通信原理——第四章
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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)
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
1
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。
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。
通信原理第四章ppt课件
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
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
通信原理第四章word版
第四章.连续时间信号与系统频域分析一.周期信号的频谱分析1. 简谐振荡信号是线性时不变系统的本征信号：()()()()()j tj t j tj y t eh t eh d ee h d ωωτωωτττττ∞∞---∞-∞=*==⋅⎰⎰简谐振荡信号傅里叶变换：()()j H j e h d ωτωττ∞--∞=⎰点 测 法： ()()j t y t e H j ωω=⋅ 2.傅里叶级数和傅里叶变换3.荻里赫勒（Dirichlet ）条件（只要满足这个条件信号就可以用傅里叶级数展开）○1()f t 绝对可积，即00()t T t f t dt +<∞⎰○2()f t 的极大值和极小值的数目应有限 ○3()f t 如有间断点，间断点的数目应有限4.周期信号的傅里叶级数5.波形对称性与谐波特性的关系6.周期矩形脉冲信号7.线性时不变系统对周期信号的响应一般周期信号：()jn tnn F ef t ∞Ω=-∞=∑系统的输出 ：()()jn tnn F H jn t e y t ∞Ω=-∞Ω=∑ 二.非周期信号的傅里叶变换（备注）二.非周期信号的傅里叶变换1.连续傅里叶变换性质2.常用傅里叶变换对四.无失真传输1.输入信号()f t 与输出信号()f y t 的关系 时域： ()()f d y t kf t t =-频域：()()dj t f Y ke F ωωω-=2.无失真传输系统函数()H ω ()()()d f j t Y H ke F ωωωω-==无失真传输满足的两个条件：○1幅频特性：()H k ω= （k 为非零常数） 在整个频率范围内为非零常数 ○2相频特性：ϕ()d t ωω=- （ 0d t > ）在整个频率范围内是过坐标原点的一条斜率为负的直线3. 信号的滤波：通过系统后 ○1产生“预定”失真○2改变一个信号所含频率分量大小 ○3全部滤除某些频率分量 4.理想低通滤波器不存在理由：单位冲击响应信号()t δ是在0t =时刻加入滤波器 的，而输出在0t <时刻就有了，违反了因果律5.连续时间系统实现的准则时 域 特 性 ： ()()()h t h t u t =（因果条件） 频 域 特 性 ： 2()H d ωω∞-∞<∞⎰佩利-维纳准则（必要条件）：22()1H d ωωω∞-∞<∞+⎰五.滤波。
《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。
精品课件-通信原理(第二版)(黄葆华)-第4章
y(t) kx(t td )
(4-3-1)
式中，k和td均为常数，k是衰减（或放大）系数，td为固定的 时延。
第4章 信道
对上式进行傅氏变换，得到
Y ( f ) F y(t) F kx(t td ) k X ( f )e j2 ftd
因此，传输特性为
H ( f ) Y ( f ) k e j2 ftd H ( f ) e j( f ) X( f )
第4章 信道
调制信道的共性如下： (1) 有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端。 (2) 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理。 (3) 信号通过信道具有一定的延迟时间，而且它还会受到固 定的或时变的损耗。 (4) 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的噪 声输出。 根据上述共性，我们可以用一个二对端(或多对端)的时变线 性网络来表示调制信道，该网络称为调制信道模型，如图4.2.2所 示。
P(0 / 0) 1 P(1/ 0)
P(1/1) 1 P(0 /1)
Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
第4章 信道
图4.2.3 二进制编码信道模型
第4章 信道
4.3 恒参信道特点及其对信号传输的影响
1.无失真传输 无失真传输是指信号通过信道后波形形状并未发生改变， 即输出信号的波形与输入信号波形相比只是成比例地缩小（或 放大）和时间上的延迟。因此，无失真传输时，输入输出信号
(4－3－2)
式(4－3－2)表明，要保证信号通过信道不产生失真，信道传 输特性必须具备下列两个条件：
（1）幅频特性为一条水平直线，即|H(f)|=k（常数）。
第4章 信道
（2）相频特性是一条通过原点且斜率为2πtd的直线， 或者其群时延特性是一条水平直线(常数)。即
《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)
通信原理第4章 数字基带传输
其功率谱示意图如图（b）中实线所示。
2020/1/25
第4章 数字基带传输
16
4.3 数字基带传输系统及码间干扰
数字基带传输系统模化为
其中
d(t) bk (t kTs )
k
H( f ) HT ( f )HC ( f )HR ( f )
h(t) F 1[H ( f )] H ( f )e j2 ft df
14
4.2 数字基带信号的功率谱分析
【例4-2】试分析下图a）所示双极性全占空矩形脉冲序列 的功率谱。设“１”、“0”等概。
2020/1/25
第4章 数字基带传输
15
4.2 数字基带信号的功率谱分析
AMI码数字基带信号如下图（a）所示，“1”、“0”等 概，则其功率谱表达式为 P( f ) A2Ts Sa2 ( fTs ) sin2 ( fTs )
y(t) bk h(t kTs ) nR (t) k
研究表明，影响系统正确接收的 因素有两个： ① 码间干扰（Inter-Symbol
Interference—ISI）
② 信道中的噪声
2020/1/25
第4章 数字基带传输
17
4.3 数字基带传输系统及码间干扰
2020/1/25
第4章 数字基带传输
1
第4章 数字基带传输
将输入数字信号 变换成适合信道 传输的信号
低通型 信道
滤除噪声和 校正信道引 起的失真
输入
a
码型
发送
变换 b 滤波器
信道
c
定时脉冲
噪声 n(t)
接收 d
滤波器
取样 判决
2020/1/25
第4章 数字基带传输
16
4.3 数字基带传输系统及码间干扰
数字基带传输系统模化为
其中
d(t) bk (t kTs )
k
H( f ) HT ( f )HC ( f )HR ( f )
h(t) F 1[H ( f )] H ( f )e j2 ft df
14
4.2 数字基带信号的功率谱分析
【例4-2】试分析下图a）所示双极性全占空矩形脉冲序列 的功率谱。设“１”、“0”等概。
2020/1/25
第4章 数字基带传输
15
4.2 数字基带信号的功率谱分析
AMI码数字基带信号如下图（a）所示，“1”、“0”等 概，则其功率谱表达式为 P( f ) A2Ts Sa2 ( fTs ) sin2 ( fTs )
y(t) bk h(t kTs ) nR (t) k
研究表明，影响系统正确接收的 因素有两个： ① 码间干扰（Inter-Symbol
Interference—ISI）
② 信道中的噪声
2020/1/25
第4章 数字基带传输
17
4.3 数字基带传输系统及码间干扰
2020/1/25
第4章 数字基带传输
1
第4章 数字基带传输
将输入数字信号 变换成适合信道 传输的信号
低通型 信道
滤除噪声和 校正信道引 起的失真
输入
a
码型
发送
变换 b 滤波器
信道
c
定时脉冲
噪声 n(t)
接收 d
滤波器
取样 判决
通信原理第四章
• 2、调幅（AM）信号 如果输入的基带信号带有直流分量，h(t) 是理想理想低通滤波器，得到的输出信 号是有载波分量的双边带信号，表示为：
m(t) m0 m(t)
如果满足m0＞∣m,(t) ∣max 调幅（AM）信号
其时域与频域的表示为：
Sm (t) m(t) cosc
m0 m(t)cosc
c f
3 108 20 103
1.5 104 (m)
式中，λ为波长（m）；c为电磁波传播速度 （光速）（m/s）；f为音频（Hz）。
• 可见，要将音频信号直接用天线发射出 去，其天线几何尺寸即便按波长的百分 之一取也要150米高（不包括天线底座或 塔座）。因此，要想把音频信号通过可 接受的天线尺寸发射出去，就需要想办 法提高欲发射信号的频率（频率越高波 长越短）
Sm
()
1 2
M
(
c
)
M
(
c
)H
()
• 确定H（ω）
•从接收端入手
•VSB信号的解调和SSB信号一样不能用包络 检波，而要采用相干解调法
•通过解调的公式推导说明残留边带滤波器 的传输函数在载频附近必须具有互补对称 特性
• Sm(t)
LPF
m(t)
•
S (t ) =cosωct
－c 0
c
(f) 已 调 信 号 频 谱
调幅AM示意图
• 3、单边带（SSB）信号
从上述的双边带调制（AM和DSB）中可知，上 下两个边带是完全对称的，即两个边带所包含 的信息完全一样。那么在传输时，实际上只传 输一个边带就可以了，而双边带传输显然浪费 了一个边带所占用的频段，降低了频带利用率。 对于通信而言，频率或频带是非常宝贵的资源。 因此，为了克服双边带调制这个缺点，人们又 提出了单边带调制的概念。
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
通信原理第四章
3/169 12:07
第 4章模拟调制系统
4.1幅度调制（线性调制）的原理
定义： 幅度调制：用调制信号去控制高频载波的振
幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。 幅度调制器的通用模型如图 4 - 1 所示。
4/169 12:07
m(t)
×
h(t)
sm(t)
cos ω ct
图 4 - 1幅度调制器的一般模型
6
由 于 ： x (t )e jωct ⇔ X (ω − ω c )
1 [δ (t ) + j ] ⇔ u (ω )
2
πt
⇒
sUSB(t)
=
1[m(t)*(δ 4
(t)
+
j πt
)]e
jωct
+
1 [m(t) *(δ 4
(t)
−
j πt
)]e−
jωct
= 1[m(t) + jmˆ (t)]ejωct + 1[m(t) − jmˆ (t)]e−jωct
如图4 - 7所示。
38/169 12:07
1 m(t) 2
t
Hh(ω)
1 2
m(t)
£π -2
± sSSB(t)
sSSB
(t)
=
1 2
m(t)
cos ωct
∓
1 2
mˆ
(t) sin
ωct
1 2
mˆ (t)
sin
ωct
图 4 –7 相移法形成单边带信号
39/169 12:07
cosωct
25/169 12:07
DSB调制结论： 1. 由频谱结构可知，发射信号没有载波分
第 4章模拟调制系统
4.1幅度调制（线性调制）的原理
定义： 幅度调制：用调制信号去控制高频载波的振
幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。 幅度调制器的通用模型如图 4 - 1 所示。
4/169 12:07
m(t)
×
h(t)
sm(t)
cos ω ct
图 4 - 1幅度调制器的一般模型
6
由 于 ： x (t )e jωct ⇔ X (ω − ω c )
1 [δ (t ) + j ] ⇔ u (ω )
2
πt
⇒
sUSB(t)
=
1[m(t)*(δ 4
(t)
+
j πt
)]e
jωct
+
1 [m(t) *(δ 4
(t)
−
j πt
)]e−
jωct
= 1[m(t) + jmˆ (t)]ejωct + 1[m(t) − jmˆ (t)]e−jωct
如图4 - 7所示。
38/169 12:07
1 m(t) 2
t
Hh(ω)
1 2
m(t)
£π -2
± sSSB(t)
sSSB
(t)
=
1 2
m(t)
cos ωct
∓
1 2
mˆ
(t) sin
ωct
1 2
mˆ (t)
sin
ωct
图 4 –7 相移法形成单边带信号
39/169 12:07
cosωct
25/169 12:07
DSB调制结论： 1. 由频谱结构可知，发射信号没有载波分
通信原理第4章
第4章 信源编码
1. 概述 � 2. 脉冲编码调制 � 3. 增量调制 � 4. 差分脉码调制 � 5. 其他编码技术 � 6. 各种编码技术的应用
�
1
4.1 概述
�
与模拟通信相比，数字通信有许多优点，是当今通信的 发展方向。
� �
如何利用数字通信系统来传输模拟信号？ 模/数变换：脉冲编码调制（PCM） 处理过程： 抽样、量化、编码。
29
（2）非均匀量化的方法
�
非均匀量化的量化间隔与信号的大小有关。当信号 幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；当信号 幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大。 实现非均匀量化的方法有两种： 直接非均匀编解码法 模拟压扩法（应用比较多）
� � �
30
�
(A) 直接非均匀量化 (小信号量化区间小 ,大信号量化区间大 )
�
8
PCM信号形成过程示意图
9
4.2.1 抽样
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。
图 抽样的输入与输出
关于抽样需要考虑两个问题： 第一，由抽样信号完全恢复出原始的模拟信号，对和抽 样频率有什么限制条件？ 第二，如何从抽样信号还原？
10
1.低通信号的抽样定理
11
�
模 拟 信 源 编 码 数字传 输系统 译 码 收 端
模拟信号数字化传输的系统框图
2
信源编码目的：压缩信源产生的冗余信息，减少传递不 必要信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。
�
模拟信号数字化后，再进行传输的方式分两类： 一、脉冲编码调制（PCM）通信； 二、增量调制 ∆M 通信
3
几种信源编码方法 波形编码：特点是利用抽样定理，恢复原始信号的 波形。如PCM等。 信源 编码 方法 参数编码：提取语音的一些特征信息进行编码，在 收端利用这些特征参数合成语声； 混合型编码：波形编码和参数型编码方式的混合。
1. 概述 � 2. 脉冲编码调制 � 3. 增量调制 � 4. 差分脉码调制 � 5. 其他编码技术 � 6. 各种编码技术的应用
�
1
4.1 概述
�
与模拟通信相比，数字通信有许多优点，是当今通信的 发展方向。
� �
如何利用数字通信系统来传输模拟信号？ 模/数变换：脉冲编码调制（PCM） 处理过程： 抽样、量化、编码。
29
（2）非均匀量化的方法
�
非均匀量化的量化间隔与信号的大小有关。当信号 幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；当信号 幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大。 实现非均匀量化的方法有两种： 直接非均匀编解码法 模拟压扩法（应用比较多）
� � �
30
�
(A) 直接非均匀量化 (小信号量化区间小 ,大信号量化区间大 )
�
8
PCM信号形成过程示意图
9
4.2.1 抽样
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。
图 抽样的输入与输出
关于抽样需要考虑两个问题： 第一，由抽样信号完全恢复出原始的模拟信号，对和抽 样频率有什么限制条件？ 第二，如何从抽样信号还原？
10
1.低通信号的抽样定理
11
�
模 拟 信 源 编 码 数字传 输系统 译 码 收 端
模拟信号数字化传输的系统框图
2
信源编码目的：压缩信源产生的冗余信息，减少传递不 必要信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。
�
模拟信号数字化后，再进行传输的方式分两类： 一、脉冲编码调制（PCM）通信； 二、增量调制 ∆M 通信
3
几种信源编码方法 波形编码：特点是利用抽样定理，恢复原始信号的 波形。如PCM等。 信源 编码 方法 参数编码：提取语音的一些特征信息进行编码，在 收端利用这些特征参数合成语声； 混合型编码：波形编码和参数型编码方式的混合。
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
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
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发送设备 发送端 恒参信道 接收设备 接收端
发送信号——接收信号的关系为： （1）只有幅度大小和出 现先后的不同 （2）波形没有畸变 表达式：
s(t)
恒参信道作用
r(t)
0
发送信号 t
0
td
接收信号
r (t ) Ks(t td )
t
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
恒参信道 特性
指传输特性随时间随机快变的信道。
短波电离层反射信道
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
随参信道
衰减随时间变化 时延随时间变化 多径传播
无线通信信道是随参信道的典型实例：
无线信道的衰落分为大尺度衰落和小尺度衰落
衰落特性可以描述为： r (t )
m(t ) r0 (t )
偿。
无论幅频失真、相频失真均属于线性失真，可以用一个线性网络进行补 此外还存在非线性失真，频率偏移、相位抖动等失真因素，会引起信号 的非线性码间干扰，使得模拟和数字通信系统的解调性能下降，对高速 数据通信系统的性能影响比较大。
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
随参信道 特性及其对信号传输的影响
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
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
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
课件制作：曹丽娜
§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
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
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
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
对称电缆
有线信道
由多对 双绞线组成
第4章
信 道
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
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
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
本章内容:
信道分类
第4章 信道
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
m(t )：大尺度衰落，随时间和位移缓慢变化 r0 (t )：小尺度衰落，随时间和位移快速变化 r (t )： 信道的衰落因子
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
3. 多径效应
— 多经传播的影响
发送信号经过反射、散射、绕射传播到接收机，这些经不同途径的信号在 接收机处叠加，导致接收信号发生剧烈变化——多径效应
H ( ) 幅频特性
( ) ~ 相频特性
H () K
幅频特性
2. 无失真传输（恒参信道）
H () Ke
西安电子科技大学 通信工程学院
jtd
( ) td 相频特性
课件制作：曹丽娜
恒参信道
H () K
幅频特性
表明
( ) t d ( ) d ( ) td d 相频特性
幅频失真信道
0
t
r (t ) r1 (t ) r2 (t )
0
t
0
相邻码元之间发生重叠
西安电子科技大学 通信工程学院
t
即：接收信 号发生畸变
课件制作：曹丽娜
3. 失真 影响 措施
恒参信道
相频失真： td 群迟延失真:
( ) td
相频无失真信道
( ) td
信道噪声
信道容量
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
概述
信道的定义与分类
按照传输媒介的不同
无线信道 ——自由空间或大气层 有线信道 ——明线、电缆、光纤
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
编 码 器
调 制 器
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
有线信道
优点
缺点
应用
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§4.3
信道数学模型
调制信道 ——研究调制/解调问题 编码信道 ——研究编码/译码问题
按照系统模型中研究对象的不同：
西安电子科技大学 通信工程学院
接收 天线
line-of-sight
h
发射 天线
d
频率： > 30 MHz
特性：直线传播、穿透电离层
用途：卫星和外太空通信 超短波及微波通信 距离：与天线高度有关
r
r
视线传播方式
例如
D D h ( m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
西安电子科技大学 通信工程学院
2
2
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
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
3. 失真 影响 措施
恒参信道
幅频失真： H () K 即幅频特性在信号的频带范围内不是常数 r (t ) r1 (t ) r2 (t ) H () K
幅频无失真信道
s(t ) s1 (t ) s2 (t )
H () K
（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）
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
课件制作：曹丽娜
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
地球
对流层散射通信
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
无线信道
流星余迹散射
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
西安电子科技大学 通信工程学院
西安电子科技大学 通信工程学院
§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，
其输入和输出都是离散信号（数字序
列）
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
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
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
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
光纤
有线信道
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
r (t ) r1 (t ) r2 (t )
s(t ) s1 (t ) s2 (t )
相频失真信道
0
t
( ) td r (t ) r1 (t ) r2 (t )
0
t
0
西安电子科技大学 通信工程学院
t
课件制作：曹丽娜
接收信号同 样发生畸变
恒参信道 特性及其对信号传输的影响 恒参信道
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
§4.4
恒参/随参信道特性 对信号传输的影响
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
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…
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
jtd
频域表达式：
H () Ke
IFT
h(t ) K (t td )
即：此时信道的冲激响 应也是冲激函数，只是 强度变化了K倍，延迟 了时间td
若输入信号为s(t)，则理想恒参信道的输出:
so (t ) K s(t td )
固定的迟延 固定的衰减
—— 这种情况称为无失真传输
西安电子科技大学 通信工程学院
衡量该信道优劣的重要参数指标：
e P(0) P(1/ 0) 误码率： P
正确
错误
P(1) P(0 /1) 课件制作：曹丽娜
模型：
0 0
四进制 无记忆 编码信道
发 1 送 端
2
1 接
2
收 端
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。
非屏蔽双绞线(UTP)
（便宜、易弯曲、易安装）
发送信号——接收信号的关系为： （1）只有幅度大小和出 现先后的不同 （2）波形没有畸变 表达式：
s(t)
恒参信道作用
r(t)
0
发送信号 t
0
td
接收信号
r (t ) Ks(t td )
t
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
恒参信道 特性
指传输特性随时间随机快变的信道。
短波电离层反射信道
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课件制作：曹丽娜
随参信道
衰减随时间变化 时延随时间变化 多径传播
无线通信信道是随参信道的典型实例：
无线信道的衰落分为大尺度衰落和小尺度衰落
衰落特性可以描述为： r (t )
m(t ) r0 (t )
偿。
无论幅频失真、相频失真均属于线性失真，可以用一个线性网络进行补 此外还存在非线性失真，频率偏移、相位抖动等失真因素，会引起信号 的非线性码间干扰，使得模拟和数字通信系统的解调性能下降，对高速 数据通信系统的性能影响比较大。
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课件制作：曹丽娜
随参信道 特性及其对信号传输的影响
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
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课件制作：曹丽娜
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
课件制作：曹丽娜
§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
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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
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对称电缆
有线信道
由多对 双绞线组成
第4章
信 道
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
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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
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课件制作：曹丽娜
本章内容:
信道分类
第4章 信道
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
m(t )：大尺度衰落，随时间和位移缓慢变化 r0 (t )：小尺度衰落，随时间和位移快速变化 r (t )： 信道的衰落因子
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3. 多径效应
— 多经传播的影响
发送信号经过反射、散射、绕射传播到接收机，这些经不同途径的信号在 接收机处叠加，导致接收信号发生剧烈变化——多径效应
H ( ) 幅频特性
( ) ~ 相频特性
H () K
幅频特性
2. 无失真传输（恒参信道）
H () Ke
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jtd
( ) td 相频特性
课件制作：曹丽娜
恒参信道
H () K
幅频特性
表明
( ) t d ( ) d ( ) td d 相频特性
幅频失真信道
0
t
r (t ) r1 (t ) r2 (t )
0
t
0
相邻码元之间发生重叠
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t
即：接收信 号发生畸变
课件制作：曹丽娜
3. 失真 影响 措施
恒参信道
相频失真： td 群迟延失真:
( ) td
相频无失真信道
( ) td
信道噪声
信道容量
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概述
信道的定义与分类
按照传输媒介的不同
无线信道 ——自由空间或大气层 有线信道 ——明线、电缆、光纤
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
编 码 器
调 制 器
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
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有线信道
优点
缺点
应用
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§4.3
信道数学模型
调制信道 ——研究调制/解调问题 编码信道 ——研究编码/译码问题
按照系统模型中研究对象的不同：
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接收 天线
line-of-sight
h
发射 天线
d
频率： > 30 MHz
特性：直线传播、穿透电离层
用途：卫星和外太空通信 超短波及微波通信 距离：与天线高度有关
r
r
视线传播方式
例如
D D h ( m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
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2
2
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
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3. 失真 影响 措施
恒参信道
幅频失真： H () K 即幅频特性在信号的频带范围内不是常数 r (t ) r1 (t ) r2 (t ) H () K
幅频无失真信道
s(t ) s1 (t ) s2 (t )
H () K
（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）
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
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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
地球
对流层散射通信
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无线信道
流星余迹散射
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
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§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，
其输入和输出都是离散信号（数字序
列）
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
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
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
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光纤
有线信道
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
r (t ) r1 (t ) r2 (t )
s(t ) s1 (t ) s2 (t )
相频失真信道
0
t
( ) td r (t ) r1 (t ) r2 (t )
0
t
0
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t
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接收信号同 样发生畸变
恒参信道 特性及其对信号传输的影响 恒参信道
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§4.4
恒参/随参信道特性 对信号传输的影响
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课件制作：曹丽娜
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…
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
jtd
频域表达式：
H () Ke
IFT
h(t ) K (t td )
即：此时信道的冲激响 应也是冲激函数，只是 强度变化了K倍，延迟 了时间td
若输入信号为s(t)，则理想恒参信道的输出:
so (t ) K s(t td )
固定的迟延 固定的衰减
—— 这种情况称为无失真传输
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衡量该信道优劣的重要参数指标：
e P(0) P(1/ 0) 误码率： P
正确
错误
P(1) P(0 /1) 课件制作：曹丽娜
模型：
0 0
四进制 无记忆 编码信道
发 1 送 端
2
1 接
2
收 端
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。
非屏蔽双绞线(UTP)
（便宜、易弯曲、易安装）