第四章信道.ppt

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1、第第4 4章章 信道信道4.1 无线信道无线信道在无线信道中信号的传输是利用电在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磁波在空间的传播来实现的根据通信距离、频率和位置的不同根据通信距离、频率和位置的不同地波地波:频率较低频率较低(大约大约2MHz以下以下)的的电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播,有一定的绕射能力有一定的绕射能力.天波天波:频率较高频率较高(2MHz-30MHz)的电的电磁波为高频电磁波磁波为高频电磁波,它能够被电离它能够被电离层反射层反射.视线传播视线传播:频率高于频率高于30MHz的电磁的电磁波将穿透电离层波将穿透电离层,不能被反射回来

2、不能被反射回来,同时同时,它沿地面绕射能力也很小它沿地面绕射能力也很小.只只能直线视线传播能直线视线传播.频率高电磁波长距离传输有两种方法频率高电磁波长距离传输有两种方法地面中继站地面中继站 卫星转发卫星转发4.2 有线信道有线信道电信号的有线信道电信号的有线信道:明线、对称电缆、同轴电缆明线、对称电缆、同轴电缆光信号的有线信道光信号的有线信道:光纤光纤_ 多模光纤和单模光纤多模光纤和单模光纤4.3 4.3 信道的数学模型信道的数学模型 调调制制器器 解解调调器器 发发转转换换器器 媒媒 质质 收收转转换换器器编码信道编码信道编码器输出编码器输出译码器输入译码器输入调制信道调制信道101010

3、1010104.3.14.3.1调制信道模型调制信道模型-模拟信号或数字信号模拟信号或数字信号-线性失真，非线性失真，损耗，时变线性失真，非线性失真，损耗，时变特性等。特性等。-加性噪声，与加性噪声，与 无关。无关。-产生乘性噪声，包括各种失真等，只有产生乘性噪声，包括各种失真等，只有 存在时，乘性噪声才存在。存在时，乘性噪声才存在。K(t)为乘性干扰 n(t)为加性干扰4.3.2 4.3.2 编码信道模型编码信道模型0101xy二进制无记忆信道二进制无记忆信道 编码信道中，关心的是数字信号经信道传输编码信道中，关心的是数字信号经信道传输后的错误概率后的错误概率 。在二进制无记忆编码信道。在二

4、进制无记忆编码信道中，有中，有 和和 表示正确转移概率，表示正确转移概率，用用 和和 表示错误转移概率，表示错误转移概率，误码率为：误码率为：4.44.4信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响4.4.1 4.4.1 恒参信道特性对信号传输的影响恒参信道特性对信号传输的影响仅考虑信道特性仅考虑信道特性理想信道理想信道:群迟特性群迟特性: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-频率特性频率特性 理想信道的输出：理想信道的输出：理想（理想（恒参）信道信号传输示意（未考虑噪声影响）恒参）信道信号传输示意（未考虑噪声影响）理想（恒参）信道信号传输示意（考虑噪声

5、影响）理想（恒参）信道信号传输示意（考虑噪声影响）发发收收不理想不理想4.4.2 4.4.2 随参信道特性对信号传输的影响随参信道特性对信号传输的影响1 1 传输特性传输特性（1 1）多径传输；）多径传输；（2 2）每条路径的衰减随时间变化。）每条路径的衰减随时间变化。（3 3）传输的时延随时间变化）传输的时延随时间变化电离层电离层发发收收多径传输示意图多径传输示意图2 2 对信号传输的影响对信号传输的影响(1)(1)发射单频信号发射单频信号经过经过N条路径传输后的接收信号条路径传输后的接收信号 与发射载频的周期比，认为与发射载频的周期比，认为 和和 缓慢变化的随机过程。缓慢变化的随机过程。-

6、合成波包络合成波包络-合成波相位合成波相位窄带随机过程窄带随机过程瑞利分布瑞利分布均匀分布均匀分布瑞利衰落（快衰落）瑞利衰落（快衰落）频率弥散频率弥散频谱频谱0(2)(2)发射多频（频带）信号发射多频（频带）信号 设多径传输的路径只有两条，衰减是设多径传输的路径只有两条，衰减是恒定的。恒定的。迟延+传输特性传输特性0对对 选择性衰落选择性衰落1 1）是变化的，故传输特性零点、极点是变化的，故传输特性零点、极点是变化的。是变化的。2 2）设最大迟延为）设最大迟延为 ，则相关带宽，则相关带宽 3 3）当信号带宽）当信号带宽 时，时，波形一波形一定有畸变。定有畸变。4 4）当信号带宽）当信号带宽 时

7、，时，时强时强时弱，与发射单频信号时现象相似。时弱，与发射单频信号时现象相似。5 5）为了不引起明显的频率选择性衰落，）为了不引起明显的频率选择性衰落，B B应小于应小于 且采用一定措施使信号稳定且采用一定措施使信号稳定总结对信号传输的影响总结对信号传输的影响 （1）瑞利衰落）瑞利衰落（2）频率弥散）频率弥散（3）频率选择性衰落。）频率选择性衰落。4.4 信道中的噪声信道中的噪声信道对信号影响：信道对信号影响：乘性干扰乘性干扰 k(t)k(t)加性干扰加性干扰 n(t)n(t)1.1.加性噪声的来源加性噪声的来源：人为噪声：外台信号、开关接触噪声、工业的点火辐人为噪声：外台信号、开关接触噪声、

8、工业的点火辐 射及荧光灯干扰等。射及荧光灯干扰等。自然噪声：自然噪声：闪电、大气中的电暴、银河系噪声及其闪电、大气中的电暴、银河系噪声及其 他各种宇宙噪声等。他各种宇宙噪声等。内部噪声：内部噪声：热噪声、散弹噪声及电源哼声等。热噪声、散弹噪声及电源哼声等。起伏噪声起伏噪声高斯白噪声高斯白噪声2 加性噪声的性质：加性噪声的性质：确知噪声确知噪声 随机噪声随机噪声随机噪声：随机噪声：单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声起伏噪声起伏噪声：热噪声、散弹噪声及宇宙噪声：热噪声、散弹噪声及宇宙噪声热噪声：在电阻一类导体中，自由电子的布朗运动引热噪声：在电阻一类导体中，自由电子的布朗运动

9、引起的噪声。起的噪声。散弹噪声：真空电子管和半导体器件中电子发射散弹噪声：真空电子管和半导体器件中电子发射的不均匀性引起的噪声。的不均匀性引起的噪声。宇宙噪声：天体辐射波对接收机形成的噪声。宇宙噪声：天体辐射波对接收机形成的噪声。3 3 噪声带宽噪声带宽BPF接收滤波器接收滤波器解调器解调器-高斯白噪声高斯白噪声BPF-窄带白噪声窄带白噪声噪声平均功率噪声平均功率4.6 4.6 信道容量信道容量离散信道离散信道:输入输出为离散信号输入输出为离散信号,编码信道编码信道(信道模型用转移概率表示信道模型用转移概率表示).).连续信道连续信道:输入输出为连续信号输入输出为连续信号,调制信道调制信道(信

10、道模型用时变线性网络表示信道模型用时变线性网络表示).4.6.1离散信道容量离散信道容量 信道传输的有用信息信道传输的有用信息=信源发送的信息信源发送的信息-噪声引起的错误信息噪声引起的错误信息 单位时间内信道所传输的信息量单位时间内信道所传输的信息量4.6.2 4.6.2 连续信道容量连续信道容量1.1.香农定理香农定理:意义意义:表明了当信号与作用在信道上的起伏噪表明了当信号与作用在信道上的起伏噪声的平均功率给定时声的平均功率给定时,在具有一定频带宽度在具有一定频带宽度B的信道上的信道上,理论上单位时间内可能传输的信息理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值量的极限数值.（无差错传输极限速率）（无差错传输极限速率）2.C 与与 B、n0、S关系关系噪声平均功率噪声平均功率香农公式可写为香农公式可写为因为信道丢失信息速率下降，故因为信道丢失信息速率下降，故C（1）无干扰信道无干扰信道C为无穷大为无穷大但有一极限值但有一极限值（2）C C一定量，一定量，B B 与与 S/N S/N 可以互换可以互换 （3）（4 4）若信源信息速率若信源信息速率 ，则理论上可以实现无差错传输。若则理论上可以实现无差错传输。若 ，则不可能实现无差错传输。，则不可能实现无差错传输。