第三章-信道分解优秀PPT.ppt
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1、机械工业出版社 2004年1月1通信原理通信原理机械工业出版社 2004年1月2第第3 3章章 信道信道n本章教学目的:了解各种实际信道、信道的数本章教学目的:了解各种实际信道、信道的数学模型和信道容量的概念。学模型和信道容量的概念。n说明:信道是指以传输媒质为基础的信号通道。说明:信道是指以传输媒质为基础的信号通道。它与发送设备、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;信道的好坏干脆没有信道,通信就无法进行;信道的好坏干脆影响通信的质量。因此,有必要探讨信道,依影响通信的质量。因此,有必要探讨信道,依据信道的特点,正确地选用信道,合理地
2、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。机械工业出版社 2004年1月3第第3 3章章 信道信道n本章的探讨思路:通过介绍实际信道的本章的探讨思路: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,最终简介信道容量的信道的数学模型,最终简介信道容量的概念。概念。n要求:留意了解各种实际信道的特点,要求:留意了解各种实际信道的特点,驾驭信道的数学模型,简洁运用信道容驾驭信道的数学模型,简洁运用信道容量公式解决实际问题。量公式解决实际问题。机械工业出版社 2004年1月4序:序:
3、信道的分类信道的分类 一、依据传输媒质来分:一、依据传输媒质来分: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、依据信道参数是否变更来分:二、依据信道参数是否变更来分:1、恒参信道:信道的参数不随时间变更。犹如轴电、恒参信道:信道的参数不随时间变更。犹如轴电 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更。如短波信道、随参信道:信道的参数随时间变更。如短波信道 机械工业出版社 2004年1月5三、依据信道包含的内容来分:三、依据
4、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。机械工业出版社 2004年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
5、道与编码信道示意图机械工业出版社 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机械工业出版社 2004年1月8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)机械工业出版社 2004年1月9n对称电缆是在同一爱护套内有很多对相互绝缘对称电缆是在同一爱护套内有很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)和屏蔽()和屏蔽(STPSTP)。
6、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、安装简洁。价格便宜、安装简洁。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,在很多局域网如以太网、令牌网中也接线路,在很多局域网如以太网、令牌网中也接受高等级的受高等级的UTPUTP电缆进行连接。电缆进行连接。机械工业出版社 2004年1月10有线电信道有线电信道n2 2
7、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STP电缆电缆 1150 高高 小小 同轴电缆同轴电缆 11000 低低 小小 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 多模单模人的头发机械工业出版社 2004年1月13微波中继信道微波中继信道n微波频段的频率范
8、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,须,当进行长距离通信时,须要在中间建立多个中继站图要在中间建立多个中继站图n3-3微波中继信道的构成微波中继信道的构成机械工业出版社 2004年1月14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)四频制机械工业出版社 2004年1月15微波中继信道微波中
9、继信道n(b b)二频制)二频制机械工业出版社 2004年1月16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、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
10、,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。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陆陆地地移移动动通通信信工工作作频频段段主主要要在在VHFVHF和和UHFUHF频频段段,电电波波传传播播特特点点是是以以直直射射波波为为主主。但但是是,由由于于城城市市建建筑筑群群和和其其他他地地形形地地物物的的影影响响,电电波波在在传传播播过过程程中中会会产产生生反反射射
11、波波、散散射射波波以以及及它它们们的的合合成成波波,电电波波传传输输环环境境较较为为困困难难,因因此此移移动动信信道道是是典典型型的的随随参信道。参信道。机械工业出版社 2004年1月203.23.2随参信道随参信道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机械工业出版社 2004年1月21 P PR R=P=PT TG GT TG GR R 式式中中,GTGT为为放放射射天天线线增增益益,GRGR为为接接收收天天线线增增益益,d d为为接接收收天天线线与与放放射射天天线线之之间间的的直直线线距距离离,为为各各向向同同性性天天线线的
12、的有有效效面面积积。当当放放射射天天线线增增益益和和接接收收天天线线增增益益都都等等于于1 1时时,式式(3.3-1)(3.3-1)简化为简化为 PR=PT PR=PT 自由空间传播损耗定义为自由空间传播损耗定义为 L Lfsfs=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)式式中中,d为为接接收收天天线线与与放放射射天天线线之之间间直直线线距距离离,单单位位为为km;f为为工工作作频频率率,单单位位为为MHz。由由式式(3.3-4)可可以以看看出出,自自由由
13、空空间间传传播播损损耗耗与与距距离离d的的平平方方成成正正比比,距距离离越越远远损损耗耗越越大大。图图 3 6 给给出出了了移移动动信信道道中中自自由由空空间间传传播播损损耗耗与与频频率率和和距距离离的的关系。关系。机械工业出版社 2004年1月23陆地移动信道陆地移动信道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机械工业出版社 2004年1月24陆地移动信道陆
14、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、散射等机械工业出版社 2004年1月25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放射的说明:短波电离层反射信道是利用地面放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6060600 km600 km。当频率范围为。当频率范围为3 3
15、30MHz30MHz(波长为(波长为 10 10100 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。机械工业出版社 2004年1月26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机械工业出版社 2004年1月27 短短波波电电离离层层反反射射信信道道最最主主要要的的特特征征是是多多径径传传播播,多多径径传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;(
16、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)电离层不匀整性引起的漫射现象。电离层不匀整性引起的漫射现象。以上四种形式如图以上四种形式如图 3-11 所示。所示。机械工业出版社 2004年1月28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: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
17、或者是变更极其缓慢的。因此,可定的或者是变更极其缓慢的。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志向恒参信道特性志向恒参信道特性n设输入信号为设输入信号为si(t),则无失真传输时,要,则无失真传输时,要求信道的输出信号求信道的输出信号机械工业出版社 2004年1月30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式中:式中:K K0 0为传输系数,它可以表示放大或为传输系数,它可以表示放大或衰减一个固定值;衰减一个固定值;t td d为时间延迟,表示输为时间延迟,表示输出信号滞后输入信号一个固定的时间。出信号滞后输入信号一个固定的时间。频域频域机械工业出版
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