通信原理第四章信道课件.ppt

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1、阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院通信原理第四章信道第1页，此课件共56页哦概述概述4.1 4.1 无线信道无线信道4.2 4.2 有线线道有线线道4.3 信道的数学模信道的数学模 型型4.4 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响4.5 信道中的噪声信道中的噪声4.6 信道容量信道容量目录目录第2页，此课件共56页哦信道中的干扰：信道中的干扰：l有源干扰有源干扰 噪声噪声l无源干扰无源干扰 传输特性不良传输特性不良本章重点：本章重点：介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。传输的影响。概述概述 信道信道信道信道:传输媒质

2、传输媒质（信号通道信号通道信号通道信号通道）有线信道有线信道无线信道无线信道第3页，此课件共56页哦无线信道电磁波的频率无线信道电磁波的频率 受天线尺寸限制受天线尺寸限制 一般天线为波长的一般天线为波长的1/101/10（）。）。地球大气层的结构地球大气层的结构:对流层：地面上对流层：地面上 0 10 km0 10 km平流层：约平流层：约10 10 60 km60 km电离层：约电离层：约60 60 400 km400 km地地 面面对流层对流层平流层平流层电离层电离层10 km60 km0 km4.1 无线信道无线信道 大气层对电磁波的影响有哪些？大气层对电磁波的影响有哪些？第4页，此课件

3、共56页哦l电离层电离层(DEF1F2)对于传播对于传播的影响的影响l吸收吸收l反射反射l散射散射l大气层（氧气水蒸气和降雨）大气层（氧气水蒸气和降雨）对于传播的影响对于传播的影响l散射散射l吸收吸收频率频率(GHz)(a)氧气和水蒸气（浓度氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰）的衰减减频率频率(GHz)(b)降雨的衰减降雨的衰减衰衰减减(dB/km)衰衰减减 (dB/km)水蒸气水蒸气氧氧气气降雨率降雨率图图4-6 大气衰减大气衰减4.1 无线信道无线信道 第5页，此课件共56页哦传播路径地 面图4-1 地波传播地 面信号传播路径图 4-2 天波传播电磁波的分类电磁波的分类l l地波地波

4、地波地波l频率频率 2 MHz 2 MHzl有绕射能力有绕射能力l距离：数百或数千千米距离：数百或数千千米l中波主要靠地波中波主要靠地波 l l天波（电离层反射波）天波（电离层反射波）天波（电离层反射波）天波（电离层反射波）l频率：频率：2 30 MHz2 30 MHzl特点：被电离层反射特点：被电离层反射l一次反射距离：一次反射距离：4000 km 30 MHzl距离距离:和天线高度有关和天线高度有关(4.1-3)式中，式中，D 收发天线间距离收发天线间距离(km)。例例 若要求若要求D=50 km，则由式，则由式(4.1-3)l增大视线传播距离的其他途径增大视线传播距离的其他途径微波中继通

5、信：微波中继通信：卫星通信：静止卫星、移动卫星卫星通信：静止卫星、移动卫星平流层通信：平流层通信：ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr图图 4-3 视线传播视线传播m4.1 无线信道无线信道 第7页，此课件共56页哦微波中继通信微波中继通信使微波中继线路稳定可靠，每隔使微波中继线路稳定可靠，每隔40406060公里便要配置一个公里便要配置一个中继站。一般以相距中继站。一般以相距4646公里为一个标准段。公里为一个标准段。图图4-4 无线电中继无线电中继微波中继通信微波中继通信常用于电缆无法铺设或极难铺设的地方常用于电缆无法铺设或极难铺设的地方,而而且相对而言，线路铺设简单且相对而言，线路铺

6、设简单,建设周期短建设周期短,投资少。投资少。是二十世纪六七十年代世界各国干线通信的主要传输手段是二十世纪六七十年代世界各国干线通信的主要传输手段之一。之一。第8页，此课件共56页哦卫星通信的概貌卫星通信的概貌第9页，此课件共56页哦目前，大多数卫星通信系统选择的工作频段是：目前，大多数卫星通信系统选择的工作频段是：1.UHF波段波段 400/200MHz2.L波段波段1.6/1.5GHz3.C波段波段6.0/4.0GHz4.X波段波段8.0/7.0GHz5.Ku波段波段14.0/12.0GHz;14.0/11.0GHz6.Ka波段波段30/20GHz第10页，此课件共56页哦平流层通信是指用

7、位于平流层的高空平台电台平流层通信是指用位于平流层的高空平台电台(High Altitude Platform Stations,HAPS)代替卫星作为基站的代替卫星作为基站的通信，平台高度距地面通信，平台高度距地面17km22km。可以用充氦飞艇、气球或太阳能动力飞机作为安置转可以用充氦飞艇、气球或太阳能动力飞机作为安置转发站的平台。若其高度在发站的平台。若其高度在20km，则可以实现地面覆盖半径约，则可以实现地面覆盖半径约500km的通信区。若在平流层安置的通信区。若在平流层安置250个充氦飞艇，可以实现个充氦飞艇，可以实现覆盖全球覆盖全球90%以上人口的地区。以上人口的地区。平流层通信系

8、统和卫星通信系统相比，费用低廉、延迟时间平流层通信系统和卫星通信系统相比，费用低廉、延迟时间小、建设快、容量大。它是在研究中的一种通信手段小、建设快、容量大。它是在研究中的一种通信手段平流层通信平流层通信第11页，此课件共56页哦图图4-7 对流层散射通信对流层散射通信地球有效散射区域有效散射区域l散射传播散射传播l电离层散射电离层散射机理机理 由电离层不均匀性引起由电离层不均匀性引起频率频率 30 60 MHz距离距离 1000 km以上以上l对流层散射对流层散射机理机理 由对流层不均匀性（湍流）引起由对流层不均匀性（湍流）引起频率频率 100 4000 MHz最大距离最大距离 600 km

9、4.1 无线信道无线信道 第12页，此课件共56页哦l流星流星余迹散射流星流星余迹散射 流星余迹特点流星余迹特点 高度高度80 120 km，长度，长度15 40 km 存留时间：小于存留时间：小于1秒至几分钟秒至几分钟频率频率 30 100 MHz距离距离 1000 km以上以上特点特点 低速存储、高速突发、断续传输低速存储、高速突发、断续传输图图4-8 流星余迹散射通信流星余迹散射通信流星余迹第13页，此课件共56页哦架空明线架空明线：架空明线，即在电线杆上架设的互相平行而绝缘的：架空明线，即在电线杆上架设的互相平行而绝缘的裸线，它是一种在裸线，它是一种在2020世纪初就已经大量使用的通信

10、介质。世纪初就已经大量使用的通信介质。双绞线：双绞线：双绞线又称为双扭线，它是由若干对且每对有两条相双绞线又称为双扭线，它是由若干对且每对有两条相互绝缘的铜导线按一定规则绞合而成。采用这种绞合结构是为了互绝缘的铜导线按一定规则绞合而成。采用这种绞合结构是为了减少对邻近线对的电磁干扰。为了进一步提高双绞线的抗电磁干减少对邻近线对的电磁干扰。为了进一步提高双绞线的抗电磁干扰能力，还可以在双绞线的外层再加上一个用金属丝编织而成的扰能力，还可以在双绞线的外层再加上一个用金属丝编织而成的屏蔽层屏蔽层同轴电缆：同轴电缆：具有高带宽和较好的抗干扰特性。具有高带宽和较好的抗干扰特性。光纤：光纤：光纤不易受电磁

11、干扰和噪声影响，可进行远距离、高速光纤不易受电磁干扰和噪声影响，可进行远距离、高速率的数据传输，而且具有很好的保密性能。率的数据传输，而且具有很好的保密性能。4.2 4.2 4.2 4.2 有线信道有线信道有线信道有线信道 第14页，此课件共56页哦双绞线示意图双绞线示意图第15页，此课件共56页哦同轴电缆结构示意图同轴电缆结构示意图第16页，此课件共56页哦光纤结构示意图光纤结构示意图第17页，此课件共56页哦l结构结构l纤芯纤芯l包层包层l按折射率分类按折射率分类l阶跃型阶跃型l梯度型梯度型l按模式分类按模式分类l多模光纤多模光纤l单模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n1n2710125折

12、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)光纤光纤第18页，此课件共56页哦信道信道（信号通道）（信号通道）狭义信道：信号的传输媒质狭义信道：信号的传输媒质广义信道：媒质及有关变换广义信道：媒质及有关变换装置（发送、接受设备，天装置（发送、接受设备，天线、馈线，调制解调器等）线、馈线，调制解调器等）有线信道有线信道无线信道无线信道调制信道调制信道编码信道编码信道4.3 信道的数学模型信道的数学模型 定义广义信道的原因定义广义信道的原因：只关心变换的最终结果，而无需关只关心变换的最终结果，而无需关心详细的物理过程。心详细的物理过程。第19页，此课

13、件共56页哦调制信道和编码信道调制信道和编码信道调调制制信信道道：指指图图中中调调制制器器输输出出端端到到解解调调器器输输入入端端的的部部分分，又称模拟信道。又称模拟信道。研究调制和解调时，常用调制信道。研究调制和解调时，常用调制信道。编编码码信信道道：指指图图中中编编码码器器输输出出端端到到译译码码器器输输入入端端的的部部分，有时又称数字信道分，有时又称数字信道/离散信道。离散信道。广义信道广义信道按包含的功能，可划分为按包含的功能，可划分为调制信道调制信道与与编码编码信道信道。广义广义广义广义信道信道信道信道第20页，此课件共56页哦调制信道模型调制信道模型调制信道模型调制信道模型(模拟信

14、道模拟信道模拟信道模拟信道)考察调制信道输出信号与输入信号的关系。设考察调制信道输出信号与输入信号的关系。设输入端与输出端是输入端与输出端是一一对应的，可表示为一一对应的，可表示为调制调制调制调制信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型 f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)图4-13 调制信道数学模型 式中式中 信道输入端信号电压；信道输入端信号电压；信道输出端的信号电压；信道输出端的信号电压；噪声电压。噪声电压。第21页，此课件共56页哦则调制信道可以写为则调制信道可以写为 k(t)k(t)依赖于网络的特性，依赖于网络的特性，反映网络特性对反映网络特性对 的作用。的作用

15、。k(t)k(t)的存在，对的存在，对 来说是一种干扰，通常称来说是一种干扰，通常称为为乘性干扰乘性干扰。通常假设通常假设调制调制调制调制信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型 第22页，此课件共56页哦在分析乘性干扰在分析乘性干扰k(t)k(t)，可以把信道粗略分为两大类：，可以把信道粗略分为两大类：恒恒参参信信道道：指指k(t)k(t)可可看看成成不不随随时时间间变变化化或或相相对对于于信信道道上上传传输输信信号号的的变变化化较较为为缓缓慢慢的的调调制制信信道道（常常可可等等效效为为一一个个线线性时不变性时不变网络来分析）。网络来分析）。随参信道：随参信道：是非恒参信道的

16、统称，或者说，是非恒参信道的统称，或者说，k(t)k(t)是随机是随机变化的调制信道。变化的调制信道。本书的模拟和数字通信系统中主要讨论具有加性高斯本书的模拟和数字通信系统中主要讨论具有加性高斯白噪声的恒参信道的情况。白噪声的恒参信道的情况。恒参信道和随参信道恒参信道和随参信道恒参信道和随参信道恒参信道和随参信道第23页，此课件共56页哦 当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码器当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码器当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码器当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码器的输入端时，的输入端时，的输入端时，的输入端时，由于噪声的存在以及信道带宽的有限由

17、于噪声的存在以及信道带宽的有限由于噪声的存在以及信道带宽的有限由于噪声的存在以及信道带宽的有限，在传，在传，在传，在传输过程中不可避免会出现差错。则编码信道模型可用输过程中不可避免会出现差错。则编码信道模型可用输过程中不可避免会出现差错。则编码信道模型可用输过程中不可避免会出现差错。则编码信道模型可用数数数数字的转移概率字的转移概率字的转移概率字的转移概率来描述。来描述。来描述。来描述。转移概率转移概率转移概率转移概率表示信道输入端数字信号序列到输出端表示信道输入端数字信号序列到输出端表示信道输入端数字信号序列到输出端表示信道输入端数字信号序列到输出端发生的转移程度。发生的转移程度。发生的转移

18、程度。发生的转移程度。编码信道对信号传输的影响是将一种数字序列变成另编码信道对信号传输的影响是将一种数字序列变成另一种数字序列。一种数字序列。编码信道模型编码信道模型编码信道模型编码信道模型(数字信道数字信道数字信道数字信道)第24页，此课件共56页哦 最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一种简单最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一种简单最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一种简单最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一种简单的编码信道模型如图的编码信道模型如图的编码信道模型如图的编码信道模型如图4-144-144-144-14所示。所示。所示。所示。（所谓信道无记忆是指：一码元的差错与其（所

19、谓信道无记忆是指：一码元的差错与其（所谓信道无记忆是指：一码元的差错与其（所谓信道无记忆是指：一码元的差错与其前后码元的差错发生是相互独立的。前后码元的差错发生是相互独立的。前后码元的差错发生是相互独立的。前后码元的差错发生是相互独立的。)1001P(0/0)P(1/0)P(0/1)P(1/1)图图4-14 二进制编码信道模型二进制编码信道模型xy第25页，此课件共56页哦 在在此此模模型型中中，假假设设解解调调器器每每个个输输出出码码元元的的差差错错发发生生是是相相互互独独立立的的，P(0/0)P(0/0)、P(0/1)P(0/1)、P(1/1)P(1/1)、P(1/0)P(1/0)称称为为

20、转转转转移移移移概概概概率率率率。其其中中P(0/0)P(0/0)与与P(1/1)P(1/1)是正确转移的概率，是正确转移的概率，而而P(0/1)P(0/1)与与 P(1/0)P(1/0)是错误转移概率。是错误转移概率。注注意意：转转转转移移移移概概概概率率率率完完完完全全全全由由由由编编编编码码码码信信信信道道道道特特特特性性性性决决决决定定定定。一一个个特特定定的的编编码码信道，有确定的转移概率。信道，有确定的转移概率。误码率错误转移概率的统计平均误码率错误转移概率的统计平均 P Pe e=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)二进制编码信道

21、模型的二进制编码信道模型的转移概率矩阵转移概率矩阵为：为：P(yi/xi)=P(0/0)P(1/0)P(0/1)P(1/1)第26页，此课件共56页哦4.4 4.4 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响 一、恒参信道一、恒参信道一、恒参信道一、恒参信道 举例举例：各种有线信道和部分无线信道，如卫星通信：各种有线信道和部分无线信道，如卫星通信链路信道，微波中继链路信道，链路信道，微波中继链路信道，恒参信道恒参信道 实质是实质是 非时变线性网络非时变线性网络非时变线性网络非时变线性网络 信号通过线性信号通过线性系统的分析方法（系统的分析方

22、法（假设输入源这确知信号假设输入源这确知信号）下面首先介绍一种理想的恒参信道。下面首先介绍一种理想的恒参信道。第27页，此课件共56页哦 理想恒参信道的冲激响应为理想恒参信道的冲激响应为 h(t)=K0(t-td)若若输输入入信信号号为为ei(t)，则则理理想想恒恒参参信信道道的的输输出出为为 eo(t)=K0 ei(t-td)由此可见，由此可见，理想恒参信道对信号传输的影响是理想恒参信道对信号传输的影响是：(1)对信号在幅度上产生固定的衰减；对信号在幅度上产生固定的衰减；(2)对信号在时间上产生固定的迟延。对信号在时间上产生固定的迟延。这种情况也称信号是这种情况也称信号是这种情况也称信号是这

23、种情况也称信号是无失真传输。无失真传输。理想恒参信道理想恒参信道理想恒参信道理想恒参信道第28页，此课件共56页哦理想信道的幅频特性、理想信道的幅频特性、理想信道的幅频特性、理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延相频特性和群迟延相频特性和群迟延相频特性和群迟延频率特性频率特性频率特性频率特性 OK0|H(w w)|w wOj j(w w)w ww w tdOtd (w w)w wa 幅幅频频特特性性 b 相相频频特特性性 c 群群迟迟延延特特性性 理想恒参信道理想恒参信道理想恒参信道理想恒参信道在整个信号频带范围之内：在整个信号频带范围之内：幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性和和群迟延群迟延群迟延

24、群迟延-频率特性频率特性频率特性频率特性为为常数常数常数常数；相频特性为相频特性为相频特性为相频特性为 的线性函数的线性函数的线性函数的线性函数。对对ei(t)的不同频率成份进行的不同频率成份进行相同的幅度衰减和时延。相同的幅度衰减和时延。实际中，传输特性可能偏离理想实际中，传输特性可能偏离理想实际中，传输特性可能偏离理想实际中，传输特性可能偏离理想信道特性，产生失真：信道特性，产生失真：信道特性，产生失真：信道特性，产生失真：第29页，此课件共56页哦 如如果果信信道道的的幅幅度度-频频率率特特性性在在信信号号频频带带范范围围之之内内不不是是常常数数，即即信信号号在在不不同同的的频频点点的的

25、衰衰耗耗不不同同，导导致致波波形形失失失失真真（或或码码间串扰）间串扰），信号产生，信号产生幅度幅度幅度幅度-频率失真（又称为频率失真）；频率失真（又称为频率失真）；频率失真（又称为频率失真）；频率失真（又称为频率失真）；产产产产生生生生原原原原因因因因：由由于于各各种种滤滤波波器器、混混合合线线圈圈、串串联联电电容容、分分路电感路电感等造成引起的；等造成引起的；产产产产生生生生影影影影响响响响：模模拟拟波波形形失失真真：信信噪噪比比下下降降；数数字字信信号号：码间串扰码间串扰,造成误码；造成误码；改改改改变变变变方方方方法法法法：可可以以通通过过改改善善滤滤波波特特性性或或增增加加线线性性补

26、补偿偿网网络络（幅度均衡器幅度均衡器）来改善，使衰耗特性平坦。）来改善，使衰耗特性平坦。1 1、幅频失真、幅频失真、幅频失真、幅频失真第30页，此课件共56页哦(a)插入损耗频率特性图图4-16：典型电话信道特性：典型电话信道特性第31页，此课件共56页哦 如如果果信信道道的的相相位位-频频率率特特性性在在信信号号频频带带范范围围之之内内不不是是的的线线性性函函数数，则则会会使使信信号号产产生生相相相相位位位位-频频频频率率率率失失失失真真真真。常常用用群群群群迟延迟延迟延迟延频率特性频率特性频率特性频率特性来衡量。来衡量。产产产产生生生生原原原原因因因因：信信道道中中的的各各种种滤滤波波器器

27、及及可可能能有有的的加加感感线线圈圈引起的；引起的；产产产产生生生生影影影影响响响响：对对模模拟拟语语音音信信号号影影响响不不大大；数数字字信信号号：码码间串扰，造成误码；间串扰，造成误码；改改改改变变变变方方方方法法法法：可可以以通通过过改改善善滤滤波波特特性性或或增增加加线线性性补补偿偿网网络（络（相位均衡器相位均衡器）来改善。）来改善。2 2、相频失真、相频失真、相频失真、相频失真第32页，此课件共56页哦 例：例：非单一频率的信号通过该信道时，引起信号的非单一频率的信号通过该信道时，引起信号的畸变畸变 群迟延畸变和幅频畸变一样，是群迟延畸变和幅频畸变一样，是线性畸变线性畸变。因此，也可

28、。因此，也可采取均衡措施进行补偿。采取均衡措施进行补偿。群延迟群延迟群延迟群延迟-频率特性影响分析频率特性影响分析频率特性影响分析频率特性影响分析第33页，此课件共56页哦非线性失真非线性失真：输入电压输出电压关系输入电压输出电压关系 是非线性的。主是非线性的。主要是由元件的特性不理想造成的。要是由元件的特性不理想造成的。频率偏移频率偏移：指信道的输入信号频谱经过信道传输后指信道的输入信号频谱经过信道传输后产生了平移。产生了平移。相位抖动相位抖动 其它失真：其它失真：非线性失真、频率偏移、相位抖动非线性失真、频率偏移、相位抖动非线性关系直线关系图图4-17 非线性特性非线性特性输入电压输入电压

29、输输出出电电压压第34页，此课件共56页哦 随参信道包括随参信道包括随参信道包括随参信道包括短波电离层反射短波电离层反射短波电离层反射短波电离层反射、超短波流星余超短波流星余超短波流星余超短波流星余迹散射迹散射迹散射迹散射、超短波及微波对流层散射超短波及微波对流层散射超短波及微波对流层散射超短波及微波对流层散射、超短波电离超短波电离超短波电离超短波电离层散射等层散射等层散射等层散射等传输媒质所构成的调制信道。传输媒质所构成的调制信道。传输媒质所构成的调制信道。传输媒质所构成的调制信道。在此以在此以短波短波短波短波（10m100m10m100m的无线电波）的无线电波）电离层电离层电离层电离层反射

30、信道反射信道反射信道反射信道为例对随参信道进行简单介绍，其传输路为例对随参信道进行简单介绍，其传输路径如图。径如图。二、随参信道二、随参信道 电离层电离层电离层电离层是指离地面高是指离地面高60600km的大气层。当短波电磁的大气层。当短波电磁波经过时经反射、折射完成远距离的反射传输，同时也受到衰波经过时经反射、折射完成远距离的反射传输，同时也受到衰减、延时等影响。减、延时等影响。第35页，此课件共56页哦随参信道主要具有随参信道主要具有三个特点三个特点三个特点三个特点：多径传播后的接收信号将是衰减和时延都随时间变化的各多径传播后的接收信号将是衰减和时延都随时间变化的各多径传播后的接收信号将是

31、衰减和时延都随时间变化的各多径传播后的接收信号将是衰减和时延都随时间变化的各条路径的信号的合成。条路径的信号的合成。条路径的信号的合成。条路径的信号的合成。对信号的衰耗随时间而变化；对信号的衰耗随时间而变化；对信号的衰耗随时间而变化；对信号的衰耗随时间而变化；传输的时延随时间而变化；传输的时延随时间而变化；传输的时延随时间而变化；传输的时延随时间而变化；多径传播（多径效应）。多径传播（多径效应）。多径传播（多径效应）。多径传播（多径效应）。第36页，此课件共56页哦考虑一个单频信号：考虑一个单频信号：设发射信号为设发射信号为接收信号为接收信号为式中式中 由第由第i i条路径到达的接收信号振幅；

32、条路径到达的接收信号振幅；由第由第i i条路径达到的信号的时延；条路径达到的信号的时延；上式中的上式中的 都是随机变化的。都是随机变化的。多径效应分析多径效应分析第37页，此课件共56页哦应用三角公式可以将式应用三角公式可以将式(4.4-1)改写成：改写成：(4.4-2)上式中的上式中的R(t)可以看成是由互相正交的两个分量组成的。这两个分可以看成是由互相正交的两个分量组成的。这两个分量的振幅分别是缓慢随机变化的。量的振幅分别是缓慢随机变化的。式中式中 接收信号的包络接收信号的包络 接收信号的相位接收信号的相位 缓慢随机变化振幅缓慢随机变化振幅缓慢随机变化振幅缓慢随机变化振幅多径效应分析多径效

33、应分析第38页，此课件共56页哦 所以，接收信号可以看作是一个包络和相位随机缓慢变化的窄所以，接收信号可以看作是一个包络和相位随机缓慢变化的窄带信号：带信号：l l结论结论结论结论：频谱上，频谱上，频谱上，频谱上，多径传输引起多径传输引起频率弥散频率弥散频率弥散频率弥散，即由单个频率变成，即由单个频率变成一个窄带频谱。一个窄带频谱。包络包络V(t)的一维分布服从瑞利分布，称为的一维分布服从瑞利分布，称为瑞瑞瑞瑞利型衰落利型衰落利型衰落利型衰落。(t)的一维分布服从的一维分布服从均匀分布均匀分布均匀分布均匀分布。快衰落快衰落 衰落周期和码元周期可以相比。衰落周期和码元周期可以相比。慢衰落慢衰落

34、由传播条件引起的。由传播条件引起的。多径效应分析多径效应分析第39页，此课件共56页哦 两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）设到达接收点的两路信号具有相同的强度和一个相对时设到达接收点的两路信号具有相同的强度和一个相对时延差延差。（设输入信号为。（设输入信号为f(t)=Acosf(t)=Acos 0 0t t）当信号经过上图所示的两径传播后，其合成输出信号当信号经过上图所示的两径传播后，其合成输出信号将随着输入信号的频率、两径的时延差将随着输入信号的频率、两径的时延差 的不同而变化。的不同而变化。第40页，此课件共56页哦模型

35、的传输特性为：模型的传输特性为：模型的传输特性为：模型的传输特性为：传输特性的幅度传输特性的幅度传输特性的幅度传输特性的幅度-频率特性为频率特性为频率特性为频率特性为 两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）幅频特性曲线幅频特性曲线幅频特性曲线幅频特性曲线第41页，此课件共56页哦 当当 （n n为整数）时，出现传播为整数）时，出现传播极点极点极点极点；当当 时，出现传输时，出现传输零点零点零点零点。另外，相对时延差一般是随时间变化的，故传输另外，相对时延差一般是随时间变化的，故传输特性出现的零点与极点也是随时间变化的。特性出现的

36、零点与极点也是随时间变化的。频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落 图中的最大和最小值位置决定于两条路径的相对时延差图中的最大和最小值位置决定于两条路径的相对时延差。而。而 是随时间变化的，所以对于给定频率的信号，信号的是随时间变化的，所以对于给定频率的信号，信号的强度随时间而变，这种现象称为强度随时间而变，这种现象称为衰落衰落现象。由于这种衰落和现象。由于这种衰落和频率有关，故常称其为频率有关，故常称其为频率选择性衰落频率选择性衰落。第42页，此课件共56页哦 多径传播中，频率选择性依赖于相对时延差。此时，相对时多径传播中，频率选择性依赖于相对时延差。此时，相对时延差（简称

37、多径时延差）通常用延差（简称多径时延差）通常用最大多径时延差最大多径时延差最大多径时延差最大多径时延差 mm来表征，并用它来表征，并用它来估算传输零极点在频率轴上的位置。来估算传输零极点在频率轴上的位置。定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔 为多径传播媒质的为多径传播媒质的为多径传播媒质的为多径传播媒质的相关带宽相关带宽相关带宽相关带宽。为了不引起选择性衰落，传输信号的频带为了不引起选择性衰落，传输信号的频带为了不引起选择性衰落，传输信号的频带为了不引起选择性衰落，传输信号的频带B B B BS S S S必须小于多径传播媒必

38、须小于多径传播媒必须小于多径传播媒必须小于多径传播媒质的相关频带质的相关频带质的相关频带质的相关频带 。工程上取工程上取工程上取工程上取B BS S=(1/3-1/5)=(1/3-1/5)频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落 第43页，此课件共56页哦确知信号确知信号：接收端能够准确知道其码元波形的信号。：接收端能够准确知道其码元波形的信号。随相信号随相信号：接收码元的相位随机变化：接收码元的相位随机变化 。起伏信号起伏信号：接收信号的包络随机起伏、相位也随机变：接收信号的包络随机起伏、相位也随机变化。化。通过多径信道传输的信号都具有这种特性。通过多径信道传输的信号都具有这

39、种特性。接收信号的分类接收信号的分类接收信号的分类接收信号的分类第44页，此课件共56页哦4.5 信道中的噪声信道中的噪声 调制信道对信号传输的影响，包括乘性干扰调制信道对信号传输的影响，包括乘性干扰k(t)和和加性干扰加性干扰n(t)。加性干扰加性干扰n(t)n(t)也称也称加性噪声加性噪声加性噪声加性噪声，简称，简称噪声噪声噪声噪声，是，是，是，是信道中信道中存在的不需要的电信号。存在的不需要的电信号。第45页，此课件共56页哦、按来源、按来源、按来源、按来源 分类分类分类分类人人为为噪噪声声：来来源源于于其其它它无无关关的的信信号号源源，如如外外台台信信号号、开开关关接接触噪声、工业的点

40、火辐射、荧光灯干扰等；触噪声、工业的点火辐射、荧光灯干扰等；自自然然噪噪声声：自自然然界界存存在在的的各各种种电电磁磁波波源源，如如闪闪电电、大大气气中的电暴、银河系噪声及其它各种宇宙噪声等；中的电暴、银河系噪声及其它各种宇宙噪声等；内内部部噪噪声声：系系统统设设备备本本身身产产生生的的各各种种噪噪声声，如如导导体体中中自自由电子的热运动（由电子的热运动（热噪声热噪声）、电源哼声等。）、电源哼声等。一、噪声的分类一、噪声的分类一、噪声的分类一、噪声的分类第46页，此课件共56页哦、按噪声性质分类、按噪声性质分类脉冲噪声脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持：是突发性地产生的，幅度很大，其持

41、续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花就是一种典型的脉冲噪声。就是一种典型的脉冲噪声。窄带噪声窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波。看作是一种非所需的连续的已调正弦波。起伏噪声起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等。声和宇宙噪声等。讨论噪声对于通信系统的影响讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响时，主要是考虑起伏

42、噪声，特别是热噪声的影响。一、噪声的分类一、噪声的分类一、噪声的分类一、噪声的分类第47页，此课件共56页哦 式中式中 Pn(f0)原噪声功率谱密度曲线的最大值原噪声功率谱密度曲线的最大值噪声等效带宽噪声等效带宽噪声等效带宽噪声等效带宽：利用噪声等效带利用噪声等效带宽的概念，在后面宽的概念，在后面讨论通信系统的性讨论通信系统的性能时，可以认为窄能时，可以认为窄带噪声的功率谱密带噪声的功率谱密度在带宽度在带宽Bn内是恒定的。内是恒定的。图4-19 噪声功率谱特性 Pn(f)Pn(f0)接收滤波器特性接收滤波器特性噪声等效带噪声等效带宽宽二、噪声的等效带宽二、噪声的等效带宽二、噪声的等效带宽二、噪

43、声的等效带宽第48页，此课件共56页哦4.6 信道容量信道容量信信信信道道道道容容容容量量量量：信信道道能能够够传传输输的的最最大大平平均均信信息息速速率率，即即信信道道的极限传输能力。的极限传输能力。从从信信息息论论的的观观点点来来看看，各各种种信信道道可可以以概概括括为为两大类：两大类：离离离离散散散散信信信信道道道道：输输入入和和输输出出的的信信号号都都是是取取离离散散的的时时间间函函数，即广义信道中的编码信道；数，即广义信道中的编码信道；连连连连续续续续信信信信道道道道：输输输输入入入入和和和和输输输输出出出出信信信信号号号号都都都都是是是是取取取取值值值值连连连连续续续续的的的的时时

44、时时间间间间函函函函数；即广义信道中的调制信道。数；即广义信道中的调制信道。数；即广义信道中的调制信道。数；即广义信道中的调制信道。第49页，此课件共56页哦两种不同的度量单位：两种不同的度量单位：C C 每个符号能够传输的平均信息量最大值。每个符号能够传输的平均信息量最大值。C Ct t 单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值。单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值。两者之间可以互换。两者之间可以互换。离散信道模型离散信道模型离散信道模型离散信道模型 离散信道的模型可分为有噪声信道和无噪声信道两种情况，离散信道的模型可分为有噪声信道和无噪声信道两种情况，可以用信道可以用信道转移概率转

45、移概率来合理的描述信道干扰和信道统计特性。来合理的描述信道干扰和信道统计特性。离散信道容量离散信道容量第50页，此课件共56页哦图图(a)是无噪声信道，图（是无噪声信道，图（b）是有噪声信道。）是有噪声信道。先验概率：先验概率：P(xi)发送符号发送符号xi的概率，的概率，输出概率输出概率：P(yj)收到符号收到符号yj的概率，的概率，转移概率：转移概率：P(yj/xi)发送发送xi的条件下收到的条件下收到yi的转移（条件）概率的转移（条件）概率后验概率：后验概率：P(xi/yj)收到收到yi后判断发送为后判断发送为xi的转移（条件）概率的转移（条件）概率第51页，此课件共56页哦 平均互信息

46、量平均互信息量平均互信息量平均互信息量I(X,Y)I(X,Y)I(X,Y)I(X,Y)在有噪声信道中，发送符号为在有噪声信道中，发送符号为 而收到符号为而收到符号为 时所时所获得的信息量，即互信息量获得的信息量，即互信息量 。它等于发送符号的信息量减去收到符号它等于发送符号的信息量减去收到符号y yi i后对后对x xi i的不的不确定程度：确定程度：第52页，此课件共56页哦 对对所所有有发发送送为为 而而收收到到为为 的的互互信信息息量量取取统统计计平平均均，则则得得到到从从Y中中获获得得的的关关于于X的的平平均均信信息息量量即即平平平平均均均均互互互互信信信信息量息量息量息量I(X,Y)

47、I(X,Y):式中，式中，H(x)表示发送的每个符号的平均信息量；表示发送的每个符号的平均信息量；H(x/y)表表示示发发送送符符号号在在有有噪噪声声的的信信道道中中传传输输平平均均丢丢失失的的信信息量。息量。离散信道容量离散信道容量第53页，此课件共56页哦l容量容量C C的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值 (比特比特/符号符号)l当信道中的噪声极大时，当信道中的噪声极大时，H H(x x/y y)=)=HH(x x)。这时。这时C=0C=0，即，即信道容量为零。信道容量为零。l容量容量C Ct t的定义：的定义：(b/s)(b/s)式中式中

48、 r r 单位时间内信道传输的符号数单位时间内信道传输的符号数 该式表示有噪声信道中信息传输速率等于每秒钟内信息源发送的信息该式表示有噪声信道中信息传输速率等于每秒钟内信息源发送的信息该式表示有噪声信道中信息传输速率等于每秒钟内信息源发送的信息该式表示有噪声信道中信息传输速率等于每秒钟内信息源发送的信息量与由信道不确定性而引起的丢失的那部分信息量之差。量与由信道不确定性而引起的丢失的那部分信息量之差。量与由信道不确定性而引起的丢失的那部分信息量之差。量与由信道不确定性而引起的丢失的那部分信息量之差。例例例例4-1:P804-1:P804-1:P804-1:P80略略略略离散信道容量离散信道容量

49、第54页，此课件共56页哦 连续信道的信道容量连续信道的信道容量 香农公式香农公式香农公式香农公式 假假设设输输入入信信道道的的加加性性高高斯斯白白噪噪声声单单边边功功率率谱谱密密度度为为n n0 0，功功率率为为N(W)N(W)，信信道道的的带带宽宽为为B(Hz)B(Hz)，信信号号功功率率为为S(W)S(W)，则可以证明该连续信道的，则可以证明该连续信道的信道容量为信道容量为信道容量为信道容量为 上式就是信息论中具有重要意义的上式就是信息论中具有重要意义的 香农（香农（shannon）公式）公式 连续信道的信道容量连续信道的信道容量“三要素三要素三要素三要素”：B B、n n0 0、S S

50、。第55页，此课件共56页哦香香香香农农农农公公公公式式式式表表表表明明明明了了了了当当当当信信信信号号号号与与与与作作作作用用用用在在在在信信信信道道道道上上上上的的的的起起起起伏伏伏伏噪噪噪噪声声声声的的的的平平平平均均均均功功功功率率率率给给给给定定定定时时时时，在在在在具具具具有有有有一一一一定定定定频频频频带带带带宽宽宽宽度度度度B B的的的的信信信信道道道道上上上上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。同时，该式还是同时，该式还是同时，该式还是