第三章-信道分解ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月1通信原理通信原理我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月2第第3 3章章 信道信道n本章教学目的本章教学目的：了解各种实际了解各种实际信道信道、信道的数信道的数学学模型和模型和信道信道容量的概念。容量的概念。n说明说明：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。它与发送设备

2、、接收设备等一起组成通信系统。它与发送设备、接收设备等一起组成通信系统。没有信道，通信就无法进行；信道的好坏直接没有信道，通信就无法进行；信道的好坏直接影响通信的质量。因此，有必要研究信道，根影响通信的质量。因此，有必要研究信道，根据信道的特点，正确地选用信道，合理地设计据信道的特点，正确地选用信道，合理地设计收发信设备，使通信系统达到最佳。收发信设备，使通信系统达到最佳。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月3第第3 3章章 信道信道n本章的讨论思路本章的讨论思路：

3、通过介绍实际信道的：通过介绍实际信道的例子，在此基础上归纳信道的特性阐述例子，在此基础上归纳信道的特性阐述信道的数学模型，最后简介信道容量的信道的数学模型，最后简介信道容量的概念概念。n要求要求：注重了解各种实际信道的特点，：注重了解各种实际信道的特点，掌握信道的数学模型，简单运用信道容掌握信道的数学模型，简单运用信道容量公式解决实际问题。量公式解决实际问题。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月4序：序：信道的分类信道的分类 一、根据传输媒质来分：一、根据传输媒质来

4、分：1、有线信道：对称电缆、同轴电缆、光纤等、有线信道：对称电缆、同轴电缆、光纤等2、无线信道：短波信道、微波中继信道、卫星中继、无线信道：短波信道、微波中继信道、卫星中继 信道等信道等二、根据信道参数是否变化来分：二、根据信道参数是否变化来分：1、恒参信道：信道的参数不随时间变化。如同轴电、恒参信道：信道的参数不随时间变化。如同轴电 缆、光纤、卫星信道等缆、光纤、卫星信道等2、随参信道：信道的参数随时间变化。如短波信道随参信道：信道的参数随时间变化。如短波信道 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的

5、生物机械工业出版社 2004年1月5三、根据信道包含的内容来分：三、根据信道包含的内容来分：1、狭义信道：仅指传输媒质。、狭义信道：仅指传输媒质。2、广义信道：除了传输媒质外，还包含有关、广义信道：除了传输媒质外，还包含有关 的收发部件。的收发部件。（1）调制信道：调制器输出端至解调器输入）调制信道：调制器输出端至解调器输入 端。端。（2）编码信道：信道编码器输出端至信道译）编码信道：信道编码器输出端至信道译 码器输入端。码器输入端。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年

6、1月6调制信道与编码信道调制信道与编码信道调调制制器器发发转转换换器器媒媒质质收收转转换换器器解解调调器器调制信道调制信道编码信道编码信道编码器编码器输出输出译码器译码器输入输入调制信道与编码信道示意图调制信道与编码信道示意图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月7第第3 3章的主要内容章的主要内容n3.13.1恒参信道恒参信道n3.23.2随参信道随参信道n3.33.3信道特性及其数学模型信道特性及其数学模型n3.43.4信道容量的概念信道容量的概念我吓了一跳，蝎子

7、是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月83.1.13.1.1有线电信道有线电信道n1 1对称电缆（图对称电缆（图3-13-1对称电缆结构图）对称电缆结构图）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月9n对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。的双导线的传输媒质。n类型：非屏蔽（类型：非屏蔽（UTPUTP

8、）和屏蔽（）和屏蔽（STPSTP）。导线材）。导线材料是铝或铜，料是铝或铜， 直径为直径为0.41.4 mm0.41.4 mm。 为了减小为了减小各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成扭绞各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成扭绞状，状，n特点：传输损耗比较大，传输特性比较稳定，特点：传输损耗比较大，传输特性比较稳定，价格便宜、安装容易。价格便宜、安装容易。n应用：对称电缆主要用于市话中继线路和用户应用：对称电缆主要用于市话中继线路和用户线路，在许多局域网如以太网、令牌网中也采线路，在许多局域网如以太网、令牌网中也采用高等级的用高等级的UTPUTP电缆进行连接。电缆进行连接。我吓了一跳，蝎子是多么

9、丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月103.1.13.1.1有线电信道有线电信道n2 2同轴电缆同轴电缆图图3-23-2同轴电缆结构图同轴电缆结构图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月11 表表 3 1 几种有线电缆的特性几种有线电缆的特性 线路类型线路类型 频率范围频率范围/MHz 信号衰减信号衰减 电磁干扰电磁干扰 UTP电缆电缆 1100高高一般一般ST

10、P电缆电缆 1150 高高 小小 同轴电缆同轴电缆 11000 低低 小小 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月12光纤直径纤芯(Core)62.5 5 mm125 mm包层(Clad)CoreCore8 mm125 mmCladClad85m 多模单模人的头发我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月133.1.23.1.2微波中继信道微波中

11、继信道n微波频段的频率范围一般在几百兆赫至几十吉微波频段的频率范围一般在几百兆赫至几十吉赫，其传输特点是在自由空间沿视距传输。由赫，其传输特点是在自由空间沿视距传输。由于受地形和天线高度的限制，两点间的传输距于受地形和天线高度的限制，两点间的传输距离一般为离一般为3050 km，当进行长距离通信时，需，当进行长距离通信时，需要在中间建立多个中继站要在中间建立多个中继站图图n3-33-3微波中继信道的构成微波中继信道的构成我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月143.1

12、.23.1.2微波中继信道微波中继信道n图图3-43-4二频制或四频制频率配置方式二频制或四频制频率配置方式n（a a）四频制）四频制1站4站3站2站1f1f2f3f4f3f我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月153.1.23.1.2微波中继信道微波中继信道n（b b）二频制）二频制1站4站3站2站1f1f2f2f2f1f我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出

13、版社 2004年1月163.1.33.1.3卫星中继信道卫星中继信道n图图3-53-5卫星中继信道示意图卫星中继信道示意图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月17n卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道。的通信信道。n微波中继信道是由地面建立的端站和中继站组微波中继信道是由地面建立的端站和中继站组成。而卫星中继信道是以卫星转发器作为中继成。而卫星中继信道是以卫星转发器作为中继站与接收、发送地球站之间构成。站与接收、

14、发送地球站之间构成。n若卫星运行轨道在赤道平面，离地面高度为若卫星运行轨道在赤道平面，离地面高度为35780km时，绕地球运行一周的时间恰为时，绕地球运行一周的时间恰为24小小时，与地球自转同步，这种卫星称为静止卫星。时，与地球自转同步，这种卫星称为静止卫星。不在静止轨道运行的卫星称为移动卫星。不在静止轨道运行的卫星称为移动卫星。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月193.23.2随参信道随参信道3.2.13.2.1陆地移动信道陆地移动信道n陆地移动通信工作频段主

15、要在陆地移动通信工作频段主要在VHF和和UHF频段，电波传播特点是以直射波为频段，电波传播特点是以直射波为主。但是，主。但是， 由于城市建筑群和其他地形由于城市建筑群和其他地形地物的影响，电波在传播过程中会产生地物的影响，电波在传播过程中会产生反射波、散射波以及它们的合成波，电反射波、散射波以及它们的合成波，电波传输环境较为复杂，因此移动信道是波传输环境较为复杂，因此移动信道是典型的随参信道。典型的随参信道。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月203.23.2随参信

16、道随参信道n1.1.自由空间传播自由空间传播n图图3-63-6移动信道中自由空间传播损耗移动信道中自由空间传播损耗我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月21 P PR R=P=PT TG GT TG GR R 2)4(d式中，式中， GTGT为发射天线增益，为发射天线增益，GRGR为接收天线增益，为接收天线增益，d d为接收天为接收天线与发射天线之间的直线距离，线与发射天线之间的直线距离， 为各向同性天线的有为各向同性天线的有效面积。当发射天线增益和接收天线增益都等于

17、效面积。当发射天线增益和接收天线增益都等于1 1时，式时，式(3.3 - 1)(3.3 - 1)简化为简化为 P PR R=P=PT T 422)4(d自由空间传播损耗定义为自由空间传播损耗定义为 L Lfsfs= = RTPp我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月22 代入式代入式(3.3 - 2)可得可得 Lfs=用用dB可表示为可表示为Lfs=20lg =32.44+20lgd+20lgf (dB) (3.3 - 5)d4 式中，式中，d为接收天线与发射天线之间

18、直线距离，单位为为接收天线与发射天线之间直线距离，单位为km； f为工作频率，单位为为工作频率，单位为MHz。由式。由式(3.3 - 4)可以看出，自可以看出，自由空间传播损耗与距离由空间传播损耗与距离d的平方成正比，距离越远损耗越大。的平方成正比，距离越远损耗越大。图图 3 6 给出了移动信道中自由空间传播损耗与频率和距离的给出了移动信道中自由空间传播损耗与频率和距离的关系。关系。 2)4(d我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月233.2.13.2.1陆地移动信道

19、陆地移动信道n2 2反射波与散射波反射波与散射波n当电波辐射到地面或建筑物表面时，当电波辐射到地面或建筑物表面时， 会发生反会发生反射或散射，射或散射， 从而产生多径传播现象，从而产生多径传播现象，图图3-73-7移移动信道的传播路径和图动信道的传播路径和图3-83-8平滑表面反射平滑表面反射我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月243.2.13.2.1陆地移动信道陆地移动信道n3 3折射波折射波n电波在空间传播中，由于大气中介质密电波在空间传播中，由于大气中介质密度

20、随高度增加而减小，度随高度增加而减小， 导致电波在空间导致电波在空间传播时会产生折射、散射等传播时会产生折射、散射等我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月253.2.23.2.2短波电离层反射信道短波电离层反射信道n说明：短波电离层反射信道是利用地面发射的说明：短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电离层，或电离层与地面之间的一无线电波在电离层，或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信道。次反射或多次反射所形成的信道。n电离层离地面电离层离地面60606

21、00 km600 km。当频率范围为。当频率范围为3 330MHz30MHz（波长为（波长为 1010100 m100 m）的短波（或称为）的短波（或称为高频）无线电波射入电离层时，由于折射现象高频）无线电波射入电离层时，由于折射现象会使电波发生反射，返回地面。会使电波发生反射，返回地面。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月263.2.23.2.2短波电离层反射信道短波电离层反射信道n图图3-103-10电离层结构示意图电离层结构示意图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐

22、怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月27 短波电离层反射信道最主要的特征是多径传播，短波电离层反射信道最主要的特征是多径传播， 多径传多径传播有以下几种形式播有以下几种形式: (1) 电波从电离层的一次反射和多次反射；电波从电离层的一次反射和多次反射； (2) 电离层反射区高度所形成的细多径；电离层反射区高度所形成的细多径； (3) 地球磁场引起的寻常波和非寻常波；地球磁场引起的寻常波和非寻常波； (4) 电离层不均匀性引起的漫射现象。电离层不均匀性引起的漫射现象。 以上四种形式如图以上四种形式

23、如图 3 - 11 所示。所示。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月283.2.23.2.2短波电离层反射信道短波电离层反射信道n图图3-113-11多径形式示意图多径形式示意图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月293.33.3信道特性及其数学模型信道特性及其数学模型n3.3.1恒参信道特性及其数学模型恒参信道特性及其数学模型n说明：

24、恒参信道对信号传输的影响是确说明：恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。因此，可定的或者是变化极其缓慢的。因此，可以等效为一个非时变的线性网络。以等效为一个非时变的线性网络。n1 1理想恒参信道特性理想恒参信道特性n设输入信号为设输入信号为s si i(t)(t)，则无失真传输时，则无失真传输时，要求信道的输出信号要求信道的输出信号我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月303.3.13.3.1恒参信道特性及其数学模恒参信道特性及其数学模型型n式中：式中

25、：K K0 0为传输系数，它可以表示放大为传输系数，它可以表示放大或衰减一个固定值；或衰减一个固定值；t td d为时间延迟，表为时间延迟，表示输出信号滞后输入信号一个固定的时示输出信号滞后输入信号一个固定的时间。频域间。频域)()(00dittsKts)()(00itjSeKSd我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月313.3.13.3.1恒参信道特性及其数学模恒参信道特性及其数学模型型n信道的传输函数为信道的传输函数为n信道的幅频特性信道的幅频特性n相频特性相频特

26、性 0dj tHK e 0HK dt 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月323.3.13.3.1恒参信道特性及其数学模恒参信道特性及其数学模型型n理想恒参信道的群迟延理想恒参信道的群迟延频率特性频率特性n理想恒参信道的冲激响应：理想恒参信道的冲激响应： h(t)=K0(t-td) ddtd 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月333.3

27、.13.3.1恒参信道特性及其数学模恒参信道特性及其数学模型型n2 2幅度幅度频率失真频率失真n图图3-133-13典型音频电话信道的幅频特性、典型音频电话信道的幅频特性、相频特性和群迟延频率特性相频特性和群迟延频率特性n（a a）幅频特性）幅频特性我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月343.3.13.3.1恒参信道特性及其数学模恒参信道特性及其数学模型型n（b b）相频特性；（）相频特性；（c c）群迟延频率特性）群迟延频率特性n3 3相位相位频率失真频率失真我吓

28、了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月353.3.13.3.1恒参信道特性及其数学模恒参信道特性及其数学模型型n4 4具有加性（高斯）噪声的恒参信道数具有加性（高斯）噪声的恒参信道数学模型学模型n（1 1）加性噪声信道）加性噪声信道X+信道( )s t( )n t( )( )( )r ts tn t我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月363.3

29、.13.3.1恒参信道特性及其数学模恒参信道特性及其数学模型型n（2 2）具有加性噪声的线性滤波信道）具有加性噪声的线性滤波信道+信道( )s t( )n t( )( )( )( )r ts th tn t( )h t线性滤波器我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月37HOMEWORKnP81n第3题n第5题我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年

30、1月38REVIEWn1.了解狭义信道和广义信道的概念n2. 熟悉信道的分类n3. 了解恒参信道和随参信道的概念n4. 掌握恒参信道的不失真传输条件我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月393.3.23.3.2随参信道特性及其数学模随参信道特性及其数学模型型n说明：随参信道的传输媒质具有以下三说明：随参信道的传输媒质具有以下三个共同特点。个共同特点。n（l l）衰减时变；）衰减时变；n（2 2）时延时变；）时延时变；n（3 3）多径传播。）多径传播。我吓了一跳，蝎子是

31、多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月401 1多径衰落与频率弥散多径衰落与频率弥散 陆地移动多径传播示意图如图陆地移动多径传播示意图如图3-7所示。基站天线发射所示。基站天线发射的信号经过多条不同的路径到达移动台。我们假设发的信号经过多条不同的路径到达移动台。我们假设发送信号为单一频率正弦波，即送信号为单一频率正弦波，即 s(t)=A cosct 多径信道一共有多径信道一共有n条路径，各条条路径，各条路径路径具有具有时变衰耗时变衰耗和和时变传输时延时变传输时延且从各条路径到达接收端的

32、信号相互独且从各条路径到达接收端的信号相互独立，则接收端接收到的合成波为立，则接收端接收到的合成波为 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月41 = 式中，式中， ai(t)为从第为从第i条路径到达接收端的信号振幅，条路径到达接收端的信号振幅，i(t)为第为第i条路径的传输时延。传输时延可以转换为相位的形式，条路径的传输时延。传输时延可以转换为相位的形式， 即即 r(t)= 式中 i(t)=-ci(t)(cos)(1ttwtaicniir(t)=a1(t) cosct

33、-1(t)+a2(t) cosct-2(t)+an(t) cosct-n(t)= )()(cos)(1ttwtacnii我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月42为从第为从第i条路径到达接收端的信号的随机相位。条路径到达接收端的信号的随机相位。 niciiciniitwtatwtatr11sinsin)(coscos)()(twtytwtXccsin)(cos)(式中式中niiitatx1cos)()(niiitaty1sin)()( 由于由于X(t)和和Y(t)都是

34、相互独立的随机变量之和，根据概率都是相互独立的随机变量之和，根据概率论中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋于正态分布。论中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋于正态分布。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月43 因此，因此， 当当n足够大时，足够大时， X(t)和和Y(t)都趋于正态分布。都趋于正态分布。 通常情通常情况下况下X(t)和和Y(t)的均值为零，方差相等，其一维概率密度函数的均值为零，方差相等，其一维概率密度函数为为)2exp(21)(22x

35、xxxf)2exp(21)(22yyyyf且且x=y。 式式(3.3 - 16)也可以表示为包络和相位的形式，即也可以表示为包络和相位的形式，即 r(t)=V(t)cosct+(t)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月44 式中式中 V(t)=X2(t)+Y2(t) (t)=arctan 由第由第 2 2 章随机信号分析理论我们知道，章随机信号分析理论我们知道， 包络包络V(t)V(t)的一维分布服从瑞利分布，相位的一维分布服从瑞利分布，相位(t)(t)的一维分的一

36、维分布服从均匀分布，可表示为布服从均匀分布，可表示为)()(txty)2exp()(22vvvvvff()= 20 ,21其他, 0我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月453.3.23.3.2随参信道特性及其数学模随参信道特性及其数学模型型n（1 1）多径传播使单一频率的正弦信号变成了）多径传播使单一频率的正弦信号变成了包络和相位受调制的窄带信号，这种信号称为包络和相位受调制的窄带信号，这种信号称为衰落信号，即多径传播使信号产生瑞利型衰落；衰落信号，即多径传播使信号

37、产生瑞利型衰落；n（2 2）从频谱上看，多径传播使单一谱线变成）从频谱上看，多径传播使单一谱线变成了窄带频谱，即多径传播引起了频率弥散。了窄带频谱，即多径传播引起了频率弥散。当当在多径信道中传输数字信号时，信号衰落会引在多径信道中传输数字信号时，信号衰落会引起突发错误，对通信造成严重的危害。在数字起突发错误，对通信造成严重的危害。在数字通信中，通常采用交织编译码技术（参见第通信中，通常采用交织编译码技术（参见第9 9章）来减轻这种危害。章）来减轻这种危害。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械

38、工业出版社 2004年1月463.3.23.3.2随参信道特性及其数学模随参信道特性及其数学模型型n2 2频率选择性衰落与相关带宽频率选择性衰落与相关带宽n图图3-173-17多径传播的路径有两条的信道模多径传播的路径有两条的信道模型型 so(t)=ksi(t)+ksit-(t)Y So()=kSi()+kSi()e-j(t) =kSi()1+e-j(t) (3.3 - 34) 信道传输函数为信道传输函数为H()=So() /Si() =k1+e-j(t) (3.3 - 35)可以看出，信道传输特性主要由可以看出，信道传输特性主要由1+e-j(t)项决定。项决定。 信道幅频特性为信道幅频特性为

39、)(sin)(cos11 )()(twjtkekWHtrjw2)(cossin22)(cos22)(2twjtwktw2)(sincos2)(cos22)(twjtwktw|H()|2kOf2i1i1|H()|2kO2 (t)1f(a)(b)2)(cos2twk我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月49练习n假设某随参信道有两条路径，路径时差td0.5ms，试问该信道在哪些频率上传输损耗最小，哪些频率上传输损耗最大？我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放

40、在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月50对于一般的实际多径传播，信道的传输特性将比两条路径信道传输特性对于一般的实际多径传播，信道的传输特性将比两条路径信道传输特性复杂的多，但同样存在频率选择性衰落现象。多经传播时的相对时延差复杂的多，但同样存在频率选择性衰落现象。多经传播时的相对时延差通常用最大多径时延差来表征。设信道最大多径时延差为通常用最大多径时延差来表征。设信道最大多径时延差为m，则定义，则定义多径传播信道的相关带宽为多径传播信道的相关带宽为它表示信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔它表示信道传输特性相邻两

41、个零点之间的频率间隔。在工程设计中，为在工程设计中，为了保证接收信号质量，通常选择信号带宽为相关带宽的了保证接收信号质量，通常选择信号带宽为相关带宽的1/51/3。mCB1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月51练习n设某随参信道存在多径效应，其最大时延差tmax5ms，试求为避免频率选择衰落所要求的数字信号脉冲宽度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社

42、 2004年1月523.3.23.3.2随参信道特性及其数学模随参信道特性及其数学模型型n3 3时变线性滤波信道模型时变线性滤波信道模型+信道( )s t( )n t( )( )( ; )( )r ts thtn t( ; )ht线性时变滤波器我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月533.43.4信道容量的概念信道容量的概念n信道容量信道容量：是指信道中信息无差错传输：是指信道中信息无差错传输的最大速率。的最大速率。n说明：本节介绍调制信道（或称波形信说明：本节介绍调

43、制信道（或称波形信道，它是指从发射机调制器输出端到接道，它是指从发射机调制器输出端到接收机解调器输入端，这两点之间的信道）收机解调器输入端，这两点之间的信道）的信道容量。的信道容量。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月543.43.4信道容量的概念信道容量的概念n1 1香农公式香农公式n设信道带宽为设信道带宽为B B（HzHz），信道输出信号功），信道输出信号功率为率为S S（W W），输出加性高斯噪声功率为），输出加性高斯噪声功率为N N（W W），则可以证明该信

44、道的信道容量为），则可以证明该信道的信道容量为 bitsbits/s2log (1) SCBN我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月553.43.4信道容量的概念信道容量的概念n由香农公式可得以下结论：由香农公式可得以下结论：n（1 1）增大信号功率）增大信号功率S S可以增加信道容量，可以增加信道容量，若信号功率趋于无穷大，则信道容量也若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大，即趋于无穷大，即20limlimlog1SSSCBn B我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐

45、怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月563.43.4信道容量的概念信道容量的概念n（2 2）减小噪声功率）减小噪声功率N N（或减小噪声功率（或减小噪声功率谱密度谱密度n n0 0）可以增加信道容量，若噪声）可以增加信道容量，若噪声功率趋于零（或噪声功率谱密度趋于功率趋于零（或噪声功率谱密度趋于零），则信道容量趋于无穷大，即零），则信道容量趋于无穷大，即200limlimlog1NNSCBN 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的

46、猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月573.43.4信道容量的概念信道容量的概念n（3 3）增大信道带宽）增大信道带宽B B可以增加信道容量，可以增加信道容量，但不能使信道容量无限制增大。信道带但不能使信道容量无限制增大。信道带宽宽B B趋于无穷大时，信道容量的极限值为趋于无穷大时，信道容量的极限值为022000limlimlog1limlog1BBBn BSSSCBn BnSn B200log1.44SSenn我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 200

47、4年1月583.43.4信道容量的概念信道容量的概念n上式表明，保持上式表明，保持S/S/n n0 0一定，即使信道带宽一定，即使信道带宽B B，信道容量信道容量C C也是有限的，这是因为信道带宽也是有限的，这是因为信道带宽B B时，噪声功率时，噪声功率N N也趋于无穷大。也趋于无穷大。n2 2香农公式的应用香农公式的应用n由香农公式可以看出：对于一定的信道容量由香农公式可以看出：对于一定的信道容量C C来说，信道带宽来说，信道带宽B B、信号噪声功率比、信号噪声功率比S SN N及传及传输时间三者之间可以互相转换。若增加信道带输时间三者之间可以互相转换。若增加信道带宽，可以换来信号噪声功率比

48、的降低，反之亦宽，可以换来信号噪声功率比的降低，反之亦然。如果信号噪声功率比不变，那么增加信道然。如果信号噪声功率比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间的减少，等等。带宽可以换取传输时间的减少，等等。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月59练习n设某黑白电视系统的帧频为25Hz，每帧含44万个像素，每像素灰度等级为8级（设等概出现，且相互独立）。若要求接收端输入信噪比为1023，试计算此黑白电视图像所需要的最小带宽。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么

49、把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n虽然香农公式源于对数字通信的研究，但其分析方法对模拟通信一样适用.n例如：中波调幅广播不论是在音质上，还是在抗干扰性、抗衰落性等方面都远不及调频广播，原因在于两者所传输得信号本身是一样的（可以理解为信源信息速率C一样），但调频广播所占用的信号带宽却远大于调幅广播（即BFMBAM）因此调频广播信噪比要明显优于调幅广播。同样的，单边带调幅和双边带调幅之间的差异也可以用这一方法来分析理解。机械工业出版社 2004年1月60我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感

50、到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月61本章小结本章小结n一、主要内容一、主要内容n3.13.1恒参信道恒参信道n3.23.2随参信道随参信道n3.33.3信道特性及其数学模型信道特性及其数学模型n3.43.4信道容量的概念信道容量的概念我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机械工业出版社 2004年1月62本章小结本章小结n二、几点说明二、几点说明n1 1、信道是信号传输的通道。所以研究信、信道是信号传输的通道。所以研究信道，根据信道的特性设计更加合理有