通信原理-第3章

单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第三章 信 道,主要内容：,信道的定义,信道的数学模型,恒参信道与随参信道的传输特性,信道加性噪声的统计特性,信道容量,重点：,信道中输入与输出的关系,幅频曲线、相频曲线含义,幅度频率畸变、相位频率畸变,多径效应及噪声特性,影响信道容量的因素,3.1,引言,3.3,信道数学模型,3.6,随参信道举例,3.7,随参信道特性及对信号传输的影响,3.8,随参信道特性的改善,分集接收,3.9,信道的加性噪声,3.2,信道定义,3.5,恒参信道特性及对信号传输的影响,3.4,恒参信道举例,3.10,信道的容量,3.1,引 言,广义信道：包括信号的各种变换装置和传输媒介的信道,信道,:,信号的传输通道,狭义信道：仅包含信号的传输媒介，有无线和有线两大类,.,3.2,信道定义,根据研究的对象和关心的问题来定义信道的范畴,编码信道,调制信道,广义信道,离散信号,发转换器,媒 质,收转换器,解 调 器,译 码 器,编 码 器,调制信道,编码信道,连续信号,调 制 器,3.3,信道数学模型,3.3.1,调制信道模型 （连续系统）,共性,:1),有一对,(,或多对,),输入、输出端,2),线性的,3),对信号有延迟、损耗,4),无信号输入时，仍有噪声输出,时变,线性,网络,时变线性网络模型为,:,时 变,线 性,网 络,或,如果网络的函数变换关系定义为,：乘性干扰。恒参信道：,=,常数,随参信道：,常数,注：,加性干扰。,则有,3.3.2,编码信道模型（离散系统）,信道对信号的影响是序列变换,信道的失真以误码率体现,例如,:,二进制数字传输的编码信道,令码元发生错误相互独立,即信道无记忆,信道性能：用转移概率描述,P(0/0)=1-P(1/0),P(0/0),P(1/1),为正确转移概率,P(1/1)=1-P(0/1),P(1/0),P(0/1),为错误转移概率,转移概率由统计分析得到,四进制,:,3.4,恒参信道举例,3.4.1,、有线电信道,明线、对称电缆、同轴电缆,3.4.2,、光纤,光波为载波。不易受干扰,中继,:,信号放大,3.4.3,、无线电视距中继,工作频率：超短波和微波，沿视线传输，如微波网,3.4.4,、卫星中继,同步卫星为中继站,表,3-1,三种有线电信道的性能,0.32.7,0.3150,12108,12252,601300,604100,3009000,30012000,30060000,1+3,1+3+12,24,60,300,960,1800,2700,10800,架空明线,架空明线,对称电缆,对称电缆,小同轴电缆,小同轴电缆,中同轴电缆,中同轴电缆,中同轴电缆,300,80120,35,1218,8,4,6,4.5,1.5,增音段长度,(km),频率范围,(kHZ),通话路数,线路类型,三种有线电信道的性能,恒参信道可等效为线性时不变网络，只要得到网络的传输特性，就可知信道对信号的影响,网络的传输特性用,幅频函数,、,相频函数,描述,3.5,恒参信道特性及对信号传输的影响,3.5.2,相位,-,频率畸变,网络的相频特性非线性（来源于阻抗性元件）所引起的畸变。,主要影响数字信号,引起严重的码间串扰,群迟延,-,频率特性,3.5.1,幅度,-,频率畸变,-,传输特性的不均匀衰耗引起,网络的幅频特性曲线不理想，表现为随着信号频率的,升高信道衰耗快速增加，对数字信号会造成码间串扰。,改善措施：增加均衡器、线性补偿网络,实际中：,群迟延不为常数。,说明不同的频率的信号经过信道传输后，到达输出端的相对时间不一致。,设,相频特性,为,相位,频率特性,理想时：,群迟延,频率特性,定义：,群迟延频率特性,群迟延产生信号畸变示意图,接收端信号：,三次谐波,基波,合成波,三次谐波,基波,合成波,发送端信号：,3.6,随参信道,3.6.1,短波电离层反射信道,波长为,100 10,m,频率为,330,MHz,的信号,1.,传播路径,利用离地面,60 600,km,的电离层反射信号。,电离层分为,D,、,E,、,F,1,、,F,2,四层，其中,D,、,F,1,夜间消失,信号的传播路径图,2.,多径传播,原因,:1),多次反射；,2),几个反射层；,3),电离层不均匀引起的漫射；,4),磁场影响，使电磁波来分裂成寻常波，非寻常波。,3.,应用,优点：功率小，距离远，地形随意，合适的频宽，保密；,缺点：可靠性差，工作频率变，多径失真，干扰大。,通信距离最大为,8000 km,。,F,2,地面反射点,二次反射,一次反射,信号的传播路径图,3,、信道允许频带 ：,3.6.2,对流层散射信道,1,、传播距离约,100,500 km,利用离地面,10,12 km,以下的大气对流层，对流层中大气湍流运动产生不均匀性，引起电波的散射，可提供,12,240,频分复用话路，可靠性,99.9,%,。,对流层散射传播路径的示意图,例子,2,、传播损耗,1,）自由空间能量扩散损耗,2,）散射损耗,4,、天线与媒介间的耦合损耗,主要特征：,1,、衰落,1,）慢衰落：气象引起。每季月、日信号强度变化,2,）快衰落：多径传播。使信号的幅度和相位快速随机变化其克服方法：分集接收。,最大多径时延差,对流层散射路径示意图,3.7,随参信道特性及对信号传输的影响,随参信道的三个特点：,1,）衰耗随时间而变；,2,）时延随时间而变；,3,）多径传播。,随机信号的统计特性用它的概率分布或数学特征表述,3.7.1,接收信号 的描述,设发射信号为,接收信号为,第,i,条路经的接收信号振幅,第,i,条路经的传输延时,包络,相位,2,）多径传播使 变成包络和相位受到调制的窄带信号,3,）多径传播引起了频率弥散,(,频率尺宽,),。,R,(,t,),称为衰落信号,或,均为缓慢变化的随机过程,0,V(t),R(t),结论：,1,）是窄带过程,、的统计特性,讨论,：,例子：,发信号：,即：发信号在时间轴上被展宽。,这种失真类似于该信号通过滤波器后的失真,信道可看成是一个带限滤波器,接收信号：受多径传播的影响变为：,接收信号,、的统计特性,在时刻,，、,是几个随机变量之和,当,很大时，各个随机变量相互独立且均匀,、是高斯随机变量（中心极限定理）,且平稳（统计特性与 的值无关）,：窄带高斯过程,：瑞利分布。：均匀分布,结论：,讨论,模特性,则 为信道带宽,结论：传输信号带宽,2,、多径传播,设多径传播最大相对时延差为,1,、以两径传播模型为例,框图及公式推导,定义：为相邻传输零点的频率间隔。,分析模型的传输特性,3.7.2.,的频率选择性衰落,看成两个网络级联,说明：信号,频率不同时,受到的衰减不一样，且衰减量与 有关。,的值随日常时间而变化,两径传播的模特性取决,讨论：,模特性,作图：,处为零点,3.8,随参信道特性的改善,分集接收,分集接收,抗快衰落措施之一,思想,:,在接收端同时分别获得,(,分散得到,),几个不同路径的信号,(,相互独立,),，然后将这些信号适当合并,构成总的接收信号,其总信号的衰落现象将大大改善,.,1,、分集方法,:,1,）空间分集：用几副天线，各天线间有足够的间距,2,）频率分集：用多个不同载频传送同一消息，当各载频相隔比较远，如频差为多径时延的倒数，则各载频信号基本互不相关,.,3,）角度分集：利用天线波束指向不同，使信号不相关,4,）极化分集：接收水平极化波和垂直极化波,2,、分集信号的合并,此模型传输特性的公式推导,模型的传输特性为,两径传播模型：,两条路径信号的相对时延差,3.9,信道的加性噪声,加性噪声,:,1),人为噪声,2),自然噪声,3),内部噪声,随机噪声,:,1),单频噪声,2),起伏噪声,:,热噪声、散弹噪声、宇宙噪声,（是影响通信质量的主要因素）,3),脉冲噪声,