苗长云现代通信原理第二版配套课件第四章信道_百(精)

第四章信道
4.1引言
4.2信道的定义及其数学模型
4.3恒参信道及其对信号传输的影响
4.4随参信道及其对信号传输的影响
4.5信道的加性噪声
4.6信道的容量
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4.1引言
• 信号的传输离不开信道，而信道的噪声是不可避免的。

因而信道和噪声是通信中所要研究的重要内容。

•本章在介绍信道定义和信道模型的基础上，着重分析信道特性及其对信号传输的影响，并介绍信道的噪声和信道容量。

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4.2信道的定义及其数学模型W 4.2.1信道的定义
1. 信道的概念：就是信号传输的媒质
2. 信道的分类：
①有线信道、无线信道
②广义信道.狭义信道
根据通信的概念，信号必须依靠传输介质传输，所以传输介质被定义为狭义信道。

另一方面，信号还必须经过很多设备後送机、接收机、调制器、解调器、放大器等）进行各种处理，这些设备显然也是信号经过的途径，因此，把传输介质（狭义信道）和信号必须经过的各种通信设备统称为广义信道.
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4.2信道的定义及其数学模型®
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4. 2. 2信道的数学模型
1.调制信道模型特性：
①有一对（或多对）输入端和一对（或多
对）输出端；
②信道是线性的，满足叠加原理；
③信道有一定的迟延时间，有损耗；
④即使没有信号输入，输出端仍有一定的
功率输出（噪声）。

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4.2信道的定义及其数学模型
（1）二对端网络（2）多对端网络
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对二对端的信号模型，输入与输出的关系:
勺(0 =/[/)]+〃(》)
九勺⑴］表示已调信号通过网络所发生的变换, 假定可以用k(t)e l (t庚示。

k(t)依赖于网络的特性，对©•(［床说是一种干扰(乘性干扰)，
疾示加性干扰，上式可以表示为:
e0(t) = k(t)e i(t) + n(t)
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信道对信号的影响主要有：乘性干扰和加性干扰。

通常乘性干扰是一个复杂的函数，它可能包括各种线性畸变、非线性畸变，同时由于信道的迟延.损耗特性随时间作随机变化，故k(t) 只能用随机过程表示。

经大量观察表明，有些信道的k(t)基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢，这类信道称为恒定参数信道。

有些信道的k(t)是随机快变化的,这类信道称另随机参量信道。

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2. 无失真传输的数学模型
若要求已调信号f.
(0在信道中无失真的传输， 则在时域上信道输出穆号九(0和/⑴之间应满足 式中，幅度衰减因子K 及延迟时间td 均为 常数，上式被称为无失真传输的数学模型
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4.2信道的定义及其数学模型 对其两端求傅立叶变换，有
-j 3 td
F O (3)= KFi (CO ) e
由于
F O (3)= H (00)Fi (oo)
得到信道无失真传输在频域的条件，即传输函数为
j (J) (co) 一j 3 td
H(joo)= |H(oo) |e = Ke
所以信道无失真传输在频域中的幅频、相频 条件为
H(oo)= K
4)(00)= - 00 td ,
4.2信道的定义及其数学模型
i
%)
K \
入、M
O
(1)幅一频特性(2)相一频特性
信道无失真传输的幅频条件和相频条件
4.2信道的定义及其数学模型
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4.2信道的定义及其数学模型®
3 编码信道樓型
编码信道模型对信号的影响是一种数字序列的变换，用数字的转移概率来描述。

P (x/y)表示发端发“厂码而收端判为“x” 码的概率。

由此我们知道P (0/0)与P (1/1)是正确转移的概率，而P(0/l)与P (1/0)是错误转移概率。

P(0/0)=l-P (1/0)
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4.2信道的定义及其数学模型
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4.3
恒二进制编码信道模型图 四进制编码信道模型
4. 3. 1恒参信道
1.三种有线电信道
(1)明线
与电缆相比，它的优点是传输损耗低。

但它易受气候和天气的影响，并且对外界噪声干扰较敏感
(2)对称电缆
电缆的传输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。

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(3)同轴电缆
基带同轴电缆的最大传输距离一般不超过几公里, 可用于数字数据信号的直接传输；而宽带同轴电缆的 最大传输距离可达几十公里，用于传输高频信号，釆 用频分复用技术可以传送多路信号。

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2. 光纤信道 光纤线径细.重量轻;由于不受外界电磁干扰 和
噪声的影响，能在长距离.高速率传输中保持低误 码率；可弯曲半径小、不怕腐蚀.安全保密性好. 节省看色金属。

已调光信号
4.3
恒4.3
恒(b)段泌接辭旌獅愉啖
基带电
4.3
恒
3.无线电视距中继
无线电中继信道具有传输容量大.发射功率小. 通信稳定可靠，以及和同轴电缆相比，可以节省有色金属等优点
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4.3恒参信道及其对信号传输的影响I
4.卫星中继信道
卫星中继信道具有通信距离远、覆盖面积大、传播稳定可靠、传输容量大.通信线电路灵活、机动性好等突出的优点
样上•©給
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4.3恒参信道及其对信号传输的影响
4.3. 2恒参信道特性及其对信号传输的影响
1.幅度-频率失真
幅度一频率失真是指已调信号中各频率分量在通过信道时带来不同的衰减（或增益），所造成的输出信号的失真（畸变）。

2.相位-频率失真
信道的相位一频率特性常用群迟延一频率特性来表示。

所谓群迟延一频率特性是指相位一频率特性对频率的导数。

若相位一频率特性用来表示，则群迟延—频皋特性为
d 3
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4.3
恒
（1 ）
（2）经迟延时后的信号
群迟延产
4.4随参信道及其对信号传输的影响
W
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4.4. 1随参信道
1. 短波电离层反射信道 (1 )传播途经
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4.4随参信道及其对信号传输的影响
O
(2)工作频率
在短波通信中，选用工作频率时要考虑以下两个条 件：(1 )工作频率应小于最高可用频率fmax;
(2)使电磁波在D. E 层的吸收较小。

多经传播的几种主要形式： (a ) 一次反射和两次反射; (b) 反射区高度不同； (c) 寻常波与非寻常波； (d) 漫射现象
(1 ) _
次反射路
(3)多径传输
(C )
(4)特性
①传输损耗较小，因此能以较小功率进行远距离通信；
②天波通信，特别是短波通信，建立迅速，机动性好，设备简单；
③传播距离远，可传输几千公里，甚至几万公里；
④受地形限制较小；
⑤不易受到人为破坏，这一点在军事通信上有重要意义；
⑥传输频带宽度是有限的，由于波段范围较窄，短波电台特别拥挤, 电台间
的干扰邢I大，尤其在夜间；
⑦传输可靠性差，电离层中的异常变化(如电离层骚动.电离层暴变等)会引
起较长时间的通信中断，传播可靠性一般只能达^J；
⑧通信频率必须选择在最佳频率附近，因此需要经常更换工作频率, 因而使
用较复杂；
⑨存在快衰落与多径时延失真，必须采用相应的抗多径措施；
⑩干扰电平高。

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4.4随参信道及其对信号传输的影响
2.对流层散射■信道
(1)衰落
(2 )传输损耗
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4.4随参信道及其对信号传输的影响 ◎
4.4. 2随参信道特性及其对信号传输的影响 随参信道的传输
媒质具有三个特点：
1. 对信号的衰耗随时间而变化
2. 传输的时延随时间而变化
3. 多径传播
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-icoto - j<OT Vof(t-to)+ Vof(t-to.T )<-- VoF(co)e
J
(1+e J ) -JCO （to+T ） Vof （t-to.T ）＜--VoF （3）e J
两径代
于是，当两径传播时，模型的传输特性H （3）为
4.4随参信道及其对信号传输的影响
4. 4{ f ]_
o/(z-/o)
+
Vof(t-t
o)< -------------- V
4.4随参信道及其对信号传输的影响W
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4.4随参信道及其对信号传输的影响W
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加性噪声独立于有用信号，但它始终干扰有用信 号，引起有用信号的幅度失真（幅度抖动）和相位失 真（相位抖动），对通信造成不可避免的危害。

信道中加性噪声（简称噪声）的来源，一般有三 个方面：人为噪声；自然噪声；内部噪声。

1. 散弹噪声
2. 热噪声 3・宇宙噪声
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4.6信道的容量
4.6.1离散信道的信道容量
4.5信
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4.6信道的容量
4. 6.1离散信道的信道容量
信道容量是指信道的极限传输能力。

我们把信 道无差错信息的最大信息速率称为信道容量,记之 为C ，即
'单位时间内' 信息源发出 的平均信息
表示发送的每个符号的 [ 当均仁江!、尿
、=上表示发送符号在有噪声的信道中传输平均、 丢失
的
信息量，或当输出符号已知时输入 符号的平均信息量。

4.6信道的容量
4.6.2连续信道的信道容量
在连续信道中，假设信道的带宽为B(Hz),信道 输出的信号平均功率为S(W)及输出加性高斯白噪声 平均功率为
N(W),该信道的信道容量为
C = Blog2(l+S/N)
(bit/s)
由于噪声功率N 与信道带宽B 有关，故若噪声单 边功率频谱密度为nO,噪声功率N 等于nOB ,贝Q
c --------- —> 单位时间内对发 送
而收到的条件 平均
信息量。

厂单位时间传」 送的符号数 < 九 r
max R 式中如学称信示对所有可能的输入概率分布来说的
白彳兰白
广
、
最大 息源的信息 ^Ht (x)
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4.6信道的容量
4. 6. 2连续信道的信道容量
1.若提高信噪比S/N,则信道容量C也提高；
2.若m-0,贝忆―8,这意味着无干扰信道容量为无穷大；
3.若增加信道带宽B,则信道容量C也增加，但不能无限制的增加，即当B-8时，C-1.44S/ no；
4.C一定时，B与S/N可进行互换；
5.若信源的信息速率R小于或等于信道容量C,则理
论上可实现无误差（任意小的差错率）传输。

若R>C,则不可能实现无误差传输。

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