《通信原理信道》PPT课件
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通信原理第4章信道
1
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
本章教学目的：了解各种实际信道、信
道的数学模型和信道容量的概念。
本章的讨论思路：通过介绍实际信道的例
子，在此基础上归纳信道的特性,阐述信道的 数学模型，最后简介了信道容量的概念。
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 数 字 解 调 信 道 译 码 解 密 信 源 译 码 受 信 者
信道 噪声源
调制信道 编码信道
31
4.3.1 调制信道模型
有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理；
41
相位－频率畸变
指相位－频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
1、理想相频特性是一直线
群延迟－频率特性
|H( )|
d ( ) ( ) d
( ) td
O (b) td
K0
O (a)
O (c)
42
2、实际电话信道的群延迟特性 一种典型的音频电话信道的群延迟特性。
25
光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组成(如 图所示)。芯是光纤最中心的部分，它由一条或多 条非常细的玻璃或塑料纤维线构成，每根纤维线都 有它自己的封套。由于这一玻璃或塑料封套涂层的 折射率比芯线低，因此可使光波保持在芯线内。环 绕一束或多束有封套纤维的外套由若干塑料或其它 材料层构成，以防止外部的潮湿气体侵入，并可防 止磨损或挤压等伤害。
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
本章教学目的：了解各种实际信道、信
道的数学模型和信道容量的概念。
本章的讨论思路：通过介绍实际信道的例
子，在此基础上归纳信道的特性,阐述信道的 数学模型，最后简介了信道容量的概念。
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 数 字 解 调 信 道 译 码 解 密 信 源 译 码 受 信 者
信道 噪声源
调制信道 编码信道
31
4.3.1 调制信道模型
有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理；
41
相位－频率畸变
指相位－频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
1、理想相频特性是一直线
群延迟－频率特性
|H( )|
d ( ) ( ) d
( ) td
O (b) td
K0
O (a)
O (c)
42
2、实际电话信道的群延迟特性 一种典型的音频电话信道的群延迟特性。
25
光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组成(如 图所示)。芯是光纤最中心的部分，它由一条或多 条非常细的玻璃或塑料纤维线构成，每根纤维线都 有它自己的封套。由于这一玻璃或塑料封套涂层的 折射率比芯线低，因此可使光波保持在芯线内。环 绕一束或多束有封套纤维的外套由若干塑料或其它 材料层构成，以防止外部的潮湿气体侵入，并可防 止磨损或挤压等伤害。
通信原理-信道-PPT课件
4
•编码信道模型: 二进制信号、无记忆信道，
0 P(0/1) 1 P(1/1)
P(0/0)
P(1/0)
0 1
其中，P(0/0), P(1/1) － 正确转移概率 P(0/1), P(1/0) － 错误转移概率 转移概率 － 决定于编码信道的特性 P(0/0) = 1 - P(1/0) P(1/1) = 1 - P(0/1)
13
通信卫 星
电离层
地—电离层 波导传 播
电离层
天波传 播
地球
地球 外大气 层及行星 际空间 电波传播
视距传 播 对流层 散射传播 电离层 散射传播 (b)
(a)
14
无线电中继
图1.4.4 无线电中继
15
静止卫星中继通信
16
平流层中继通信
HAPS(High
Altitude Platform Station)
11
(5)散射传播。 这是利用对流层或电离层介质中的不均匀体或流 星余迹对无线电波的散射作用而进行的传播。利用散 射传播实现通信的方式目前主要是对流层散射通信， 其常用频段为 0.2 ～ 5MHz ，单跳距离可达 100 ～ 500km 。 电离层散射通信只能工作在较低频段 30～60MHz， 单跳距离可达1000～2000km，但因传输频带窄，其应 用受到限制。 流星余迹持续时间短，但出现频繁，可用于建立 瞬间通信，常用通信频段为 30～70MHz，单跳通信可 达2000km。实际的流星余迹通信除了利用散射传播外， 还可利用反射进行传播。
3
通常， f [ei(t) ] 可以表示为：k(t) ei(t)， 此时， eo(t) = k(t) ei(t) + n(t) 其中k(t)表示时变线性网络的特性 ，称为乘性干扰。
•编码信道模型: 二进制信号、无记忆信道，
0 P(0/1) 1 P(1/1)
P(0/0)
P(1/0)
0 1
其中，P(0/0), P(1/1) － 正确转移概率 P(0/1), P(1/0) － 错误转移概率 转移概率 － 决定于编码信道的特性 P(0/0) = 1 - P(1/0) P(1/1) = 1 - P(0/1)
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通信卫 星
电离层
地—电离层 波导传 播
电离层
天波传 播
地球
地球 外大气 层及行星 际空间 电波传播
视距传 播 对流层 散射传播 电离层 散射传播 (b)
(a)
14
无线电中继
图1.4.4 无线电中继
15
静止卫星中继通信
16
平流层中继通信
HAPS(High
Altitude Platform Station)
11
(5)散射传播。 这是利用对流层或电离层介质中的不均匀体或流 星余迹对无线电波的散射作用而进行的传播。利用散 射传播实现通信的方式目前主要是对流层散射通信， 其常用频段为 0.2 ～ 5MHz ，单跳距离可达 100 ～ 500km 。 电离层散射通信只能工作在较低频段 30～60MHz， 单跳距离可达1000～2000km，但因传输频带窄，其应 用受到限制。 流星余迹持续时间短，但出现频繁，可用于建立 瞬间通信，常用通信频段为 30～70MHz，单跳通信可 达2000km。实际的流星余迹通信除了利用散射传播外， 还可利用反射进行传播。
3
通常， f [ei(t) ] 可以表示为：k(t) ei(t)， 此时， eo(t) = k(t) ei(t) + n(t) 其中k(t)表示时变线性网络的特性 ，称为乘性干扰。
通信原理第四章ppt课件
通信原理第四章
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
信道的定义
通信系统中的信道是指发送设备到接收设备之间信号传 输的通道，是通信系统的重要组成部分
本章内容:
第4章 信道
信道分类 信道模型 恒参/随参信道特性对信号传输的影响 信道噪声 信道容量
按照传输媒介的不同
概述
信道的定义与分类
无线信道 ——自由空间或大气层 有线信道 ——明线、电缆、光纤
有线信道
信道频带在几百MHz至1GHz左右 主要应用： 长途通信干线，有线电视等
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
有线信道
按照系统模型中研究对象的不同：
编
调制信道
码 器
——研究调制/解调问题
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
编码信道
——研究编码/译码问题 恒参信道
按照信道中冲击响 应是否随时间变化
——特性参数变化缓慢，视为恒定值 随参信道
——特性参数随时间变化
§4.1
无线信道
光作为一种特殊的电磁波， 在人造介质（光纤）中传播， 实现大容量，高可靠性的通信 主要应用：
电信网和移动网的骨干网
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
优点
缺点 应用
有线信道
§4.3
信道数学模型
按照系统模型中研究对象的不同：
调制信道 ——研究调制/解调问题 编码信道 ——研究编码/译码问题
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
信道的定义
通信系统中的信道是指发送设备到接收设备之间信号传 输的通道，是通信系统的重要组成部分
本章内容:
第4章 信道
信道分类 信道模型 恒参/随参信道特性对信号传输的影响 信道噪声 信道容量
按照传输媒介的不同
概述
信道的定义与分类
无线信道 ——自由空间或大气层 有线信道 ——明线、电缆、光纤
有线信道
信道频带在几百MHz至1GHz左右 主要应用： 长途通信干线，有线电视等
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
有线信道
按照系统模型中研究对象的不同：
编
调制信道
码 器
——研究调制/解调问题
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
编码信道
——研究编码/译码问题 恒参信道
按照信道中冲击响 应是否随时间变化
——特性参数变化缓慢，视为恒定值 随参信道
——特性参数随时间变化
§4.1
无线信道
光作为一种特殊的电磁波， 在人造介质（光纤）中传播， 实现大容量，高可靠性的通信 主要应用：
电信网和移动网的骨干网
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
优点
缺点 应用
有线信道
§4.3
信道数学模型
按照系统模型中研究对象的不同：
调制信道 ——研究调制/解调问题 编码信道 ——研究编码/译码问题
通信原理第4章信道2精品PPT课件
1
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
4.5信道中的噪声
噪声是我们生活中出现频率颇高的一个词， 也是通信领域中与信号齐名的高频度术语。但 通信领域中所谓的噪声不同于我们所熟悉的以 音响形式反映出来的各种噪声，它其实是一种 不携带有用信息的电信号，是对有用信号以外 的一切信号的统称。概括地讲，不携带有用信 息的信号就是噪声。显然，噪声是相对于有用 信号而言的，一种信号在某种场合是有用信号， 而在另一种场合就有可能是噪声。
1、热噪 是在电阻一类导体中，自由电子的布朗运
动引起的噪声
8
2、散弹噪声
散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电 子发射的不均匀性引起的。
在给定的温度下，发射电子所形成的电流并不 是固定不变的，而是在一个平均值上起伏变化 ， 总电流是一个高斯随机过程。
9
3、宇宙噪声
宇宙噪声是指天体辐射波对接收机形成的 噪声。它在整个空间的分布是不均匀的，最强 的来自银河系的中部，其强度与季节、频率等 因素有关。实践证明宇宙噪声的统计特性服从 高斯分布律，在一般的工作频率范围内，它也 具有平坦的功率谱密度。
19
4.6.1 离散信道容量 两种不同的度量单位：
C－ 每个符号能够传输的平均信息量最大值
Ct－单位时间(秒)内能够传输的平均信息量最 大值
两者之间可以互换
18
1、计算离散信道容量的信道模型
发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号： y1，y2，y3，…，ym x1
P(y1/x1)
y1
P(xi)
3
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
4.5信道中的噪声
噪声是我们生活中出现频率颇高的一个词， 也是通信领域中与信号齐名的高频度术语。但 通信领域中所谓的噪声不同于我们所熟悉的以 音响形式反映出来的各种噪声，它其实是一种 不携带有用信息的电信号，是对有用信号以外 的一切信号的统称。概括地讲，不携带有用信 息的信号就是噪声。显然，噪声是相对于有用 信号而言的，一种信号在某种场合是有用信号， 而在另一种场合就有可能是噪声。
1、热噪 是在电阻一类导体中，自由电子的布朗运
动引起的噪声
8
2、散弹噪声
散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电 子发射的不均匀性引起的。
在给定的温度下，发射电子所形成的电流并不 是固定不变的，而是在一个平均值上起伏变化 ， 总电流是一个高斯随机过程。
9
3、宇宙噪声
宇宙噪声是指天体辐射波对接收机形成的 噪声。它在整个空间的分布是不均匀的，最强 的来自银河系的中部，其强度与季节、频率等 因素有关。实践证明宇宙噪声的统计特性服从 高斯分布律，在一般的工作频率范围内，它也 具有平坦的功率谱密度。
19
4.6.1 离散信道容量 两种不同的度量单位：
C－ 每个符号能够传输的平均信息量最大值
Ct－单位时间(秒)内能够传输的平均信息量最 大值
两者之间可以互换
18
1、计算离散信道容量的信道模型
发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号： y1，y2，y3，…，ym x1
P(y1/x1)
y1
P(xi)
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通信原理课件-信道
2
1
第4章 信 道
1 e j 1 cos j sin (1 cos )2 sin 2 2 cos
2
按照上式畫出的模與角頻率關係曲線：
圖4-18 多徑效應
曲線的最大和最小值位置決定於兩條路徑的相對
時延差。而 是隨時間變化的，所以對於給定頻率的
信號，信號的強度隨時間而變，這種現象稱為衰落現象。 由於這種衰落和頻率有關，故常稱其為頻率選擇性衰落。
n2 n1 折射率
多模光纖 (c)
單模光纖
單模階躍折射率光纖
125
7～10
1
第4章 信 道
損耗與波長關係
1.31 m 1.55 m
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波長（m）
圖4-12光纖損耗與波長的關係
損耗最小點：1.31與1.55 m
1
第4章 信 道
4.3 通道的數學模型
通道模型的分類：
1
第4章 信 道
接收信號的分類
確知信號：接收端能夠準確知道其碼元波形的信號 隨相信號：接收碼元的相位隨機變化 起伏信號：接收信號的包絡隨機起伏、相位也隨機變
化。 通過多徑通道傳輸的信號都具有這種特性
1
第4章 信 道
4.5 通道中的雜訊
雜訊
通道中存在的不需要的電信號。 又稱加性干擾。
地球大氣層的結構
對流層：地面上 0 ~ 10 km 平流層：約10 ～ 60 km 電離層：約60 ～ 400 km
60 km
電離層 平流層
對流層
10 km
地面
0 km
1
第4章 信 道
電離層對於傳播的影響
通信原理信道素材PPT课件
为什么要研究信道
• 信道是通信系统的重要组成部分，其特性对于通信系统的性能有很大影响 • 研究信道及噪声的目的是弄清它们对信号传输的影响，寻求提高通信有效性与可靠性的方法。
第1页/共78页
1
信道的分类
• 信道的概念:就是信号传输的媒质
• 狭义信道:某些物理通信信道，如有线信道和 无线信道；也可以是物理存储介质，如光盘、 磁盘等
第11页/共78页
11
有线信道和无线信道
外套
绝缘
包层 纤维 芯
图3 光纤结构示意图
第12页/共78页
12
有线信道和无线信道
二、无线信道 • 无线信道是利用电磁波在空间的传播来传输信号。有地波传播、天波传播、
无线电视距中继通信、卫星通信等。
第13页/共78页
13
有线信道和无线信道
• 4.1 无线信道 • 无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制 • 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
第4页/共78页
4
第4章 • 4.2 有线信道
• 明线
信道
第5页/共78页
5
有线信道和无线信道
• 双绞线又称为双扭线，它是由若干对且每对有两条相互绝缘的铜导线按一定 规则绞合而成。采用这种绞合结构是为了减少对邻近线对的电磁干扰。为了 进一步提高双绞线的抗电磁干扰能力，还可以在双绞线的外层再加上一个用 金属丝编织而成的屏蔽层
第42页/共78页
42
恒参信道与随参信道
• 实际的信道特性：
第43页/共78页
43
恒参信道与随参信道
• 当非单一频率的信号通过这信道时，信号中 的不同频率分量将有不同的群迟延
• 信道是通信系统的重要组成部分，其特性对于通信系统的性能有很大影响 • 研究信道及噪声的目的是弄清它们对信号传输的影响，寻求提高通信有效性与可靠性的方法。
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1
信道的分类
• 信道的概念:就是信号传输的媒质
• 狭义信道:某些物理通信信道，如有线信道和 无线信道；也可以是物理存储介质，如光盘、 磁盘等
第11页/共78页
11
有线信道和无线信道
外套
绝缘
包层 纤维 芯
图3 光纤结构示意图
第12页/共78页
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有线信道和无线信道
二、无线信道 • 无线信道是利用电磁波在空间的传播来传输信号。有地波传播、天波传播、
无线电视距中继通信、卫星通信等。
第13页/共78页
13
有线信道和无线信道
• 4.1 无线信道 • 无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制 • 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
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第4章 • 4.2 有线信道
• 明线
信道
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5
有线信道和无线信道
• 双绞线又称为双扭线，它是由若干对且每对有两条相互绝缘的铜导线按一定 规则绞合而成。采用这种绞合结构是为了减少对邻近线对的电磁干扰。为了 进一步提高双绞线的抗电磁干扰能力，还可以在双绞线的外层再加上一个用 金属丝编织而成的屏蔽层
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42
恒参信道与随参信道
• 实际的信道特性：
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43
恒参信道与随参信道
• 当非单一频率的信号通过这信道时，信号中 的不同频率分量将有不同的群迟延
《通信原理详尽》课件
调相广播是指采用调相方式进行无线电广播的方 式。调相广播具有传输距离远、覆盖范围广等特 点。
调频广播与调相广播的比较
调频广播在音质、抗干扰能力和覆盖范围等方面 表现优于调相广播，因此在现代无线电广播中占 据主导地位。
04
数字通信原理
数字信号的特性
离散性
确定性
数字信号在时间上和幅度上都是离散的， 取值一般为二进制形式（0或1）。
信息源
产生原始信息的设备，如麦克 风、键盘等。
信道
传输信号的媒介，如无线电波 、光纤等。
目的地
接收并使用信息的设备或人。
通信系统的分类
有线通信
利用物理线路进行信号传输， 如电话线、光纤等。
无线通信
利用电磁波进行信号传输，如 手机、无线路由器等。
卫星通信
利用卫星作为中继站进行信号 传输。
数字通信
利用数字信号进行传输，如数 字电视、数字电话等。
信号的特性
幅度、频率、相位等。
信号的频域分析
傅里叶变换、频谱分析等。
信道的分类与特性
信道的分类
01
有线信道与无线信道、对称信道与非对称信道等。
信道的特性
02
带宽、容量、噪声等。
信道的衰减
03
随距离、频率等因素变化的信号衰减。
信号在信道中的传
信号传输方式
调制传输、基带传输等。
信号在信道中的Biblioteka 真由于信道特性引起的信号失真。
远程控制
通过无线或有线通信技术，实现 工业设备的远程监控和操作。
物联网
将各种传感器、控制器与互联网 连接起来，实现智能化监控和管
理。
自动化生产线
利用通信技术实现生产线的自动 化控制和数据传输。
调频广播与调相广播的比较
调频广播在音质、抗干扰能力和覆盖范围等方面 表现优于调相广播，因此在现代无线电广播中占 据主导地位。
04
数字通信原理
数字信号的特性
离散性
确定性
数字信号在时间上和幅度上都是离散的， 取值一般为二进制形式（0或1）。
信息源
产生原始信息的设备，如麦克 风、键盘等。
信道
传输信号的媒介，如无线电波 、光纤等。
目的地
接收并使用信息的设备或人。
通信系统的分类
有线通信
利用物理线路进行信号传输， 如电话线、光纤等。
无线通信
利用电磁波进行信号传输，如 手机、无线路由器等。
卫星通信
利用卫星作为中继站进行信号 传输。
数字通信
利用数字信号进行传输，如数 字电视、数字电话等。
信号的特性
幅度、频率、相位等。
信号的频域分析
傅里叶变换、频谱分析等。
信道的分类与特性
信道的分类
01
有线信道与无线信道、对称信道与非对称信道等。
信道的特性
02
带宽、容量、噪声等。
信道的衰减
03
随距离、频率等因素变化的信号衰减。
信号在信道中的传
信号传输方式
调制传输、基带传输等。
信号在信道中的Biblioteka 真由于信道特性引起的信号失真。
远程控制
通过无线或有线通信技术，实现 工业设备的远程监控和操作。
物联网
将各种传感器、控制器与互联网 连接起来，实现智能化监控和管
理。
自动化生产线
利用通信技术实现生产线的自动 化控制和数据传输。
《通信原理》樊昌信曹丽娜编著第六版课件第4章信道
ห้องสมุดไป่ตู้
道路交通效应信道模型
通常采用随机过程和自回归-移 动平均模型对通道损失进行建 模。多路径效应也被认为是一 种典型的道路交通效应。
道路交通效应对通信系 统的影响
道路交通效应会导致无线信号 的损失，并且会阻碍现代通信 系统的应用。因此，开发新的 道路交通效应分析模型和算法 至关重要。
总结
1 了解和掌握通信信道的基础知识
通信原理：信道
本课程将介绍关于通信信道的基本概念和相关技术。它将解释信道的概念、 损耗和失真以及如何增强信道传输质量。
信道的定义和类型
信道的定义
信道是从发送者到接收者的物理连接或介质，其中包含从发送者到接收者传输信息的信号。
常见的信道类型
有线信道、光纤信道和无线信道是通信中常见的类型。每种类型都有其自身的特点和限制。
香农定理
香农定理是一个解释数据传输速率的理论。设 置数据传输率和信道的信噪比之间具有显著的 关联。
噪声和干扰
噪声是随机的电能干扰，干扰是由电磁辐射或 其他信号源产生的信号干扰。通过有效的信噪 比和误比特率，信号的精度和质量可以很好的 控制。
道路交通效应的信道建模
道路交通效应的概述
道路交通效应是指由于城市中 交通稠密、电波干扰与多径效 应而导致的通信障碍。
传输损耗和信道的失真
1
传输损耗
信道传输涉及到信息随着距离的增加而衰减。此时需要在信道中使用采用调节器 或中继设备等手段解决信道传输质量问题。
2
信道的失真
失真是指信息在传输过程中发生变化或畸变。包括时域失真和频域失真以及由于 信道噪音和失真来源产生的误差。
3
补偿方法
使用均衡和滤波等方法来缓解失真，同时能够提高信道传输质量。
道路交通效应信道模型
通常采用随机过程和自回归-移 动平均模型对通道损失进行建 模。多路径效应也被认为是一 种典型的道路交通效应。
道路交通效应对通信系 统的影响
道路交通效应会导致无线信号 的损失，并且会阻碍现代通信 系统的应用。因此，开发新的 道路交通效应分析模型和算法 至关重要。
总结
1 了解和掌握通信信道的基础知识
通信原理：信道
本课程将介绍关于通信信道的基本概念和相关技术。它将解释信道的概念、 损耗和失真以及如何增强信道传输质量。
信道的定义和类型
信道的定义
信道是从发送者到接收者的物理连接或介质，其中包含从发送者到接收者传输信息的信号。
常见的信道类型
有线信道、光纤信道和无线信道是通信中常见的类型。每种类型都有其自身的特点和限制。
香农定理
香农定理是一个解释数据传输速率的理论。设 置数据传输率和信道的信噪比之间具有显著的 关联。
噪声和干扰
噪声是随机的电能干扰，干扰是由电磁辐射或 其他信号源产生的信号干扰。通过有效的信噪 比和误比特率，信号的精度和质量可以很好的 控制。
道路交通效应的信道建模
道路交通效应的概述
道路交通效应是指由于城市中 交通稠密、电波干扰与多径效 应而导致的通信障碍。
传输损耗和信道的失真
1
传输损耗
信道传输涉及到信息随着距离的增加而衰减。此时需要在信道中使用采用调节器 或中继设备等手段解决信道传输质量问题。
2
信道的失真
失真是指信息在传输过程中发生变化或畸变。包括时域失真和频域失真以及由于 信道噪音和失真来源产生的误差。
3
补偿方法
使用均衡和滤波等方法来缓解失真，同时能够提高信道传输质量。
第四章《通信原理》信道
理想无失真信道， 理想无失真信道，它的
H ( jω ) = ke
jω t d
H ( jω ) = k 幅频特性 (ω ) = ωt d 相频特性
实际的信道往往不能满足这些要求。例如电话信号 实际的信道往往不能满足这些要求。 的频带在300Hz 3400Hz范围内 300Hz范围内； 的频带在300Hz-3400Hz范围内；而电话信道的幅频特性 和相频特性示于下图。
调制信道 编码信道
1、调制信道 指从调制器输出到解调器输入端的所有变换装置 及传输媒介。因为从调制解调角度而言， 及传输媒介。因为从调制解调角度而言，调制信道仅 对已调信号进行传输，因此可视为一个整体。 对已调信号进行传输，因此可视为一个整体。
2、编码信道 、 指从编码器输出到译码器输入端的所有变换装置 及传输媒介。因为从编译码的角度而言， 及传输媒介。因为从编译码的角度而言，它们之间的 一切环节只起了传输数字信号的作用， 一切环节只起了传输数字信号的作用，因此可视为一 个整体。 个整体。
第四章 信道
在讲通信系统模型中我们知道， 在讲通信系统模型中我们知道，信道是信息传 输的媒介。它可分为两大类：有线信道和无线信道。 输的媒介。它可分为两大类：有线信道和无线信道。 传统的固定电话网用有线信道作为传输媒介。 传统的固定电话网用有线信道作为传输媒介。而无 线电广播则是用无线信道传播电台节目。 线电广播则是用无线信道传播电台节目。 信号在信道中传输，一方面受信道特性的影响； 信号在信道中传输，一方面受信道特性的影响； 另一方面还要受到信道中噪声的影响。 另一方面还要受到信道中噪声的影响。本章简单介 绍信道特性和信道中的噪声， 绍信道特性和信道中的噪声，以及信道特性对信号 传输的影响。 传输的影响。
一、加性噪声的分类
通信原理信道
当信道的相位-频率特性偏离线性关系时，将会使通过信 道的信号产生相位-频率失真，相位-频率失真也是属于线性失
真，会使信号产生严重的相频失真或群迟延失真。如果传输
数字信号， 相频失真同样会引起码间干扰。
2020/9/28
10
3.4.3 光纤（续）
光纤具有许多优越的性能，其优越性包括： (1) 容量很大; (2) 很低的传输损耗，0.1dB/km; (3) 不受电磁干扰影响； (4) 体积小，重量轻； (5) 坚固耐用，柔韧性好； (6) 由于光纤的材料是石英，原材料丰富、便宜。
2020/9/28
Pe = P1 P(0|1) + (1- P1) P(1|0)
2020/9/28
6
3.2 信道定义(续)
0
1 发 送 端
2
3 图3-4 四进制编码信道模型
2020/9/28
0
1
接
收
端
2
3
7
3.4 恒参信道举例
3.4.1 双绞线
双绞线由两根彼此绝缘的铜线组成，这两根线按照规
则的螺线状绞合在一起。通常，将许多这样的线对捆扎在一
3.1 引言
一般把信号所通过的物理介质称为信道。信道是通信 系统必不可少的组成部分。信号在信道中传输时受到衰减、 时延和各种失真的影响，同时受到噪声的干扰。
从信道的物理形态来分为有线信道和无线信道，双绞 线、同轴电缆、波导以及光缆等属于有线信道，而无线信 道有大气、自由空间和水等。
从信道的统计特征分又可以分为恒参信道和随参信道。恒 参信道的参数在通信过程中基本不随时间变化，随参信道的信 道参数是随时间随机变化的。
2020/9/28
1
3.2 信道定义
《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-信道52页PPT
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的。——洛克
通信原理-信道
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
通信原理 第四章信道 ppt课件
§4.4 信道特性对信号传输的影响 一、恒参信道
举例：各种有线信道和部分无线信道，如卫星通 信链路信道，微波中继链路信道，…
恒参信道 实质是 非时变线性网络 信号通过 线性系统的分析方法（假设输入源这确知信号）
ei（ t）h(t)
eo(t)=ei(t)*h(t)+n(t)
n(t)
下面首先介绍一种理想的恒参信道。
有效散射区域
地球
通信原理 第四章信道 图4-7 对流层散射通信 12
阜阳师范学院物电学院
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、断续传输阳师范学院物电学院
•架空明线：架空明线，即在电线杆上架设的互相平行而绝
缘的裸线，它是一种在20世纪初就已经大量使用的通信介质。
•双绞线：双绞线又称为双扭线，它是由若干对且每对有两
条相互绝缘的铜导线按一定规则绞合而成。采用这种绞合结
(2) 对信号在时间上产生固定的迟延。
这种情况也称信号是无失真传输。
通信原理 第四章信道
28
阜阳师范学院物电学院
理想信道的幅频特性、 相频特性和群迟延—频率特性
|H(w)|
K0
j (w) w td
t w
td
O
w
a 幅频特性 性
O
w
b 相频特性
O
w
c 群迟延特
理想恒参信道在整个信号频带范围之内：
➢ 幅频特性和群迟延-频率特性为常数；
通信原理课件--通信原理3 信道
k
4.9 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:连续波干扰，可视为已调正弦波。占极窄频带 2) 脉冲噪声：时间上无规则地突发的短促噪声。脉冲噪声幅
度大，持续时间短，频谱宽，频率越高，频谱 强度越小 3) 起伏噪声: 热噪声、散弹噪声、宇宙噪声。普遍存在，不 可避免——影响通信的主要因素。
狭义信道：仅包含信号的传输媒介，有无线和有线两大类.
狭义信道
有线信道 无线信道
电缆
光缆 短波广播 超短波、微波传输 卫星通信 移动通信
4.2 信道定义
调制信道 Modulation Channel 广义信道 编码信道 Encoding Channel
根据研究的对象和关心的问题来定义信道的范畴
编
调
发
根据上述共性，我们可用一个二对端（或多对端）的 时变线性网络来表示调制信道——调制信道模型
时变
ei(t) 线性 eo(t)
网络
ei 1(t )
或
ein (t )
时变 线性 网络
eo1(t) eon(t )
网络的输入与输出之间的关系可表示为：
e0 (t) f [ei (t)] n(t)
如果网络的函数变换关系定义为 k( t )
i(t)cos
ω 0
[t
τi(t)]
μ(t): i
第i
条路径的接收信号振幅
i 1
n
i(t)cos
[ωt 0
(t)] i
τ i ( t ) : 第i 条路径的传输时延
in1
n
μi(t)
cosωt 0
cosi(t)
μi(t)
通信原理第4章信道1
外套
绝缘
包层 纤维芯
27
根据光纤传输数据模式的不同，它可分为多 模光纤和单模光纤两种。 多模光纤指光在光纤中可能有多条不同角度 入射的光线在一条光纤中同时传播，如图 (a) 所示。这种光纤所含纤芯的直径较粗。
吸收护套
(a) 多模 纤芯 包层
28
单模光纤指光在光纤中的传播没有反射，而 吸收护套 沿直线传播,如图(b)所示。这种光纤的直径非 常细，就像一根波导那样，可使光线一直向前 (a) 多模 纤芯 包层 传播。
绝缘体
芯 芯 芯 6 芯 5 芯 4 1 芯 2 芯 3 芯 7 芯 6 芯 5 芯 4 芯 8 1 芯 2 芯 3
(b)
24
优点：与外界相互干扰小，（外导体接地
起屏 蔽作用），带宽大。
缺点：成本较高（与对称电缆相比）。 应用：比较广泛。如电视电缆（75Ω）， 实验室仪器用的信号电缆（50 Ω）
25
无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波 波段时，电磁波基本上是沿视线传播，通信距 离依靠中继方式延伸的无线电电路。相邻中继 站之间的距离一般在40~50公里。
图4-4 无线电中继
13
优点：传输容量大，发射功率小，通信稳定
可靠，节省有色金属。 缺点：每隔50km左右设置一个中继站（微波 为直线传播，而地球为球体）。 应用：主要用于长途干线、移动通信网及某 些数据收集系统。
42
相位－频率畸变
指相位－频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
1、理想相频特性是一直线
群延迟－频率特性
( ) td
(a) O (b) td
d ( ) ( ) d
H( )|
O (c)
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✓ 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
4.1 无线信道
✓ 流星余迹散射
有效散射区域
地球
对流层散射通信
4.2 有线信道
➢ 明线：传输损耗低； 易受天气和气候的影响； 对外界噪声干扰明显。
4.2 有线信道
： ➢ 对称电缆 传输损耗比明线大得多，但传输特性比较稳定。
地面
天波传播
4.1 无线信道
➢ 视线传播：频率> 30 MHz；传播 的距离和天线高度有关。
d
发射天线
h
r
d D
传播途径 接收天线
r
地面
视线传播
• 增加视线传输距离的途径： 中继通信 无线电中继
卫星通信 平流层通信
无线电中继
4.1 无线信道
➢ 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
调制信道模型
ei(t)
时变线 性网络
ei1(t)
e0(t)
ei2(t) .
. eim(t)
时变 线性 网络
e01(t)
e02(t) . . e0n(t)
对于二进(a制) 信道： e0 (t) (b) f [ei (t)] n(t)
e图02(- 2t)图图 图k图(t图)图 ei (t) n(t)
第四章 信道
主要研究内容
➢ 信道的基本概念 ➢ 有线信道与无线信道 ➢ 信道的数学模型 ➢ 信道特性对信号传输的影响 ➢ 信道中的噪声 ➢ 信道容量的概念
4.0 信道的基本概念
信道是通信系统必不可少的组成部分，信道特性的好坏直接影响通信系统 的总特性。
1.信道的定义： • 以传输媒介为基础的信号通路。 • 由有线或/和无线电线路提供的信 号通路。 • 指定的一段频带，它让信号通过， 同时又给信号以限制和损害。
P(0/0)
0
0
P(1/0)
P(0/1)
1
1
P(1/1)
编码信道模型
• 转移概率：决定于编码信道的特性；对编码信道做大量的统计分析得到。 • 正确转移概率：P(0/0)、P(1/1) 错误转移概率：P(1/0)、 P(0/1)
• 有记忆编码信道和无记忆编码信道
P(0 / 0) P(1/ 0) 1
料保护套管及塑料外皮构成,光缆内没有金,银,铜铝等金属,一般无回 收价值。
4.3 信道的数学模型
1 调制信道模型 ➢ 定义：传输已调信号的信道。 ➢ 研究的问题：信道输出信号与输入信号之间的关系。 ➢ 通过对调制信道进行大量的分析 研究，发现它们有如下共性:
调制信道模型
• 有一对(或多对)输入端，一对（或多对）输出端; • 绝大部分信道是线性的； • 信号通过信道需要一定的迟延时间； • 信道对信号有损耗(固定损耗或时变损耗)； • 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出(噪声)。
＊变参信道（随参信道）: k(t)~t 随机快变。
编码信道模型
➢ 构成：从编码器输出端到译码器输入端的所有转换器及传输媒质，等效 一个完成数字序列变换的方框。
➢ 特点：输入和输出都是数字序列 ➢ 研究的问题：是否出现差错，出现的概率 ➢ 模型：可用数字信号的转移概率来描述
P(0/0) P(1/0) P(1/1) P(0/1)
变化极为缓慢。 • 举例：各种有线信道，超短波及视距波传输，卫星信道等。 • 模型：线性时不变网络 • 网络的传输特性：
H () H () e j ()
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响
（1）信号不失真传输条件：
e0 (t) kei (t td )
h(t ) k (t td )
H() ke j td
P(1/1) P(0 /1) 1
多进制编码信道模型
P(0/0)
0
0
P(1/0)
P(0/1)
1
1
P(1/1)
图 3- 3 图 图 图 图 图 图 图 图 图
0
0
1
1
2
2
3
3
图 3- 4 图 图 图 图 图 图 图 图 图
4.4 信道特性对信号传输的影响
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响 • 特征：k(t)~t不变或慢变。对信号传输的影响是固定不变的或者是
ei(t)
K(t)
+
e0(t)
n(t)
调制信道模型
结论： • 信道对信号的影响可归纳为两点：一是乘性干扰k(t)（依赖于网络的特性，
只能用随机过程来表示），二是加性干扰n(t)。 • 不同特性的信道，仅反映信道模型有不同的k(t)及n(t)。 • 根据信道中k(t)的特性不同，可以将信道分为： ＊恒参信道: k(t)~t 不变或慢变；
收 转 换 器
解 调 器
调制信道
编码信道
广义信道关心的是变化的最终结果 而不是物理过程
译码器 输出
4.1 无线信道
• 无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。其中电 磁波的频率受天线尺寸限制。
60 km
10 km 0 km
电离层
平流层 对流层 地面
4.1 无线信道
• 大气对传播中的电磁波的影响： 反射，散射，吸收和衰减
4.0 信道的基本概念
2.信道的分类 • 狭义信道：仅指传输媒介，它包括有线信道和无线信道。
• 广义信道：不但包括传输媒介，还可能包括有关的器件 (馈线、天线、 调制/解调器、编码/译码器) 。
通常分成:调制信道和编码信道。
4.0 信道的基本概念
狭义信道
编码器 输出
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
导体 绝缘层
对称电缆（双绞线)
➢ 同轴电缆
4.2 有线信道
实心介质 导体
金属编织网
保护层
同轴电缆
4.2 有线信道
➢ 光纤：能传输光能的波导介质。损耗低、频带宽、线径细、重量 轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属以及不受电磁干扰 等优点。
有单模和多模之分（模式就是指路径） ➢ 光缆(optical fiber cable)主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑
|H()|
K
() td
t ()
td
O
O
O
a 幅频特性
b 相频特性
c 群迟延特性
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响
4.1 无线信道
• 不同频率的电磁波具有不同的传输能力和特性，导致不同的传波 方式：
➢ 地波：频率 < 2 MHz；有绕射能力；数百或数千千米
传播路径 地面
地波传播
4.1 无线信道
➢ 天波：频率：2 ~ 30 MHz（低频的被吸收掉）；被电离层反射；一次反 射距离：< 4000 km；寂静区。
信号传播路径
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
4.1 无线信道
✓ 流星余迹散射
有效散射区域
地球
对流层散射通信
4.2 有线信道
➢ 明线：传输损耗低； 易受天气和气候的影响； 对外界噪声干扰明显。
4.2 有线信道
： ➢ 对称电缆 传输损耗比明线大得多，但传输特性比较稳定。
地面
天波传播
4.1 无线信道
➢ 视线传播：频率> 30 MHz；传播 的距离和天线高度有关。
d
发射天线
h
r
d D
传播途径 接收天线
r
地面
视线传播
• 增加视线传输距离的途径： 中继通信 无线电中继
卫星通信 平流层通信
无线电中继
4.1 无线信道
➢ 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
调制信道模型
ei(t)
时变线 性网络
ei1(t)
e0(t)
ei2(t) .
. eim(t)
时变 线性 网络
e01(t)
e02(t) . . e0n(t)
对于二进(a制) 信道： e0 (t) (b) f [ei (t)] n(t)
e图02(- 2t)图图 图k图(t图)图 ei (t) n(t)
第四章 信道
主要研究内容
➢ 信道的基本概念 ➢ 有线信道与无线信道 ➢ 信道的数学模型 ➢ 信道特性对信号传输的影响 ➢ 信道中的噪声 ➢ 信道容量的概念
4.0 信道的基本概念
信道是通信系统必不可少的组成部分，信道特性的好坏直接影响通信系统 的总特性。
1.信道的定义： • 以传输媒介为基础的信号通路。 • 由有线或/和无线电线路提供的信 号通路。 • 指定的一段频带，它让信号通过， 同时又给信号以限制和损害。
P(0/0)
0
0
P(1/0)
P(0/1)
1
1
P(1/1)
编码信道模型
• 转移概率：决定于编码信道的特性；对编码信道做大量的统计分析得到。 • 正确转移概率：P(0/0)、P(1/1) 错误转移概率：P(1/0)、 P(0/1)
• 有记忆编码信道和无记忆编码信道
P(0 / 0) P(1/ 0) 1
料保护套管及塑料外皮构成,光缆内没有金,银,铜铝等金属,一般无回 收价值。
4.3 信道的数学模型
1 调制信道模型 ➢ 定义：传输已调信号的信道。 ➢ 研究的问题：信道输出信号与输入信号之间的关系。 ➢ 通过对调制信道进行大量的分析 研究，发现它们有如下共性:
调制信道模型
• 有一对(或多对)输入端，一对（或多对）输出端; • 绝大部分信道是线性的； • 信号通过信道需要一定的迟延时间； • 信道对信号有损耗(固定损耗或时变损耗)； • 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出(噪声)。
＊变参信道（随参信道）: k(t)~t 随机快变。
编码信道模型
➢ 构成：从编码器输出端到译码器输入端的所有转换器及传输媒质，等效 一个完成数字序列变换的方框。
➢ 特点：输入和输出都是数字序列 ➢ 研究的问题：是否出现差错，出现的概率 ➢ 模型：可用数字信号的转移概率来描述
P(0/0) P(1/0) P(1/1) P(0/1)
变化极为缓慢。 • 举例：各种有线信道，超短波及视距波传输，卫星信道等。 • 模型：线性时不变网络 • 网络的传输特性：
H () H () e j ()
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响
（1）信号不失真传输条件：
e0 (t) kei (t td )
h(t ) k (t td )
H() ke j td
P(1/1) P(0 /1) 1
多进制编码信道模型
P(0/0)
0
0
P(1/0)
P(0/1)
1
1
P(1/1)
图 3- 3 图 图 图 图 图 图 图 图 图
0
0
1
1
2
2
3
3
图 3- 4 图 图 图 图 图 图 图 图 图
4.4 信道特性对信号传输的影响
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响 • 特征：k(t)~t不变或慢变。对信号传输的影响是固定不变的或者是
ei(t)
K(t)
+
e0(t)
n(t)
调制信道模型
结论： • 信道对信号的影响可归纳为两点：一是乘性干扰k(t)（依赖于网络的特性，
只能用随机过程来表示），二是加性干扰n(t)。 • 不同特性的信道，仅反映信道模型有不同的k(t)及n(t)。 • 根据信道中k(t)的特性不同，可以将信道分为： ＊恒参信道: k(t)~t 不变或慢变；
收 转 换 器
解 调 器
调制信道
编码信道
广义信道关心的是变化的最终结果 而不是物理过程
译码器 输出
4.1 无线信道
• 无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。其中电 磁波的频率受天线尺寸限制。
60 km
10 km 0 km
电离层
平流层 对流层 地面
4.1 无线信道
• 大气对传播中的电磁波的影响： 反射，散射，吸收和衰减
4.0 信道的基本概念
2.信道的分类 • 狭义信道：仅指传输媒介，它包括有线信道和无线信道。
• 广义信道：不但包括传输媒介，还可能包括有关的器件 (馈线、天线、 调制/解调器、编码/译码器) 。
通常分成:调制信道和编码信道。
4.0 信道的基本概念
狭义信道
编码器 输出
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
导体 绝缘层
对称电缆（双绞线)
➢ 同轴电缆
4.2 有线信道
实心介质 导体
金属编织网
保护层
同轴电缆
4.2 有线信道
➢ 光纤：能传输光能的波导介质。损耗低、频带宽、线径细、重量 轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属以及不受电磁干扰 等优点。
有单模和多模之分（模式就是指路径） ➢ 光缆(optical fiber cable)主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑
|H()|
K
() td
t ()
td
O
O
O
a 幅频特性
b 相频特性
c 群迟延特性
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响
4.1 无线信道
• 不同频率的电磁波具有不同的传输能力和特性，导致不同的传波 方式：
➢ 地波：频率 < 2 MHz；有绕射能力；数百或数千千米
传播路径 地面
地波传播
4.1 无线信道
➢ 天波：频率：2 ~ 30 MHz（低频的被吸收掉）；被电离层反射；一次反 射距离：< 4000 km；寂静区。
信号传播路径