通信原理樊昌信第4章
通信原理(樊昌信)第4章信道
有线信道
基带同轴电缆：
50Ω，多用于数字基带传输 速率可达10Mb/s 传输距离<几千米
宽带（射频）同轴电缆：
75Ω，用于传输模拟信号 多用于有线电视（CATV）系统 传输距离可达几十千米
有线信道
光纤
结构：
纤芯 包层
按折射率分类：
阶跃型 梯度型
按模式分类：
多模光纤 单模光纤
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
h D2 D2 (m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
表 有线信道的线路种类、构造、特征和主要用途
线路种类 双绞线
同轴电缆 光纤
构造
特征
主要用途
便宜、构造简单，
传输频带宽，有漏 话现象，容易混入 杂音
电话用户线 低速LAN
价格稍高，传输
频带宽，漏话感应 少，分支、接头容 易
CATV分配电缆 高速LAN
低损耗，频带宽， 国际间主干线
重量轻，直径小，
国内城市间主
对流层：约 0 ~10 km 平流层：约 10~60 km 电离层：约 60~400 km
60 km
10 km 0 km
电磁波的传播方式：
地波 ground- wave
频率： < 2 MHz 特性：有绕射能力 距离：数百或数千米 用于：AM广播
《通信原理教程》(第3版)-樊昌信-编著----第四章--PPT课件
*
由 有 为了保持信号量噪比恒定，要求： x x 即要求： dx/dy x 或 dx/dy = kx, 式中 k =常数 由上式解出： 为了求c，将边界条件(当x = 1时，y = 1)，代入上式，得到 k + c =0， 即求出： c = -k， 将c值代入上式，得到 由上式看出，为了保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性 。 对于电话信号，ITU制定了两种建议，即A压缩律和压缩律，以及相应的近似算法 － 13折线法和15折线法。
*
由抽样信号恢复原信号的方法 ： 从频域看：当fs 2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如图所示。这些冲激响应之和就构成了原信号。 理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs 必须比 2fH 大较多。 例如，典型电话信号的最高频率限制在3400 Hz，而抽样频率采用8000 Hz。
*
4.4 脉冲编码调制 4.4.1脉冲编码调制（PCM）的基本原理 抽样 量化 编码 例：见右图 3.15 3 011 3.96 4 100 方框图：
*
A压缩率 式中，x为压缩器归一化输入电压； y为压缩器归一化输出电压； A为常数，决定压缩程度。 A律中的常数A不同，则压缩曲线的形状不同。它将特别影响小电压时的信号量噪比的大小。在实用中，选择A等于87.6。
*Hale Waihona Puke *求量化噪声功率的平均值Nq ： 式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 求信号sk的平均功率 ： 由上两式可以求出平均量化信噪比。
通信原理(樊昌信)PPT课件
sin 0t
c2 (t)
A点的信号为： f1(t) cos0t f2 (t) sin 0t
是两个互相正交的双边带信号，采用相干解调，所以：
c1(t) 2 cos0t
看上支路：
c2 (t) 2sin 0t
2 f1(t) cos2 0t 2 f2 (t) sin 0t cos0t
2 f1(t) cos2 0t 2 f2 (t) sin 0t cos0t f1(t)(1 cos 20t) f2 (t) sin 20t
出端同时得到 f1(t)及f2 (t)。试确定接收端的 c1(t)及c2 (t)。
f1 (t )
cos 0t
c1 (t )
LPF
f1 (t )
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
sin 0t
c2 (t)
f1 (t )
cos 0t
c1 (t )
LPF
f1 (t )
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
BSm Bm
单边带按所选取边带的不同，可分为上边带调制和 下边带调制，单边带数学模型可为：
m(t) 乘法器 单边带滤波器h(t)
Sm (t)
cos ct
下边带时域表达式为：
Sm
(t)
1 2
m(t)
cos ct
1 2
mˆ (t)
sin
ct
上边带的时域表达式为：
Sm
(t)
1 2
m(t)
cos ct
1 2
t
m(t)mˆ (t)dt 0
mˆ (t) 和 m(t) 的希尔伯特变换是正交的。
对于幅度调制，由于它的频谱完全是基带信号频谱 结构在频域内的简单搬移，这种搬移是线性的，并不改 变信号的频谱结构，所以，幅度调制也称为线性调制。
樊昌信《通信原理》(第7版)章节题库(信 道)【圣才出品】
第4章信道一、选择题恒参信道的相频失真，对模拟通话质量影响（）。
A．很大B．不显著C．显著D．不存在【答案】B【解析】恒参信道的相频失真，对语音信号影响不大，对视频信号影响大。
二、填空题1．根据信道特性参数随时间变化的快慢，可将信道分为______和______信道。
【答案】恒参信道；随参信道【解析】信道特性随时间变化的信道称为随参信道；信道特性基本上不随时间变化，或变化极慢极小的信道称为恒参信道。
2．调制信道分为______和______，短波电离层反射信道属于______信道。
【答案】恒参信道；随参信道；随参【解析】按照调制信道模型，信道可以分为恒参信道和随参信道两类。
短波电离层反射信道的特性随随时间、季节和年份不断变化，故其属于随参信道。
3．理想恒参信道的冲激响应为______。
【答案】h （t ）＝kδ（t －t d ）【解析】理想恒参信道的幅频特性和相频特性为|()|()d H kt ωϕωω=⎧⎨=-⎩故恒参信道的传输函数为()()|()|d j t j H H e ke ωϕωωω-==根据傅里叶变换可知其冲激响应为(t)(t t )d h k δ=-4．调制信道的定义范围从______至______。
【答案】调制器输出端；解调器输入端【解析】调制器输出端至解调器输入端的范围被定义为调制信道。
5．信号在随参信道中传输时，产生频率弥散的主要原因是______。
【答案】多径效应【解析】信号的多径传播造成了信道的时间弥散性，产生了频率选择性衰落。
6．某电离层反射信道的最大多径时延差为30μs，为了避免频率选择性衰落，工程上认为在该信道上传输数字信号的码速率不应超过______Baud。
【答案】11kBaud【解析】信号的相关带宽为根据工程经验信号的带宽为R由于线性数字调制系统的最高频带利用率为1Baud/Hzη==BB故。
7．宽带信号在短波电离层反射信道中传输时，可能遇到的主要衰落类型是______。
《通信原理》樊昌信课后习题答案及解析
习题解答《通信原理教程》樊昌信第一章 概论某个信息源由A 、B 、C 、D 等4个符号组成。
这些符号分别用二进制码组00、01、10、11表示。
若每个二进制码元用宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。
（1） 这4个符号等概率出现；（2） 这4个符号出现的概率分别为1/4、1/4、3/16、5/16。
解： 每秒可传输的二进制位为：()20010513=⨯÷-每个符号需要2位二进制，故每秒可传输的符号数为：1002200=÷·（1） 4个符号等概率出现时每个符号包含的平均信息量为：bit 24log 2=故平均信息速率为：s b R b /2002100=⨯=（2）每个符号包含的平均信息量为：bit 977.11651log 1651631log 163411log 41411log 412222=+++故平均信息速率为： s b R b /7.197977.1100=⨯=设一个信号源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125s μ。
试求码元速率和信息速率。
】解：码元速率为：()baud R B 80001012516=⨯÷=- 信息速率为：s kb R R B b /16280004log 2=⨯==第二章 信号设一个随机过程X （t ）可以表示成：()()∞<<∞-+=t t t X θπ2cos 2其中θ在（0，2π）之间服从均匀分布，判断它是功率信号还是能量信号并求出其功率谱密度或能量谱密度。
·解：它的能量无限，功率有界，所以是一个功率信号。
`()[]()[]()()()πτθπτθππτπθπθπτπθπππ2cos 4224cos 2cos 22122cos 22cos 22020=+++=•+++=⎰⎰d t d t t由维纳－辛钦关系有：()()ττωωτd e R P j X -+∞∞-⎰=()()[]πωδπωδπ222++-=设有一信号可表示为：()()⎩⎨⎧>≥-=000exp 4t t t t x~试问它是功率信号还是能量信号并求出其功率谱密度或能量谱密度。
通信原理第7版第4章(樊昌信版)课件
正确
错误
Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
学习交流PPT
24
四进制 无记忆 编码信道
0
1
发 送 端2
3
学习交流PPT
0
1
接 收 2端
3
25
§4.4
恒参/随参信道特性 对信号传输的影响
学习交流PPT
26
恒参信道 特性及其对信号传输的影响
线性时不变系统
• 特点：传输特性随时间缓变或不变。
传播路径 天波传播方式
学习交流PPT
6
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
D2 D2 h (m)
8r 50
D 为收发天线间距离(km)
So()C()Si()
C n (t )
学习交流PPT
22
不同的物理信道具有不同的特性C() = 常数（可取1）
加性高斯白噪声信道模型
学习交流PPT
23
§4.3.2 编码信道模型 模型： 可用 转移概率来描述。
二进制 无记忆 编码信道 模型
P(0/0) + P(1/0) = 1
P(1/1) + P(0/1) = 1
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
D = 44.7 km
学习交流PPT
7
微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信
通信原理第7版第4章PPT(樊昌信版)选编
多径效应
n
n
r(t) ai (t) cosi cosct ai (t)sini sin ct
i 1
i 1
包络 X (t) cosct Y (t)sinct 同相 ~ 正交形式
相位 随机
V (t)cosct (t)
包络 ~ 相位形式
缓变
瑞利
的
分布
窄带
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
入出关系：
r(t) s0 (t) n(t) so (t) f [si (t)] c(t) si (t)
So () C()Si ()
C n(t)
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
不同的物理信道具有不同的特性C() = 常数（可取1）
电离层
平流层
对流层
地面
对流层：约 0 ~10 km 平流层：约 10~60 km 电离层：约 60~400 km
西安电子科技大学 通信工程学院
60 km 10 km 0 km
课件制作：曹丽娜
电磁波的传播方式：
地波 ground- wave
频率： < 2 MHz 特性：有绕射能力 距离：数百或数千米 用于：AM广播
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§4.5
信道噪声
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
1. 何谓噪声
2. 噪声类型
按 人为噪声
噪 声ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自然噪声
来 内部噪声
源 （如热噪声）
西安电子科技大学 通信工程学院
按 脉冲噪声
通信原理第七版课后答案樊昌信
通信原理第七版课后答案樊昌信(总57页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章习题习题 在英文字母中E 出现的概率最大，等于，试求其信息量。
解：E 的信息量：()()b 25.3105.0log E log E 1log 222E =-=-==P P I习题 某信息源由A ，B ，C ，D 四个符号组成，设每个符号独立出现，其出现的概率分别为1/4，1/4，3/16，5/16。
试求该信息源中每个符号的信息量。
解：b A P A P I A 241log )(log )(1log 222=-=-==b I B 415.2163log 2=-= b I C 415.2163log 2=-= b I D 678.1165log 2=-=习题 某信息源由A ，B ，C ，D 四个符号组成，这些符号分别用二进制码组00，01，10，11表示。
若每个二进制码元用宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。
（1）这四个符号等概率出现； （2）这四个符号出现概率如习题所示。
解：（1）一个字母对应两个二进制脉冲，属于四进制符号，故一个字母的持续时间为2×5ms。
传送字母的符号速率为Bd 100105213B =⨯⨯=-R 等概时的平均信息速率为s b 2004log log 2B 2B b ===R M R R（2）平均信息量为符号比特977.1516log 165316log 1634log 414log 412222=+++=H则平均信息速率为 s b 7.197977.1100B b =⨯==H R R习题 试问上题中的码元速率是多少 解：311200 Bd 5*10B B R T -===习题 设一个信息源由64个不同的符号组成，其中16个符号的出现概率均为1/32，其余48个符号出现的概率为1/96，若此信息源每秒发出1000个独立的符号，试求该信息源的平均信息速率。
通信原理樊昌信课后习题答案
习题解答《通信原理教程》樊昌信第一章 概论某个信息源由A 、B 、C 、D 等4个符号组成。
这些符号分别用二进制码组00、01、10、11表示。
若每个二进制码元用宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。
（1） 这4个符号等概率出现；（2） 这4个符号出现的概率分别为1/4、1/4、3/16、5/16。
解： 每秒可传输的二进制位为：()20010513=⨯÷-每个符号需要2位二进制，故每秒可传输的符号数为：1002200=÷（1） 4个符号等概率出现时每个符号包含的平均信息量为： bit 24log 2=故平均信息速率为：s b R b /2002100=⨯=（2）每个符号包含的平均信息量为：bit 977.11651log 1651631log 163411log 41411log 412222=+++故平均信息速率为： s b R b /7.197977.1100=⨯=设一个信号源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125s μ。
试求码元速率和信息速率。
解：码元速率为：()baud R B 80001012516=⨯÷=- 信息速率为：s kb R R B b /16280004log 2=⨯==第二章 信号设一个随机过程X （t ）可以表示成：()()∞<<∞-+=t t t X θπ2cos 2其中θ在（0，2π）之间服从均匀分布，判断它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
解：它的能量无限，功率有界，所以是一个功率信号。
`()[]()[]()()()πτθπτθππτπθπθπτπθπππ2cos 4224cos 2cos 22122cos 22cos 22020=+++=•+++=⎰⎰d t d t t由维纳－辛钦关系有：()()ττωωτd e R P j X -+∞∞-⎰=()()[]πωδπωδπ222++-=设有一信号可表示为：()()⎩⎨⎧>≥-=000exp 4t t t t x试问它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
《通信原理》课后习题答案及每章总结(樊昌信,国防工业出版社,第五版)第四章
《通信原理》习题参考答案第四章4-1. 已知线性调制信号表示式如下：(1) t t c ωcos cos Ω(2) ()t t c ωcos sin 5.01Ω+式中，ωc ＝6Ω。
试分别画出它们的波形图和频谱图。
解：(1)t Ωcos 和t c ωcos 的波形分别如下：t c ωcos 的频谱为：()()[]c c ωωδωωδπ-++ ∴t t c ωcos cos Ω的频谱为：()()[]()()[]{}c c ωωδωωδπωδωδππ-++*Ω-+Ω+21()()()()[]c c c c ωωδωωδωωδωωδπ-Ω-+-Ω+++Ω-++Ω+=2()()()()[]c Ω-+Ω-+Ω++Ω+=75572ωδωδωδωδπ(2) ()t Ω+sin 5.01和t c ωcos 的波形分别如下：两波形相乘可得到如下波形：()t t t t t c c c ωωωcos sin 5.0cos cos sin 5.01Ω+=Ω+ ∵t c ωcos 的频谱为：()()[]c c ωωδωωδπ-++t Ωsin 的频谱为：()()[]Ω--Ω+ωδωδπj∴()t t c ωcos sin 5.01Ω+的频谱如下：()()[]()()[]()()[]{}c c c c j ωωδωωδπωδωδππωωδωωδπ-++*Ω--Ω++-++215.0()()[]()()()()[]{}c c c c c c jωωδωωδωωδωωδπωωδωωδπ-Ω---Ω+++Ω--+Ω++-++=4 ()()[]()()()()[]{}Ω--Ω-+Ω+-Ω++Ω-+Ω+=7557466ωδωδωδωδπωδωδπj频谱图如下：4-3. 已知调制信号()()()t t t m ππ4000cos 2000cos +=载波为t π410cos ，进行单边带调制，试确定该单边带信号的表达式，并画出频谱图。
《樊昌信 通信原理 第7版 笔记和课后习题 含考研真题 详解》读书笔记思维导图
11.1 复习笔记
11.3 名校考研 真题详解
第12章 正交编码与伪随机序 列
12.2 课后习题 详解
12.1 复习笔记
12.3 名校考研 真题详解
第13章 同步原理
13.2 课后习题 详解
13.1 复习笔记
13.3 名校考研 真题详解
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《樊昌信 通信原理 第 7版 笔记和课后习题 含
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笔记
通信
樊昌信
考生
教材
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习题
内容
系统
知识
考研
精华
答案
01 第1章 绪 论
目录
02 第2章 确知信号
03 第3章 随机过程
04 第4章 信 道
4.3 名校考研真 题详解
第5章 模拟调制系统
5.2 课后习题详 解
5.1 复习笔记
5.3 名校考研真 题详解
第6章 数字基带传输系统
6.2 课后习题详 解
6.1 复习笔记
6.3 名校考研真 题详解
第7章 数字带通传输系统
7.2 课后习题详 解
7.1 复习笔记
7.3 名校考研真 题详解
第8章 新型数字带通调制技术
8.2 课后习题详 解
8.1 复习笔记
8.3 名校考研真 题详解
第9章 数字信号的最佳接收
9.2 课后习题详 解
9.1 复习笔记9.3 名 Nhomakorabea考研真 题详解
第10章 信源编码
《通信原理》樊昌信曹丽娜编著第六版课件第4章信道
水蒸气
氧 气
大气层对于传播的影响
散射 吸收
频率(GHz) (a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减
衰
减
降雨率
(dB/km)
频率(GHz)
(b) 降雨的衰减
图4-6 大气衰减
5
第4章 信 道
电磁波的分类：
地波
频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离：数百或数千千米
2
按照上式画出的模与角频率关系曲线：
图4-18 多径效应
曲线的最大和最小值位置决定于两条路径的相对
时延差。而 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，这种现象称为衰落现象。 由于这种衰落和频率有关，故常称其为频率选择性衰落。
28
第4章 信 道
定义：相关带宽＝1/
实际情况：有多条路径。
结论：发射信号为单频恒幅正弦波时，接收信号因多径效 应变成包络起伏的窄带信号。 这种包络起伏称为快衰落 － 衰落周期和码元周期可 以相比。 另外一种衰落：慢衰落 － 由传播条件引起的。
25
第4章 信 道
多径效应简化分析：设 发射信号为：f(t) 仅有两条路径，路径衰减相同，时延不同
两条路径的接收信号为：A f(t - 0) 和 A f(t - 0 - )
Af (t 0 ) AF ()e j(0 )
Af (t 0 ) Af (t 0 ) AF ()e j0 (1 e j )
上式两端分别是接收信号的时间函数和频谱函数 ，
故得出此多径信道的传输函数为
H () AF ()e j0 (1 e j ) Ae j0 (1 e j ) F ()
通信原理教程+樊昌信+习题答案第四章
习题 4.7 在 A 律 PCM 语音通信系统中，试写出当归一化输入信号抽样值等于
0.3 时，输出的二进制码组。
解 ：信号抽样值等于 0.3，所以极性码 c1=1。
查表可得 0.3 （ 1 3.93 ，1 1.98 ），所以 0.3 的段号为 7，段落码为 110，故 c2c3c4 =110。
第 7 段 内 的 动 态 范 围 为 ： (1 1.98 1 3.93) 1 ， 该 段 内 量 化 码 为 n , 则
11
《通信原理》习题第四章
习题 4.4 设被抽样的语音信号的带宽限制在 300～ 3400Hz ，抽样频率等于 8000 Hz 。试画出已抽样语音信号的频谱，并在图上注明各频率点的坐标值。
解 ：已抽样语音信号的频谱如图 4-2 所示。 s(t) S( )
31b) 图 4-1 习题 4.3 图
变换 而 所以 即
() 2
F n
t( n s )
n
Fn
1 Ts 2 (t )
T Ts 2 s
jn s t dt
1 TS
( )2 Ts n
( ns )
1 (f )
Ts n
( n sf )
习题 4.2 若语音信号的带宽在 300～400 Hz 之间，试按照奈奎斯特准则计算理 论上信号不失真的最小抽样频率。
解 ：由题意， f H =3400 Hz , f L = 300 Hz ,故语音信号的带宽为 B =3400-300= 3100 Hz
fH =3400 Hz =1 3100 + 3 3100 = nB kB 31
即 n =1, k =3 31。
根据带通信号的抽样定理，理论上信号不失真的最小抽样频率为
通信原理 樊昌信 第4章
(a)
n2 n1 折射率
(b)
n2 n1 折射率
125
7～10
(c)
单模阶跃折射率光纤
25
损耗与波长关系
1.31 m
1.55 m
0.7
0.9
1.1 1.3 光波波长（m）
1.5
1.7
图4-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
26
信道的数学模型
调制信道：调制器输出端到解调器输入端的部分。从调制 和解调的角度来看，调制器输出端到解调器输入端的所有 变换装置及传输媒质，不论其过程如何，只不过是对已调 信号进行某种变换。 编码信道：编码器输出端到译码器输入端的部分。
9
天波：天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回 反射而传播的，频率范围在2~30MHz。 天波是短波的主要传播途径。可以多次反射，因 而传播距离很远(可上万公里)，而且不受地面障 碍物阻挡。但天波传播的最大弱点是信号很不稳 定的。
天波的传播
10
电离层对于不同波长电磁波表现出不同的特性。
波长短于10m(30MHz)的微波能穿过电离层 波长超过3000km的长波，几乎会被电离层全部吸 收。对于中波、中短波、短波，波长越短，电离 层对它吸收得越少而反射得越多。因此，短波最 适宜以天波的形式传播。 但是，电离层是不稳定的，白天受阳光照射时电 离程度高，夜晚电离程度低。因此夜间它对中波 和中短波的吸收减弱，这时中波和中短波也能以 天波的形式传播。收音机在夜晚能够收听到许多 远地的中波或中短波电台，就是这个缘故。 11
d
接收天线
D2 D2 h 8r 50
h
D
m
樊昌信-通信原理(第五版)第4章 信道(专业教育)
二端口的调制信道模型， 其输出与输入的关系有
r(t)=so(t)+n(t)=f［si(t)］+n(t)
(4.1 - 1)
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9
si(t)
线 性 时变 网 络
so(t)
Si(t)
时变 线性 网络
S0(t)
Si1(t) Si2(t) Si3(t)
sim(t)
… …
时变 线性 网络
S01(t) S02(t) S03(t)
S0n(t)
图 4 – 2 调制信道模型
骄阳书苑
10
式中，si(t)为输入的已调信号；so(t)为调制信道对输入信号 的响应输出波形；n(t)为加性噪声，与si(t)相互独立。f［si(t)］ 反映了信道特性，不同的物理信道具有不同的特性。一般情况，
f［si(t)］可以表示为信道单位冲激响应c(t)与输入信号的卷积， 即
so(t)=c(t)*si(t)
(4.1 - 2)
或 S(ω)=C(ω)Si(ω)
(4.1 - 3)
其中，C(ω)依赖于信道特性。对于信号来说，C(ω)可看成
是乘性干扰。 如果我们了解c(t)与n(t)的特性，就能知道信道对
信号的具体影响。
骄阳书苑
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2.调制信道分类
通常信道特性c(t)是一个复杂的函数，它可能包括各种 线性失真、非线性失真、交调失真、衰落等。同时由于信道 的迟延特性和损耗特性随时间作随机变化，故c(t)往往只能 用随机过程来描述。在我们实际使用的物理信道中，根据信 道c(t)的时变特性的不同可以分为两大类：
如果信道是无记忆的， 则表征信道输入、输出特性的转 移概率为
P(yj/xi)=P(Y=yj/X=xi)
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1
通信原理
第4章 信 道
2
第4章 信 道
信道分类：
无线信道 － 电磁波（含光波） 有线信道 － 电线、光纤
信道中的干扰：
有源干扰 － 噪声 无源干扰 － 传输特性不良
本章重点：
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。
3
第4章 信 道
4.1 无线信道
无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制
n2 n1 折射率
125
多模光纤
7～10
(c)
单模光纤
单模阶跃折射率光纤
图4-11 光纤结构示意图
12
第4章 信 道
损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图4-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
13
第4章 信 道
变参信道的影响
变参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。 变参信道举例：天波、地波、视距传播、散射传播… 变参信道的特性：
解决办法：线性网络补偿
相位失真：相位～频率特性不良引起的
对语音影响不大，对数字信号影响大
解决办法：同上
非线性失真：
输
可能存在于恒参信道中
出 电
直线关系
压
定义：
非线性关系
输入电压～输出电压关系
是非线性的。
其他失真： 频率偏移、相位抖动…
输入电压
图4-16 非线性特性
21
第4章 信 道
有效散射区域
地球
图4-7 对流层散射通信
8
第4章 信 道
流星流星余迹散射
流星余迹
图4-8 流星余迹散射通信
流星余迹特点 － 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率 － 30 ~ 100 MHz 距离 － 1000 km以上 特点 － 低速存储、高速突发、断续传输
地球大气层的结构
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
60 km
电离层 平流层
对流层
10 km
地面
0 km
4
第4章 信 道
电离层对于传播的影响
反射
衰 减
散射
(dB/km)
水蒸气
氧 气
大气层对于传播的影响
散射 吸收
频率(GHz) (a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减
n(t)
式中
图4-13 调制信道数学模型
ei (t ) － 信道输入端信号电压； eo (t)－ 信道输出端的信号电压； n(t ) － 噪声电压。
通常假设： f[ei(t)]k(t)ei(t)
这时上式变为：
eo(t)k(t)ei(t)n(t)－ 信道数学模型
15
第4章 信 道
eo(t)k(t)ei(t)n(t)
17
第4章 信 道
四进制编码信道模型
0
0
1
1
发
接
送
收
端
端
2
2
3
3
18
第4章 信 道
4.4 信道特性对信号传输的影响
恒参信道的影响
恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道… 恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系
统的分析方法。线性系统中无失真条件：
振幅～频率特性：为水平直线时无失真
左图为典型电话信道特性
用插入损耗便于测量
(a) 插入损耗～频率特性
19
第4章 信 道
相位～频率特性：要求其为通过原点的直线， 即群时延为常数时无失真
群时延定义： () d d
群（
延
迟）
ms
0
相位～频率特性
频率(kHz)
(b) 群延迟～频率特性
20
第4章 信 道
频率失真：振幅～频率特性不良引起的
频率失真 波形畸变 码间串扰
0
发送端 P(0 / 1)
P(0 / 0) P(1 / 0)
0 接收端
1
1
P(1 / 1)
图4-13 二进制编码信道模型
P(0 / 0)和P(1 / 1) － 正确转移概率
P(1/ 0)和P(0 / 1) － 错误转移概率
P(0 / 0) = 1 – P(1 / 0)
P(1 / 1) = 1 – P(0 / 1)
图 4-3 视线传播
D2 D2 520 h 50 m
8r 5050
增大视线传播距离的其他途径
➢ 中继通信：
➢ 卫星通信：静止卫星、移动卫星 ➢ 平流层通信：
图4-4 无线电中继
7
第4章 信 道
散射传播 电离层散射 机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上 对流层散射 机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km
信号传播路径
地面
图 4-2 天波传播
6
第4章 信 道
视线传播：
频率 > 30 MHz 距离: 和天线高度有关
h D2 D2 m 8r 50
d
发射天线
h
r
d D
传播途径 接收天线
r
地面
(4.1-3) 式中，D – 收发天线间距离(km)。 [例] 若要求D = 50 km，则由式(4.1-3)
9
第4章 信 道
4.2 有线信道
明线
10
第4章 信 道
对称电缆：由许多对双绞线组成
导体 绝缘层
同轴电缆
图4-9 双绞线
实心介质 导体
金属编织网
保护层
图4-10 同轴线
11
第4章 信 道
n2 n1 折射率
光纤
结构
(a)
纤芯 包层
n2 n1 折射率
按折射率分类 (b) 阶跃型
梯度型 按模式分类
因k(t)随t变，故信道称为时变信道。 因k(t)与e i (t)相乘，故称其为乘性干扰。 因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。 若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。 乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。
16
第4章 信 道
4.3.2 编码信道模型
二进制编码信道简单模型 － 无记忆信道模型
4.3 信道的数学模型
信道模型的分类：
调制信道 编码信道
信 息 源
信 源 编
码
加 密
信 道 编
码
数 字 调
制
信道
数 字 解 调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
受 信 者
噪声源
调制信道 编码信道
14
第4章 信 道
4.3.1 调制信道模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo(t)f[ei(t) ]n(t)
衰 减
降雨率
(dB/km)
频率(GHz)
(b) 降雨的衰减
图4-6 大气衰减
第4章 信 道
电磁波的分类：
地波
频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离：数百或数千千米
天波
频率：2 ~ 30 MHz 特点：被电离层反射 一次反射距离：< 4000 km 寂静区：
传播路径 地面
图4-1 地波传播