通信原理信道詳解

通信原理信道版詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日優(yōu)選通信原理信道版現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日信道分類信道模型恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

本章內(nèi)容:

第4章信道

課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通院現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日

—傳輸媒質(zhì)有線信道——明線、電纜、光纖無(wú)線信道——自由空間或大氣層無(wú)線信道舉例：地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、衛(wèi)星中繼、散射及移動(dòng)無(wú)線電信道

概述狹義信道：廣義信道：

調(diào)制信道——研究調(diào)制/解調(diào)問(wèn)題編碼信道——研究編碼/譯碼問(wèn)題信道的定義與分類現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日對(duì)流層平流層電離層10km60km0km對(duì)流層：約

0~10km平流層：約10~60km電離層：約60~400

km地球大氣層的結(jié)構(gòu)：§4.1無(wú)線信道現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日地波ground-wave頻率：<2MHz特性：有繞射能力距離：數(shù)百或數(shù)千米用于：AM廣播天波sky-wave頻率：2~30MHz特性：被電離層反射距離：<4000km（一跳）用于：遠(yuǎn)程、短波通信傳播路徑

地波傳播方式傳播路徑天波傳播方式無(wú)線信道電磁波的傳播方式：課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日ddh接收天線發(fā)射天線傳播途徑Drr視線傳播方式

頻率：>30MHz特性：直線傳播、穿透電離層用途：衛(wèi)星和外太空通信超短波及微波通信距離：與天線高度有關(guān)

視線傳播line-of-sight無(wú)線信道D

為收發(fā)天線間距離(km)

設(shè)收發(fā)天線的架設(shè)高度均為40m，則最遠(yuǎn)通信距離為：

D=44.7km例如課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日微波中繼（微波接力）衛(wèi)星中繼（靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星）平流層通信Q&A

增大視線傳播距離的其他途徑？課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日遠(yuǎn)距離通信時(shí)，需建立多個(gè)中繼站兩點(diǎn)間傳輸距離30km~50km無(wú)線信道微波中繼優(yōu)點(diǎn)：容量大、投資少、維護(hù)方便、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定。應(yīng)用：遠(yuǎn)距離傳輸話音和電視信號(hào)?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日優(yōu)點(diǎn)：通信容量大，傳輸質(zhì)量穩(wěn)定,傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋區(qū)域廣。缺點(diǎn)：傳輸時(shí)延大，信號(hào)衰減大，

造價(jià)高。無(wú)線信道衛(wèi)星中繼現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日對(duì)流層散射 頻率：100~4000MHz

距離：

<600km對(duì)流層散射通信地球有效散射區(qū)域無(wú)線信道散射通信電離層散射 頻率：30~60MHz

距離：1000km以上課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日流星余跡無(wú)線信道流星余跡散射特性:

高度80~120km，長(zhǎng)度15~40km

存留時(shí)間：小于1秒至幾分鐘頻率:

30~100MHz距離:

1000km以上用途:低速存儲(chǔ)、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日明線對(duì)稱電纜同軸電纜光纖§4.2有線信道課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日1880年紐約街貌明線現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日導(dǎo)體絕緣層雙絞線TwistedRair屏蔽雙絞線(STP)（可減少噪聲干擾）非屏蔽雙絞線(UTP)（便宜、易彎曲、易安裝）由多對(duì)雙絞線組成特點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用有線信道對(duì)稱電纜現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日由同軸的兩個(gè)導(dǎo)體組成內(nèi)芯：金屬導(dǎo)線外導(dǎo)體：金屬編織網(wǎng)抗電磁干擾能力強(qiáng)帶寬更寬、速率更高

成本較高；解決：用光纜代替（干線）

組成優(yōu)點(diǎn)（相比雙絞線）缺點(diǎn)有線信道同軸電纜課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日

寬帶（射頻）同軸電纜：75Ω，用于傳輸模擬信號(hào)多用于有線電視（CATV）系統(tǒng)傳輸距離可達(dá)幾十千米

基帶同軸電纜：50Ω，多用于數(shù)字基帶傳輸速率可達(dá)10Mb/s傳輸距離<幾千米有線信道現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日單模階躍折射率光纖

光纖結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)：纖芯包層按折射率分類：階躍型梯度型按模式分類：多模光纖單模光纖有線信道光纖現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日易碎，接口昂貴，安裝和維護(hù)需要專門(mén)技能。傳輸帶寬寬、通信容量大；傳輸衰減小，無(wú)中繼傳輸距離遠(yuǎn)；

(<0.2dB/km)

（幾百公里）抗電磁干擾，傳輸質(zhì)量好，防竊聽(tīng)，耐腐蝕；體積小，重量輕，節(jié)省有色金屬，環(huán)保。缺點(diǎn)長(zhǎng)途電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等的主干線路中。應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)有線信道現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日信道分類信道模型恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

本章內(nèi)容:

第4章信道

課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通院現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日§4.3信道數(shù)學(xué)模型1.

調(diào)制信道模型

模型：有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和輸出端大多數(shù)信道都滿足線性疊加原理對(duì)信號(hào)有固定或時(shí)變的延遲和損耗無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，仍可能有輸出（噪聲）共性：疊加有噪聲的線性時(shí)變/時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)：課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日入出關(guān)系：反映信道本身特性調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響程度取決

與

的特性。加性噪聲始終存在乘性干擾（共存共失）課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日調(diào)制信道分為：（根據(jù)信道的時(shí)變特性）

恒參信道——特性基本不隨時(shí)間變化

隨參信道——特性隨時(shí)間隨機(jī)快變化不同的物理信道具有不同的特性C()=常數(shù)（可取1）加性高斯白噪聲信道模型課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日+=1P(1/0)P(0/1)

001

1P(0/0)P(1/1)發(fā)送端接收端二進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道模型可用轉(zhuǎn)移概率來(lái)描述。+=1P(0/0)

P(1/1)

正確P(1/0)

P(0/1)

錯(cuò)誤2.

編碼信道模型

模型：課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日01233210接收端發(fā)送端四進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日信道分類信道模型恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

本章內(nèi)容:

第4章信道

§4.4課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通院現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日特點(diǎn)：傳輸特性隨時(shí)間緩變或不變。舉例：各種有線信道、衛(wèi)星信道…

1.

傳輸特性幅頻特性相頻特性線性時(shí)不變系統(tǒng)

恒參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

2.無(wú)失真?zhèn)鬏斦n件制作：曹麗娜現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日恒參信道群遲延特性幅頻特性相頻特性無(wú)失真?zhèn)鬏敚ɡ硐牒銋⑿诺溃┨匦郧€：課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日

若輸入信號(hào)為s(t)，則理想恒參信道的輸出:恒參信道固定的遲延固定的衰減——這種情況稱為無(wú)失真?zhèn)鬏斃硐牒銋⑿诺赖臎_激響應(yīng):現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日

3.失真影響措施恒參信道群遲延失真:

幅頻失真：

含義？

影響

影響

相頻失真：現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日相頻特性典型音頻電話信道:

幅度衰減特性群遲延頻率特性恒參信道現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日1.隨參信道舉例指?jìng)鬏斕匦噪S時(shí)間隨機(jī)快變的信道。隨參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戧懙匾苿?dòng)信道短波電離層反射信道超短波流星余跡散射信道超短波及微波對(duì)流層散射信道超短波電離層散射超短波超視距繞射…

課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日

2.隨參信道特性隨參信道

衰減隨時(shí)間變化時(shí)延隨時(shí)間變化

多徑傳播多徑傳播示意圖：現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日

3.多徑效應(yīng)第i條路徑接收信號(hào)振幅經(jīng)過(guò)n條路徑傳播（各路徑有時(shí)變的衰落和時(shí)延）

—

多經(jīng)傳播的影響傳輸時(shí)延則接收信號(hào)為

設(shè)發(fā)送信號(hào)為幅度恒定頻率單一課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日根據(jù)概率論中心極限定理：當(dāng)n足夠大時(shí)，x(t)和y(t)趨于正態(tài)分布。

同相~正交形式包絡(luò)~相位形式瑞利分布均勻分布多徑效應(yīng)包絡(luò)相位隨機(jī)緩變

的窄帶信號(hào)現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日波形發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)頻譜

多徑傳播使信號(hào)產(chǎn)生瑞利型衰落；多徑傳播引起頻率彌散。結(jié)論課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日我們更關(guān)心的問(wèn)題：

多徑傳播

對(duì)于一個(gè)復(fù)雜信號(hào)f(t)

（實(shí)際情況）

的影響如何呢？?jī)蓮蕉鄰蕉鄰叫?yīng)課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日多徑效應(yīng)傳輸衰減均為K

傳輸時(shí)延分別為1和2發(fā)射信號(hào)接收信號(hào)設(shè)兩條路徑的信道為f(t)fo(t)=Kf(t-1)+

Kf(t-2

)信道傳輸函數(shù)fo(t)

=2-1相對(duì)時(shí)延差則接收信號(hào)為常數(shù)衰減因子確定的傳輸時(shí)延因子與信號(hào)頻率有關(guān)的復(fù)因子現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日信道對(duì)信號(hào)不同的頻率成分，將有不同的衰減?！l率選擇性衰落如何減小？信道幅頻特性現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日信道相關(guān)帶寬：定義為相鄰傳輸零點(diǎn)的頻率間隔

，工程經(jīng)驗(yàn)公式：

4.減小頻率選擇性衰落的措施△f

△f

＝1/應(yīng)使信號(hào)帶寬Bs

＝(1/3~1/5)△f數(shù)字信號(hào)的碼元寬度:Ts

＝(3~5)→RB↓mmBs

<△f現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日歸納

衰減隨時(shí)間變化時(shí)延隨時(shí)間變化

多徑傳播

隨參信道特性

多徑效應(yīng)瑞利型衰落頻率彌散頻率選擇型衰落分集接收擴(kuò)頻技術(shù)OFDM等

減小衰落的措施Bs＝(1/3~1/5)△f課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日信道分類信道模型恒參/隨參信道特性和對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

本章內(nèi)容:

第4章信道

課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通院現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日1.何謂噪聲信道中存在的不需要的電信號(hào)。它獨(dú)立于信號(hào)始終存在，又稱加性干擾。它使信號(hào)失真，發(fā)生錯(cuò)碼，限制傳輸速率。

按噪聲來(lái)源

2.噪聲類型§4.5信道噪聲人為噪聲自然噪聲內(nèi)部噪聲

（如熱噪聲）脈沖噪聲

窄帶/單頻噪聲

起伏噪聲（熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲）起伏噪聲

按噪聲性質(zhì)現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日熱噪聲：來(lái)自一切電阻性元器件中電子的熱運(yùn)動(dòng)。均勻分布在0～1012Hz頻率范圍。性質(zhì)：高斯白噪聲

式中

k=1.3810-23（J/K）－波茲曼常數(shù)T－熱力學(xué)溫度（oK）R－阻值（）

B

－帶寬（Hz）熱噪聲電壓有效值：課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日歸納信道加性噪聲n(t):代表：起伏噪聲（熱噪聲等）

性質(zhì)：高斯白噪聲

n(t)?BPF?窄帶高斯噪聲課件制作：曹麗娜現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日平均功率：噪聲等效帶寬：功率譜：噪聲等效帶寬

Pn(f)接收濾波器特性通過(guò)寬度為Bn的矩形濾波器的噪聲功率

=通過(guò)實(shí)際接收濾波器的噪聲功率。

物理

意義窄帶高斯噪聲:Pn(f0)現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日信道分類信道模型恒參/隨參信道特性和對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

本章內(nèi)容:

第4章信道

課件制作：曹麗娜西安電子科技大學(xué)通院現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有51頁(yè)\編輯于星期日指信道能夠無(wú)差錯(cuò)傳輸時(shí)的最大平均信息速率。1.離散信道容量§4.6信道容量式中，P(xi)?發(fā)送符號(hào)xi的概率