第4章_信道与噪声

U i ( t ) —— 第i条路径的接收信号振幅
i (t ) —— 第i条路径的传输时延
i ( t ) 0 i (t )
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R(t ) U i (t ) cos i (t ) cos 0t U i (t ) sin i (t ) sin 0t
研究复杂问题的一般流程：
大量考察
总结特性
数学模型
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1. 调制信道模型
调制信道的主要特性： • 有一对（或多对）的输入端和一对（或 多对）的输出端； • 绝大多数是线性的； • 信号通过信道需要一定的迟延时间，且 会受到一定的损耗（固定或时变的）； • 即使没有信号输入，在信道的输出端仍 有一定功率输出。
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狭义 编 码 器 调 制 器 发 转 换 器 收 转 换 器 解 调 器 解 码 器
媒 质
调制信道
编码信道
为了便于研究，不管信道过程做了什么变换，也不管用什 么传输媒质，我们只关心通过信道后的结果，即只关心输 数学模型 出信号与输入信号的关系。
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三、信道的数学模型
H(ω )
ω
+
ω
=
ω
() 为常数，不
会出现相频畸变
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结论：
恒参信道信号传输不失真的条件：
幅频特性为常数；
相频特性为线性或群迟延为常数。
注意：以上两个条件需同时满足。
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其他因素：
1、非线性失真：产生新的谐波、谐波失真 （元件的不理想） 2、频率的偏移：发送端与接收端用于调制与 解调或者频率变换的振荡器的频率误差引起 的。 3、相位的抖动：由各振荡器的频率不稳定产 生的。
H(ω )
ω
×
ω
=
ω
H() 为常数，不
会出现幅度畸变
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2. 相位—频率特性( () )
相频特性不理想会引起相频畸变，主要原因是 容性、感性负载。 相频特性经常采用群迟延—频率特性来衡量：
d() () d
它代表信号的不同频率成分的传输迟延。
如何引起畸变？
普通高等教育“十五”国家级规划教 材
任课老师
温洪明
国防工业出版社
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第4章 信道与噪声
• • • • • 4.1 信道的定义、分类及模型 4.2 恒参信道及其对信号传输的影响 4.3 随参信道及其对信号传输的影响 4.4 信道的加性噪声 4.5 信道容量
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一、信道的定义
• 狭义信道：仅指信号的传输媒介。

4.1 信道的定义、分类及模型
4.2 恒参信道及其对传输信号的影响 4.3 随参信道及其对传输信号的影响 4.4 信道的加性噪声 4.5 信道容量
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一、恒参信道举例
有线电信道 光纤信道 无线电视距中继 卫星中继信道
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1. 有线电信道 ① 架空明线 优点：传输损耗低（与电缆相比）
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④ 优点： 频带宽； 抗雷击和电磁干扰；
保密性强；
传输损耗小；
重量轻。 ⑤ 缺点：太细，精确连接两根光纤比较困难
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3.无线电视距中继
工作在超短波（30~300M，米波）和微波 （300M~3G，分米波）波段。 电磁波基本沿视线传播，通信距离依靠中 继方式延伸。
假定
则
f[ei(t)]＝ｋ(ｔ)ｅｉ(ｔ)
eo(t)=ｋ(ｔ)ei(t) + n(ｔ)
ｎ(ｔ)：加性噪声，独立于ｅｉ(ｔ)
ｋ(ｔ)：乘性干扰，依赖于网络的特性，是由 于信道传输特性不理想造成的，它随着输入信 号的消失而消失。
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在研究信道时，根据k(t)的不同情况可把调制信
道分成两大类：
讨论：信道中的幅频为常数，相频为线性，满足无失真。
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第3章 信道与噪声

4.1 信道的定义、分类及模型
4.2 恒参信道及其对信号传输的影响 4.3 随参信道及其对信号传输的影响 4.4 信道的加性噪声 4.5 信道容量
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一、随参信道举例
从图中可看出信号不同频率分量的衰耗不 同造成信号幅度畸变（即波形失真），若 绿：三次谐波 传输的是数字信号则会引起相邻码元在时 红：信号（合成波） 间上相互重叠，即造成码间串扰。
白：基波
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改善 ： 加线性补偿网络，即“均衡”
H1(ω ) 线性补偿网络 H2(ω )
H1 () H 2 () H()
• 广义信道：除包含传输媒介外，还包括有关的变
换装置。
• 在讨论通信的一般原理时通常采用广义信道，为
叙述方便，常把广义信道简称为信道。
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二、信道的分类
• 从定义可看出，信道大致分成两大类：狭义信道和广
义信道。
• 狭义信道按具体媒介不同分为： 有线信道：同轴电缆、明线、光缆等，传输效率较高； 无线信道：短波、卫星中继等，传输效率较低，安全 性较差。 • 广义信道按包含的功能不同分为调制信道和编码信道。
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信号由基波和三次 谐波组成，且幅度 比为2:1
传输后，由于 迟延不同，基 波相移π，三次 谐波相移2π
如何改善？
白：基波 绿：三次谐波 红：信号（合成波）
从图中可看出信号不同频率分量的传输迟 延不同造成信号相频畸变，波形失真了， 对于数字信号传输，它同样会引起严重的 码间串扰。
• 恒参信道：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的。 • 随参信道（变参信道）：ｋ(t)随时间随机快变化 的信道。
一般情况下，有线信道为恒参信道，无线信道为
随参信道。
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２.编码信道模型
• 编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换 （即编码），可看成数字信道。 • 编码信道模型可以用数字的转换概率来描述。
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1. 短波电离层反射信道
• 波长为10~100米的无线电波称为短波，它既可 沿地面传播，也可由电离层反射传播，前者称 为地波传播，后者为天波传播，短波电离层反 射信道显然属于后者。 • 基本原理：电离层在某一高度范围内，其电子 密度随高度增加而增加，则其折射率随高度增 加而减小，所以当电波在其中传输时，因逐步 折射而使轨道弯曲，从而在某一高度上发生全 反射。
０
图
P(0/0)
P(1/0)
０ 1
1
P(0/1) P(1/1)
二进制编码 信道模型
p(0/0)，p(1/0)，p(0/1)，p(1/1)为信道转换概率， 由编码信道的特性所决定。 P(0/0) + P(1/0) = 1 P(1/1) + P(0/1) = 1
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第4章 信道与噪声
终端站
中继
中继
终端站
例如：移动通信网，电力230M专网
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4.卫星中继信道
• 无线电中继信道的一种特殊形式。 • 同步卫星，距地面35860公里
缺点：传输时延大。
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• 低轨道卫星
优点：距离近，所需发射功率小，传输时延 比同步卫星小。 缺点：卫星天线覆盖区域小，地面天线必须 随时跟踪卫星。
缺点：易受气候影响，通信质量不 稳定，频带窄 传输信号类型：模拟信号
主要应用：电话系统（业务量较小 的次要传输线路）
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② 对称电缆 分类：三类线、五类线、六类线 优点：频带较明线宽，多线对采用双扭线， 减少了线对间的串扰 缺点：容易受到外部高频电磁波干扰，且 线路本身会产生一定噪声，误码率较高 传输信号类型：数字信号与模拟信号均可 主要应用：局域网、电话系统
• 短波电离层反射信道 • 对流层散射信道
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小知识
大气层按大气的电磁特性分为3层： • 中性层：地面到60公里高度，大气成分多处 于中性（即非电离状态）。 • 电离层：60~500公里高度，由于太阳辐射影 响，大气物质开始电离，根据电子浓度不同 可分为D、E、F1、F2、G层，其中D、E层 电子密度小，短波电磁波基本不反射，但会 受到吸收损耗（即衰减）。F1、F2层是反射 层。D层在夜晚基本消失。 • 磁层：500公里以上。
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• 短波电离层反射信道具有多径传播的特性
一次反射与二次反射
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经不同高度全反射
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2. 对流层散射信道
基本原理：由于大气湍流运动等原因产生了不均 匀性，故引起电波的散射。
超视距传播
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二、随参信道特性及其对信号传输的影响
1. 随参信道特性 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 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
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例
设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为： H () K 0 () t d 其中，K0和td都是常数。试确定信号s(t)通过该 信道后的输出信号的时域表达式，并讨论之。
题
4-1
H ( ) H ( ) e j ( ) K 0e -jt d h(t ) K 0 (t td ) s0 (t ) h(t ) * s (t ) h(t ) * K 0 (t td ) K 0 s (t td )