通信原理課件 第3章 信道

1、通信原理 信道,1,第3章 信道,本章教學目的：了解各種實際信道、信道的數(shù)學模型和信道容量的概念。 說明：信道是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號通道。它與發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備一起組成通信系統(tǒng)。沒有信道，通信就無法進行；信道的好壞直接影響通信的質(zhì)量。因此，有必要研究信道，根據(jù)信道的特點，正確地選用信道，合理地設(shè)計收發(fā)信設(shè)備，使通信系統(tǒng)達到最佳。,通信原理 信道,2,第3章 信道,本章的討論思路：通過介紹實際信道的例子，在此基礎(chǔ)上歸納信道的特性闡述信道的數(shù)學模型，最后簡介了信道容量的概念。 要求：注重了解各種實際信道的特點，掌握信道的數(shù)學模型，簡單運用信道容量公式解決實際問題。,通信原理 信道,3,第3章的

2、主要內(nèi)容,3.1恒參信道 3.2隨參信道 3.3信道特性及其數(shù)學模型 3.4信道容量的概念,通信原理 信道,4,3.1恒參信道,恒參信道：信道特性主要由傳輸媒質(zhì)決定，如果傳輸媒質(zhì)特性基本不隨時間變化，所構(gòu)成的信道稱為恒參信道。 隨參信道：如果傳輸媒質(zhì)特性隨時間隨機快變化，則構(gòu)成的信道通常稱為隨參信道。 有線電信道：1對稱電纜 2同軸電纜 微波中繼信道：構(gòu)成；頻率配置 衛(wèi)星中繼信道,返回,通信原理 信道,5,3.1.1有線電信道,1對稱電纜（對稱電纜結(jié)構(gòu)圖）,返回,通信原理 信道,6,3.1.1有線電信道,2同軸電纜 同軸電纜結(jié)構(gòu)圖,返回,通信原理 信道,7,3.1.2微波中繼信道,微波中繼信道

3、的構(gòu)成,返回,通信原理 信道,8,3.1.2微波中繼信道,二頻制或四頻制頻率配置方式 （a）四頻制 （b）二頻制,返回,通信原理 信道,9,3.1.3衛(wèi)星中繼信道,衛(wèi)星中繼信道示意圖,返回,通信原理 信道,10,3.2隨參信道,3.2.1陸地移動信道 1.自由空間傳播 2反射波與散射波 3折射波 3.2.2短波電離層反射信道 1.概述 2.電離層結(jié)構(gòu)示意圖 3.多徑形式示意圖,返回,通信原理 信道,11,3.2隨參信道,3.2.1陸地移動信道 1.自由空間傳播 移動信道中自由空間 傳播損耗,返回,通信原理 信道,12,3.2.1陸地移動信道,2反射波與散射波 移動信道的傳播路徑和平滑表面反射,

4、返回,通信原理 信道,13,3.2.1陸地移動信道,3折射波 電波折射示意圖,返回,通信原理 信道,14,3.2.2短波電離層反射信道,說明：短波電離層反射信道是利用地面發(fā)射的無線電波在電離層，或電離層與地面之間的一次反射或多次反射所形成的信道。 電離層離地面60600 km。當頻率范圍為330MHz（波長為 10100 m）的短波（或稱為高頻）無線電波射入電離層時，由于折射現(xiàn)象會使電波發(fā)生反射，返回地面。,返回,通信原理 信道,15,3.2.2短波電離層反射信道,電離層結(jié)構(gòu)示意圖,返回,通信原理 信道,16,3.2.2短波電離層反射信道,多徑形式示意圖,返回,通信原理 信道,17,3.3信道

5、特性及其數(shù)學模型,3.3.1恒參信道特性及其數(shù)學模型 說明：恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯谴_定的或者是變化極其緩慢的。因此，可以等效為一個非時變的線性網(wǎng)絡(luò)。 1理想恒參信道特性 設(shè)輸入信號為si(t)，則無失真?zhèn)鬏敃r，要求信道的輸出信號,通信原理 信道,18,3.3.1恒參信道特性及其數(shù)學模型,式中：K0為傳輸系數(shù)，它可以表示放大或衰減一個固定值；td為時間延遲，表示輸出信號滯后輸入信號一個固定的時間。頻域,通信原理 信道,19,3.3.1恒參信道特性及其數(shù)學模型,信道的傳輸函數(shù)為 信道的幅頻特性 相頻特性,通信原理 信道,20,3.3.1恒參信道特性及其數(shù)學模型,理想恒參信道的群遲延頻率特性,通

6、信原理 信道,21,3.3.1恒參信道特性及其數(shù)學模型,2幅度頻率失真 典型音頻電話信道的幅頻特性、相頻特性和群遲延頻率特性 （a）幅頻特性,通信原理 信道,22,3.3.1恒參信道特性及其數(shù)學模型,（b）相頻特性；（c）群遲延頻率特性 3相位頻率失真,通信原理 信道,23,3.3.1恒參信道特性及其數(shù)學模型,4具有加性（高斯）噪聲的恒參信道數(shù)學模型 （1）加性噪聲信道,通信原理 信道,24,3.3.1恒參信道特性及其數(shù)學模型,（2）具有加性噪聲的線性濾波信道,通信原理 信道,25,3.3.2隨參信道特性及其數(shù)學模型,說明：隨參信道的傳輸媒質(zhì)具有以下三個共同特點。 （l）對信號的衰耗隨時間隨機

7、變化； （2）信號傳輸?shù)臅r延隨時間隨機變化； （3）多徑傳播。 1多徑衰落與頻率彌散,通信原理 信道,26,3.3.2隨參信道特性及其數(shù)學模型,（1）多徑傳播使單一頻率的正弦信號變成了包絡(luò)和相位受調(diào)制的窄帶信號，這種信號稱為衰落信號，即多徑傳播使信號產(chǎn)生瑞利型衰落； （2）從頻譜上看，多徑傳播使單一譜線變成了窄帶頻譜，即多徑傳播引起了頻率彌散。當在多徑信道中傳輸數(shù)字信號時，信號衰落會引起突發(fā)錯誤，對通信造成嚴重的危害。在數(shù)字通信中，通常采用交織編譯碼技術(shù)（參見第8章）來減輕這種危害。,動畫演示,通信原理 信道,27,3.3.2隨參信道特性及其數(shù)學模型,2頻率選擇性衰落與相關(guān)帶寬 圖3-17多徑

8、傳播的路徑有兩條的信道模型,動畫演示,通信原理 信道,28,3.3.2隨參信道特性及其數(shù)學模型,3時變線性濾波信道模型,返回,通信原理 信道,29,3.4信道容量的概念,信道容量：是指信道中信息無差錯傳輸?shù)淖畲笏俾省?說明：本節(jié)介紹調(diào)制信道（或稱波形信道，它是指從發(fā)射機調(diào)制器輸出端到接收機解調(diào)器輸入端，這兩點之間的信道）的信道容量。,通信原理 信道,30,3.4信道容量的概念,1香農(nóng)公式 設(shè)信道帶寬為B（Hz），信道輸出信號功率為S（W），輸出加性高斯噪聲功率為N（W），則可以證明該信道的信道容量為 bit/s,通信原理 信道,31,3.4信道容量的概念,由香農(nóng)公式可得以下結(jié)論： （1）增大信

9、號功率S可以增加信道容量，若信號功率趨于無窮大，則信道容量也趨于無窮大，即,通信原理 信道,32,3.4信道容量的概念,（2）減小噪聲功率N（或減小噪聲功率譜密度n0）可以增加信道容量，若噪聲功率趨于零（或噪聲功率譜密度趨于零），則信道容量趨于無窮大，即,通信原理 信道,33,3.4信道容量的概念,（3）增大信道帶寬B可以增加信道容量，但不能使信道容量無限制增大。信道帶寬B趨于無窮大時，信道容量的極限值為,通信原理 信道,34,3.4信道容量的概念,上式表明，保持S/n0一定，即使信道帶寬B，信道容量C也是有限的，這是因為信道帶寬B時，噪聲功率N也趨于無窮大。 2香農(nóng)公式的應(yīng)用 由香農(nóng)公式可以

10、看出：對于一定的信道容量C來說，信道帶寬B、信號噪聲功率比SN及傳輸時間三者之間可以互相轉(zhuǎn)換。若增加信道帶寬，可以換來信號噪聲功率比的降低，反之亦然。如果信號噪聲功率比不變，那么增加信道帶寬可以換取傳輸時間的減少，等等。,返回,通信原理 信道,35,本章小結(jié),一、主要內(nèi)容 3.1恒參信道 3.2隨參信道 3.3信道特性及其數(shù)學模型 3.4信道容量的概念,通信原理 信道,36,本章小結(jié),二、幾點說明 1、信道是信號傳輸?shù)耐ǖ馈Ｋ匝芯啃诺?，根?jù)信道的特性設(shè)計更加合理有效的發(fā)信設(shè)備和接收設(shè)備，對提高通信的質(zhì)量（有效性和可靠性）非常重要。,通信原理 信道,37,本章小結(jié),2、本章在對常遇到的實際信道進行介紹的基礎(chǔ)上，把