通信原理信道版

通信原理信道版信道分類(lèi)信道模型恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)糜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

—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)題信道得定義與分類(lèi)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地球大氣層得結(jié)構(gòu):§4、1無(wú)線信道地波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)線信道電磁波得傳播方式:課件制作:曹麗娜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)天線得架設(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

增大視線傳播距離得其她途徑？課件制作:曹麗娜遠(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)。大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)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:曹麗娜明線對(duì)稱(chēng)電纜同軸電纜光纖§4、2有線信道課件制作:曹麗娜1880年紐約街貌明線導(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(chēng)電纜由同軸得兩個(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

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(lèi):階躍型梯度型按模式分類(lèi):多模光纖單模光纖有線信道光纖易碎,接口昂貴,安裝和維護(hù)需要專(zhuān)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)等得主干線路中。應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)有線信道信道分類(lèi)信道模型恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)糜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§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)變得延遲和損耗無(wú)信號(hào)輸入時(shí),仍可能有輸出(噪聲)共性:疊加有噪聲得線性時(shí)變/時(shí)不變網(wǎng)絡(luò):課件制作:曹麗娜入出關(guān)系:反映信道本身特性調(diào)制信道對(duì)信號(hào)得影響程度取決

與

得特性。加性噪聲始終存在乘性干擾(共存共失)課件制作:曹麗娜調(diào)制信道分為:(根據(jù)信道得時(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)快變化不同得物理信道具有不同得特性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+=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01233210接收端發(fā)送端四進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道信道分類(lèi)信道模型恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)糜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)糜绊?、無(wú)失真?zhèn)鬏斦n件制作:曹麗娜恒參信道

群遲延特性幅頻特性相頻特性無(wú)失真?zhèn)鬏?理想恒參信道)特性曲線:課件制作:曹麗娜

若輸入信號(hào)為s(t),則理想恒參信道得輸出:恒參信道固定得遲延固定得衰減——這種情況稱(chēng)為無(wú)失真?zhèn)鬏斃硐牒銋⑿诺赖脹_激響應(yīng):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: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1、隨參信道舉例指?jìng)鬏斕匦噪S時(shí)間隨機(jī)快變得信道。隨參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)糜绊戧懙匾苿?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:

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)變得衰落和時(shí)延)

—

多經(jīng)傳播得影響傳輸時(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

得窄帶信號(hào)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:曹麗娜我們更關(guān)心得問(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)

得影響如何呢？?jī)蓮蕉鄰蕉鄰叫?yīng)課件制作:曹麗娜多徑效應(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)兩條路徑得信道為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)衰減因子確定得傳輸時(shí)延因子與信號(hào)頻率

有關(guān)得復(fù)因子信道對(duì)信號(hào)不同得頻率成分,將有不同得衰減。——頻率選擇性衰落如何減??？信道幅頻特性信道相關(guān)帶寬:定義為相鄰傳輸零點(diǎn)得頻率間隔

,工程經(jīng)驗(yàn)公式:

4、減小頻率選擇性衰落得措施△f

△f

＝1/

應(yīng)使信號(hào)帶寬Bs

＝(1/3~1/5)△f數(shù)字信號(hào)得碼元寬度:Ts

＝(3~5)

→RB↓mmBs

<△f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

減小衰落得措施Bs＝(1/3~1/5)△f課件制作:曹麗娜信道分類(lèi)信道模型恒參/隨參信道特性和對(duì)信號(hào)傳輸?shù)糜绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

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第4章信道

課件制作:曹麗娜西安電子科技大學(xué)通院1、何謂噪聲信道中存在得不需要得電信號(hào)。她獨(dú)立于信號(hào)始終存在,

又稱(chēng)加性干擾。她使信號(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(lèi)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)熱噪聲:來(lái)自一切電阻性元器件中電子得熱運(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、38

10-23(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得矩形濾波器得噪聲功率

=通過(guò)實(shí)際接收濾波器得噪聲功率。

物理

意義窄帶高斯噪聲:Pn(f0)信道分類(lèi)信道模型恒參/隨參信道特性和對(duì)信號(hào)傳輸?shù)糜绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

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第4章信道

課件制作:曹麗娜西安電子科技大學(xué)通院指信道能夠無(wú)差錯(cuò)傳輸時(shí)得最大平均信息速率。1、離散信道容量§4、6信道容量式中,P(xi)?發(fā)送符號(hào)xi得概率(i=1,2,3,?,n)(1)信源發(fā)送得平均信息量(熵)(2)因信道噪聲而損失得平均信息量式中,P(yj)?收到y(tǒng)j得概率(j=1,2,3,?,m);P(xi/yj)?收到y(tǒng)j后判斷發(fā)送得就是xi得轉(zhuǎn)移概率課件制作:曹麗娜(3)信息傳輸速率