线信道：低频、中频、高频等；光纤信道：光纤为传输媒质，光波为载波。按照信道的物理性质分类信道的分类4.0概述有线信道：明线、对称电缆、同轴电缆；按照信道的物理性质分4.1无线信道无线信道与电磁波无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。无线电收发信机之间的电磁波传播总是受到地面和大气层的影响。无线信道电磁波的频率受天线尺寸限制天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10。根据通信距离、频率和位置的不同，电磁波的传播主要分为地波、天波和视线传播三种。4.1无线信道无线信道与电磁波无线信道中信号的传输是利用4.1无线信道电磁波的传播方式传播路径地面图4-1地波传播地面信号传播路径图4-2天波传播频率<2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米频率：2～30MHz特点：被电离层反射一次反射距离<4000km距离：10000km以上寂静区地波传播天波传播4.1无线信道电磁波的传播方式传播路径地面图4-1地频率>30MHz距离:和天线高度有关ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr图4-3视线传播视线传播4.1无线信道电磁波的传播方式[例]求D=50km时天线高度。m式中，D–收发天线间距离(km)。频率>30MHzddh接收天线发射天线传播途径D地面r视线传播4.1无线信道电磁波的传播方式增大视线传播距离的其他途径图4-4无线电中继

中继通信

卫星通信：静止、移动卫星

平流层通信视线传播4.1无线信道电磁波的传播方式增大视线传播距离4.1无线信道4.1无线信道机理－由电离层不均匀性引起频率－30～60MHz距离－1000km以上电磁波的传播方式散射传播电离层散射对流层散射机理－由对流层不均匀性引起频率－100～4000MHz最大距离<600kmABCD图4-7对流层散射通信地面对流层平流层电离层10km60km0km4.1无线信道4.1无线信道机理－由电离层不均匀性引起4.1无线信道电磁波的传播方式散射传播流星余迹特点：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、断续传输流星余迹图4-8流星余迹散射通信流星流星余迹散射4.1无线信道电磁波的传播方式散射传播流星余迹特点：高度平行而相互绝缘的架空裸线线路。明线明线对称电缆4.2有线信道在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质；对称电缆优点：传输特性比较稳定；缺点：传输耗损大。优点：传输损耗低缺点：易受气候和天气的影响，对外界干扰敏感。有线信道是利用人造的传导电或光信号的媒体来

传输信号。平行而相互绝缘的架空裸线线路。明线明线对称电缆4.2有线由同轴的两个导体构成，外导体是圆柱形的空管，内导体是金属线；同轴电缆4.2有线信道优点：传输性能稳定、频率范围宽、容量大；缺点：不便于安装、敷设。由同轴的两个导体构成，外导体是圆柱形的同轴电缆4.2有线信以光导纤维(光纤)为传输媒质、光波为载波的信道。光纤信道4.2有线信道

优点：损耗低、频带宽、重量轻、不怕腐蚀，

不受电磁干扰；

缺点：光纤不便于连接。以光导纤维(光纤)为传输媒质、光波为载波的信道。光纤信道4.光纤信道4.2有线信道光纤信道4.2有线信道为了讨论通信系统的性能，对于信道有不同的定义。调制信道4.3信道的数学模型编码信道为了讨论通信系统的性能，对于信道有不同的定义。调制信道4.3调制信道模型具有一对（或多对）输入和输出端；大部分信道是线性的，即满足叠加原理；信号经过信道会有延时和损耗(固定或时变的)；无输入信号时，在信道的输出端仍有噪声输出。调制信道的性质4.3信道的数学模型信道的数学模型反映信道的输出和输入的关系。调制信道模型具有一对（或多对）输入和输出端；调制信道的单输入单输出模型调制信道模型4.3信道的数学模型时变线性网络通常假设：信道数学模型：加性干扰乘性干扰单输入单输出模型调制信道模型4.3信道的数学模型时变线性4.3信道的数学模型因

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；单输入单输出模型调制信道模型4.3信道的数学模型因k(t)随t变，故信道称为编码信道模型4.3信道的数学模型调制信道对信号的影响是乘性干扰和加性干扰使信号的波形发生失真。编码信道对信号的影响是使传输的序列发生

变化，即序列中的数字发生错误。调制信道模型与编码信道模型之区别用错误概率来描述编码信道的特性；编码信道模型4.3信道的数学模型调制信道对信号的影响是转移概率矩阵：T=()P(0/0)P(0/1)P(1/0)P(1/1)转移概率矩阵：

T

=()P(0/0)P(0/1)P(1/0)P(1/1)P(0/1)P(0/3)P(1/2)P(1/3)P(2/0)P(2/1)P(3/0)P(3/1)P(2/2)P(2/3)P(3/2)P(3/3)编码信道模型编码信道模型可以用数字的转移概率来描述。4.3信道的数学模型P(0/0)P(1/1)P(1/0)P(0/1)0011二进制编码信道模型发送端接收端00112233四进制编码信道模型发送端接收端转移概率矩阵：()P(0/0)P(0/1)P(1/4.4信道特性对信号的影响恒参信道的影响

恒参信道

非时变线性网络

信号通过线性系统的分析方法。振幅-频率特性曲线是一条水平直线；相位-频率特性是一条通过原点的直线

或等效地其传输群时延与频率无关，等于常数。恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道…

振幅-频率特性和相位-频率特性无失真传输要求振幅特性与频率无关，即4.4信道特性对信号的影响恒参信道的影响恒参信道4.4信道特性对信号的影响恒参信道的影响信道h(t)

H(ω)幅频特性相频特性

线性系统的幅频特性和相频特性4.4信道特性对信号的影响恒参信道的影响信道h(t)4.4信道特性对信号的影响恒参信道的影响

线性系统中无失真条件：

典型电话信道特性

插入损耗和频率的关系表示振幅-频率特性；

群延迟和频率的关系表示相位-频率特性。4.4信道特性对信号的影响恒参信道的影响线性系统中无失频率失真：振幅-频率特性不良引起的频率失真

波形畸变

码间串扰解决办法：线性网络补偿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4.4信道特性对信号的影响恒参信道的影响相位失真：相位-频率特性不良引起的对语音影响不大，对数字信号影响大解决办法：同上非线性失真：指信道输入和输出信号的振幅不是

直线关系，造成谐波失真；由于信道中的元器件特性不理想造成的。其他失真：频率偏移、相位抖动…频率失真：振幅-频率特性不良引起的非线性关系直线关系图4-

信道的定义及分类无线信道：地波/天波/视线/散射传播有线信道：明线/对称电缆/同轴电缆/光纤

信道的数学模型连续信道的数学模型离散信道的数学模型恒参信道对信号传输的影响幅频特性及相位特性理想信号不失真的要求本课小结

P84思考题

4-34-5习题

4-1作