通信原理国防信道.pptx
会计学1通信原理国防通信原理国防(gufng)信道信道第一页，共79页。作业作业(zuy)P85n n4-7第2页/共79页第二页，共79页。信道是指信号的传输媒质。这种信道称为狭义信道；如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换(zhunhun)装置，这种信道称为广义信道。第3页/共79页第三页，共79页。狭义信道(xn do)按照传输媒质的特性可分为有线信道(xn do)和无线信道(xn do)两类。广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。这相当于在狭义(xiy)信道的基础上，扩大了信道的范围。广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。第4页/共79页第四页，共79页。n n4.1 无线信道无线信道 n n 在无线信道中信号在无线信道中信号(xnho)的传输的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。是利用电磁波在空间的传播来实现的。地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km地球大气层的结构(jigu)对流层：地面上 0 10 km平流层：约10 60 km电离层：约60 400 km第5页/共79页第五页，共79页。传 播 路径地 面图4-1 地波传播地 面信号传播路径图 4-2 天波传播 电磁波的分类：电磁波的分类：地波地波频率频率2MHz2MHz有绕射能力有绕射能力(nngl)(nngl)距离：数百或数千千米距离：数百或数千千米 天波（电离层反射波）天波（电离层反射波）频率：频率：2 230MHz30MHz特点：被电离层反射特点：被电离层反射一次反射距离：一次反射距离：4000km30MHz30MHz30MHz30MHzn n距离距离距离距离:和天线高度有关和天线高度有关和天线高度有关和天线高度有关n n(4.1-3)(4.1-3)(4.1-3)(4.1-3)n n式中，式中，式中，式中，D D D D收发天线间距离收发天线间距离收发天线间距离收发天线间距离(km)(km)(km)(km)；n n h h h h天线高度（天线高度（天线高度（天线高度（m m m m）,r=6370km,r=6370km,r=6370km,r=6370km n n增大视线传播增大视线传播增大视线传播增大视线传播(chunb)(chunb)(chunb)(chunb)距离的其他途径距离的其他途径距离的其他途径距离的其他途径n n中继通信：中继通信：中继通信：中继通信：n n卫星通信：静止卫星、移动卫星卫星通信：静止卫星、移动卫星卫星通信：静止卫星、移动卫星卫星通信：静止卫星、移动卫星n n平流层通信：平流层通信：平流层通信：平流层通信：第7页/共79页第七页，共79页。图4-7 对流层散射通信地球有效散射区域n n散射传播散射传播散射传播散射传播n n电离层散射电离层散射电离层散射电离层散射n n机理由电离层不均匀性引起机理由电离层不均匀性引起机理由电离层不均匀性引起机理由电离层不均匀性引起n n频率频率频率频率303060MHz60MHzn n距离距离距离距离(jl)(jl)1000km1000km以上以上以上以上n n对流层散射对流层散射对流层散射对流层散射n n机理由对流层不均匀性（湍流）引起机理由对流层不均匀性（湍流）引起机理由对流层不均匀性（湍流）引起机理由对流层不均匀性（湍流）引起n n频率频率频率频率1001004000MHz4000MHzn n最大距离最大距离最大距离最大距离(jl)600km(jl)Ct)，则不可能实现无差错传输(Pe 0、Pb 0）。若噪声n(t)的单边功率(gngl)谱密度为n0，则在信道带宽B内的噪声功率(gngl)N=n0B。因此，香农公式的另一形式为：第69页/共79页第六十九页，共79页。由香农公式可得以下结论：(1)增大信号(xnho)功率S可以增加信道容量，若信号(xnho)功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大，即 (2)减小噪声功率(gngl)N(或减小噪声功率(gngl)谱密度n0)可以增加信道容量，若噪声功率(gngl)趋于零(或噪声功率(gngl)谱密度趋于零)，则信道容量趋于无穷大，即第70页/共79页第七十页，共79页。n n (3)(3)增增增增大大大大信信信信道道道道带带带带宽宽宽宽B B可可可可以以以以增增增增加加加加(zngji)(zngji)信信信信道道道道容容容容量量量量，但但但但不不不不能能能能使使使使信信信信道道道道容容容容量量量量无无无无限限限限制制制制增增增增大大大大。信信信信道道道道带带带带宽宽宽宽B B趋于无穷大时，信道容量的极限值为有限值：趋于无穷大时，信道容量的极限值为有限值：趋于无穷大时，信道容量的极限值为有限值：趋于无穷大时，信道容量的极限值为有限值：信道容量和带宽关系S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)实际系统不可实现区域第71页/共79页第七十一页，共79页。香农公式给出了通信系统所能达到的极限信息传输速率，达到极限信息速率的通信系统称为理想通信系统。但是，香农公式只证明了理想通信系统的“存在性”，却没有指出这种通信系统的实现方法。因此，理想通信系统的实现还需要我们不断努力。上述讨论都是在信道(xn do)为高斯白噪声的前提下进行的，对于其他类型的噪声，香农公式需要加以修正。第72页/共79页第七十二页，共79页。上式还可以改写成如下形式：上式还可以改写成如下形式：上式还可以改写成如下形式：上式还可以改写成如下形式：式中式中式中式中Eb Eb 每比特能量；每比特能量；每比特能量；每比特能量；Tb=1/B Tb=1/B 每比特持续时间。每比特持续时间。每比特持续时间。每比特持续时间。上式表明，为了得到给定的信道容量上式表明，为了得到给定的信道容量上式表明，为了得到给定的信道容量上式表明，为了得到给定的信道容量CtCt：可以增大可以增大可以增大可以增大(zn(zn d)d)带宽带宽带宽带宽B B以换取以换取以换取以换取EbEb的减小；的减小；的减小；的减小；在接收功率受限的情况下，由于在接收功率受限的情况下，由于在接收功率受限的情况下，由于在接收功率受限的情况下，由于Eb=STbEb=STb，可以增大可以增大可以增大可以增大(zn(zn d)Tb d)Tb以减小以减小以减小以减小S S来保持来保持来保持来保持EbEb和和和和CtCt不变。不变。不变。不变。香农公式(gngsh)的变形第73页/共79页第七十三页，共79页。n n香农公式的应用香农公式的应用香农公式的应用香农公式的应用n n 由由由由香香香香农农农农公公公公式式式式可可可可以以以以看看看看出出出出：对对对对于于于于一一一一定定定定的的的的信信信信道道道道容容容容量量量量C C来来来来说说说说，信信信信道道道道带带带带宽宽宽宽B B、信信信信号号号号噪噪噪噪 声声声声 功功功功 率率率率 比比比比 S/NS/N可可可可 以以以以 互互互互 相相相相 转转转转 换换换换(zhu(zhu nhun)nhun)。若若若若增增增增加加加加信信信信道道道道带带带带宽宽宽宽，可可可可以以以以换来信号噪声功率比的降低，换来信号噪声功率比的降低，换来信号噪声功率比的降低，换来信号噪声功率比的降低，反之亦然。反之亦然。反之亦然。反之亦然。由于信道的噪声(zoshng)单边功率谱密度n0往往是给定的，所以上式也可写成第74页/共79页第七十四页，共79页。n n例例例例如如如如：设设设设互互互互换换换换前前前前信信信信道道道道带带带带宽宽宽宽B1=3kHzB1=3kHz，互互互互换换换换后后后后信信信信道道道道带带带带宽宽宽宽B2=10kHzB2=10kHz希希希希望望望望传传传传输输输输的的的的信信信信息息息息速速速速率率率率为为为为104b/s104b/s。为为为为了了了了保保保保证证证证这这这这些些些些信信信信息息息息能能能能够够够够(nnggu)(nnggu)无无无无误误误误地地地地通通通通过过过过信信信信道道道道，则要求信道容量至少要则要求信道容量至少要则要求信道容量至少要则要求信道容量至少要104b/s104b/s才行。才行。才行。才行。n n 互换前互换前互换前互换前互换后第75页/共79页第七十五页，共79页。保持信息传输速率不变，信噪比和带宽的互换性在通信工程中有很大的用处。例如，在宇宙飞船与地面的通信中，飞船上的发射功率不可能做得很大，因此可用增大带宽的方法来换取对信噪比要求的降低。相反，如果信道频带比较紧张(jnzhng)，如有线载波电话信道，这时主要考虑频带利用率，可用提高信号功率来增加信噪比，或采用多进制的方法来换取较窄的频带。前面我们讨论的是带宽和信噪比的互换。此外，带宽或信噪比与传输时间也存在着互换关系。第76页/共79页第七十六页，共79页。例例例例1 1 已知黑白电视图像信号每帧有已知黑白电视图像信号每帧有已知黑白电视图像信号每帧有已知黑白电视图像信号每帧有3030万个像万个像万个像万个像素；每个像素有素；每个像素有素；每个像素有素；每个像素有8 8个亮度电平；各电平独立个亮度电平；各电平独立个亮度电平；各电平独立个亮度电平；各电平独立(dl)(dl)地以等概率出现；图像每秒发送地以等概率出现；图像每秒发送地以等概率出现；图像每秒发送地以等概率出现；图像每秒发送2525帧。帧。帧。帧。若要求接收图像信噪比达到若要求接收图像信噪比达到若要求接收图像信噪比达到若要求接收图像信噪比达到30dB30dB，试求所，试求所，试求所，试求所需传输带宽。需传输带宽。需传输带宽。需传输带宽。解：每个像素的信息量为解：每个像素的信息量为解：每个像素的信息量为解：每个像素的信息量为 Ip=-log2(1/8)=3 Ip=-log2(1/8)=3(b/pix)(b/pix)每帧图像的信息量为每帧图像的信息量为每帧图像的信息量为每帧图像的信息量为 IF=300,000 IF=300,000 3=3=900,000 (b/F)900,000 (b/F)每秒传送的信息量每秒传送的信息量每秒传送的信息量每秒传送的信息量 Rb=900,000 Rb=900,000 25 25 =22,500,000=22,500,000=22.5 22.5 106 (b/s)106 (b/s)信道的容量信道的容量信道的容量信道的容量CtCt必须不小于必须不小于必须不小于必须不小于RbRb值值值值 代入代入代入代入 22.5 22.5 106=B log2(1+1000)106=B log2(1+1000)9.97 B9.97 B 得所需带宽得所需带宽得所需带宽得所需带宽 B=(22.5 B=(22.5 106)/9.97 106)/9.97 2.26 (MHz)2.26 (MHz)第77页/共79页第七十七页，共79页。n n计算离散信道容量的信道模型计算离散信道容量的信道模型计算离散信道容量的信道模型计算离散信道容量的信道模型n n发送符号：发送符号：发送符号：发送符号：x1x1，x2x2，x3x3，xnxnn n接收符号：接收符号：接收符号：接收符号：y1 y1，y2y2，y3y3，ymymn nP(xi)P(xi)：发送符号发送符号发送符号发送符号xi xi 的出现概率的出现概率的出现概率的出现概率(gil(gil)，n ni i 1 1，2 2，n n；n nP(yj)P(yj)：收到收到收到收到yj yj的概率的概率的概率的概率(gil(gil)，n nj j 1 1，2 2，m m n nP(yj/xi)P(yj/xi)：转移概率转移概率转移概率转移概率(gil(gil)，n n 即发送即发送即发送即发送xixi的条件下收到的条件下收到的条件下收到的条件下收到yj yj的条件概率的条件概率的条件概率的条件概率(gil(gil)x1x2x3y3y2y1接收端发送端xn。ym图4-20 信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym/xn)P(yj)2、离散(lsn)信道容量 第78页/共79页第七十八页，共79页。感谢您的观看(gunkn)！第79页/共79页第七十九页，共79页。
