通信原理：第一章 概論

1、第1章 概論2目標(biāo)要求 基本要求 了解通信的發(fā)展； 掌握消息、信息、信號的定義； 掌握數(shù)字通信的概念，理解數(shù)字通信的優(yōu)點； 掌握數(shù)字通信系統(tǒng)模型及其主要性能指標(biāo)； 熟悉無線信道、有線信道； 掌握信道模型，并會分析信道特性對信號傳輸 的影響； 熟悉信道中的噪聲。3目標(biāo)要求 重點、難點 重點是： 信息的度量； 數(shù)字通信系統(tǒng)模型的理解與掌握。 難點是： 數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)的理解與計算； 變參信道對信號傳輸?shù)挠绊憽?主要內(nèi)容 1.1 通信的發(fā)展 1.2 消息、信息和信號 1.3 數(shù)字通信 1.4 信道 1.5 信道中的噪聲 1.6 小結(jié) 思考題 習(xí)題51.1 通信的發(fā)展一、歷史的通信方式1.古代：公

2、元前800年(周朝)，周幽王烽火戲諸侯。 應(yīng)用光通信的見證；最簡單的二進制數(shù)字通信。2.近代： 1820年：安培發(fā)明電報通信，近代數(shù)字通信的開始。 1838年：莫爾斯將電報通信推向?qū)嵱谩?1876年：貝爾發(fā)明電話，模擬通信的開始。61.1 通信的發(fā)展 烽火臺71.1 通信的發(fā)展 “上帝創(chuàng)造了何等的奇跡!” 塞繆爾莫爾斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872）81.1 通信的發(fā)展貝爾（1847-1922）美國電話發(fā)明者91.1 通信的發(fā)展 1876年3月10日，美國發(fā)明家貝爾發(fā)明世界上第一部電話，并獲美國專利局批準(zhǔn)的電話專利。這是2005年8月11日拍攝的美國

3、新澤西州默里山貝爾實驗室博物館內(nèi)的世界第一部電話。 101.1 通信的發(fā)展 3.現(xiàn)代 20世紀(jì)60年代以后： 數(shù)字通信技術(shù)進入高級發(fā)展階段。 近30多年： 數(shù)字通信迅猛發(fā)展； 光纖通信也攜手同行。 兩者都成為現(xiàn)代通行網(wǎng)的主要支柱。 111.1 通信的發(fā)展 麥克斯韋在物理學(xué)中的最大貢獻是建立了統(tǒng)一的經(jīng)典電磁場理論和光的電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在。1873年，麥克斯韋完成巨著電磁學(xué)通論，這是一部可以同牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理相媲美的書，具有劃時代的意義，是牛頓以后科學(xué)史上的又一座豐碑 。 麥克斯韋(James Clerk Maxwel 18311879)英國物理學(xué)家121.1 通信的發(fā)展 赫茲對

4、人類最偉大的貢獻是用實驗證實了電磁波的存在。 赫茲（1857-1894）德國物理學(xué)家 1888年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它不僅證實了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。為了紀(jì)念他在電磁波發(fā)現(xiàn)中的卓越貢獻，后人將頻率的單位命名為赫茲。 131.1 通信的發(fā)展 在發(fā)現(xiàn)電磁波不到6年，意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實現(xiàn)無線電傳播，并很快投人實際使用。其他利用電磁波的技術(shù)，也像雨后春筍般相繼問世。無線電報（1894年）、無線電廣播（1906年）、無線電導(dǎo)航（1911年）、無線電話（1916年）、短波通訊（1921年）、無線電傳真（1923年

5、）、電視（1929年）、微波通訊（1933年）、雷達（1935年），以及遙控、遙感、衛(wèi)星通訊、射電天文學(xué)它們使整個世界面貌發(fā)生了深刻的變化。 141.1 通信的發(fā)展 1838莫爾斯 有線電報1948晶體管 香農(nóng)IT 通信統(tǒng)計理論建立1864麥克斯韋爾 電磁輻射方程1950時分多路通信 應(yīng)用于電話1876貝爾 電話1956越洋電話鋪設(shè)1896馬克尼 無線電報1957第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射1906真空管1958第一顆通信衛(wèi)星發(fā)射1918調(diào)幅廣播 超外差接收機1960發(fā)明激光1925三路明線載波電話 多路通信1961發(fā)明集成電路1936調(diào)頻廣播1962第一顆同步通信衛(wèi)星 PCM進入實用1937脈沖編碼調(diào)

6、制1960彩電 數(shù)字傳輸理論 高速計算機1938電視廣播1970LSI 商用衛(wèi)星 程控交換 光纖通訊1940二戰(zhàn)刺激 雷達和微波系統(tǒng)發(fā)展1980SLSI 長波光纖通信 ISDN 3G返回151.2 消息、信息和信號1. 通信的目的 傳遞消息中包含的信息。 本課程主要研究傳輸。2. 消息 天氣預(yù)報“明天是晴天”字幕“明天是晴天” 文字播音員說“明天是晴天” 語言 圖形、信息、消息和信號的定義與區(qū)別161.2 消息、信息和信號1. 通信的目的 傳遞消息中包含的信息。 本課程主要研究傳輸。2. 消息、信息、消息和信號的定義與區(qū)別 是指信源所產(chǎn)生的信息的物理表現(xiàn)。 例如：語音、文字、圖形、圖像等。 消

7、息必須轉(zhuǎn)換成電信號（簡稱信號），才能在通信系統(tǒng)中傳輸。171.2 消息、信息和信號4. 信息 是指消息中所包含的對受信者有意義的內(nèi)容 （或有效內(nèi)容）。 不同形式表現(xiàn)（漢字、符號、圖形等）的同 一消息，載有相同的信息。3. 信號 是指消息的物理載體，是傳輸消息的手段。 可分為模擬信號和數(shù)字信號。、信息、消息和信號的定義與區(qū)別181.2 消息、信息和信號 如何度量信息？首先要解決的問題。191.2 消息、信息和信號二、消息中信息量的度量1. 信息量的定義 信息量是消息出現(xiàn)概率的函數(shù)； 消息出現(xiàn)的概率越小，所包含的信息量就越大； 若某消息由若干個獨立消息所組成，則該消息所包含的信息量是每個獨立消息所

8、含信息量之和。201.2 消息、信息和信號二、消息中信息量的度量2.要求 度量信息量的方法，必須滿足： 能度量任何類型消息； 消息的重要程度無關(guān)。 211.2 消息、信息和信號 因此，若消息 出現(xiàn)的概率為 ，則所含信息量 I 可定義為： 信息量的單位： ，則為比特（bit），簡記為b，最常用; ，則為奈特（nat）; ，則為哈特萊（hartley）。 22 當(dāng)M = 2時，則I = 1b。 工程上，常常不考慮是否為等概率的消息，總認(rèn)為一個二進制波形（或碼元）等于1b 。即通常把一個二進制碼元稱做1b。易與信息量的單位混淆，應(yīng)注意。 若采用一個M 進制的波形，來傳送M 個獨立的等概離散消息之一，

9、則每一碼元的信息量為： (b) 1.2 消息、信息和信號返回231.3 數(shù)字通信1. 模擬信號和數(shù)字信號 模擬信號，也稱連續(xù)信號。如：話筒送出的 語音信號。 數(shù)字信號，也稱離散信號。如：代表文字的 編碼和計算機數(shù)據(jù)信號。注意：區(qū)分準(zhǔn)繩為：考查取值是否連續(xù)， 而不是看時間。一、 基本概念241.3 數(shù)字通信模擬信號數(shù)字信號tttt碼元251.3 數(shù)字通信2. 模擬通信和數(shù)字通信 （1）共性問題：總存在噪聲和其他干擾，引起傳輸信號的失真，影響傳輸質(zhì)量。解決噪聲和干擾的影響，就是通信系統(tǒng)設(shè)計的基本問題之一。3. 模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)261.3 數(shù)字通信 模擬通信系統(tǒng)： 要求：高保真度復(fù)原。 度

10、量準(zhǔn)則：輸出信噪比。 基本問題：連續(xù)波形的參量估值問題。 （2） 個性問題 數(shù)字通信系統(tǒng)： 要求：正確判決（或檢測）。 度量準(zhǔn)則：產(chǎn)生錯判的概率。 理論基礎(chǔ)：統(tǒng)計判決理論。 注意：都是針對接收端的。271.3 數(shù)字通信以蜂窩移動通信系統(tǒng)為例說明數(shù)字通信系統(tǒng)模型281.3 數(shù)字通信二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型信 源發(fā)送端接收端信道編碼調(diào) 制信 道壓縮編碼解 調(diào)信 宿保密解碼信道解碼壓縮解碼保密編碼噪聲同步信 源編 碼信 源解 碼291.3 數(shù)字通信信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)制發(fā)送端二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型301.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型1. 信源：將消息轉(zhuǎn)換為電信號的設(shè)備。信源壓縮編碼保密編

11、碼信源編碼信道編碼調(diào)制發(fā)送端二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型311.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)制發(fā)送端二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型2. 信源編碼：降低數(shù)字信號的冗余， 提高數(shù)字信號的有效性。321.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)制發(fā)送端二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型3. 信道編碼：增加冗余字符，糾錯編碼， 提高傳輸?shù)目煽啃浴?31.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)制發(fā)送端4. 調(diào)制：二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型341.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型4.調(diào)制 （1）目的 使編碼信號特性與信道特性相適應(yīng)， 以通過信道傳輸。 （2

12、）幾個基本概念 基帶、基帶信號、帶通信號； 基帶調(diào)制、帶通調(diào)制。 （3）多路復(fù)用 使多路信號合并，經(jīng)過同一信道傳輸。351.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型5. 信道 基帶信道可傳輸很低的頻率分量。 如雙絞線。 頻帶信道不能傳輸很低的頻率分量。 如無線電波。 361.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型5. 信道 信道的影響： 信道傳輸特性對數(shù)字信號的影響。 包括幅頻特性、相頻特性、頻率偏 移、頻率擴展和多徑時延。 進入信道的外部加性噪聲的影響。 包括起伏噪聲、脈沖干擾、人為干 擾。371.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型6. 同步 數(shù)字通信系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 發(fā)端、收端間需共同的時間標(biāo)準(zhǔn)使收端準(zhǔn)確知

13、道每個符號的起止時刻，實現(xiàn)同步接收。 位同步（或碼元同步）、字同步381.3 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)模型信 道發(fā)送端接收端信 源調(diào) 制解 調(diào)信 宿噪聲模擬通信系統(tǒng)模型391.3 數(shù)字通信三、數(shù)字通信的特點 1.優(yōu)點 取值有限，能正確接收。 可采用糾錯和檢錯技術(shù)，提高抗干擾性。 可采用數(shù)字加密技術(shù)，提高保密度。 可綜合傳輸各種模擬和數(shù)字輸入消息。 便于存儲和處理。 易于設(shè)計、制造，體積更小、重量更輕。 可作信源編碼，壓縮冗余度，提高信道利用率。 信噪比隨帶寬按指數(shù)規(guī)律增長。40數(shù)字信號波形的失真和恢復(fù)(a) 失真的數(shù)字信號(b) 恢復(fù)的數(shù)字信號 411.3 數(shù)字通信 占用帶寬大壓縮、光纖。 同步要

14、求高。3.應(yīng)用實例 數(shù)字傳輸技術(shù)：電話、電視、計算機數(shù)據(jù) 等信號的遠(yuǎn)距離傳輸。 模擬傳輸技術(shù)：有線電話環(huán)路、無線電廣 播、電視廣播等。三、數(shù)字通信的特點 2.缺點421.3 數(shù)字通信1. 衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的基本因素： 有效性 可靠性四、性能指標(biāo)431.3 數(shù)字通信 - 性能指標(biāo) 有效性 可靠性 注意：兩者是互相矛盾的，也是可互換的。 提高有效性提高傳輸速率可靠性降低； 提高可靠性增加冗余的抗干擾編碼碼元 有效性降低。 降低有效性，以提高可靠性； 降低可靠性，以提高有效性。441.3 數(shù)字通信 - 性能指標(biāo)2. 性能指標(biāo)：（1）傳輸速率：三種定義。 碼元速率（RB）： 單位時間內(nèi)傳輸碼元數(shù).波特

15、(Baud,符號/秒) 信息速率（Rb）： 單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?。“比?秒(b/s)” 消息速率（RW）： 單位時間內(nèi)傳輸?shù)南?shù)?！白?秒”45信息速率(Rb)與碼元速率(RB)關(guān)系平均信息量H 信息熵信息速率(R b)與碼元速率(RB)關(guān)系46例：某離散信源由0，1，2，3四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。求消息201020130213001203210 100321010023102002010312030210012 0213的信息量。47例：某符號集由8個消息符號組成，每個符號間互相獨立，其出現(xiàn)的概率分別為1/16,3/

16、16,1/32,3/32,5/32,7/32,7/64和9/64。若每個符號對應(yīng)的寬度為0.5ms，試求：（1）平均信息量；（2）碼元速率和平均信息速率。481.3 數(shù)字通信 - 性能指標(biāo)（2） 錯誤率：三種定義。 誤碼率（Pe）： 誤比特率（Pb）： 誤字率（PW）： 491.3 數(shù)字通信 - 性能指標(biāo)（3）頻帶利用率： 單位頻帶內(nèi)所能達到的信息速率。 通常與采用的調(diào)制及編碼方式有關(guān)。 （4）能量利用率： 傳輸每一比特所需的信號能量。 該能量大小與系統(tǒng)帶寬有直接關(guān)系。 該能量與占用頻帶間可交換。返回501.4 信道一、信道分類（依傳輸媒體分）1. 無線信道： 利用電磁波來傳播信號。 如廣播電

17、臺、移動電話。2.有線信道： 利用人造傳輸媒體來傳輸信號。 如傳統(tǒng)的固定電話。注意：信道中的噪聲有源干擾； 信道傳輸特性不良無源干擾。511.4 信道頻率范圍名稱波長典型應(yīng)用330Hz極低頻ELF103102km遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信30300Hz超低頻SLF104103km海底通信、電報0.33kHz特低頻ULF103102km數(shù)據(jù)終端、有線通信330kHz甚低頻VLF10210km導(dǎo)航、電話、電報、水下通信30300kHz低頻LF101km導(dǎo)航、水下通信、無線電信標(biāo)033MHz中頻MF103102m廣播、業(yè)余無線電、海事通信330MHz高頻HF10210m國際定點通信、軍用通信、廣播、業(yè)余無線

18、電、電報、傳真30300MHz甚高頻VHF101m電視、調(diào)頻廣播、移動通信、導(dǎo)航、空中管制0.33 GHz特高頻UHF10210cm電視、雷達、遙控遙測、點對點通信、移動通信、導(dǎo)航、GPS330GHz超高頻SHF101cm衛(wèi)星和空間通信、微波接力、雷達、移動通信30300GHz極高頻EHF101mm射電天文、雷達、微波接力、移動通信、鐵路業(yè)務(wù)300G3THz亞毫米波10.1mm未劃分，實驗用43430 THz紅外70.7m光通信系統(tǒng)430750 THz可見光0.70.4m光通信系統(tǒng)7503000THz紫外0.40.1m光通信系統(tǒng)521.4 信道二、無線信道 1.電磁波的發(fā)射和接收 均要用天線

19、因天線尺寸的要求，通信頻率都較高。 頻率使用規(guī)劃和管理 國際電信聯(lián)盟（ITU）定期召開世界無線電通信大會WRC（The World Radio- communication Conference），制定頻率使用國際協(xié)議。 我國：信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局。531.4 信道根據(jù)通信距離、頻率和位置的不同： 地波傳播 天波傳播 視線傳播二、無線信道 2.電磁波的傳播541.4 信道（1） 地波傳播 頻率：2MHz 以下，有一定的繞射能力 繞射：電磁波沿彎曲的地球表面?zhèn)鞑ニ?有的能力 通信距離：可達數(shù)百數(shù)千 km地面接收天線發(fā)射天線傳播路徑返回551.4 信道（2）天波傳播 頻率：230MHz 電離層

20、反射： 通信距離：單次可達4000km，多次可達10000km地 面接收天線發(fā)射天線信號傳播路徑電離層561.4 信道 電離層：60-400 km D層：高60 - 80 km E層：高100 - 120 km F層：高150 -400 km F1層：140 - 200 km F2層：250 - 400 km 晚上：D層、F1層消失； E層、F2層減弱 反射高頻電磁波的主要是F層DEFF2F1地 面返回571.4 信道（3） 視線傳播 頻率：30MHz以上 類似光波做視線傳播（將穿透電離層） 天線高度h與傳播距離D(=2d)的關(guān)系： D 2=8rh50h （r為地球的等效半徑）地 面接收天線發(fā)

21、射天線信號傳播hdrDd581.4 信道 采用無線電中繼，實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。 若天線架設(shè)高度為50m，則視線距離約為 50km。即視距傳輸距離有限，需中繼。地 面接收天線傳播路徑發(fā)射天線（3） 視線傳播591.4 信道 轉(zhuǎn)發(fā)站（基站）： 人造衛(wèi)星：3顆靜止衛(wèi)星 （衛(wèi)星通信系統(tǒng)），目前廣泛應(yīng)用。601.4 信道 高空平臺電臺HAPS(High Altitude Platform Station) ： 250個充氦氣艇（平流層通信系統(tǒng)），很有發(fā)展前途。611.4 信道 高空飛行器間的電磁波傳播、太空中人造衛(wèi)星或宇宙飛船間的電磁波傳播，都符合視線傳播規(guī)律，且不受或少受大氣層的影響。 電磁波在大氣層內(nèi)傳播

22、會衰減： 頻率越高，衰減越嚴(yán)重； 且存在諧振點，應(yīng)避開。621.4 信道頻率(GHz)(a) 氧氣和水蒸氣（濃度7.5 g/m3）的衰減頻率(GHz)(b) 降雨的衰減衰減(dB/km)衰減(dB/km)水蒸氣氧氣降雨率圖1.4.5 大氣衰減631.4 信道無線信道（4） 散射傳播 電離層散射：30 60 MHz 對流層散射: 100 4000 MHz 流星余跡散射: 30 100 MHz 對流層散射通信地球有效散射區(qū)域接收天線發(fā)射天線641.4 信道無線信道地 球流星余跡散射通信651.4 信道無線信道注意：目前民用無線電通信中，應(yīng)用最廣的是蜂窩網(wǎng)和衛(wèi)星通信。661.4 信道無線信道移動交換

23、中心電話交換中心 蜂窩網(wǎng)671.4 信道 明線 對稱電纜 同軸電纜三、有線信道 1. 傳輸電信號681.4 信道有線信道（1）明線691.4 信道有線信道（2）對稱電纜：雙絞線701.4 信道有線信道（2）對稱電纜：雙絞線711.4 信道有線信道 雙絞線（Twisted Pairwire）由兩根具有絕緣保護層的銅導(dǎo)線組成，把兩根導(dǎo)線按一定密度互相纏繞在一起,可降低信號干擾的程度。 雙絞線可以分為屏蔽雙絞線（STP）與非屏蔽雙絞線（UTP）兩大類。 其中屏蔽雙絞線分別有3類和5類二種，非屏蔽雙絞線又分別有3類、4類、5類、超5類四種。 （2）對稱電纜：雙絞線721.4 信道有線信道（3）同軸電纜

24、同軸電纜截面示意圖雙同軸電纜及6芯接頭 731.4 信道有線信道（3）同軸電纜基站用射頻同軸電纜(50同軸電纜) 射頻同軸電纜741.4 信道有線信道解釋：同軸電纜是一種通訊電纜，電纜結(jié)構(gòu)為以實心銅體為芯外包著一層絕緣材料，這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導(dǎo)體環(huán)繞，網(wǎng)外又再覆蓋一層保護性材料。 常用的同軸電纜有兩類：50和75同軸電纜。 （3）同軸電纜751.4 信道有線信道 有線信道電氣特征信道類型通話容量（路）頻率范圍(kHz)傳輸距離(km)明線1+30.327300明線1+3+120.3150120對稱電纜241210835對稱電纜60122521218小同軸電纜300601 3008小同軸電

25、纜960604 1004中同軸電纜1 8003009 0006中同軸電纜2 70030012 0004.5中同軸電纜10 80030060 0001.5761.4 信道有線信道2.傳輸光信號光纖表面涂層包層芯區(qū)771.4 信道有線信道2. 光纖n1n2折射率折射率n1n22a光纖結(jié)構(gòu)781.4 信道有線信道光纖損耗光波波長（nm）1.55 m1.31 m0.7 0,9 1.1 1.3 1.51.72. 光纖791.4 信道 調(diào)制信道模型 編碼信道模型四、信道模型80信 源發(fā)送端接收端信道編碼調(diào) 制信 道壓縮編碼解 調(diào)信 宿保密解碼信道解碼壓縮解碼保密編碼噪聲同步信源編碼信源解碼數(shù)字通信系統(tǒng)模型

26、1.4 信道信道模型811.4 信道信道模型1. 調(diào)制信道(連續(xù)信道)模型 對于單“端對”信道：ei(t)eo(t)時變線性網(wǎng)絡(luò)eo(t) = f ei(t) + n(t)821.4 信道信道模型通常，f ei(t) 可以表示為：k(t) ei(t)， 此時， eo(t) = k(t)ei(t) + n(t)其中k(t)表示時變線性網(wǎng)絡(luò)的特性 ，稱為乘性干擾。 k(t)是一個復(fù)雜的函數(shù)，反映信道的衰減、線性失真、非線性失真、延遲 等。 最簡單情況：k(t) = 常數(shù)，表示衰減。 當(dāng)k(t) =常數(shù)，稱為恒(定)參(量)信道 例如，同軸電纜 當(dāng)k(t)常數(shù)，稱為隨(機)參(量)信道 例如，移動蜂

27、窩網(wǎng)通信信道eo(t) = f ei(t) + n(t)831.4 信道信道模型1. 調(diào)制信道 (連續(xù)信道)的信道容量 香農(nóng)公式(Shannon)：C=Blog2 (1+S/N) (bit/s) 信道帶寬為B,信道輸出的信號功率為S(W)及輸出加行高斯白噪聲功率為N(W). 由上式可見，一個連續(xù)信道的信道容量受“三要素”B,S,N的限制。 841.4 信道信道模型1. 調(diào)制信道 (連續(xù)信道)的信道容量C=Blog2 (1+S/N) (bit/s) N=0或S=時，信道容量C= 。如果增大帶寬B,能否使C ? 851.4 信道信道模型例：電視圖像可以大致認(rèn)為由300 000個像素組成。對于一般要

28、求的對比度，每一像原大約取10個可辨別的亮度電平。假設(shè)10個亮度電平是等概率地出現(xiàn)，每秒發(fā)送30幀圖像，圖像信噪比S/N為1000(30dB)。在這種條件下，計算傳輸上述信號所需的帶寬？861.4 信道信道模型2. 編碼信道模型 二進制信號、無記憶信道其中，P(0/0), P(1/1) 正確轉(zhuǎn)移概率P(0/1), P(1/0) 錯誤轉(zhuǎn)移概率 轉(zhuǎn)移概率 決定于編碼信道的特性。且有：P(0/0) = 1 - P(1/0)；P(1/1) = 1 - P(0/1)0110P(0/0)P(0/1)P(1/1)P(1/0)871.4 信道信道模型 四進制編碼信道模型：01233210接收端發(fā)送端881.4

29、 信道信道模型2. 編碼(離散)信道的信道容量(自學(xué))Ht(x): 單位時間內(nèi)信息源發(fā)出的平均信息量;Ht(x/y):單位時間內(nèi)對發(fā)送x而收到y(tǒng)的條件平均 信息量.r: 單位時間傳送的符號數(shù).信息傳輸速率，在單位時間內(nèi)所傳輸?shù)钠骄畔⒘?。R =Ht(x) - Ht(x/y)= rH (x) - H (x/y) (bit/s) 89例：設(shè)信息源由符號0和1組成，順次選擇兩符號構(gòu)成所有可能的消息。如果消息傳輸速率是每秒1000符號，其符號等概率出現(xiàn)。傳輸中弱干擾引起的差錯是平均每100符號中有一個符號不正確。問 1. 這時信源發(fā)送信息的速率？ 2. 在干擾下，信道輸出收到符號0，而實發(fā)送符號也是0

30、的概率為0.99,實發(fā)送符號是1的概率為0.01，同樣，信道輸出收到符號1，而實發(fā)送符號也是1的概率為0.99,實發(fā)送符號是0的概率為0.01，求信道傳輸信息的速率？901.4 信道1. 恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊?非時變線性網(wǎng)絡(luò)。其振幅-頻率特性f (Hz)30030000衰耗 (dB)理想特性典型音頻電話信道特性五、信道特性對信號傳輸?shù)挠绊?11.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊?. 恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懫湎辔?頻率特性： ()0理想特性理想特性 ()0 ()0理想特性921.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懢€性失真: 頻率失真和相位失真頻率失真:幅頻特性不理想，信號發(fā)生失真-波形失真,

31、導(dǎo)致碼間串?dāng)_。相位失真：相頻特性不理想。模擬信號影響不大，數(shù)字信號可導(dǎo)致數(shù)字波形失真，發(fā)生碼間串?dāng)_?？捎谩熬€性補償網(wǎng)絡(luò)”糾正， “均衡”非線性失真:振幅特性,相頻特性非線性、頻率偏移、相位抖動 非線性失真 難以消除931.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊?.變參信道對信號傳輸?shù)挠绊懀?）變參信道的共性 ： 衰落: 衰減隨時間變化； 傳輸時延:隨時間變化，慢衰落； 多徑效應(yīng): 快衰落。941.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懀?）多徑效應(yīng)引起的接收信號的快衰落: 設(shè)發(fā)送信號為Acos 0t，則經(jīng)過n條路徑傳播后的接收信號R(t)可以表示為： 式中 ri (t) 第 i 條路徑的接收信號振幅； i

32、 (t) 第 i 條路徑的傳輸時延； I (t) = - 0 i (t) X c (t) X s (t)951.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懯街校?V(t) 合成波R(t)的包絡(luò); 多徑衰落 (t) 合成波R(t)的相位。即有： 由于，相對于0而言，ri(t)和i(t)變化緩慢，故Xc(t), Xs(t)及V(t), (t)也是緩慢變化的。 所以，R(t)可以視為一個窄帶信號（隨機過程）。961.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懹上率娇梢姡?原發(fā)送信號Acos0t，經(jīng)過傳輸后： 恒定振幅A，變成慢變振幅V(t); 恒定相位0，變成慢變相位(t)；因而，頻譜由單一頻率變成窄帶頻譜?？焖ヂ鋞f

33、f0971.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懀?）多徑效應(yīng)引起的接收信號的頻率選擇性衰落: 設(shè)只有兩條多徑傳播路徑，且衰減相同，時延不同；發(fā)射信號為f(t)，接收信號為af(t-0)和af(t-0-)；發(fā)射信號的頻譜為F()。則有 f(t) F() af(t - 0) a F() e -j0 af(t - 0 - ) a F() e -j(0 + ) af(t-0)+af(t-0-) a F()e-j0(1+e -j) 981.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懀?）多徑效應(yīng)引起的接收信號的頻率選擇性衰落:H() = a F() e -j0 (1+e -j)/F() = ae -j0 (1+e -j)|1+e -j| = |1+cos-jsin| =|(1+cos)2+sin21/2| =2|cos(/2)|991.4 信道信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懀?）經(jīng)過信道傳輸后收到的三類信