通信原理第四章ppt课件

§4.2
有线信道
利用人造的传导或光信号的媒介来传输信号； e.g. 明线 对称电缆 同轴电缆 光纤
明线
➢ 平行架设在电线杆上的架空线路 ➢ 易受天气和外界干扰的影响
对称电缆
有线信道
由多对
双绞线组成 非屏蔽双绞线(UTP)
（便宜、易弯曲、易安装）
屏蔽双绞线(STP)
（可减少噪声干扰）
同轴电缆
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
r(t) si (t) n(t)
加性高斯白噪声信道模型 即：描述通信信号只有加 性噪声影响的实际物理信 道，是一种理想信道
§4.3.2 编码信道模型
➢ 编码信道是一种数字信道或离散信道，
编
其输入和输出都是离散信号（数字序 码
列）
器
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
天波 sky- wave
频率：2~30 MHz 特性：被电离层反射 距离：< 4000 km（一次反射距离） 用于：远程、短波通信
无线信道
传播路径 地波传播方式
传播路径
天波传播方式
视线传播 line-of-sight
（1）不能被电离层反射 （2）沿地面绕射能力也 很小
d
d
频率： > 30 MHz 特性：直线传播、穿透电离层
在不考虑噪声的前提下，理想恒参信道是一种特殊类型的信道，可以实现
信号的无失真传输
发送信号——接收信号的关系为：
发送设备 发送端
s(t)
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
微波中继
无线信道
卫星中继
无线信道
地面站
地面站
地球
散射通信
无线信道
有效散射区域
地球
对流层散射通信
流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 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 用途: 低速存储、高速突发、断续传输
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
Baidu Nhomakorabea
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
§4.3.1 调制信道模型
利用电磁波在空间的传播来实现的
地球大气层的结构：
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
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：数百或数千千米 用于：调幅（AM）广播
模型：
叠加有噪声的线性时变/时不变网络：
基本模型：
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
调制信道
Si (t) ：发送信号 r(t) ：接收信号 n(t) ：加性高斯白噪声
h(t, ) ：信道的冲激响应
共性：
➢ 有一对（或多对）输入端和输出端 ➢ 大多数信道都满足线性叠加原理 ➢ 对信号有固定或时变的延迟和损耗 ➢ 无信号输入时，仍可能有输出（噪声）
3
3
注意：从上述编码信道模型可以看出，数字序列的传输有时是不可靠 的。因此，如何在不可靠的信道中实现高效的可靠通信是通信理论研 究的一个主要内容。
§4.4
恒参/随参信道特性 对信号传输的影响
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。 举例：各种有线信道、卫星信道…
不同的物理信道具有不同的特性H() = 常数（可取1）
调制信道分为： （依据冲激响应随时间变化的情况） 恒参信道 ——信道的冲激响应随时间 变化缓慢，或者不变 （等效为线性是不变滤波器） 随参信道 ——信道的冲激响应随时间较快变化 （等效为线性时变率滤波器）
若恒参信道，随参信道 的特性不理想，会影响 信号的无失真传输
模型：用 条件转移概率来描述
编码信道
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
正确
错误
衡量该信道优劣的重要参数指标：
误码率： Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
模型：
0
发1 送 端
2
0
1接 收 端
2
四进制 无记忆 编码信道
信号输入输出关系：
r(t) so (t) n(t)
加性噪声 始终存在
时域表达式： so (t) h(t, ) si (t)
频域表达式： So () H ()Si ()
傅里叶变换特性， 卷积→乘积
调制信道对信号的影响程度取决于H()与n(t)的特性 导致的结果：会使信号产生失真、延时和衰落
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
h
D
发射
天线 r
r
用途：卫星和外太空通信
无线信道
传播途径
接收 天线
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：
D = 44.7 km
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