通信原理第四章ppt课件
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通信原理》第六版课件第4章
调频合成器的原理
介绍了调频合成器的基本原理 和存在的问题，以及几种常用 的合成技术及其应用。
频率分析与频谱分析
连续信号频谱分析
介绍了连续信号分析中的傅里叶 变换和功率谱密度估计算法，以 及常用的频谱分析工具。
离散信号频谱分析
小波变换分析
阐述了离散信号分析中的离散傅 里叶变换和快速傅里叶变换算法， 以及它们的应用领域。
介绍了小波变换分析的基本原理 和优势，以及它在信号处理和图 像处理中的应用。
数据信号处理
1
采样与重构
Байду номын сангаас
抗混叠滤波器
2
讲述了抗混叠滤波器设计和优化的方法，
以及实际应用中的不足和改进措施。
3
介绍了采样定理和采样过程中的抗混叠 滤波器，以及重构过程与误差控制的方 法。
数字信号的量化
阐述了数字信号的量化原理和编码方法，
介绍了几种基本的相位调制方式和频移 键控技术，以及它们在通信中的应用。
宽带调制与调制方式
宽带调制的概念
阐述了宽带调制的基本原理和实现方法，以及它 在数字通信中的重要性。
频段抖动（FBS）调制方式
介绍了频段抖动调制技术的基本原理和应用，以 及它的特点和实现方法。
调换抖动（Cordic）调制方式
介绍了调换抖动调制技术的基本原理和应用，以 及它的优缺点及改进方法。
通信原理》第六版课件第 4章
本章介绍了调制与解调的基本概念，宽带调制和调制方式，频率合成和锁相 等通信原理的重要知识点。
调频与解调
1
调频基本概念
介绍了调频技术的基本概念和特点，包
调频与解调过程
2
括调变量和调制指数等的定义。
从频谱分析角度描述了调频与解调的基
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
27
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:
《通信原理教程》(第3版)-樊昌信-编著----第四章--PPT课件
*
由 有 为了保持信号量噪比恒定，要求： x x 即要求： dx/dy x 或 dx/dy = kx, 式中 k =常数 由上式解出： 为了求c，将边界条件(当x = 1时，y = 1)，代入上式，得到 k + c =0， 即求出： c = -k， 将c值代入上式，得到 由上式看出，为了保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性 。 对于电话信号，ITU制定了两种建议，即A压缩律和压缩律，以及相应的近似算法 － 13折线法和15折线法。
*
由抽样信号恢复原信号的方法 ： 从频域看：当fs 2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如图所示。这些冲激响应之和就构成了原信号。 理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs 必须比 2fH 大较多。 例如，典型电话信号的最高频率限制在3400 Hz，而抽样频率采用8000 Hz。
*
4.4 脉冲编码调制 4.4.1脉冲编码调制（PCM）的基本原理 抽样 量化 编码 例：见右图 3.15 3 011 3.96 4 100 方框图：
*
A压缩率 式中，x为压缩器归一化输入电压； y为压缩器归一化输出电压； A为常数，决定压缩程度。 A律中的常数A不同，则压缩曲线的形状不同。它将特别影响小电压时的信号量噪比的大小。在实用中，选择A等于87.6。
*Hale Waihona Puke *求量化噪声功率的平均值Nq ： 式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 求信号sk的平均功率 ： 由上两式可以求出平均量化信噪比。
通信原理(樊昌信)PPT课件
sin 0t
c2 (t)
A点的信号为： f1(t) cos0t f2 (t) sin 0t
是两个互相正交的双边带信号，采用相干解调，所以：
c1(t) 2 cos0t
看上支路：
c2 (t) 2sin 0t
2 f1(t) cos2 0t 2 f2 (t) sin 0t cos0t
2 f1(t) cos2 0t 2 f2 (t) sin 0t cos0t f1(t)(1 cos 20t) f2 (t) sin 20t
出端同时得到 f1(t)及f2 (t)。试确定接收端的 c1(t)及c2 (t)。
f1 (t )
cos 0t
c1 (t )
LPF
f1 (t )
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
sin 0t
c2 (t)
f1 (t )
cos 0t
c1 (t )
LPF
f1 (t )
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
BSm Bm
单边带按所选取边带的不同，可分为上边带调制和 下边带调制，单边带数学模型可为：
m(t) 乘法器 单边带滤波器h(t)
Sm (t)
cos ct
下边带时域表达式为：
Sm
(t)
1 2
m(t)
cos ct
1 2
mˆ (t)
sin
ct
上边带的时域表达式为：
Sm
(t)
1 2
m(t)
cos ct
1 2
t
m(t)mˆ (t)dt 0
mˆ (t) 和 m(t) 的希尔伯特变换是正交的。
对于幅度调制，由于它的频谱完全是基带信号频谱 结构在频域内的简单搬移，这种搬移是线性的，并不改 变信号的频谱结构，所以，幅度调制也称为线性调制。
《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
ห้องสมุดไป่ตู้
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
通信原理课件第四章
δT (t)
s
n
(t nT ) 相乘的过程，即抽样信号
s
ms(t) m(t) δTs (t)
（4.2）
《通信原理课件》
一、低通信号的抽样定理
抽样定理指出：一个频带限制在（0， f H ）内的时间连续 的模拟信号 m (t)，如果抽样频率 f ≥ 2 f ，则可以通过低通滤波
1 Hz 。而理想 τ
抽样频谱的包络线为一条直线，带宽为无穷大。 如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的第一过零点带宽越 小，这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小，显 然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛盾的要求。
《通信原理课件》
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样的不同之 处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状——顶部平坦的矩形 脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。在实际应用中，平顶抽 样信号采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。 平顶抽样PAM信号在原理上可以看作由理想抽样和脉冲形成电 路产生。
《通信原理课件》
[例4.2.1]
设输入抽样器的信号为门函数 G t ，宽度 10ms ，若忽略第一零 点以外的频率分量，计算奈奎斯特抽样速率。 解：门函数的频谱为
ωτ Gω τ Sa 2
（4.5）
则第一零点的频率
B 1 Hz τ
（4.6）
忽略第一零点以外的频率分量，则门函数的最高频率（截止频 率） f H 为 100 Hz 。由抽样定理可知，奈奎斯特抽样速率为
f H n 1B kB ，由式（4.7）可得带通信号的最低抽样频率
f s( min ) 2 fH k 2 B1 n 1 n 1
s
n
(t nT ) 相乘的过程，即抽样信号
s
ms(t) m(t) δTs (t)
（4.2）
《通信原理课件》
一、低通信号的抽样定理
抽样定理指出：一个频带限制在（0， f H ）内的时间连续 的模拟信号 m (t)，如果抽样频率 f ≥ 2 f ，则可以通过低通滤波
1 Hz 。而理想 τ
抽样频谱的包络线为一条直线，带宽为无穷大。 如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的第一过零点带宽越 小，这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小，显 然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛盾的要求。
《通信原理课件》
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样的不同之 处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状——顶部平坦的矩形 脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。在实际应用中，平顶抽 样信号采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。 平顶抽样PAM信号在原理上可以看作由理想抽样和脉冲形成电 路产生。
《通信原理课件》
[例4.2.1]
设输入抽样器的信号为门函数 G t ，宽度 10ms ，若忽略第一零 点以外的频率分量，计算奈奎斯特抽样速率。 解：门函数的频谱为
ωτ Gω τ Sa 2
（4.5）
则第一零点的频率
B 1 Hz τ
（4.6）
忽略第一零点以外的频率分量，则门函数的最高频率（截止频 率） f H 为 100 Hz 。由抽样定理可知，奈奎斯特抽样速率为
f H n 1B kB ，由式（4.7）可得带通信号的最低抽样频率
f s( min ) 2 fH k 2 B1 n 1 n 1
通信原理第4章
P(0 / 0) P(1 / 0)
0 接收端
1
1
P(1 / 1)
图4-13 二进制编码信道模型
P(0 / 0)和P(1 / 1) － 正确转移概率 P(1/ 0)和P(0 / 1) － 错误转移概率
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 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
有效散射区域
地球
图4-7 对流层散射通信
h
10
第4章 信 道
第4章 信 道
n2 n1 折射率
光纤
结构
(a)
纤芯 包层
n2 n1 折射率
Hale Waihona Puke 按折射率分类 (b) 阶跃型
梯度型 按模式分类
n2 n1 折射率
125
多模光纤
7～10
(c)
单模光纤
单模阶跃折射率光纤
h 图4-11 光纤结构示意图
16
第4章 信 道
损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图4-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
h
17
第4章 信 道
4.3 信道的数学模型
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
信道
数 字 解 调
信 道 译
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
通信原理 第五版 第4章 信 道PPT课件
n(t)
式中
图4-13 调制信道数学模型
ei (t ) － 信道输入端信号电压； eo (t)－ 信道输出端的信号电压； n(t ) － 噪声电压。
通常假设： f[ei(t)]k(t)ei(t)
这时上式变为：
eo(t)k(t)ei(t)n(t)－ 信道数学模型
19
Hale Waihona Puke 第4章 信 道eo(t)k(t)ei(t)n(t)
D2 D2 520 h 50 m
8r 5050
增大视线传播距离的其他途径 ➢ 中继通信： ➢ 卫星通信：静止卫星、移动卫星 ➢ 平流层通信：
图 4-3 视线传播
图4-4 无线电中继 10
第4章 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 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
梯度型 按模式分类
n2 n1 折射率
多模光纤 (c)
单模光纤
(模指路径)
单模阶跃折射率光纤
图4-11 光纤结构示意图
125
7～10
16
第4章 信 道
4.3 信道的数学模型
信道模型的分类（广义）：
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
信道
数 字 解 调
14
第4章 信 道
光纤 定义: 传输光信号的有线信道是光导纤维,简称
光纤. 最早出现的光纤是由折射率不同的两种导光
介质纤维组成,内层称为纤芯,在纤芯外包有另一 种折射率的介质,称为包层.
式中
图4-13 调制信道数学模型
ei (t ) － 信道输入端信号电压； eo (t)－ 信道输出端的信号电压； n(t ) － 噪声电压。
通常假设： f[ei(t)]k(t)ei(t)
这时上式变为：
eo(t)k(t)ei(t)n(t)－ 信道数学模型
19
Hale Waihona Puke 第4章 信 道eo(t)k(t)ei(t)n(t)
D2 D2 520 h 50 m
8r 5050
增大视线传播距离的其他途径 ➢ 中继通信： ➢ 卫星通信：静止卫星、移动卫星 ➢ 平流层通信：
图 4-3 视线传播
图4-4 无线电中继 10
第4章 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 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
梯度型 按模式分类
n2 n1 折射率
多模光纤 (c)
单模光纤
(模指路径)
单模阶跃折射率光纤
图4-11 光纤结构示意图
125
7～10
16
第4章 信 道
4.3 信道的数学模型
信道模型的分类（广义）：
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
信道
数 字 解 调
14
第4章 信 道
光纤 定义: 传输光信号的有线信道是光导纤维,简称
光纤. 最早出现的光纤是由折射率不同的两种导光
介质纤维组成,内层称为纤芯,在纤芯外包有另一 种折射率的介质,称为包层.
通信原理课件——第四章
点带宽 B 1 Hz。而理想抽样频谱的包络线为一条直线，带
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状— —顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成 一系列时间上离散的样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状— —顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成 一系列时间上离散的样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]
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》第4章-50页PPT文档资料
V (t)
X
2 c
(t
)
X
2 s
(t
)
－接收信号的相位
(t) tan 1 X s (t)
X c (t)
23
第4章 信 道 所以，接收信号可以看作是一个包络和相位随机缓慢变化的窄带信号：
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。
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图4-12光纤损耗与波长的关系
• 损耗最小点：1.31与1.55 m
12
第4章 信 道 • 4.3 信道的数学模型 • 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
信道
制
数 字 解 调
信 道 译
码
• 频率失真 波形畸变 码间串扰
• 解决办法：线性网络补偿
• 相位失真：相位～频率特性不良引起的
• 对语音影响不大，对数字信号影响大
• 解决办法：同上
• 非线性失真：
• 可能存在于恒参信道中
• 定义：
输
输入电压～输出电压关系
出
电
是非线性的。
压
• 其他失真：
频率偏移、相位抖动…
直线关系
非线性关系
频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上 • 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
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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
§4.3.1 调制信道模型
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…
§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
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)
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
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
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
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
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
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
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 0பைடு நூலகம்km
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
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：
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）
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
§4.3.1 调制信道模型
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…
§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
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)
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
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
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
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
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
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
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 0பைடு நூலகம்km
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
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：
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）