通信原理信道与噪声
通信原理信道与讲义噪声第3章
通信中常见的几种噪声
所谓白噪声是指它的功率谱密度函数在整个频率域(-∞＜ω ＜+∞)内是常数，即服从均匀分布。我们称它为白噪声，因为它 类似于光学中包括全部可见光频率在内的白光。
理想的白噪声功率谱密度通常被定义为
Pn
()def
n0 2
( )
式中n0的单位是W/Hz 。
通常，若采用单边频谱，即频率在0到无穷大范围内时， 白噪声的功率谱密度函数又常写成
在通信理论分析中，常常通过求其自相关函数或方差来计算噪 声的功率。
高斯分布的密度函数
正态概率分布函数还经常表示成与误差函数相联系的形 式，所谓误差函数，它的定义式为
互补误差函数
er(fx) 2 xez2dz
π0
er(x f)c1er(xf)2 xez2dz
高斯型白噪声
所谓高斯白噪声是指噪声的概率密度函数满足正态分布 统计特性，同时它的功率谱密度函数是常数的一类噪声。
(a) 一对输入端， 一对输出端； (b) m对输入端，n对输出端
对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关系 式可表示成
eo(t)f[ei(t) ]n(t)
式中， ei(t)——输入的已调信号； eo(t)——信道输出波形； n(t)——信道噪声(或称信道干扰)； f［ei(t)］——表示信道对信号影响(变换)的某种函数关系
通信原理信道与噪声第3章
精品jin
3.1 信道特性
信道的定义 通俗地说，信道是指以Байду номын сангаас输媒介(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。
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。
现代通信原理与技术第二版第3章答案张辉 曹丽娜
sIuJ tpIuJ oIuJ dIuKJHtjIuJ oIuJ 在 通 信 系 统 中 K绝 大 部 分 实 际 信 道 可 以 用 以 上 三 种 信 道 模 型 来 表 征
IJ
图
带 有 加 性 噪 声 的 线 性 时 变 滤 波 器 信 道 图
内 容 提 要
信 道 的 定 义 和 分 类
信 道 是 指 以 传 输 媒 质 为 基 础 的 信 号 通 道 K有 狭 义 信 道 和 广 义 信 道 之 称
狭义信道
狭义信道仅指传输媒质分为有线信道和 无 线 信 道 两 类有 线 信 道 包 括 明 线 对 称 电 缆 同轴电缆及光纤等无线信道 包 括 地 波 传 播 短 波 电 离 层 反 射 超 短 波 或 微 波 视 距 中 继 人 造 卫 星 中 继 散 射 及 移 动 无 线 电 信 道 等
相 频 特 性 的 导 数 K即
IJ
eIJ e
ue
它 表 示 对 信 号 的 不 同 频 率 成 分 具 有 相 同 的 迟 延 K如 图
IdJ所 示
IJ
由式I
图
理想信道的幅频特性 相频特性和群迟延 频率特性
J可 得 理 想 恒 参 信 道 的 冲 激 响 应 为
iIuJ L Iu ueJ
论何种广义信道K传输媒质是其主要部分K通 信 效 果 的 好 坏K在 很 大 程 度 上 将 依 赖 于 传 输 媒质的特性
信 道 的 数 学 模 型
建立信道模型的目的是为了描述实际物理信
道 的 特 性 K它 有 助 于 通 信 系 统 的 分 析 和 设 计
调制信道模型 调制信道是为研究调制与解调问题而定义的
二 进 制 编 码 信 道 模 型
通信原理 ----噪声
通信原理-----噪声噪声，从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯上把周期性的、规律的有害信号称为干扰，而把其他有害的信号称为噪声。
噪声可以笼统的称为随机的，不稳定的能量。
它分为加性噪声和乘性噪声，乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。
在这里我们主要讨论加性噪声。
一、信道中加性噪声的来源，一般可以分为三方面：1 人为噪声人为噪声来源于无关的其它信号源，例如：外台信号、开关接触噪声、工业的点火辐射等，这些干扰一般可以消除，例如加强屏蔽、滤波和接地措施等2 自然噪声自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、雷击、太阳黑子、大气中的电暴和各种宇宙噪声等，这些噪声所占的频谱范围很宽，并不像无线电干扰那样频率是固定的，所以这种噪声难以消除。
3 内部噪声内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：电阻中自由电子的热运动和半导体中载流子的起伏变化等。
内部噪声是由无数个自由电子做不规则运动形成的，它的波形变化不规则，通常又称起伏噪声。
在数学上可以用随即过程来描述这种噪声，因此又称随机噪声。
随机噪声的分类常见的随机噪声可分为三类:（1）单频噪声单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号），它可视为一个已调正弦波，但其幅度、频率或相位是事先不能预知的。
这种噪声的主要特点是占有极窄的频带，但在频率轴上的位置可以实测。
因此，单频噪声并不是在所有通信系统中都存在。
(2)脉冲噪声脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。
这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。
从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的频谱（从甚低频到高频），但频率越高，其频谱强度就越小。
脉冲噪声主要来自机电交换机和各种电气干扰，雷电干扰、电火花干扰、电力线感应等。
数据传输对脉冲噪声的容限取决于比特速率、调制解调方式以及对差错率的要求。
脉冲噪声由于具有较长的安静期，故对模拟话音信号的影响不大,脉冲噪声虽然对模拟话音信号的影响不大，但是在数字通信中，它的影响是不容忽视的。
信道与干扰PPT演示文稿
加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
天电噪声
通信原理
天电噪声的主要来源是闪电、大气中的磁 暴、太阳黑子以及宇宙射线（天体辐射波） 等 各种自然现象与其发生的时间、季节、地 区等很有关系，因此受天电干扰的影响也 是因时，因地而大小不同的。 这类干扰所占的频谱范围很宽，并且频率 也不像无线电干扰那样是固定的，因此难 以防范。
工业噪声
通信原理
工业噪声来源于各种电气设备，如电力线、 点火系统、电车、电源开关、电力铁道、 高频电炉等
干扰来源分布范围较大
干扰的强度也变得越来越大。
这类干扰的频谱都集中在较低的频率范围 内，工作的信道的频率只要高于这个频段 就可防止受到它的干扰；
也可以在干扰源方面设法消除或减小干扰 的产生，例如加强屏蔽和滤波等措施，以 此防止接触不良和消除波形失真。
3.5 信道噪声
通信原理
1 加性噪声 2 通信中常见噪声
通信中常见噪声
通信原理
白噪声 高斯噪声 高斯型白噪声 窄带高斯噪声 正弦信号加窄带高斯噪声
白噪声
通信原理
所谓白噪声，是指它的功率谱密度函数在 整个频域范围内是常数，即功率谱密度函 数在频域内均匀分布； 之所以称它为“白”噪声，是因为它得特 性类似于光学中包括全部可见光频率在内 的白光。凡是不符合上述条件的噪声称为 有色噪声。
加性噪声的分类（噪声性质）
通信原理
加性噪声的分类（噪声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
脉冲噪声
通信原理
脉冲干扰包括工业干扰中的电火花，断续 电流以及天电干扰中的闪电等。
脉冲干扰的波形是不连续的，具有脉冲性 质；这类干扰的发生时间很短，但强度却 很大，而且周期是随机的，可以用随机的 窄脉冲序列表示。
通信原理课件——通信系统的噪声性能
3. 门限效应 以上讨论了两个极端情况下包络检波器的噪声性能。对于大输入信噪比，包络
检波器能实现正常解调。对于小输入信噪比，包络检波器不能实现正常解调。可以 预料，应该存在一个临界值，当输入信噪比大于此临界值时包络检波器能正常解调； 而小于此值时，它不能正常解调。这个临界的输入信噪比叫做门限值、包络检波器 存在门限值这一现象叫做门限效应。门限效应在输入噪声功率接近载波功率时开始 出现。 门限效应是所有非相干解调器都存在的一种特性。在相干解调器中不存在这种效 应。因此小输入信噪比下包络检波器的性能较相干解调器差，所以在噪声条件恶劣 的情况下应采用相干解调。
式中，erf (x)
2
x
0
e y2 dy 称为误差函数。erfc(x) 1 erf (x) 是
互补误差函数。 x A 若己知，则erf (x) 的值可由附录 C 误差
2 2 n
函数表查出。erf（x）是单值函数，x 增大，erf（x）也难大。
式（6.97）为二进制 PCM 系统的误码率公式，它是在单极性情
(1) 输出噪声功率:
(2) 输入噪声功率与输出噪声功率的关系：
(3)
在
Si
、W m
和n 0
都相同的情况下，输出信噪比为:
结论: 除 AM 外，其他系统的噪声性能是相同的。这是由于在 AM 中，不携带消息的载波功率占了总功率的 50％以上。
信噪比增益 G 的概念: (1) 衡量解调器对输入信噪比的影响，定义为解调器输出信噪比与输入信 噪比之比，即:
性能的作用将会迅速下阵。实际上，门限效应是所有宽带系统改善
噪声性能的共同特性，在以后讨论的 PCM 系统中也会遇到这种现
象。
门
限值有
不同
通信原理 txt
通信原理 txt
通信原理是指在信息传递过程中所涉及到的基本原理和方法。
它涵盖了信号的产生、传输、接收和解码等方面，以及信道的特性、噪声的影响等内容。
在通信原理中，最基本的要素是信号。
信号是指传递信息的载体，可以是声音、光、电等形式。
信号的产生通常通过信号源完成，比如麦克风、摄像头、传感器等。
信号在传输过程中，需要经过信道。
信道是指信号传输的介质或传递路径，可以是电缆、无线信道等。
不同的信道具有不同的特性，比如带宽、传输速率、传播延迟等。
通信系统需要根据信道的特性来选择合适的调制和编码方式，以保证信号能够有效地传输。
在信号到达接收端之后，需要进行接收和解码。
接收端通常包括天线、接收器等组件，用于接收信号。
解码是指将接收到的信号转化为可理解的信息，比如将电信号转化为声音、图像等。
解码的过程需要根据信号的特点和编码方式来进行，比如对于数字信号，可以使用调制解调器进行解码。
在通信过程中，噪声是不可避免的。
噪声是指干扰信号传输和解码的外部因素，比如电磁干扰、信道衰落等。
通信系统需要采取一系列的方法来抵抗噪声的影响，比如使用码间距离大的编码方式、添加纠错码等。
总的来说，通信原理是现代通信系统设计的基础，它包括信号
的产生、传输、接收和解码等方面，以及信道的特性、噪声的影响等内容。
了解通信原理可以帮助我们更好地理解和设计各种通信系统。
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
什么是信道模型？
什么是信道模型？信道模型是通信领域中的关键概念之一。
它描述了在无线通信系统中，信号如何通过传输介质（如大气、海水、金属导线等）进行传播的过程。
信道模型对于理解和优化无线通信系统的性能具有重要意义。
接下来，我们将从三个方面来介绍信道模型。
一、信道传播的基本原理1. 外界噪声：在信道传播过程中，会受到来自外界的干扰和噪声。
这些噪声源包括大气电离层的效应、电磁辐射以及其他无线电设备的干扰。
通过对噪声特性的研究和建模，可以帮助我们更好地理解和处理这些噪声对通信质量的影响。
2. 多径效应：无线信号在传播过程中会经历多次反射、散射和绕射等现象，导致接收端接收到多个传播路径上的信号。
这就是所谓的多径效应。
由于不同路径的信号具有不同的传播延迟和相位差，会造成信号间的相互干扰和衰减。
深入研究多径效应的特性和建立合适的数学模型，有助于优化无线通信系统的设计和性能。
3. 信号衰减：信号随着距离的增加会逐渐衰减。
衰减的原因包括自由空间路径损耗、多径传播引起的功率损耗以及其他物理因素。
准确地描述和量化信号衰减的模型，可以帮助我们预测和补偿信号强度的变化，提高通信系统的覆盖范围和性能。
二、信道模型的分类1. 统计信道模型：统计信道模型是根据实际测量数据和统计规律建立的。
根据测量数据中的信号强度、信号衰减和相位等信息，通过数学模型来描述信道的统计特性。
统计信道模型的优势在于可以对多个传播环境和场景进行研究，并得到一种适用于广泛应用的信道模型。
2. 几何信道模型：几何信道模型将信道传播过程抽象为几何空间中的点和面的运动。
通过建立几何模型，可以计算信号传播的路径损耗、多径效应和信号衰减等参数。
几何信道模型适用于研究特定区域的信道传播特性，例如城市环境或室内场景。
三、信道模型的应用1. 通信系统设计：信道模型提供了一种理论和方法，可以指导无线通信系统的设计和优化。
通过准确地建立信道模型，可以预测信号质量、容量和传输速率等关键性能指标，从而选择合适的调制技术、编码方案和传输方式。
第三章信道与噪声
第三章信道与噪声通信原理电子教案第3章信道与噪声学习目标：信道的数学描述方法；恒参信道/随参信道及其传输特性；加性高斯白噪声；信道容量的概念。
重点难点：调制信道模型；编码信道模型；恒参信道对信号传输的影响；加性高斯白噪声；Shannon信道容量公式。
随参信道对信号传输的影响；起伏噪声；噪声等效带宽；连续信道的信道容量“三要素”。
随参信道特性的改善。
课外作业： 3-5，3-11，3-16，3-19，3-20本章共分4讲《通信原理》第九讲知识要点：信道等义、广义信道、狭义信道，调制信道和编码信道。
§3.1 信道定义与数学模型1、信道定义信道是指以传输媒质为基础的信号通道。
信道即允许信号通过，又使信号受到限制和损害。
研究信道的目的：建立传播预测模型；为实现信道仿真器提供基础。
狭义信道仅指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道；广义信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这种信道称为广义信道。
狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。
有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。
广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。
图3-1 调制信道和编码信道2、信道的数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。
下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。
1. 调制信道模型图3-2 调制信道模型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，可表示为信道单位冲击响应与输入信号的卷积，即或其中，依赖于信道特性。
对于信号来说，可看成是乘性干扰，而为加性干扰。
在实际使用的物理信道中，根据信道传输函数的时变特性的不同可以分为两大类：一类是基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道；另一类信道是传输函数随时间随机快变化，这类信道称为随机参量信道，简称随参信道。
通信原理实验二 白噪声信道实验
实验二 白噪声信道实验一、实验目的1、掌握用matlab 中高斯白噪声信道的产生方法。
2、掌握理想低通和高通白噪声的时频域特性。
3、掌握高斯白噪声对信号的影响。
4、掌握白噪声的消除方法。
二、实验步骤1、产生并分析理想低通高斯白噪声的时频特性，绘制其时频波形。
2、产生并分析理想带通高斯白噪声的时频特性，绘制其时频波形。
3、任意输入一个信号如()cos(2*15)s t t π=，绘制其时频域波形。
4、产生一个正态分布的高斯白噪声()n t ，绘制()()()r t s t n t =+的时频域波形。
5、将()()()r t s t n t =+通过带通滤波器，绘制通过带通滤波器后的时频域波形。
6、计算高斯白噪声信道的信噪比为-10dB 到10dB ，每2dB 递进，发送端信号为0、1时的误码率情况。
三、实验内容（1） 理想低通高斯白噪声的产生和分析程序：bt=0; %开始时间dt=0.01; %时间间隔N=1024; %傅立叶变换点数et=N*dt-dt; %结束时间t=bt:dt:et; %时间域TT=et-bt;df=1/TT; %频率间隔nt=-TT/2:dt:TT/2;Tf=N*df;f=-Tf/2+df: df :Tf/2;fh=10;ts=2*fh*sinc(2*fh*nt);figure(1);subplot(2,1,1); plot(nt,ts);title('低通理想白噪声时域');xlabel('时间(s)');axis([-1 1 min(ts) max(ts)]);grid on;tf=fftshift(fft(ts));subplot(2,1,2);plot(f,abs(tf));title('低通理想白噪声频域');xlabel('频率(Hz)');axis([-30 30 min(abs(tf)) max(abs(tf))]);grid on;（2）理想带通高斯白噪声的产生和分析程序：fs=20;B=10;ts=2*B*sinc(B*nt).*cos(2*pi*fs*nt);figure(2);subplot(2,1,1);plot(nt,ts);title('带通理想白噪声时域');xlabel('时间(s)');axis([-1 1 min(ts) max(ts)]);grid on;tf=fftshift(fft(ts));subplot(2,1,2);plot(f,abs(tf));title('带通理想白噪声频域');xlabel('频率(Hz)');axis([-30 30 min(abs(tf)) max(abs(tf))]); grid on;（3） 信号()cos(2*15)s t t π=，绘制其时频域波形程序：bt=0; %开始时间dt=0.01; %时间间隔N=4096; %傅立叶变换点数et=bt+N*dt-dt; %结束时间t=bt:dt:et; %时间域TT=et-bt; %总的时间nt=-TT/2:dt:TT/2;y = sin(2*pi*10*t); %待分析的信号df=1/TT; %频率间隔Tf=N*df %分析的频宽 f=-Tf/2+df:df:Tf/2; %频率域figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,y);title('信号');xlabel('时间(s)');axis([0 2 -1.1 1.1]);grid on;Y =fftshift(fft(y,N));subplot(2,1,2);plot(f,abs(Y));title('频谱');xlabel('频率(Hz)');axis([-30 30 min(abs(Y)) max(abs(Y))]);grid on;（4）()()()=+的时频域波形r t s t n t程序：bt=0; %开始时间dt=0.01; %时间间隔N=4096; %傅立叶变换点数et=bt+N*dt-dt; %结束时间t=bt:dt:et; %时间域TT=et-bt; %总的时间nt=-TT/2:dt:TT/2;y=sin(2*pi*10*t)+0.5*randn(1,length(t)); %待分析的信号df=1/TT; %频率间隔Tf=N*df %分析的频宽f=-Tf/2+df:df:Tf/2; %频率域plot(t,y);title('加噪信号');xlabel('时间(s)');axis([0 2 min(y) max(y)]);grid on;Y =fft(y,N);subplot(2,1,2);plot(f,abs(fftshift(Y)));title('加噪频谱');xlabel('频率(Hz)');axis([-30 30 min(abs(Y)) max(abs(Y))]);grid on;（5）()()()=+通过带通滤波器后的时频域波形r t s t n t程序：fs=10;B=2;pf=zeros(1,length(f));pf(length(f)/2+round((fs-B)/df):length(f)/2+round((fs+B)/df))=1;pf(length(f)/2-round((fs+B)/df):length(f)/2-round((fs-B)/df))=1;Y=Y.*fftshift(pf);y=ifft(Y);subplot(2,1,1);title('去噪信号');xlabel('时间(s)');axis([0 2 min(real(y)) max(real(y))]);grid on;subplot(2,1,2);plot(f,abs(fftshift(Y)));title('去噪频谱');xlabel('频率(Hz)');axis([-30 30 min(abs(Y)) max(abs(Y))]);grid on;（6）计算高斯白噪声信道的信噪比为-10dB到10dB，每2dB 递进，发送端信号为0、1时的误码率情况。
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(Ⅱ)信道噪声
窄带噪声：置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种
非所需的连续的已调正弦波。
起伏噪声： 包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和 宇宙噪声等。
讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别 是热噪声的影响。下面讨论热噪声和窄带噪声.
2
4.5 信道中的噪声
4.5 信道中的噪声
噪声：信道中存在的不需要的电信号。又称加 性干扰。
一、按噪声来源分类
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
1
4.5 信道中的噪声
二、按噪声性质分类
脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间
隔时间短得多。其频谱较宽。例如电火花.
Pn (f0)
Pn(f0) － 原噪声功率谱密度曲
线的最大值
接收滤波器特性
Pn(f)
噪声等 效带宽
利用噪声等效带宽的概念，在后面讨论
通信系统的性能时，可以认为窄带噪声
图4-19 噪声功率谱特性
的功率谱密度在带宽Bn内是恒定的。
5
1. 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）。
Pn(f) － 双边噪声功率谱密度
4
4.5 信道中的噪声
3.噪声等效带宽
Bn
Pn ( fቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)df 2Pn ( f0 )
通信原理分析
通信原理分析
通信原理是指在信息传输过程中所依赖的基本原理和方法。
它涉及到信息源、信号调制、信道传输、信号解调和信息接收等环节。
首先，信息源产生的信号经过信号调制变成适合传输的信号。
在信号调制过程中，通过改变信号的频率、幅度、相位等特性，将信息转换成高频信号，以便在信道中进行传输。
常用的调制方式包括调幅、调频和调相。
接下来，经过信道传输的信号可能会受到噪声的干扰和衰减。
噪声是由于各种原因引起的无用信号，它会使原始信号与传输信号混叠，导致信息失真。
为了减小噪声对信号的影响，可以采用增大信号功率、优化信道设计和使用编码纠错技术等方法。
在信号解调过程中，利用逆变换将传输信号恢复成原始信号。
根据之前信号调制的方式，可以选择相应的解调方式，如解调器、调制解调器等。
最后，经过信号解调后的信号被转换为可理解的信息，并交由信息接收者进行接收和处理。
接收端需要根据之前信息源产生信号的特性，逆向进行信息解码和还原。
通过以上的分析，我们可以明确通信原理中涉及到的重要环节和各个环节之间的关系。
这些基本原理和方法为信息传输提供了基础，同时也为通信技术的发展和应用提供了理论基础。
通信原理知识
通信原理知识
通信原理是指在传输信息时，通过信号的生成、编码、调制、调整及解码等过程，从发送端将信息通过信道传输到接收端，并从接收端恢复原始信息的技术原理和方法。
其核心目标是实现信息的可靠传输和高效传送。
在通信原理中，常见的技术原理包括：
1. 模拟通信原理：模拟通信是指将原始信息转换成连续变化的模拟信号，通过调制、放大、传输等步骤进行传输的通信方式。
常见的模拟调制技术有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）等。
2. 数字通信原理：数字通信是指将原始信息转换为离散的数字符号，通过编码、传输和解码等步骤进行传输的通信方式。
常见的数字调制技术有振幅调制（ASK）、频移键控（FSK）、
相移键控（PSK）和正交幅度调制（QAM）等。
3. 噪声及信道模型：通信过程会受到噪声和信道影响，因此了解噪声与信道的特性对通信原理至关重要。
噪声主要包括加性白噪声和信道噪声，信道模型则用于描述信号在信道中的传输特性。
4. 调制解调技术：调制解调技术是实现信号调制和解调的关键环节。
调制将原始信号转换为适合传输的信号，解调则将接收到的信号恢复为原始信号。
常见的调制解调技术有振幅调制解调、频移键控解调、相移键控解调和正交幅度调制解调等。
5. 误码控制：为了保证信息的可靠传输，通信系统常常采用纠错编码、交织技术和反馈控制等方法来进行误码控制。
这些技术可以提高通信系统的容错性，减小信道传输中出现的错误率。
综上所述，通信原理涉及信号的调制与解调、噪声与信道模型、误码控制等多个方面的知识。
深入理解通信原理对于设计和改进通信系统具有重要的意义。
通信原理第4章
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
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4.5 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。 12 Hz。 频率范围：均匀分布在大约 0 ～ 10 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（º K）； R － 阻值（）； B － 带宽（Hz）。 性质：高斯白噪声
4.2 无线信道--频带与电波传播
电子科技大学通信学院
12/52 12
4.2 无线信道--频带与电波传播
电子科技大学通信学院
13/52 13
4.2 无线信道
无线电视距中继信道
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4.2 无线信道
卫星中继信道
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4.2 无线信道
无线电广播与移动通信信道
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4.3 信道的数学模型
广义信道：从消息传输观点出发，把信道范围扩大（包含通信系统 中某些环节）以后定义的信道。常用于通信系统性能分析。
衰减随时间变化 时延随时间变化 多径效应：信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径
的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。
24
4.4 信道特性对信号传输的影响
产生多径效应的分析
多径传播示意图
25
4.4 信道特性对信号传输的影响
多径效应分析： 设 发射信号为 A cos0t 接收信号为
R(t)：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。
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接。
无线电波：绝大多数无线通信都采用无线 电波作为信号传输的载体。
无线电波频率资源划分表
几种主要无线信道
短波 地面微波接力 卫星通信
短波
短波是指频率为3～30MHz的无线电波。 短波的基本传播途径有两个：一个是地波，
一个是天波。短波的主要传播途径是天波。
信道的特点包括以下两个方面： （1）通信系统重要的传输环节； （2）通信系统中噪声的主要来源。
3.1.2
信道分类
根据信道的定义，如果信道仅是指信 号的传输媒质，这种信道称为狭义信道； 如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信 系统中的一些转换装置，这种信道称为广 义信道。
信道的分类
3.1.2
信道分类
优点：传输损耗低 缺点：易受气候和天气的影响，并且对外
界噪声干扰较敏感 。明线现已逐步淘汰。
双绞线
概念：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 （也称为对称电缆）。
绞合目的：将线对绞合起来是为了减轻同 一根电缆内的相邻线对之间的串扰，且相 邻线对通常具有不同的绞合长度。
75欧姆的粗缆：粗缆（宽带同轴电缆）用 于宽带信号传输，可以用于数字/模拟信号 传输系统，如CATV有线电视信号传输，能 够同时传输几百套电视节目。
同轴电缆实物
同轴电缆优缺点
优点： 与外界间相互干扰小（外导体接地，屏蔽 作用）；带宽大。
缺点： 成本较高（与双绞线比较）。
光纤
概念：光导纤维(简称光纤)是光纤通信系统 的传输介质。是一种纤细（2~125μm）柔 韧能够传导光线的介质（光导纤维），以 光波作为载波的信道。
结构：光纤呈圆柱形，由纤芯、包层和护 套三部分组成。
光纤实物内部结构图
光纤优缺点
优点： 低传输损耗（长距离无中继），高带宽 （容量大），抗干扰能力强等。
缺点： 成本较高（完整系统），部分器件技术问 题尚需解决。
无线信道
无线信道主要由无线电波和光波作为传输 载体。
光波：在光波中，红外线、激光是常用的 信号载体。
4类：4类UTP因标准的推出比3类晚，而传输 性能与3类UTP相比并没有提高多少，所以一 般较少使用
5类：五类UTP因价廉质优而成为快速以太网 (100Mbps)的首选介质
超5类：超五类UTP的用武之地是千兆位以太 网(1000Mbps)。
各类非屏蔽双绞线电气特性
电缆类 数据速率 型 （Mbit/s）
6类UTP 550 16Mbit/s以上令牌环网、100Mbit/s以太网数据传输、 600Mbit/s以上的全息图像
7类UTP 1000 吉比特以太网数据传输
8类UTP 1000 吉比特以太网数据传输
9类UTP 10000 10吉比特以太网数据传输
双绞线优缺点
优点：由于其结构上的双绞特点，与外界 间相互干扰小（抗电磁干扰）； 带宽较宽， 传输特性比较稳定。
用
途
1类UTP
2.4
模拟电话线/数字电话线
2类UTP
4
数字电话线/ISDN和T1线路
3类UTP
16
4Mbit/s令牌环网、10BAST-T以太网数据传输、ISDN数字
话音线路
4类UTP
20
16Mbit/s令牌环网和10BAST-T以太网
5类UTP 100 16Mbit/s以上令牌环网、10～100Mbit/s以太网数据传输
双绞线实物及内部结构图
双绞线
双绞线又分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双 绞线STP。
除某些特殊场合(如受电磁辐射严重、对传 输质量要求较高等)在布线中使用STP外， 一般情况下我们都采用UTP。
UTP与STP
UTP
STP
UTP分类
3类：3类UTP用于传统电话线，另外还用于 10Mbps以太网，是早期网络中重要的传输介 质
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 ～ 600 km
60 km
10 km 0 km
电离层
平பைடு நூலகம்层 对流层 地面
电磁波传播：地波、天波、视距传播
电离层 60~600 km
地球
平流层
对流层 0~10 km
多径传播
多径传播：电波经由不同的路径到达接收点。 多径传播有以下几种形式:
短波优缺点、应用
优点：
抗毁能力和自主通信能力强； 在山区、戈壁、海洋等地区，主要依靠短波； 运行成本低。
缺点：
稳定性较差，噪声较大。
应用：
广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等 方面。
地面微波接力
概念：由于微波是按照近似直线的方式进 行传播的，如果两个站点间相距太远，那 么地球本身就会阻碍电磁的传输，因此在 中间每隔一段距离就需要安装一个中继器 来使电磁波传输得更远。
(1) 电波从电离层的一次反射和多次反射； (2) 电离层反射区高度所形成的细多径； (3) 地球磁场引起的寻常波和非寻常波； (4) 电离层不均匀性引起的散射现象。
A (a)
B
A
(b)
B
A (c)
A
B
(d ) B
图 3 - 16 (a) 一次反射和两次反射； (b) 反射区高度不同；
(c) 寻常波与非寻常波； (d) 散射现象
1 狭义信道 2 广义信道
狭义信道
有线信道包括架空明线、对称电缆、同 轴电缆及光纤等。
无线信道包括短波、地面微波接力、卫 星通信等。
狭义信道是广义信道十分重要的组成部 分，通信效果的好坏，在很大程度上将依赖 于狭义信道的特性。
有线信道
明线 双绞线（对称电缆） 同轴电缆 光导纤维
明线
概念：架空明线是指平行而相互绝缘的架 空裸线线路。
3.1 信道概念及分类
3.1.1 信道概念 3.1.2 信道分类
3.1.1
信道概念
通俗地说，信道指以传输介质为基础的信 号通路。
具体地说，信道一般指由有线或无线电线 路提供的信号通路。
抽象地说，信道实质是一段频带，允许信 号通过，同时又给信号以限制和损害。
信道特性的好坏直接影响通信系统的总特性
信道特点
缺点：双绞线的传输损耗比明线大得多。
同轴电缆 概念：同轴电缆由同轴的两个导体构成，外 导体是一个圆柱形的空管（在可弯曲的同轴 电缆中，它可以由金属丝绝编缘织体 而成），内导 体是金属线（芯线）。
塑料外皮 外层导体（屏蔽层） 内层导体 (a)
芯
同轴电缆分类
50欧姆的细缆：细缆（基带同轴电缆）用 于基带信号传输，主要用于数字信号传输 系统。