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1、1,第三章 信 道,3.1 引言 3.4 随参信道 3.2 信道数学模型 3.5 信道容量 3.3 恒参信道,本演示文稿可能包含观众讨论和即席反应。使用 PowerPoint 可以跟踪演示时的即席反应， 在幻灯片放映中，右键单击鼠标 请选择“会议记录” 选择“即席反应”选项卡 必要时输入即席反应 单击“确定”撤消此框 此动作将自动在演示文稿末尾创建一张即席反应幻灯片，包括您的观点。,2,3.1 引言,信道是信号的传输媒质 有线信道：明线，对称电缆，同轴电缆，光缆。 无线信道：地波传播，短波电离层反射，超短波或微波视距中继，人造卫星中继，各种散射信道。 包括有关的变换装置的信道为广义信道,3,调
2、 制 器,发 转 换 器,媒 质,收 转 换 器,解 调 器,调制信道,编码信道,狭义,广义,4,3.2 信道数学模型,调制信道模型 1）有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端 2）线性（满足叠加原理） 3）有迟延，有（固定的或时变的）损耗 4）即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一定功率输出,时变线性 网络,ei（t）,eo（t）,5,eo(t)=fei(t)+n(),假定 fei(t)()() eo(t)=()ei(t)+n() （），加性噪声，独立于（） （），乘性干扰，依赖于网络的特性 （）基本不随时间变化恒参信道 （）随机快变化随参信道,6,.编码信道模型,编码信道对信号的影响
3、是一种数字序列的变换 编码信道模型可以用数字的转换概率来描述 p(0/0),p(1/0),p(0/1),p(1/1)信道转换概率，由编码信道的特性所决定 P(0/0)=1-P(1/0) P(1/1)=1-P(0/1),P(0/0),P(1/0),P(0/1),P(1/1),二进制编码 信道模型,7,3.3 恒参信道,架空明线 平行而相互绝缘的架空裸线，损耗低，易受天气影响。 电缆 对称电缆 损耗大，传输特性比较稳定。 同轴电缆 比双绞线屏蔽性更好，高带 宽，极好的噪声抑制特性 中长波地波传播 超短波及微波视距传播 人造卫星中继 光导纤维,8,有线信道媒质的频率传输范围,9,中长波地波传播,地球
4、表面是有电阻的导体，当电磁波在它上面行进时，有一部分电磁能量被消耗，频率越高，地面波损耗越大。地面波传播适用于长波。,地面 地面波,地面 空间波,直射波,反射波,发,收,地波,10,天波,电离层,50Km 电离层,11,超短波及微波视距传播,地面波衰减极大，天波又会穿透电离层，只能采用空间波方式,终端,终端,中继,中继,12,人造卫星中继,轨道在赤道平面，赤道上方36000Km，绕地球一周24小时，同步通信卫星。,13,光导纤维,当光通过一种介质转入另一种介质时，光线发生折射，如果入射角大于一个临界值，光线将完全反射。,光源,完全内部反射,14,恒参信道对信号传输的影响,幅度频率畸变 使传输信
5、号的幅度随频率发生畸变，引起信号波形失真，对数字信号引起码间串扰。 改善 加线性补偿网络，“均衡”,衰耗,300 1100 Hz,典型音频电话信道的相对衰耗,15,相位频率畸变,相频畸变对模拟话音通信影响不显著，但对高速数字信号引起码间串扰。 相频特性还经常采用群迟延频率特性来衡量 理想的群迟延频率特性，对不同的频率成分有相同的群迟延，不会使信号发生畸变,16,理想的相频及群迟延频率特性,k,17,3.4 随参信道,短波电离层反射信道 电离层对电磁波的吸收损耗与层中电子密度成比例，电离层的电子密度随昼夜、季节剧烈变化。 对流层散射信道 由于大气湍流运动等原因产生了不均匀性，引起电波的散射。,1
6、8,对流层微波散射信道,19,无线信道的频率范围与应用,20,随参信道传输媒质特点,对信号的衰耗随时间而变化 传输的时延随时间而变化 多径传播 由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点。,发,收,电离层,多径传播后的接收 信号将是衰减和时 延随时间变化的各 路径信号的合成,21,设发射波为 n条路径传播后的接收信号为R（t）, 第i条路径的接收信号振幅,第i条路径的传输时延,22,设,由于 ， 缓慢变化，故 及 也缓慢变化，所以，R（t）可视为一个窄带高斯过程。,高斯随机变量,23,多径传播使确定的载波信号变为包络和相位受到调制的窄带信号，称为衰落信号。,多径传播引起了频率弥散。,24,多径
7、传播还可能发生频率选择性衰落,设多径传播的路径有两条，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。 令发射信号为f（t），到达接收点的两条路径信号分别为 固定时延， 两条路径信号的相对时延差,25,接收信号,两径传播的传输特性 为,26,频率的选择性衰落,27,传播极点 传播零点,当一个传输波形的频谱宽于1/(t)，传输波形的频谱将受到畸变。 多径传播，最大多径时延差 为相邻传输零点的频率间隔 多径传播媒质的相关带宽 为了不引起明显的选择性衰落，传播信号的频带必须小于多径传输媒质的相关带宽,28,随参信道特性的改善分集接收,快衰落信道中接收的信号时到达接收机的各径分量的合成，如果在接收
8、端同时获得几个不同路径的信号，将这些信号适当合并构成总的接收信号，则能够大大减小衰落的影响。 空间分集，频率分集，角度分集，极化分集等。,29,3.5 信道容量,离散信道的信道容量 在有噪声的信道中，发送符号xi，收到yi所获得的信息量= -2p(xi)+2p(xi/yi) 对各xi，yi取统计平均 平均信息量/符号= H（x）发送每个符号的平均信息量 H（x/y）发送符号在有噪声的信道中传输平均丢失的信息量。,30,信息传输速率，信道在单位时间传输的平均信息量：R=Ht（x）-Ht（x/y）,设单位时间传送的符号数为r，则 Ht（x）=rH（x） Ht（x/y）=rH（x/y） R=rH（x
9、）-H（x/y） 对于一切可能的信息源概率分布来说，信道传输信息的速率R的最大值称为信道容量，记为C,31,例：等概、对称二元信道，信道带宽为F，求信道容量。,等概 P（0）=P（1） 对称 P（1/0）=P（0/1）=Pe 0 0 1 1,1-Pe,Pe,Pe,1-Pe,32,33,连续信道的信道容量 加性高斯白噪声功率N(W),信道带宽B(Hz)信号功率S(W),信道容量,香农公式,34,连续信道与离散信道的联系,有扰信道中,如传送M个符号,可用M种不同幅值的脉冲代表,每一脉冲信息量为 2M bit 在传输的信号功率受限的情况下,脉冲幅度取值越多,各脉冲取值之间的量化分层间隔越小.,信道中高斯白噪声的功率为N(W),则均方根电压值为,35,各取值之间的最小间隔应 ,若信号功率为S,则接收端功率为S+N,这时接收端信号的最大分层数为:,M= 设M种幅值脉冲其概率相等,则每个脉冲的信息量为:,36,信道带宽为B,每秒最多传送2B个脉冲,香农公式的两层含义: 1.给出了高斯白噪声信道可靠传输速率的上限 2.给出了信噪比与信道带宽的关系,37,信道容量C随着带宽B的增大而达到一个极限值.,若噪声单边功率谱密度为n0,则 N=n0B,