通信原理信道
通信原理ppt课件——第三章
输出信号
两条路径信道模型
34
频域表示 信道传输函数为
35
信道幅频特性为
若两条路径的相对时 延差 固定，则信 道的幅频特性为：
36
若两条路径的相对时延差相对时延
差
是随机参量 ，则信道的幅
频特性为：
多径传播信道的相关带宽 ——信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔
信道最大多径时延差
37
• 如果信号的频谱比相关带宽宽，则会产生严重的频率 选择性衰落，为了减少频率选择性衰落，就应使信号 的频谱小于相关带宽（通常选择信号带宽为相关带宽 的1/3~1/5）
（噪声）。
根据以上几条性质，调制 信道可以用一个二端口线 性时变网络来表示，该网 络称为调制信道模型：
调制信道模型
4
二端口的调制信道模型，其输出与输入的关系有
一般情况下，
可以表示为信道单位冲激响应c(t)与输入
பைடு நூலகம்
信号的卷积， c(t)的傅里叶变换C(w)是信道传输函数：
或
可看成是乘性干扰
根据信道传输函数 的时变特性的不同，将物理信道分为
21
➢自由空间传播 ——当移动台和基站天线在视距范围之内，这时
电波传播的主要方式是直射波，其传播可以按自由 空间传播来分析。
设发射机输入给天线功率为 (W)，则接收天线 上获得的功率为
22
自由空间传播损耗定义为 当发射天线增益和接收天线增益都等于1时
用 dB可表示为
自由空间传播损耗与距离d的平 方成正比，距离越远损耗越大
发送信号
单一频率正弦波
陆地移动多径传播
多径信道一共有n条路径，各条 路径具有时变衰耗和时变传输 时延且各条路径到达接收端的 信号相互独立，则接收端接收 到的合成波为
通信原理(第四章)
27
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
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
•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。
通信原理基本概念总结
通信原理基本概念总结1. 通信原理：通信原理是指在信息传输过程中，通过发射、传输和接收的方式实现信息的有效传递和交流的一种基本规律。
2. 信号：信号是指携带信息的电、声、光、磁等形式的波动或变化。
信号可以分为模拟信号和数字信号两种形式。
3. 传输媒介：传输媒介是指信息信号在传输过程中所需要经过的媒介，包括导线、电缆、光纤等。
传输媒介的选择与传输距离、传输速率和传输质量有关。
4. 调制与解调：调制是指将原始信号转换为适合传输的信号形式，解调则是将传输过程中获得的信号还原成原始信号。
调制解调主要有模拟调制解调和数字调制解调两种方式。
5. 信道：信道是指信号在传输媒介中的传播路径。
信道可以是有线或无线的。
有线信道包括电缆、光纤等，无线信道包括无线电波、微波等。
6. 编码与解码：编码是将信息转换成适合信道传输的信号形式，解码则是将接收到的信号转换成原始信息。
编码和解码是通信系统中的关键技术。
7. 噪声：噪声是指干扰信号的非期望的信号。
噪声来源包括天线、电路、器件等。
在通信中，需要通过一系列的技术手段对噪声进行抑制和消除。
8. 带宽与频谱：带宽是指信号在频率上所占据的范围，是衡量信号频率特性的一个重要参数。
频谱则是将信号的频率特性图形化显示。
9. 多路复用：多路复用是指将多个信号通过同一信道传输的技术，从而提高信道的利用率。
常见的多路复用技术有频分复用、时分复用和码分复用等。
10. 错误检测与纠正：错误检测与纠正是在通信过程中对传输过程中产生的错误进行检测和纠正的技术。
常用的错误检测与纠正方法有奇偶校验、循环冗余校验等。
以上是通信原理的基本概念总结，了解这些概念可以帮助我们更好地理解通信技术的工作原理和应用。
通信原理-第2章 信道与噪声
一、狭义信道和广义信道
1、狭义信道 、 (1) 狭义信道被定义为发送设备和接收设备之间用 以传输信号的传输媒质。 以传输信号的传输媒质。 (2) 狭义信道分为有线信道和无线信道两类。 两类。 狭义信道分为有线信道和无线信道两类 有线信道 2、广义信道 、 (1) 将信道的范围扩大为：除了传输媒质，还包 将信道的范围扩大为：除了传输媒质， 括有关的部件和电路。 括有关的部件和电路。这种范围扩大了的信道为广 义信道。 义信道。
Y
x1
y1
x2
y2
y3
y4
xL
多进制无记忆编码信道模型
yM
（4）当信道转移概率矩阵中的行和各列分别具有相 ）当信道转移概率矩阵中的行和各列分别具有相 对称信道。 同集合的元素时 这类信道称为对称信道 同集合的元素时，这类信道称为对称信道。
p 1 − p P ( yi / xi ) = p 1 − p
11/66
（5）依据乘性噪声对信号的影响是否随时间变化而 依据乘性噪声对信号的影响是否随时间变化而 乘性噪声对信号的影响是否随时间变化 将信道分为恒参信道和随参信道。 将信道分为恒参信道和随参信道。
v i (t)
H(ω , t )
⊕
n(t)
v 0 (t)
v i (t)
H(ω )
⊕
n(t)
v 0 (t)
2.2
信道模型
信道可用一个时变线性网络来等效
V0(t) = f [V(t)]+n(t) i V(t)输 的 调 号 V0(t)信 总 出 形 i 入 已 信 ， 道 输 波 n(t)加 噪 ； 性 声 f [V(t)]表 已 信 经 信 所 生 时 线 变 i 示 调 号 过 道 发 的 变 性 换
什么是通信原理
什么是通信原理
通信原理是指在信息传输过程中所遵循的基本规律和方法。
通信的基本原理包括以下几个方面：
1. 信号产生与调制：通信系统中的信息需要转换成电信号进行传输，信号可以通过各种方式产生，如声音可以通过麦克风转换成电压信号，图像可以通过摄像头转换成数字信号。
调制是将原始信号转换成适合传输的信号形式，常见的调制方式有频率调制、幅度调制和相位调制等。
2. 信道传输：信道是指信息传输的媒体，可以是无线信道或有线信道，如光纤、电缆等。
信道本身会引入噪声和失真，影响信号的传输质量。
通信原理中的调制技术可以提高信号在信道中的传输效率，并且通过纠错码、调制解调器等机制可以增强信号在信道中的可靠性。
3. 接收与解调：接收端会接收到经过信道传输后的信号，需要将信号进行解调还原成原始信号。
解调过程与调制的过程相反，可以通过滤波、解码等操作提取出原始信息。
4. 恢复与处理：接收端还需要对接收到的信号进行处理和恢复。
在数字通信中，可以进行信号处理操作，如采样、编解码、压缩等，以提高信号的质量和效率。
总之，通信原理是通过信号产生、调制、传输、接收与解调等过程实现信息的传输和处理的基本规律和方法。
不同通信系统中的原理和方法可能有所差异，但以上的基本原理是通用的。
简明通信原理第3章信道
2021/7/23
3
3.Hale Waihona Puke 信道容量与香农公式信道容量
信道容量是指信道的极限传输能力，可用信道的最大信息传输速
率来衡量。
根据香农（Shannon）信息论可以证明，高斯白噪声背景下的连
续信道的容量为：
著名的香农 信道容量公式
CBlo2g 1N S
(b/s)
式中，B为信道带宽（Hz）；S为信号功率（W）； n0为噪声单边功率谱密度（W/Hz）， N = n0B 为噪声功率（W）。
2021/7/23
2
3.5 信道模型
调制信道模型
调制信道对信号的影响程度取决于C(f)与n(t)的特性。 ❖ C(f)反映信道本身特性。对于信号来说，C(f)可看成是乘性干
扰； ❖ n(t)是独立于信号而始终存在的，因此可视之为加性干扰。
信道一般模型
一种简单而又常用的情况是 C(f)=1，加性噪声信道模型
2021/7/23
4
香农公式告诉我们以下结论：
（1）在给定信道带宽B和接收信噪比S/N的情况下，只要传输信息的速 率Rb≤C，即使信道有噪声，在理论上总能找到一种方法，实现无差错 传输。
（2）提供了B和S/N之间的互换关系。例如，对于给定的C，用增大带 宽B的方法，可以降低对S/N的要求。
香农公式指出了通信系统所能达到的理论极限，却没有指出这种通 信系统的实现方法。实践证明，系统要接近香农的理论极限，必须要借 助编码和调制等技术。
3.1 信 道 分 类
狭义信道——各种物理传输介质 有线信道—指明线、各种电缆和光纤。 无线信道—指可以传输电磁波的自由空间或大气。
广义信道——为方便研究通信系统的一些基本问题而定义。 调制信道—研究调制与解调问题；
通信原理基础
通信原理基础
通信原理是指在通信过程中所涉及的基本原理和技术。
通信是信息传递的过程，它包括信息的产生、编码、传输、解码和接收等环节。
通信原理是指在这个过程中所涉及的基本原理和技术。
通信原理的基本概念包括信号、噪声、信道、调制、解调等。
信号是指传递信息的载体，它可以是电信号、光信号、声信号等。
噪声是指在信号传输过程中产生的干扰信号，它会影响信号的质量和可靠性。
信道是指信号传输的介质，它可以是电缆、光纤、无线电波等。
调制是指将信息信号转换成适合传输的信号形式，解调则是将传输的信号还原成原始的信息信号。
通信原理的基本技术包括调制技术、编码技术、信道编码技术等。
调制技术是指将信息信号转换成适合传输的信号形式，常见的调制方式包括调幅、调频、调相等。
编码技术是指将信息信号转换成数字信号，常见的编码方式包括脉冲编码调制、差分编码调制等。
信道编码技术是指在信道传输过程中采用编码技术来提高信号的可靠性和抗干扰能力，常见的信道编码方式包括卷积码、纠错码等。
通信原理的应用范围非常广泛，包括电信、广播、电视、卫星通信、移动通信等。
在电信领域，通信原理被广泛应用于电话、传真、数据通信等方面。
在广播和电视领域，通信原理被应用于广播电视信号的传输和接收。
在卫星通信领域，通信原理被应用于卫星通信系
统的设计和运行。
在移动通信领域，通信原理被应用于移动通信网络的建设和运营。
通信原理是现代通信技术的基础，它的应用范围非常广泛，对于现代社会的发展和进步起着至关重要的作用。
通信原理第八章-离散信道及信道容量
信道，顾名思义就是信号的通道。图 8.1 中位于调制器和解调器之间的信道指用来传 输电信号的传输介质，如电缆，光缆，自由空间等，我们把这样的信道称为狭义信道。狭 义信道的输入为波形信号，输出为连续信号。还有一种定义即凡是信号经过的路径都称为 信道，这就是广义信道的概念。如图 8.1 所示，由调制器，信道和解调器构成了一个广义 编码信道。编码信道的输入和输出均为数字信号，因此，我们也将这类信道称为离散信道。
P(a������b������) = P(a������)������(b������|a������) = P(b������)P(a������|b������)
（8.5）
其中 ������(b������|a������)是信道传递概率，即发送为a������，通过信道传输接收到为b������的概率。通常称为前向
(������ = 1,2, … , ������ ������ = 1,2, … ������) （8.7）
8.2 平均互信息及平均条件互信息 在阐明了离散单符号信道的数学模型，即给出了信道输入与输出的统计依赖关
系以后，我们将深入研究在此信道中信息传输的问题。
8.2.1 损失熵和噪声熵
信道输入信号 x 的熵为
I(X, Y) = ������(������) − H(������|������)
（8.12）
I(X, Y)称为 X 和 Y 之间的平均互信息。它代表接收到输出符号后平均每个符号获得的关于 X
的信息量。根据式（8.8）和式（8.11）得
I(X; Y)
=
∑������,������
������(������������)
H (Y
X)
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
通信原理第二章(信道)习题及其答案
第二章（信道）习题及其答案【题2－1】设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为0()()d H K t ωϕωω⎧=⎨=-⎩其中，0,d K t 都是常数。
试确定信号()s t 通过该信道后的输出信号的时域表达式，并讨论之。
【答案2－1】 恒参信道的传输函数为：()0()()d j t j H H e K e ωϕωωω-==，根据傅立叶变换可得冲激响应为：0()()d h t K t t σ=-。
根据0()()()i V t V t h t =*可得出输出信号的时域表达式：000()()()()()()d d s t s t h t s t K t t K s t t δ=*=*-=-讨论：题中条件满足理想信道（信号通过无畸变）的条件：()d d H ωωφωωτττ⎧=⎨⎩常数（）＝－或＝ 所以信号在传输过程中不会失真。
【题2－2】设某恒参信道的幅频特性为[]0()1cos d j t H T e ωω-=+，其中d t 为常数。
试确定信号()s t 通过该信道后的输出表达式并讨论之。
【答案2－2】 该恒参信道的传输函数为()0()()(1cos )d j t j H H e T e ωϕωωωω-==+，根据傅立叶变换可得冲激响应为：0011()()()()22d d d h t t t t t T t t T δδδ=-+--+-+根据0()()()i V t V t h t =⊗可得出输出信号的时域表达式：0000011()()()()()()()2211 ()()()22d d d d d d s t s t h t s t t t t t T t t T s t t s t t T s t t T δδδ⎡⎤=⊗=⊗-+--+-+⎢⎥⎣⎦=-+--+-+讨论：和理想信道的传输特性相比较可知，该恒参信道的幅频特性0()(1cos )H T ωω=+不为常数，所以输出信号存在幅频畸变。
其相频特性()d t ϕωω=-是频率ω的线性函数，所以输出信号不存在相频畸变。
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
通信原理第3章信道
图3.1-5 无线电中继
➢ 平流层通信：利用位于平流层的高空平台电台代替卫星作为 基站的通信。
11
第3章 信 道
三、电离层和大气层对于传播的影响
电离层对于传播的影响
反射 散射
大气层对于传播的影响
散射 吸收
衰 减
根据应用情况不同，在光纤线路中可能设有中继器 （也可不设）。中继器有两种类型：直接中继器和间接中继器。 所谓直接中继器就是光放大器，它直接将光信号放大以补偿光 纤的传输损耗，以便延长传输距离；所谓间接中继器就是将光 信号先解调为电信号，经放大或再生处理后，再调制到光载波 上，利用光纤继续进行传输。在数字光纤信道中，为了减少失 真及防止噪声的积累，每隔一定距离需要加入再生中继器。
电离层
电离层：约60 ～ 400 km
平流层
60 km
对流层
10 km
地面
0 km
6
第3章 信 道
3.短波电离层的传播路径
短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电 离层， 或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成 的信道。
离地面60~400 km的大气层称为电离层。
电离层由分子、原子、离子及自由电子组成，形成的 原因是由于太阳辐射的紫外线和X射线。 当频率范围为 3~30 MHz (波长为10-100m)的短波(或称为高频)无线电 波射入电离层时， 由于折射现象会使电波发生反射，返回 地面，从而形成短波电离层反射信道。
制 器
光
光
纤
探
线测
路
器
基
基
带
带
处 理
电 信 号
通信原理信道容量的定义
通信原理信道容量的定义通信原理中，信道容量是指在无干扰条件下，一个信道能够传输的最大信息量。
它是衡量信道传输效率的重要指标，也被视为信息传输的上限。
信道容量的定义最早由香农在他的《通信的数学理论》中给出。
根据香农的理论，信道容量可以通过信息论中的熵来计算。
熵在信息论中的含义是描述一个随机变量的不确定性的度量，可以理解为该随机变量包含的平均信息量。
在通信中，一般将信道表示为一个具有一定带宽或频率范围的传输介质，如电缆、光纤或无线信道等。
信道容量的定义与信道的带宽、信号传输的路徑和环境有关。
通常情况下，信道容量以比特/秒（bps）或奈特（Nyquist）为单位表示。
为了更好地理解信道容量的定义，我们可以用一个简单的例子来解释。
假设有一条带宽为10 kHz的信道，传输过程中只使用两个信号电平进行二进制传输（0V 和1V）。
那么根据奈奎斯特的定理，每秒可以传输的比特数就是10 kHz，即10,000 bps。
信道容量的计算方法有很多，其中最著名的就是香农公式。
香农公式定义了在给定信噪比的情况下，信道容量的上限。
其计算公式为：C = B * log2(1 + S/N)其中，C表示信道容量，B表示信道的带宽，S表示信号的平均功率，N表示噪声的平均功率。
该公式表明，在给定信噪比的情况下，信道容量随着带宽的增加而增加。
从香农公式中可以看出，信道容量的增加有两个途径：增加信道的带宽和提高信号功率与噪声功率之间的比值。
因此，提高信道容量的方法通常包括增加信道带宽或提高信号的传输质量。
在实际通信系统中，为了提高信道容量，常常采用一系列的调制与编码技术，如调幅、调频、调相等，以提高信号传输的效率和信号噪声比。
此外，信道的多路复用技术（如时分复用、频分复用和码分复用）也可以提高信道容量，充分利用信道资源。
总之，信道容量是一个用来描述无干扰条件下信道传输效率的重要指标。
它的计算方法有多种，其中最为著名的是香农公式。
通过提高信道带宽、改善信号传输质量以及利用多路复用技术，可以提高信道容量，实现更高效的信息传输。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有线电信道电气特性
信道类型 通话容量（路） 频率范围(kHz) 传输距离(km)
明线
明线 对称电缆 对称电缆
1+3
1+3+12 24 60
0.3～27
0.3～150 12～108 12～252
300
120 35 12～18
小ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轴电缆
小同轴电缆 中同轴电缆 中同轴电缆 中同轴电缆
300
960 1 800 2 700 10 800
2) 同轴电缆(CoaxialCable) 同轴电缆由内导线铜质芯线(单股实心线或多股绞 合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑 料外层所组成。同轴电缆的这种结构使其具有高带宽 和较好的抗干扰特性，并且可在共享通信线路上支持 更多的点。按特性阻抗数值的不同，同轴电缆又分为 两种，一种是50Ω的基带同轴电缆，另一种是75Ω的宽 带同轴电缆。
根据双绞线是否外加屏蔽层，它又可分为屏蔽双 绞线 (STP ， ShieldTwistedPair) 和非屏蔽双绞线 (UTP ， UnShieldTwistedPair)两类。双绞线既可用于模拟信号传 输，也可用于数字信号传输，其通信距离一般为几到 十几千米。导线越粗，通信距离越远，但导线价格也 越高。由于双绞线的性能价格比相对其它传输介质要 18 好，因此使用十分广泛。
29
振幅~频率特性
衰 耗 (dB)
0
典型音频电话信道特性
理想特性
300
3000
f (Hz)
30
相位~频率特性:
()
()
理想特性
理想特性
0
ω
0
理想特性: 相位 () = k ; 群迟延 () = d()/d = k 畸变的影响: 波形失真（相位失真）、码间串扰。 线性失真: 频率失真和相位失真： 属于线性失真 可用“线性补偿网络”纠正，－ “均衡” 非线性失真: 振幅特性非线性、频率偏移、相位抖动 … 非线性失真 － 难以消除
外部绝缘体 内部导体
内部绝缘体
铝制编织导体(屏蔽 ) (a) 一段同轴电缆 (b) 一段与连接器相连的同轴电缆
20
(1)基带同轴电缆。 一条基带同轴电缆只支持一个信道，传输带宽为 1 ～ 20Mb/s 。它能够以 10Mb/s 的速率把基带数字信号 传输 1 ～ 1.2km 。所谓基带数字信号传输是指按数字信 号位流形式进行的传输，无需任何调制。它是局域网 中广泛使用的一种信号传输技术。
4
四进制
0 0
1
1
发 送 端
2
2
接 收 端
3
3
5
3.3 无线信道
无线信道主要由无线电波和光波作为传输载体。 在光波中，红外线、激光是常用的信号载体，前 者广泛用于短距离通信，如电视、录像机、空调器等 家用电器使用的遥控装置；后者可用于建筑物之间的 局域网连接，因为它具有高带宽和定向性好的优势， 但是，由于受天气、热气流或热幅射等影响，使得它 的工作质量存在不稳定性。
编码器
输 出
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译码器 输 入
（调 制） 信 道 广义（编码）信道
1
3.2 信道模型
•调制信道模型: 对于单“端对”信道
ei(t)
时变线性 网络
eo(t)
eo(t) = f [ei(t)] + n(t) 式中 ei(t) － 输入的已调信号； eo(t) － 输出信号； n(t) － 加性噪声，它与ei(t)相互独立。 f [ei(t) ] － 与输入有关的一个函数, 表示信道对于信号的影响。
(3)地-电离层波导传播。 这是指电波在从地球表面至低电离层下缘之间的 球壳形空间 (地 - 电离层波导 )内的传播。长波、甚长波 在该波段内能以较小的衰减传播数千千米，且受电离 层扰动影响小，传播稳定，故可用于远距离通信。 9
(4)视距传播。 由发射天线辐射的电波像光线一样按直线传播， 直接传到接收点，这种传播方式称为直射波传播。另 外，还有由发射天线发射、经地面反射到达接收点的 传播方式，称为大地反射波传播。视距传播是这两种 传播方式的统称，在接收点所接收的电波一般是直射 波与大地反射波的合成。视距传播的距离一般为 20～ 50km，主要用于超短波及微波通信。 频率：> 30 MHz
由于无线电波传播距离远，能够穿过建筑物，而 且既可以全方向传播，也可以定向传播，因此绝大多 数无线通信都采用无线电波作为信号传输的载体。为 了合理、充分地利用无线电频率资源，根据频率高低 的不同(波长的不同)，人们将无线电波分为 9个大波段。 因为不同频率(波长)电磁波的传播特性各异，所以其应 6 用场合也不尽相同。
随着局域网上数据传输速率的不断提高，美国电子 工业协会的远程通信工业分会(EIA/TIA)在1995年颁布 了新的“商用建筑物电信布线标准”EIA/TIA-586―A。 此标准规定了5种UTP的标准：
屏蔽 箔
屏蔽 双绞线
非屏 蔽双绞 线
第一类双绞线就是住宅常用的 缠绕式电话线，只适合于语音传 输，不适合高速数据传输。 第二类传输速率为 4Mb/s ，可用 于传输语音和数据。 第三类是局域网LAN采用的最低 档双绞线，传输速率可达10Mb/s。 第四类主要用于令牌环网，传输 速率为16Mb/s。 第五类可提供 100Mb/s 的传输速 率，而超五类双绞线可保证 155Mb/s 的传输速率。第五类双 绞线可用 于光纤分 布数据接 口 FDDI、快速以太网和ATM。 19
频率资源划分表
7
无线电波的传播方式主要有地面波传播、天波传 播、地-电离层波导传播、视距传播、散射传播、外大 气层及行星际空间电波传播等几种。 (1)地面波传播。 地面波传播又称地表波传播或地波传播，即无线 电波沿地球表面传播。地面波在传播过程中，其场强 因大地吸收会衰减，频率愈高则衰减愈大；长波、中 波由于频率低，加上绕射能力强，因此利用这种传播 可以实现远距离通信。地波传播受季节、昼夜变化影 响小，信号传输比较稳定。 频率：2MHz 以下 通信距离：可达数百～数千 km
损耗
1.31 m 1.55 m
0.7
0,9
1.1
1.3 光波波长（nm）
1.5
1.7
24
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。多模光纤意指光在光纤中可能有 吸收 护套 多条不同角度入射的光线在一条光纤中同时传播 ,。这 种光纤所含纤芯的直径较粗。单模光纤意指光在光纤 (a) 多 模 中的传播没有反射，而沿直线传播。这种光纤的直径 纤芯 包层 非常细，就像一根波导那样，可使光线一直向前传播。
11
(6)外大气层及行星际空间电波传播。 这是以宇宙飞船，人造地球卫星或星体为对象， 在地 - 空，空 - 空之间进行的电波传播。卫星通信利用 的就是这种传播方式。其中，自由空间传输损耗达 200dB左右；此外还受对流层、电离层、地球磁场、宇 宙空间各种辐射和粒子的影响等等；大气吸收及降雨 衰减对 10GHz 以上的频段影响严重。上述传播方式示 意图如图所示。
2
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。
k(t) － 一个复杂的函数，反映信道的衰减、线性失真、
非线性失真、延迟 … 等。
最简单情况：k(t) = 常数，表示衰减。 当k(t) =常数，称为恒(定)参(量)信道 例如，同轴电缆 当k(t)常数，称为随(机)参(量)信道 例如，移动蜂窝网通信信道
16
蜂窝网
移动 交换 中心
电话 交换 中心
17
3.4 有线信道
1)双绞线(TwistedPair)
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。
(2)宽带同轴电缆。 宽带同轴电缆支持的带宽为 300 ～ 450MHz ，可用 于宽带数据信号的传输，传输距离可达 100km 。所谓 宽带数据信号传输是指可利用多路复用技术在宽带介 质上进行多路数据信号的传输。它既能传输数字信号， 也能传输诸如话音、视频等模拟信号，是综合服务宽 带网的一种理想介质。
8
(2)天波传播。 天波传播是利用电离层对电波的一次或多次反射 进行的远距离传播，是短波的主要传播方式。中波只 有在夜间才能以天波形式传播。天波传播存在着严重 的信号衰落现象。所谓电离层是大气中具有离子和自 由电子的导电层。
电离层高度：60 ～ 300 km 单跳最大距离：4000 km 频率：2 ～ 30 MHz
折射率
2a
23
光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组成。 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。
12
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)
13
无线电中继
图1.4.4 无线电中继
14
静止卫星中继通信
15
平流层中继通信
HAPS(High
Altitude Platform Station)