第四章---信--道學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第四章第四章-信信-道道第一頁(yè)，共49頁(yè)。第1頁(yè)/共49頁(yè)第二頁(yè)，共49頁(yè)。第2頁(yè)/共49頁(yè)第三頁(yè)，共49頁(yè)。第3頁(yè)/共49頁(yè)第四頁(yè)，共49頁(yè)。線(xiàn)性信道(xn do)：eo(t) = fei(t)+n(t)= h(t)*ei(t)+n(t) ei(t)：模擬(mn)已調(diào)信號(hào)或數(shù)字已調(diào)信號(hào)。f ：線(xiàn)性失真，非線(xiàn)性失真，損耗，時(shí)變特性等。n(t)： 加性噪聲單輸入單輸出(shch)信道：恒參信道：如果信道參數(shù)不隨時(shí)間t變化或基本不變化, 則稱(chēng)恒參信 道; 如電纜、光纜、無(wú)線(xiàn)視距信道、衛(wèi)星中繼信道等。隨參信道：如果信道參數(shù)是隨機(jī)快變化的,則稱(chēng)信道為隨參信道。 如電離層反射信道、對(duì)流層散射信道

2、。 ei（t）f .eo(t) = fei(t)+n(t) n(t)第4頁(yè)/共49頁(yè)第五頁(yè)，共49頁(yè)。1.無(wú)記憶信道:(信道內(nèi)只存在起伏噪聲)特點(diǎn)：任意一個(gè)碼元的差錯(cuò)與前后碼元的差錯(cuò)不發(fā)生(fshng)任何依賴(lài)關(guān)系。2.有記憶信道:(信道內(nèi)除起伏噪聲外,還存在衰落效應(yīng)等)特點(diǎn)：信號(hào)的傳輸與前后碼元有依賴(lài)關(guān)系,需用馬爾科夫鏈描述。 第5頁(yè)/共49頁(yè)第六頁(yè)，共49頁(yè)。p(0/0)p(0/1)p(1/0)p(1/1)0101xy轉(zhuǎn)移概率矩陣：p(yj / xi)= p(0/0) p(1/0) p(0/1) p(1/1) pe=p(0)p(1/0)+p(1)p(0/1) 0101xye-1e-1eep

3、(yj / xi)= 1 1- pe=第6頁(yè)/共49頁(yè)第七頁(yè)，共49頁(yè)。第7頁(yè)/共49頁(yè)第八頁(yè)，共49頁(yè)。第8頁(yè)/共49頁(yè)第九頁(yè)，共49頁(yè)。第9頁(yè)/共49頁(yè)第十頁(yè)，共49頁(yè)。ei（t）h(t)eo(t)=ei(t)*h(t)+n(t)n(t)式中H（）是信道傳輸特性(txng)函數(shù) 第10頁(yè)/共49頁(yè)第十一頁(yè)，共49頁(yè)。dtjke)(H-群遲延(chyn)的含義：相位頻率特性的導(dǎo)數(shù)，即 ：)()(dttkth-若輸入信號(hào)(xnho)為ei(t),則理想恒參信道的輸出為：)()(0dittkete-理想恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯牵海?）對(duì)信號(hào)在幅度上產(chǎn)生固定的衰減；（2）對(duì)信號(hào)在時(shí)間上產(chǎn)生固定的

4、遲延。第11頁(yè)/共49頁(yè)第十二頁(yè)，共49頁(yè)。30011002900 頻率（HZ）衰耗dB典型(dinxng)的音頻電話(huà)信道的相對(duì)衰耗對(duì)信號(hào)的影響：不均勻衰耗使傳輸信號(hào)的幅度(fd)隨頻率發(fā)生畸變，引起信號(hào)波形失真。若是數(shù)字傳輸，引起相鄰碼元波形在時(shí)間上的重疊（碼間干擾）。第12頁(yè)/共49頁(yè)第十三頁(yè)，共49頁(yè)。第13頁(yè)/共49頁(yè)第十四頁(yè)，共49頁(yè)。例：2ASK系統(tǒng)(xtng)調(diào)制器調(diào)制(tiozh)信道(xn do)包絡(luò)檢波抽樣判決2ASKSi(t)r(t)mo(t)m(t)cp(t)100m(t)2ASKSi(t)r(t)cp(t)110mo(t)門(mén)限ttttt 2ASK頻譜范圍無(wú)限，通過(guò)信道

5、后失真碼間串?dāng)_ 收、發(fā)濾波器合理設(shè)計(jì)，可使碼間串?dāng)_為零。第14頁(yè)/共49頁(yè)第十五頁(yè)，共49頁(yè)。四、克服(kf)措施： 模擬通信： 頻域均衡，使信道、均衡器聯(lián)合頻率特性在信號(hào)頻率范圍內(nèi)無(wú)畸變。 數(shù)字通信： 合理設(shè)計(jì)收、發(fā)濾波器，消除信道產(chǎn)生的碼間串?dāng)_。信道特性緩慢變化時(shí)，用時(shí)域均衡器，使碼間串?dāng)_降到最小且可自適應(yīng)信道特性變化。第15頁(yè)/共49頁(yè)第十六頁(yè)，共49頁(yè)。第16頁(yè)/共49頁(yè)第十七頁(yè)，共49頁(yè)。第17頁(yè)/共49頁(yè)第十八頁(yè)，共49頁(yè)。問(wèn)題：為什么遠(yuǎn)距離HF無(wú)線(xiàn)電廣播(gungb)在太陽(yáng)黑子活動(dòng)的 高峰期時(shí)效果更好？第18頁(yè)/共49頁(yè)第十九頁(yè)，共49頁(yè)。ABabcd收發(fā)天線(xiàn)共 同照射區(qū) a、b

6、、c、d散射體，由小氣團(tuán)組成，每個(gè)小氣團(tuán)都是一個(gè)二次輻射源，它們組成一個(gè)散射體。第19頁(yè)/共49頁(yè)第二十頁(yè)，共49頁(yè)。問(wèn)題：為什么在實(shí)際(shj)通信中并不廣泛使用對(duì)流層通道？第20頁(yè)/共49頁(yè)第二十一頁(yè)，共49頁(yè)。4. 7 隨參信道及其對(duì)信號(hào)(xnho)傳輸?shù)挠绊?).,2 ,1( )(cos)()(1NitttutRNiioi-ui(t)第i條路徑的接收信號(hào)振幅 -第i條路徑的接收信號(hào)傳輸時(shí)延)(ti第21頁(yè)/共49頁(yè)第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。)(cos)(sin)(cos)(sin)(sin)(cos)(cos)()(cos)()(tttVttXttXtttutttutttutRoosoco

7、iioiiioi-第22頁(yè)/共49頁(yè)第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。式中： 合成信號(hào)R（t）的包絡(luò)。 ： 合成信號(hào)R（t）的相位(xingwi)。從波形上看，發(fā)射信號(hào)Acost變成了包絡(luò)和相位(xingwi)受到調(diào)制的窄帶信號(hào)。稱(chēng)為衰落信號(hào)，并引起頻率彌散現(xiàn)象（單個(gè)頻率變成窄帶頻譜）。由于R(t)是窄帶高斯過(guò)程，則其包絡(luò)的概率密度函數(shù)服從瑞利分布，而相位(xingwi)服從均勻分布。) t (X) t (X) t (V2s2c)()()(tXtXarctgtcstR(t)f0瑞利衰落（快衰落）頻率彌散多徑傳播的特征：（1）單頻信號(hào)變成包絡(luò)(bo lu)和相位受調(diào)制的窄帶信號(hào)，這種信號(hào)稱(chēng)為衰落信號(hào)，即多徑

8、傳播產(chǎn)生瑞利型衰落；（2）從頻譜上看，單頻信號(hào)變成了多頻信號(hào)(即多徑傳播引起頻率的彌散)。第23頁(yè)/共49頁(yè)第二十四頁(yè)，共49頁(yè)。f(t)延遲t0延遲t0+V0f(t-t0)+V0f(t-t0-)V0V0)2cos(2eeV)ee(eeV)e1(eV)(H2jtj02j2j2jtj0jtj0000-其模特性依賴(lài)于cos（/2）：對(duì)于不同(b tn)的頻率，兩徑傳播的結(jié)果將有不同(b tn)的衰減。 上述模型的傳輸特性： 第24頁(yè)/共49頁(yè)第二十五頁(yè)，共49頁(yè)。021123)fcos(2)f (Hpf結(jié)論：不同的頻率有不同的衰減。當(dāng)fn/時(shí)，出現(xiàn)傳輸(chun sh)極點(diǎn)； 當(dāng)f(2n+1) /

9、2時(shí)，出現(xiàn)傳輸(chun sh)零點(diǎn)。解決方法：（1） 限制信號(hào)帶寬要想避免出現(xiàn)選擇性衰落帶來(lái)的嚴(yán)重失真，就要適當(dāng)限制信號(hào)帶寬，將帶寬限制在兩個(gè)零點(diǎn)之間。兩個(gè)零點(diǎn)之間的間隔為2/(或f1/)，要想不產(chǎn)生明顯的選擇性衰落，則產(chǎn)生波形f(t)的帶寬必須小于多徑產(chǎn)生媒質(zhì)的相關(guān)帶寬f1/m，m為最大多徑時(shí)延差。 工程設(shè)計(jì)中，通常選擇信號(hào)帶寬為相關(guān)帶寬的1/51/3。（2）分集接收對(duì)于多徑信號(hào)，也可以采用分集接收或擴(kuò)展頻譜的方法來(lái)改善(gishn)它的特性。 第25頁(yè)/共49頁(yè)第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。第26頁(yè)/共49頁(yè)第二十七頁(yè)，共49頁(yè)。第27頁(yè)/共49頁(yè)第二十八頁(yè)，共49頁(yè)。第28頁(yè)/共49頁(yè)第二十九

10、頁(yè)，共49頁(yè)。接收機(jī)1接收機(jī)2二重(r zhn)分集選擇式合并第29頁(yè)/共49頁(yè)第三十頁(yè)，共49頁(yè)。接收機(jī)1接收機(jī)2第30頁(yè)/共49頁(yè)第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。接收機(jī)1接收機(jī)2第31頁(yè)/共49頁(yè)第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。干擾：對(duì)有用信號(hào)有害的各種( zhn)波形的總稱(chēng)。噪聲：可用隨機(jī)過(guò)程描述的干擾。不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其波形一、加性噪聲的來(lái)源1、人為噪聲來(lái)源于無(wú)關(guān)的其他信號(hào)源。如：外臺(tái)信號(hào)、接觸不良的觸點(diǎn)等，由不希望有的信號(hào)源引起(ynq)的。2.自然噪聲來(lái)自于大自然。由自然界存在的各種電磁波源引起(ynq)。如：閃電、大氣中的電暴、銀河系噪聲、大氣干擾及宇宙噪聲等。 3.內(nèi)部噪聲系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲。

11、如：電阻中自由電子的熱運(yùn)動(dòng)、半導(dǎo)體中載流子(電子和空穴)的隨機(jī)產(chǎn)生與復(fù)合等。是元器件內(nèi)部固有的噪聲。第32頁(yè)/共49頁(yè)第三十三頁(yè)，共49頁(yè)。注意：通信系統(tǒng)模型(mxng)中的噪聲源是分散在通信系統(tǒng)各處的噪聲的集中表示。通常把加性噪聲的主要代表起伏噪聲理解成熱噪 聲、散彈噪聲、宇宙噪聲的集中表示。均為高斯白噪聲。第33頁(yè)/共49頁(yè)第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。n(t)：白噪聲。雙邊(shungbin)帶功率譜密度Pn（f） 單邊帶功率譜密度Pn（f）n0/2ffn000 N不可能為無(wú)窮大，故白噪聲的頻率范圍(fnwi)應(yīng)是有限的。-dffpNn)(噪聲功率第34頁(yè)/共49頁(yè)第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。帶通型噪

12、聲(zoshng)的功率譜密度：接收濾波器解調(diào)n(t)ni(t)BPFBPFfni(t)的功率譜密度f(wàn)fc0Pni(t)Pni(f0)Bnfc噪聲帶寬Bn0)()(cninnifPNBdffPNiiBn 為等效噪聲帶寬，其物理意義(yy)是：白噪聲通過(guò)實(shí)際帶通濾波器的效果與通過(guò)寬度為Bn ，高為Pni（f0）的矩形濾波器的效果一樣。第35頁(yè)/共49頁(yè)第三十六頁(yè)，共49頁(yè)。圖中：P(x)發(fā)送信道(xn do)的概率；P(y)是接收信號(hào)的概率；P(yi/xi)是轉(zhuǎn)移概率，i=1,2,n，它是發(fā)送為xi，而收到的是yi的概率。 第36頁(yè)/共49頁(yè)第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。第37頁(yè)/共49頁(yè)第三十八頁(yè)，共49頁(yè)。第38頁(yè)/共49頁(yè)第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。bit/s)1 (log2NSBC（3.10-5)第39頁(yè)/共49頁(yè)第四十頁(yè)，共49頁(yè)。BnSBNSBC0221log)1 (log問(wèn)題：無(wú)限制(xinzh)地增大B，能夠使C無(wú)窮大？分析： 結(jié)論：即使傳輸帶寬無(wú)窮大，此時(shí)的信道容量也是有限的。原因：此時(shí)的噪聲(zoshng)功率也趨于無(wú)窮大。 第40頁(yè)/共49頁(yè)第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。第41頁(yè)/共49頁(yè)第四十二頁(yè)，共49頁(yè)。如圖所示的信道(xn do)，判斷有無(wú)線(xiàn)性失真第42頁(yè)/共49頁(yè)第四十三頁(yè)，共49頁(yè)。021123)fcos(2)f (Hpf第