第4章信道与信道容量 (1)

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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。

信道容量(Channel Capacity)

信道容量（Channel Capacity）无线传输环境中，如果发端和收端均采用单天线发送和接收信号，接收信号y的数学模型可以表示为y=hx+n \tag{1} ,其中h为无线信道, x为发送信号，n为高斯加性白噪声服从正太分布 \mathcal{C}(0,\sigma^2) 。

通信相关专业的学生应该知道香农公式：公式(1)表示的无线信道容量（Channel Capacity）为C=B\log_2\left(1+\frac{P_t|h|^2}{\sigma^2} \right),\tag{2}其中B为信号带宽， P_t 为信号发射功率。

相信很多人知道结论(2)，但是不明白它是怎么得到的。

下面将简单的阐述其推导过程。

阅读该过程之前，建议阅读“ 徐光宁：信息论（1）——熵、互信息、相对熵”中关于熵和互信息的定义。

对于接收端，发送信息x是一个随机变量，例如以概率p(x=a)发送x=a。

如果发送信息x对于接收端为一个确定值，那发送本身就没有任何意义。

因为发送信号x和噪声n 都是随机变量，接收信号y也是随机的。

可以引入熵来描述随机变量y所含的信息量，即H(y)=\int_y p(y)\log \frac{1}{p(y)}dy,\\其中p(y)为y的概率密度函数。

当某一时刻发送某一x后(x 此时是确定的), 收到的y的信息量为H(y|x)=\int_y p(y|x)\log \frac{1}{p(y|x)}dy,\\其中p(y|x)为y在给定x下的条件概率。

注意y因为是随机变量x和n的和，且x和n相互独立，其信息量为传输信号x和噪声n的信息量之和。

而y|x的随机性仅仅与噪声n有关，其信息量为噪声n的信息量。

互信息定义为I(x,y)=H(y)-H(y|x)\\ 。

其物理意义为随机变量y的信息量减去噪声n的信息量，等于x的信息量。

信道容量C指信道所实际传输信息量的最大值C=\max\limits_{p(x)} I(x,y) \tag{3}数学证明当x服从高斯分布 \mathcal{C}(0,P_t) 时，C in (3)取得最大值。

通信原理第四章 (樊昌信第七版)PPT课件

则接收信号为
2 1
fo(t) = K f(t - 1 ) + K f(t - 2 ) 相对时延差
F o () = K F () e j 1 + K F () e j ( 1 )
信道传输函数
H()F F o(( ))K Keejj 11((1 1 eejj ))
常数衰减因子确定的传输时延因子与信号频率有关的复因子
课件
精选课件
1
第4章信道
通信原理（第7版）
樊昌信曹丽娜编著
精选课件
2
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
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声信道容量
精选课件
3
概述
信道的定义与分类
n 狭义信道：
—传输媒质有线信道 ——明线、电缆、光纤无线信道 ——自由空间或大气层
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~ 相频特性
2. 无失真传输
H()Kejtd
H() K
()td
精选课件
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n 无失真传输（理想恒参信道）特性曲线：
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td
()d() d
td
相频特性
群迟延特性
精选课件
28
n 理想恒参信道的冲激响应:
恒参信道
H()Kejtd
h(t)K(ttd)
若输入信号为s(t)，则理想恒参信道的输出:

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。

通信原理简答题答案2（个人整理）

通信原理简答题答案2（个⼈整理）第⼀章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。

模拟信号：电信号的参量取值连续。

两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。

1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利⽤数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。

优点：抗⼲扰能⼒强，⽆噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进⾏处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。

缺点：⼀般需要较⼤的传输带宽；系统设备较复杂。

1-4 数字通信系统的⼀般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提⾼信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。

信道编码/译码：增强数字信号的抗⼲扰能⼒。

加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。

数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到⾼频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

同步：使收发两端的信号在时间上保持步调⼀致。

1-5 按调制⽅式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。

1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。

1-7 按传输信号的复⽤⽅式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。

1-8 单⼯、半双⼯及全双⼯通信⽅式是按什么标准分类的？解释他们的⼯作⽅式。

答：按照消息传递的⽅向与时间关系分类。

单⼯通信：消息只能单向传输。

半双⼯：通信双⽅都能收发消息，但不能同时进⾏收和发的⼯作⽅式。

全双⼯通信：通信双⽅可以同时收发消息。

1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信⽅式？他们的适⽤场合及特点？答：分为并⾏传输和串⾏传输⽅式。

并⾏传输⼀般⽤于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。

串⾏传输使⽤与远距离数据的传输。

1-10 通信系统的主要性能指标是什么？—答：有效性和可靠性。

1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利⽤率。

信息论与编码第三版第4章

C max H ( X ) log 3
p( x)
信息论与编码
3. 根据平均互信息量I（X; Y）达到信道容量的充要条件式对C进行验证：
p ( y j ) p ( xi ) p ( y j / xi )
i 1 3
1 P 0 0
0 1/ 2 0
0 1/ 2 0
0 0 1/6
x1 x2 x3 x4 x5
1 1 1 1 1
y1 y2 y3 y4 y5
1 0 P 0 0 0
0 1 0 0 0
0 0 1 0 0
0 0 0 1 0
0 0 0 0 1
【解】该信道的信道容量为：
C max I ( X ; Y ) max H ( X ) log 5
C max I ( X ; Y ) max H (Y )
p( x) p( x)
由于
p( y ) p( x) p( y / x)，由于信道转移概率是确定的，求使H (
X
Y)
达到最大值的p ( x )的最佳分布就转化为求p ( y )的最佳分布。由极大离散熵定理知，在p ( y )等概率分布时，H ( Y ) 达到最大，则
I ( x2 ; Y ) p ( y j / x2 ) log
j 1 2
p ( y j / x2 ) p( y j ) p ( y j / x3 ) p( y j ) p ( y j / x4 ) p( y j ) p ( y j / x5 ) p( y j )
1 log
1 1/ 2
log 2
I ( x3 ; Y ) p ( y j / x3 ) log
j 1 2
1 log

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______。

信道与信道容量

1.6.2 信道容量
根据香农信息论，对于连续信道，如果信道带宽为B，并且受到加性高斯白噪声的干扰，则信道容量的理论公式为
C=B㏒2（1+S/N）（b/s）式中。 N为白噪声的平均功率； S是信号的平均功率； S/N 为信噪比。信道容量C是指信道可能传输的最大信息速率（即信道能达到的最大传输能力）。虽然上式是在一定条件下获得的（要求输入信号也为高斯信号才能实现上述可能性），但对其他情况也可作为近似式使用。
例1 已知彩色电视图象由5ⅹ105个像素组成。设每个像素有 64种彩色度，每种彩色度有16个亮度等级。设所有彩色度和亮度等级的组合机会均等，并统计独立。（1）试计算每秒传送100个画面所需信道容量；（2）如果接受机信噪比为 30dB，为了传送彩色图象所需信道带宽为多少？
例2 设有一个图像要在电话线路中实现传真传输。大约要传输2.25ⅹ106个像素，每个像素有12个亮度等级。假设所有亮度等级都是等概率的，电话电路具有3kHz带宽和30dB信噪比。试求在该标准电话线路上传输一张传真图片需要的最小时间。
在数字通信系统中，如果仅研究编码和解码问题，可得到另一种广义信道---编码信道。编码信道的范围是从编码器输出端至解码器输入端。这是因为从编码和解码角度来看，编码器是把信源产生的消息信号转化为数字信号。反之，解码器是将数字信号恢复原来的消息信号；而编码器输出端至解码器输入端之间的一切环节只是起了传输数字信号的作用，所以可以把它看成一个整体---编码信道。当然，根据研究问题的不同，还可以定义其他广义信道。
解： Rb = RBN㏒2N
RBN= Rb／×106 / 29.9 ×103=0.269 ×103s=4.5min
例3 已知八进制数字信号的传输速率为1600波特。试问变换成二进制数字信号时的传输速率为多少？解： Rb = RBN㏒2N = 1600× ㏒28 = 4800 b/s

信息论基础——信道容量的计算

p
p p1 p 1
将p=3/5代入（2），得到信道容为:C=0.32bit/sym.
20
信道容量的计算
2 达到信道容量输入分布的充要条件
令
I (xi ;Y )
s j 1
p( y j
|
xi ) log
p( y j | xi ) p( yj )
def
D(Q( y |
x) ||
p( y))
定理4.2.2 一般离散信道的互信息I(X；Y)达到极大值
1 信道容量的计算原理
C是选择不同的输入概率分布p(x),在满足
∑p(x)=1条件下，求互信息的极大值：
I(X ;Y )
r i 1
s j 1
p(xi ) p( y j | xi ) log
p( y j | xi ) p(yj )
Lagrange乘子
法
17
信道容量的计算
例1、设某二进制数字传输系统接收判决器
6
数据可靠传输和信道编码
4.1 离散无记忆信道和信道容量 4.2 信道容量的计算
4.3 信道编码理论 4.4 带反馈的信道模型 4.5 联合信源-信道编码定理 4.6 线性分组码习题四
7
8
接入信道容量的分析与寻呼信道不一样，寻呼信道用于前向链路，容量的分析主要在于对寻呼信道占用率的计算，而接入信道用于反向链路，对 CDMA 系统来说，反向链路容量主要用于干扰的分析。即使采用时隙化的随机接入协议，接入信道也可能有较高的通过量，大量的接入业务会在反向链路中产生无法接受的干扰。如前所述，第一个接入试探失败后，下一个接入试探将增加一定量的功率，最终的结果将导致小区接收功率的增加以及反向链路容量的减少。

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

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

通信原理简答题答案1（个人整理）

通信原理简答题答案1（个人整理）通信原理第六版课后思考题第1章绪论1、何谓数字信号何谓模拟信号两者的根本区别是什么答：数字信号：电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号：电信号的参量取值连续；两者的根本区别在于电信号的参量取值是有限个值还是连续的。

2、画出模拟通信系统的一般模型。

3、何谓数字通信数字通信有哪些优缺点答：数字通信即通过数字信号传输的通信，相对模拟通信，有以下特点：1）传输的信号是离散式的或数字的；2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；3）抗干扰能力强，因为信号可以再生，从而消除噪声积累；4）传输差错可以控制；5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；6）便于加密，可靠性高；7）便于实现各种信息的综合传输3、画出数字通信系统的一般模型。

答：4、按调制方式，通信系统如何分类答：分为基带传输和频带传输5、按传输信号的特征，通信系统如何分类答：按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以分为模拟通信系统和数字通信系统6、按传输信号的复用方式，通信系统如何分类答：频分复用（FDM），时分复用（TDM），码分复用（CDM）7、通信系统的主要性能指标是什么第3章随机过程1、随机过程的数字特征主要有哪些它们分别表征随机过程的哪些特征答：均值：表示随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心。

方差：表示随机过程在时刻t相对于均值a(t)的偏离程度。

相关函数：表示随机过程在任意两个时刻上获得的随机变量之间的关联程度。

2、何谓严平稳何谓广义平稳它们之间的关系如何答：严平稳：随机过程(t)的任意有限维分布函数与时间起点无关。

广义平稳：1）均值与t无关，为常数a。

2）自相关函数只与时间间隔=-有关。

严平稳随机过程一定是广义平稳的，反之则不一定成立。

4、平稳过程的自相关函数有哪些性质它与功率谱的关系如何答：自相关函数性质：(1)R(0)=E[]——的平均功率。

(2)R()=R(-)——的偶函数。

(3)——R()的上界。

信道与信道容量(1)

可编辑ppt 32
准对称信道的信道容量
• 例3-5 已知一个信道的信道转移矩阵为
P 00..53
0.3 0.5
0.2 0.2
• 由P可看出信道的输入符号有两个，可设
• p(a 1),p(a2)1。信道的输出符号有3个，
用b1,b2,b3表示。由合概率的矩阵为
p(ai,bj)p(ai)p(bj|ai)得联
• 将信道矩阵P的列划分成若干个互不相交的子集mk,由mk为列组成的矩阵[P]k是对称矩阵。
1 1 1 1 1 1 1 1
P131
3 1
6 1
6113
16
13
16
6 3 6 3 6 3 3 6
• 它们满足对称性,所以P1所对应的信道为准对称
信道。
可编辑ppt
30
准对称信道的信道容量
• 准对称信道
串联信道
• 例3-4 设有两个离散BSC信道,串接如图,两个
BSC信道的转移矩阵为:
1-p Y 1-p
X0
0Z
1p p
P1 P2
p
1p
p p
• 串联信道的转移矩阵为: 1
1-p
1 1-p
1 pp 1 pp (1 p )2 p 2 2 p (1 p ) P P 1 P 2 p1 p p1 p 2 p (1 p ) (1 p )2 p 2
i
j
p(bj | ai)logp(bj | ai)
j
H(Y| ai) i 1,2,n
H ( Y |X ) H ( Y |a i) H 可( 编p 辑1 p,ptp 2 , p m ) 15
对称DMC信道
• 对称DMC信道的容量：

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

信道带宽和信道容量

信道带宽模拟信道：模拟信道的带宽W=f2-f1其中f1是信道能够通过的最低频率，f2是信道能够通过的最高频率，两者都是由信道的物理特性决定的。

当组成信道的电路制成了，信道的带宽就决定了。

为了是信号的传输的失真小些，信道要有足够的带宽。

数字信道：数字信道是一种离散信道，它只能传送离散值的数字信号，信道的带宽决定了信道中能不失真的传输脉序列的最高速率。

一个数字脉冲称为一个码元，我们用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数。

若信号码元宽度为T秒，则码元速率B=1/T。

码元速率的单位叫波特(Baud)，所以码元速率也叫波特率。

早在1924年，贝尔实验室的研究员亨利·尼奎斯特就推导出了有限带宽无噪声信道的极限波特率，称为尼奎斯特定理。

若信道带宽为W，则尼奎斯特定理指出最大码元速率为B=2W(Baud)尼奎斯特定理指定的信道容量也叫尼奎斯特极限，这是由信道的物理特性决定的。

超过尼奎斯特极限传送脉冲信号是不可能的，所以要进一步提高波特率必须改善信道带宽。

码元携带的信息量由码元取的离散值个数决定。

若码元取两个离散值，则一个码元携带1比特(bit)信息。

若码元可取四种离散值，则一个码元携带2比特信息。

总之一个码元携带的信息量n(bit)与码元的种类数N有如下关系:n=log2N单位时间内在信道上传送的信息量(比特数)称为数据速率。

在一定的波特率下提高速率的途径是用一个码元表示更多的比特数。

如果把两比特编码为一个码元，则数据速率可成倍提高。

我们有公式:R=B log2N=2W log2N(b/s)其中R表示数据速率，单位是每秒比特，简写为bps或b/s数据速率和波特率是两个不同的概念。

仅当码元取两个离散值时两者才相等。

对于普通电话线路，带宽为3000HZ，最高波特率为6000Baud。

而最高数据速率可随编码方式的不同而取不同的值。

这些都是在无噪声的理想情况下的极限值。

通信原理第4章信道1

外套
绝缘
包层纤维芯
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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
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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)
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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）
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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。
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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)