第4章信道传输特性资料
通信原理(第四章)
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第4章 信 道 章
四进制编码信道模型
0 0
1 送
端
发
1
收 端
接
2
2
3
3
28ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4章 信 道 章
4.4 信道特性对信号传输的影响 恒参信道的影响 恒参信道对信号传输的影响是确定的或者 是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以 等效为一个线性时不变网络。 只要知道网络 的传输特性，就可以采用信号分析方法，分 析信号及其网络特性。 线性网络的传输特性可以用幅度频率特 性和相位频率特性来表征。 现在我们首先讨论 理想情况下的恒参信道特性。
平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地 面
6
第4章 信 道 章
电离层对于传播的影响 反射 散射
7
第4章 信 道 章
电磁波的分类： 电磁波的分类： 地波 频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离： 距离：数百或数千千米 天波 频率： 频率：2 ~ 30 MHz 特点： 特点：被电离层反射 一次反射距离： 一次反射距离：< 4000 km 寂静区： 寂静区：
13
第4章 信 道 章
4.2 有线信道
明线
14
第4章 信 道 章
对称电缆：由许多对双绞线组成， 对称电缆：由许多对双绞线组成，分非屏蔽 （UTP）和屏蔽（STP）两种。 ）和屏蔽（ ）两种。
塑料外皮
双绞线（ 5对）
图4-9 双绞线
15
第4章 信 道 章
同轴电缆
16
第4章 信 道 章
n2 n1 折射率
25
第4章 信 道 章
4.3.2 编码信道模型
调制信道对信号的影响是通过k(t)和 使已调信号发生波形 调制信道对信号的影响是通过 和n(t)使已调信号发生波形 失真。 失真。 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换， 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即将 一种数字序列变成另一种数字序列。 一种数字序列变成另一种数字序列。误码 输入、输出都是数字信号， 输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号 失真情况，但误码与调制信道有关， 失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由 发滤波器设计不当及n(t)引起 引起。 收、发滤波器设计不当及 引起。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。
通信原理第4章信道
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
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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。
第四章 信道(2)
§4.3.1 调制信道模型
e0 (t ) k (t )ei (t ) n(t )
k(t)——乘性干扰 它是时间t的函数，表示信道的特性是随时间变化的。 随时间变化的信道成为时变信道 k(t)——乘性干扰——引起的失真随时间做随机变化 特性随机变化的信道称为随参信道 特性不随时间变化或者变化很小的信道称为恒参信道
§4.3.1 调制信道模型
输出量表示为：
e0 (t ) k (t )ei (t ) n(t ) ——二端口网络
e0(t)——输出端电压 ei(t)——输入信号电压 k(t)——乘性干扰 n(t)——加性干扰
n(t)——加性干扰 当没有信号输入时，信道输出端也有加性干扰 k(t)——乘性干扰 当没有信号输入时，信道输出端没有乘性干扰
( w)
dw
td (常数)
理想的相—频及群迟延—频率特性曲线：
( )
( )
k
k
恒参信道对信号传输的影响
实际信道对信号产生的两种失真： （1）幅频失真 表示信号中不同频率的分量分 H ( w ) K （频率失真）： 别受到信道不同的衰减。
模拟信号：波形失真——信噪比下降
回顾窄带随机过程
(t ) a (t ) cos[ct (t )]
(t ) c (t ) cos ct s (t ) sin ct
可见，随机过程的统计特性可由
a (t )、 (t )或者c (t )、s(t )的特性确定 反之也成立
重要结论之二： 一个均值为零，方差为σ2ξ的窄带高斯过程ξ (t)， 其包络a ξ(t)的一维分布是瑞利分布；
设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为：
H ( w) K
第4章_信道
32
4.3 信道的数学模型
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
4.3.2 编码信道模型
由于信道噪声或其它因素的影响，将导致输出数字序列发生 错误，因此输入输出数字序列之间的关系可以用一组 转移概率 来表征。 转移概率：在二进制系统中，就是“0”转移为“1”的 概率和“1”转移为“0”的概率。
8
4.1 无线信道
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
地波
频率在2MHz以下的电磁波，趋于沿弯曲的地球表面传 播，有一定的绕射能力。 地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高损 失越大，因此传播距离不大，一般在数百千米到数千千米。
传播路径 传播路径
发射天线 发射天线
地面 地面
接收天线 接收天线
导体 绝缘层
图4-9 双绞线
21
4.2 有线信道
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
传输电信号的有线信道主要有三类：
明线、对称电缆和同轴电缆。 同轴电缆
由内外两根同心圆柱导体构成，两根导体之间用绝缘体 隔离开。内导体多为实心导线，外导体是一根空心导电管或 金属编织网，在外导体外面有一层绝缘保护层。其优点是抗 干扰特性好。
增大视线传播距离的途径 卫星中继（卫星通信）
利用三颗地球同步卫星可以覆盖全球，从而实现全球通信。
利用卫星作为中继站能够增大一次 转发的距离，但是却增大了发射功 率和信号传输的延迟。 此外，发射卫星也是一项巨大的工 程。 故开始研究使用平流层通信。 图4-5 卫星中继
15
4.1 无线信道
发射天线 发射天线
地面 地面
接收天线 接收天线
图4-4
无线电中继
特点：容量大、发射功率小、稳定可靠等。
第四章 波形信源和波形信道
2
－2 F 2 F 其他
其自相关函数
Rn
(
)
1
2
Pn
()e
j
d
N0
F
sin(2 F 2 F
)
由功率谱密度可知在时间间隔 1的两个样本点之间的相
2F
关函数等于零，
所以各样本值之间不相关。有因为随即变量是高斯概率
密度分布的，所以随机变量之间统计独立。
第四节 连续信道和波形信道的分类
4.有色噪声信道 除白噪声以外的噪声称为有色噪声。信道的噪声是
率是按正、负两半轴上的频谱定义的。只采用正半轴频谱来
定义，则功率谱为
N
，常称为单边谱密度。而
0
N0 /称2 为双
边谱密度，单位为瓦/赫(W/Hz)。显然。白噪声的相关函数
是 函数：
Pn ()
N0 2
Rn ( )
N0 2
( )
第四节 连续信道和波形信道的分类
3.高斯白噪声信道
具有高斯分布的白噪声称为高斯白噪声。一般情况把既服 从高斯分布而功率谱密度又是均匀的噪声称为高斯白噪声。 关于低频限带高斯白噪声有一个很重要的性质，即低频限带 高斯白噪声经过取样函数取值后可分解成N（＝2FT）个统计 独立的高斯随机变量（方差为 N0 / ，2 均值也为零）。
且当随机序列中各变量统计独立时等式成立。
第二节 波形信源和波形信源的信息测度
两种特殊连续信源的差熵
1.均匀分布连续信源的熵值
一维连续随机变量X在[a,b]区间内均匀分布时，这基本连
续信源的熵为 h( X ) log(b a)
N维连续平稳信源，若其输出N维矢量 X ( X1X 2 X N )
其分量分别在 [a1, b2 ], ,[aN , bN ] 的区域内均匀分布，
综合布线系统第2版第4章信道传输特性
04
无线信道传输特性分析
电磁波传播方式及特点
01
地波传播
沿地球表面传播的电磁波，受地 面吸收和地形影响，传播距离有 限。
天波传播
02
03
视距传播
经电离层反射后返回地面的电磁 波，传播距离远，但受电离层稳 定性和多径效应影响。
在发射天线和接收天线间直接传 播的电磁波，受天线高度和地球 曲率影响。
无线信道参数及影响因素
信道带宽
无线信道能够传输的频率范围，受调制方式、信道编 码和信道质量等因素影响。
信道容量
单位时间内无线信道能够传输的最大信息量，受信噪 比、带宽和调制方式等因素影响。
传播损耗
电磁波在传播过程中的能量损失，受距离、频率、地 形和障碍物等因素影响。
无线局域网（WLAN）信道特性
信道分配
WLAN通常采用动态信道分 配技术，根据网络负载和干 扰情况动态选择最佳信道。
改善误码率的方法
为了提高信息传输的可靠性，可以采用差错控制编码、交织、重传等 技术来改善误码率。
03
有线信道传输特性分析
双绞线传输特性
传输性能
双绞线由两根相互绞合的绝缘 导线组成，这种结构可以减少 电磁干扰和信号衰减，使其具
有较好的传输性能。
频带宽度
双绞线的频带宽度较窄，通常 用于低速或中速数据传输。
光纤传输特性
传输性能
光纤以光为传输介质，具有极高的传输速度和极低的信号 衰减，是目前最理想的传输介质之一。
频带宽度
光纤的频带宽度非常宽，几乎不受任何限制，适用于各种 高速、大容量的数据传输。
抗干扰能力
光纤不受电磁干扰的影响，具有极强的抗干扰能力，保证了信号的稳定、 可靠传输。同时，光纤还具有很好的保密性能，可以有效防止信息泄露。
信道传输特性详解演示文稿
4.2 电缆信道性能指标
按照国际布线标准ISO/IEC 11801-2002、ANSI/TIA/EIA 568及 国家标准GB 50311-2007、YD/T 1092-2001，描述平衡电缆信道 （Balanced Cabling Links）性能的电气特性参数有直流环路电阻、 特征阻抗、回波损耗、衰减、串扰、时延等，其中与信道长度 有关的参数，如衰减、直流环路电阻、时延等；与对绞电缆纽 距相关的参数有：特征阻抗、衰减、串扰和回波损耗等。按照 GB 50311-2007关于综合布线电缆系统A、B、C、D、E和F的分 级情况，不同布线系统级别的具体性能指标也不相同。
表 4.1 对绞电缆带宽
电缆级别 支持带宽范围/MHz
5类
1～100
5e类 6类 7类
1～100 1～250 1～600
图 4.5 吞吐率
2．传输速率
(1)调制速率
调制速率表示信号在调制过程中，单位时间内调制信号波 形的变换次数，即单位时间内所能调制的次数，简称波特 率，其单位是波特(Baud)，它是以电报电码的发明者法国人 波特(Baud)的名字来命名的。如果一个单位调制信号波的时 间长度为T(s)，那么调制速率RB定义为：
图 4.4 光缆经电信间直接连接至设备间
4.1.2 数据传输的主要指标
1.带宽或吞吐率
带宽（Bandwidth）本来是指某个信号具有的频带宽度。由于一个特定的信号往往 是由许多不同的频率成份组成的，因此一个信号的带宽是指某个信号的各种不同
频率成份所占据的频率范围。目前常用对绞电缆带宽等级如表4.1所示。
信道传输特性详解演示文稿
优选信道传输特性
4.1.1信道和链路
1．信道和链路的概念
信道（Channel）是通信系统中必不可少的组成部分。通俗地说，信道是指以 传输介质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供 的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给 信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。 在数据通信系统中，对信道可以从下面两种不同的角度进行理解：一种是将 传输介质与完成信号变换功能的设备都包含在内，统称为广义信道。另一种 是仅指传输介质(如对绞电缆、同轴电缆、光纤、微波、短波等)本身，这类 信道称为狭义信道。 对信道分类的方法很多，按照信道所采用传输介质的不同，可将信道分为有 线信道和无线信道。 从综合布线系统的角度讲，信道是指连接两个应用设备的端到端的传输通道， 它包括了设备电缆、设备光缆和工作区电缆、工作区光缆。
通信原理复习资料和练习题(完整版)
通信原理复习题 第一章 绪论 重要概念：1、通信的目的：就是传递消息。
2、通信的定义：利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行消息的有效传递称为通信。
3、通信系统模型：信源：原始信号的来源，其作用是将消息转换成相应的电信号。
发送设备：对原始电信号（基带信号）进行各种处理和变换，使它变成适合于信道中传输的形式。
信道：是指传输信号的物理媒质。
接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号。
信宿：将复原的原始电信号转换成相应的消息。
4、模拟信号：信号参量的取值是连续的或无穷多个值，且直接与消息相对应的信号，例如语音信号。
数字信号：信号参量只能取有限个值，并常常不直接与消息向对应的信号。
它们都有可能是连续信号或离散信号。
5、通信系统的分类按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 6、通信方式：按传输方向：单工、半双工和全双工通信 按码元排列方式：并行传输和串行传输 7、信息与消息：消息：通信系统中传送的对象。
信息：消息中包含的抽象的、本质的内容。
消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。
8、信息量计算公式：)(log )(1log x p x p I a a-==平均信息量（信息熵）的计算公式：典型例题：例：设有四个信息A 、B 、C 、D 分别以概率1/4、1/8、1/8、1/2传送，每个消息出现是相互独立的，其平均住处量H=___________。
通信系统的评价：有效性和可靠性。
模拟系统的评价：有效带宽和信噪比；数字系统的评价：传输速率（传信率、传码率）和频带利用率。
)(2log 2log }{)(1111b p p I p I E x H mi p i mi p i mi i i i i∑∑∑===-====例：某数据通信系统调制速率为1200 Bd ，采用8电平传输，假设100秒误了1个比特，①求误码率。
第四章 第二代移动通信系统
第四章第二代移动通信系统自上世纪90年代以来，以数字技术为主体的第二代移动通信系统得到了极大的发展，短短的十年，其用户就超过了十亿。
在中国，以GSM为主，IS-95CDMA为辅的第二代移动通信系统只用了十年的时间，就发展了近2.8亿用户，并超过固定电话用户数，成为世界上最大的移动经营网络。
任何一类数字式语音信号在无线环境中传播存在三个挑战:1.选择低速率编码方式, 以适应有限带宽的要求;2.选择有效的编码方式降低误码率, 以适应恶劣的传播环境;3.选择有效的调制方式和平滑的包络特性, 以减少杂散辐射.下面，我们将概述GSM和CDMA系统的特性、信令、系统制式等方面的知识。
第一节第二代数字移动通信系统的特性一、时分多址（TDMA）系统特性GSM系统采用时分多址（TDMA）技术，这种技术在频率时间关系上形成一个矩阵，而每一信道对应于其频率时间矩阵上的一个点，在基站系统的控制和分配下，可为任一移动用户提供电话或非话数据业务。
TDMA系统具有如下特性：1）每载波多路。
TDMA系统是一个时分复用系统，如GSM数字系统中每载波含8个时隙，即8个业务信道。
随着技术的发展，半速率业务信道的出现使其设计能力还可翻一倍。
2）突发脉冲序列传输。
移动台信号功率的发射是不连续的，仅在规定的时隙内发射脉冲序列；或者说，在任何给定的瞬间，占有同一载频而进行通话中的移动台仅有一台在发射信号。
3）传输速率和自适应均衡。
TDMA系统中，如果每载波含有的时隙多，则频率间隔宽，传输速率高。
当码元持续时间与时延扩展量相当时，务必采用自适应均衡技术。
例如当GSM系统传输速率达271kbit/s时，二进制射频数字调制方式码元宽度为3.7μs。
而城市移动通信的时延扩展通常是3μs，郊区为0.3μs。
随着小区半径扩大和地形地物等因素还有可能增大时延扩展量，因此在GSM系统中采用了自适应均衡器，以获得16μs的抗时延扩展能力。
4）传输开销大。
TDMA系统分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列上都需要重新获得同步。
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
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§4.4
恒参/随参信道特性 对信号传输的影响
学习交流PPT
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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 )
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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
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§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
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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
信道种类及其特点
信道分类及其特点根据通信的概念，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(发送机、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。
我们这里研究的是狭义上的信道，即信号的传输介质。
信道可分为两大类：一类是电磁波的空间传播渠道，如短波信道、超短波信道、微波信道、光波信道等；它们具有各种传播特性的自由空间，习惯上称为无线信道；另一类是电磁波的导引传播渠道。
如明线信道、电缆信道、波导信道、光纤信道等。
它们具有各种传输能力的导引体，习惯上就称为有线信道。
一、有线信道：1、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。
架空明线安装简单，传输损耗比电缆低，但通信质量差，受气候环境等影响较大并且对外界噪声干扰比较敏感，因此，在发达国家中早已被淘汰，在许多发展中国家中也已基本停止了架设，但目前在我国一些农村和边远地区受条件限制的地方仍有不少架空明线在工作着2、双绞线电缆(TP)：将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。
双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。
目前市面上出售的UTP分为3类，4类，5类和超5类四种：3类：传输速率支持10Mbps，外层保护胶皮较薄，皮上注有“cat3”4类：网络中不常用5类（超5类）：传输速率支持100Mbps或10Mbps，外层保护胶皮较厚，皮上注有“cat5”超5类双绞线在传送信号时比普通5类双绞线的衰减更小，抗干扰能力更强，在100M网络中，受干扰程度只有普通5类线的1/4，目前较少应用。
STP分为3类和5类两种，STP的内部与UTP相同，外包铝箔，抗干扰能力强、传输速率高但价格昂贵。
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_第四章 信道
内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理
第四章
信
道
东北大学网
短波电离层反射信道 (1) 传播路径
地面高度为60km — 400km
反射层 入射角φo 4000km D F2 F1 E 吸收层
地球
■ □ □ □
电离层： 各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化。 一次或多次反射的距离也会发生变化，且与入射角有关。 不同层次（F1、F2）的不同高度上都会产生反射。
通信原理
4.1 无线信道
第四章
信
道
东北大学网
内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理
第四章
信
道
东北大学网
一 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 对流层 10 km 0 km 地 面 电离层
典型的模拟信道是调制信道。 典型的数字信道是编码信道。
内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理
第四章
信
道
东北大学网
引言（调制信道与编码信道） 调制信道与编码信道分别是模拟信道与数字信道的 典型例子。
自编码器
调 制 器
发 送 转 换 器
传输媒体 调制信道 编码信道
第四章
信
道
东北大学网
通信卫星
卫星中继信道
内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理
无线传输信道的特性
通信工程专业研究方法论无线传输信道的特性学院：电子信息工程学院专业：通信工程班级：学号：学生：指导教师：毕红军2014年8月目录一、引言： (2)二、无线电波传播频段与途径 (3)2.1无线电波频段划分 (3)2.2无线电波的极化方式 (4)2.3传播途径 (4)三、无线信号的传播方式 (5)3.1直线传播与自由空间损耗 (5)3.2 反射和透射 (6)斯涅尔〔Snell〕定律 (6)4d 功率定律 (7)断点模型 (8)3.3绕射 (9)单屏或楔形绕射 (9)多屏绕射 (10)3.4散射 (12)四、窄带信道的统计描述 (14)4.1不含主导分量的小尺度衰落 (14)4.2含主导分量的小尺度衰落 (16)4.3多普勒谱 (16)4.4大尺度衰落 (17)五、宽带信道的特性 (18)5.1多径效应对宽带信道的影响 (18)5.2多普勒频移对宽带信道的影响 (21)六、总结 (22)七、参考文献 (23)一、引言：各类无线信号从发射端发送出去以后，在到达接收端之前经历的所有路径统称为信道。
如果传输的无线信号，那么电磁波所经历的路径，我们称之为无线信道。
信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以与这些路径的随机结合。
同时，电波在各种路径的传播过程中，有用信号会受到各种噪声的污染，因而会出现不同情形的损伤，严重时会使信号难以恢复。
无线信号在传播时，不仅存在自由空间固有的传输损耗，还会受到建筑物、地形等的阻挡而引起信号功率的衰减和相位的失真，这种衰减还会由于移动台的运动和信道环境的改变出现随机的变化。
下面将讨论无线传输信道的主要特性。
二、无线电波传播频段与途径2.1无线电波频段划分现代的数字通信系统频谱主要集中在300KHz到5GHz之间，尤其是500KHz到2GHz之间的频段使用更密集，比方GSM系统使用的是900MHz和1800MHz，WCDMA系统使用的是1940MHz—1955MHz和2130MHz—2145MHz。
第4章离散信道
I ( X ;Y )
XY
p(xy) log
p(y | x) p( y)
XY
p( y
|
x) p(x)log
p(y | x)
p(y | x) p(x)
I(X;Y)
X
信道1的容量
但是容量C已对所有
信道2的容量
可能的p(x)取最大值，因此
容量C仅与信道特性p(y|x)有关，
也就是说，容量C是信道的固有 特性，与信源无关。
H(X|Y)≤H(X)：收到输出符号Y以后，总能 消除一些对X的不确定性，获得一些信息。
【定义4-1】 称信道的输入空间X对输出空 间Y的条件熵
H (X | Y ) p(xi y j ) log p(xi | y j )
为信道疑义度。XY
信道疑义度的含义是观察到信道的输出之 后仍然保留的关于信道输入的平均不确定 性。
I ( X ;Y ) I (Y; X ) p(xy) log p( y | x) H ( p p) H ( p)
XY
p( y)
固定信道
p固定 从0到1 变化
固定信源
固定 p从0到1 变化
4.4 信道的组合
组合方式
并行：积信道 例如：Internet
串行：级联信道 例如：GSM
积信道
P P1P2
2 p(1 p)
(1
p)2
p2
则 I(X;Y)=1-H(p) I(X;Z)=1-H(2p(1-p))
从图中能够看出 I(X;Z)≤I(X;Y)
例4-8
X 1/3
Y
Z
1
信道I和信道II的信道矩阵分别为 1/3 2/3
1 1 1
通信原理第4章信道
人为噪声 － 例：开关火花、电台辐射 自然噪声 － 例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热
噪声
30
信道中的噪声
热噪声
来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。 频率范围：均匀分布在大约 0 ～ 1012 Hz。 热噪声电压有效值：
V 4kTRB(V)
式中 k = 1.38 10-23（J/K） － 波兹曼常数； T － 热力学温度（ºK）； R － 阻值（）； B － 带宽（Hz）。
8
有线信道
4.2 有线信道
明线
9
有线信道
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
10
有线信道
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
噪声等效带宽：
Bn
Pn(f)d
f
2Pn(f0)
0 Pn(f)df Pn(f0)
式中 Pn(f0) － 原噪声功率谱密度曲线的最大值
噪声等效带宽的物理概念：
以此带宽作一矩形
滤波特性，则通过此
接收滤波器特性
特性滤波器的噪声功率，
等于通过实际滤波器的
Pn(f)
噪声功率。
Pn (f0)
噪声等效 带宽
利用噪声等效带宽的概念，
32
信道中的噪声
窄带高斯噪声
带限白噪声：经过接收机带通滤波器过滤的热噪 声
窄带高斯噪声：由于滤波器是一种线性电路，高 斯过程通过线性电路后，仍为一高斯过程，故此 窄带噪声又称窄带高斯噪声。
无线信道传播特性分析总结
无线信道传播特性分析总结无线信道传播特性是指信号在无线通信中传播过程中受到的传播环境和传播介质的影响，包括传播损耗、多径效应、衰落效应等。
对于无线通信系统的设计与性能分析来说，了解和分析无线信道传播特性非常重要。
下面是对无线信道传播特性的分析总结。
1.传播损耗传播损耗是指电磁波在传播过程中由于衰减、散射和阻塞等原因而导致信号强度减弱的现象。
传播损耗和距离的关系一般符合简单的自由空间传播模型，即传播损耗随着距离的增加而呈指数衰减。
但在实际的无线通信中，信号还会受到多种因素的干扰，如建筑物、障碍物、电子设备等影响，导致传播损耗不仅与距离有关，还与环境有关。
2.多径效应多径效应是指信号在传播过程中由于经过多条路径传播而导致相位差和时间延迟的现象。
多径效应是无线通信中的主要问题之一，会导致信号的多普勒频移、传播路径的时延扩展，从而对信号的接收造成干扰。
多径效应对于室内环境而言尤为明显，因为信号在室内会经过多次反射和散射，导致接收信号的时延扩展和衰落增强。
3.衰落效应衰落效应是指信号在传播过程中由于多径衰弱、干扰和噪声等原因而导致信号强度的瞬时变化。
衰落效应分为快衰落和慢衰落两种，快衰落主要由于多径效应引起，时间尺度在微秒级别；慢衰落主要由于大尺度的传播环境变化引起，时间尺度在毫秒级别。
衰落效应对于无线通信系统的性能有很大影响，会导致信号的误码率增加和传输速率下降。
4.多普勒效应多普勒效应是指信号源或接收器移动引起的频率偏移。
当信号源或接收器相对于介质移动时，由于多路径传播，信号在传播过程中会发生频率偏移。
多普勒效应对于高速移动的通信系统尤为重要，因为当通信节点间的相对速度较大时，多普勒频移会对信号的相干性和传输性能产生显著影响。
5.阴影效应阴影效应是指传播路径上的一些障碍物对信号的遮挡和衰弱所引起的信号强度不均匀的现象。
阴影效应是由于介质的不均匀性或者障碍物造成的，会导致接收信号的强度产生明显的空间变化。
无线信道传播特性分析总结
⽆线信道传播特性分析总结⽆线信道传播特性分析总结班级学号姓名随着科学技术的发展，⽆线通信已经渗透到我们⽣活的各个⽅⾯，对我们的⽣活⼯作有着巨⼤的影响。
在⽆线通信系统中，⽆线通信的信道的特性对整个系统有着巨⼤的影响。
1、⽆线信道的概念要想搞明⽩⽆线信道具有哪些特性，就要先了解什么是⽆线信道。
信道是对⽆线通信中发送端和接收端之间的通路的⼀种形象⽐喻，对于⽆线电波⽽⾔，它从发送端传送到接收端，其间并没有⼀个有形的连接，它的传播路径也有可能不只⼀条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的⼯作，我们想象两者之间有⼀个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。
信道具有⼀定的频率带宽，正如公路有⼀定的宽度⼀样。
与其它通信信道相⽐，⽆线信道是最为复杂的⼀种，其衰落特性取决于⽆线电波传播环境。
不同的环境，其传播特性也不尽相同。
⽆线信道可能是很简单的直线传播,也可能会被许多不同的因素所⼲扰，例如：信号经过建筑物，⼭丘,或者树⽊所有反射⽽产⽣的多径效应，使信号放⼤或衰落。
在⽆线信道中，信号衰落是经常发⽣的，衰落深度可达30冊B。
对于数字传输来说，衰落使⽐特误码率⼤⼤增加。
这种衰落现象严重恶化接收信号的质量，影响通信可靠性。
移动信道与⾮移动点对点⽆线信道相⽐，信号传输的误⽐特率前者⽐后者⾼106倍。
另外,在陆地移动系统中，移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径传来的信号，再加移动台本⾝的运动，使得信号产⽣多普勒效应，并且信道的特性也随时间变化⽽变化，增加了信号的不确定性，使得移动台和基站之间的⽆线信道多变且难以控制。
所以,与传统模型相⽐，⽆线信道多径数⽬增多，时延扩展加⼤，衰落加快。
2、⽆线信道的特性信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径，包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合。
同时，电波在各条路径的传播过程中，有⽤信号会受到各种噪声的污染，包括加性噪声(如⾼斯⽩噪声)、乘性噪声的污染，因⽽会出现不同情形的损伤，严重时，会使有⽤信号难以恢复。
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第4章 信道传输特性
第4章 信道传输特性
4.1 信道传输特性的概念 4.2 电缆信道性能指标 4.3 光纤信道性能指标 4.4 提高信道传输质量的措施
2020年10月9日
综合布线系统(第2版)
第2章 信道传输特性
4.1 信道传输特性的概念
数据通信系统由终端设备系统、数据传输系统和数据处理系统三个 部分组成。其中，数据传输系统又由传输信道及两端的数据电路 终接设备而构成。由于数据通信质量不但与传送的信号、发／收 两端设备的特性有关，而且还要受到传输信道质量及噪声干扰的 影响，所以传输信道是影响通信质量的重要因素之一。因此，在 设计或评价综合布线系统性能时，经常要用到数据通信中的许多 基本概念，如信道、带宽、数据传输速率等，要涉及信道的传输 特性，否则就无法衡量其性能的优劣。
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第2章 信道传输特性
4.1.2 数据传输的主要指标
1.带宽或吞吐率
带宽（Bandwidth）本来是指某个信号具有的频带宽度。由于一个特定的信号往往 是由许多不同的频率成份组成的，因此一个信号的带宽是指某个信号的各种不同
频率成份所占据的频率范围。目前常用对绞电缆带宽等级如表4.1所示。
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第2章 信道传输特性
2．布线系统信道、永久链路、CP链路构成模型
如图4.1所示是布线系统信道、永久链路、CP链路构成模型。
图 4.1 布线系统信道、永久链路、CP链路构成模型
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第2章 信道传输特性
3．光纤信道构成方式
①光纤信道的第一种构成方式是，由水平光缆和主干光缆至楼层电 信间的光纤配线设备经光纤跳线连接构成，如图4.2所示。
图4.2 光缆经电信间经光纤跳线连接
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第2章 信道传输特性
②光纤信道的第二种构成方式是，由水平光缆和主干光缆在 楼层电信间做端接(熔接或机械连接) 构成，FD只设光纤之间 的连接点，如图4.3所示。
R/B
式中，R表示系统的传输速率，B表示系统所占的频带宽度。当传输 速率采用调制速率RB时，其频带利用率的单位为Baud/Hz；当传输 速率采用数据信号速率Rb时，其频带利用率的单位为bps/Hz。
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4．时延
(1)发送时延 ：结点在发送数据时使数据块从结点进入到传输媒体所需的时间， 也就是从数据块的第一个比特开始发送算起，到最后一个比特发送完毕所需 的时间。发送时延又称为传输时延
log 2 Ni
式中，m表示并行传输的通路数；Ti表示第i路一个单位调制信号 波的时间长度(用s表示)；Ni表示第i路调制信号波的状态数。
②比特和比特/秒。
③调制速率与数据信号速率的关系。
Rb=RBlog2M
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传输速率又称信道速率，是指信源入/出口处单位时间内传送的 二进制脉冲的信息量，单位可以是比特、字符、码组等；时间单位 可以是秒、分、小时等；通常用字符/分为单位。 数据传输速率和数据信号速率之间的关系需要考虑用多少比特来表 示一个字符；另外，如果采用起止同步方式传输，还需要考虑在数 据以外附加传输的比特数。 例如：在使用数据信号速率为1200bit/s的传输电路时，按起止同步 方式来传送ASCII码数据时，数据传输速率Rc为：
Rc=1200×60/（8＋2）=7200(字符/分) 分母括号中的“2”是在一个字符的前后分别附加的一个起始比特和 终止比特。
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3．频带利用率 频带利用率是描述传输速率与带宽之间关系的一个指标，这也是一 个与数据传输效率有关的指标。频带利用率定义式如下：
表 4.1 对绞电缆带宽
电缆级别 支持带宽范围/MHz
5类
1～100
5e类 6类 7类
1～100 1～250 1～600
图 4.5 吞吐率
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第2章 信道传输特性
2．传输速率
(1)调制速率
调制速率表示信号在调制过程中，单位时间内调制信号波 形的变换次数，即单位时间内所能调制的次数，简称波特 率，其单位是波特(Baud)，它是以电报电码的发明者法国人 波特(Baud)的名字来命名的。如果一个单位调制信号波的时 间长度为T(s)，那么调制速率RB定义为：
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图 4.3 光缆在电信间做端接
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第2章 信道传输特性
③光纤信道的第三种构成方式是，由水平光缆经过电信间直 接连接至大楼设备间光配线设备构成，FD安装于电信间，只 作为光缆路径的场合，如图4.4所示。
图 4.4 光缆经电信间直接连接至设备间
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RB(Baud)=1/T(s)
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第2章 信道传输特性
(2)数据信号速率
①数据信号速率。数据信号速率，又称信息速率，通常称之为 传输速率。它表示通过信道每秒传输的信息量，单位是比特/秒， 用bit/s或bps表示。数据信号速率Rb可定义为：
Rb
m t 1
1 Ti
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第2章 信道传输特性
4.1.1信道和链路
1．信道和链路的概念
信道（Channel）是通信系统中必不可少的组成部分。通俗地说，信道是指以 传输介质为基础的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供 的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给 信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。 在数据通信系统中，对信道可以从下面两种不同的角度进行理解：一种是将 传输介质与完成信号变换功能的设备都包含在内，统称为广义信道。另一种 是仅指传输介质(如对绞电缆、同轴电缆、光纤、微波、短波等)本身，这类 信道称为狭义信道。 对信道分类的方法很多，按照信道所采用传输介质的不同，可将信道分为有 线信道和无线信道。 从综合布线系统的角度讲，信道是指连接两个应用设备的端到端的传输通道， 它包括了设备电缆、设备光缆和工作区电缆、工作区光缆。