04第四章-信道解析优秀PPT.ppt

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1、西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室含弘光大含弘光大 继往开来继往开来通信原理含弘光大含弘光大 继往开来继往开来Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2 2通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】学习内容学习内容无线信道无线信道无线信道无线信道1 12 23 34 4信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型有线信道有线信道有线信道有线信道

2、5 5第四章第四章第四章第四章 信信信信 道道道道信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道容量信道容量信道容量信道容量6 6Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 3 3通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】学习目标学习目标 学习要点学习要点1 1、信道的定义、分类和模型；、信道的定义、分类和模型；、信道的定义、分类和模型；、信道的定义、分类和模

3、型；2 2、恒参信道的特性及其对信号传输的影响；、恒参信道的特性及其对信号传输的影响；、恒参信道的特性及其对信号传输的影响；、恒参信道的特性及其对信号传输的影响；3 3、随参信道的特性及其对信号传输的影响；、随参信道的特性及其对信号传输的影响；、随参信道的特性及其对信号传输的影响；、随参信道的特性及其对信号传输的影响；4 4、信道噪声的统计特性；、信道噪声的统计特性；、信道噪声的统计特性；、信道噪声的统计特性；5 5、信道容量和香农公式。、信道容量和香农公式。、信道容量和香农公式。、信道容量和香农公式。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学

4、院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 4 4通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】学习目标学习目标 重点重点1 1、概念：、概念：信道的分类和特征；调制信道和编码信信道的分类和特征；调制信道和编码信道；恒参信道的无失真传输条件，两种线性失真道；恒参信道的无失真传输条件，两种线性失真及其影响；随参信道的三个特点，多径传播及其及其影响；随参信道的三个特点，多径传播及其影响；信道噪声及其通过带通滤波器的结果；香影响；信道噪声及其通过带通滤波器的结果；香农公式的含义和结论。农公式的含义和结论。2 2、计算：、计算：恒参信道的幅频特性、相频特性和群时

5、恒参信道的幅频特性、相频特性和群时延特性的计算和传输失真状况的推断；减小频率延特性的计算和传输失真状况的推断；减小频率选择性衰落的方法和计算；信道容量的计算。选择性衰落的方法和计算；信道容量的计算。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 5 5通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】学习目标学习目标 难点难点1 1、几点留意。、几点留意。2 2、引入广义信道的意义。、引入广义信道的意义。3 3、“加性加性”和和“乘性的含义乘性的含义”。4 4、无记忆信道

6、和有记忆信道。、无记忆信道和有记忆信道。5 5、信道带宽与信道容量的关系。、信道带宽与信道容量的关系。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 6 6通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】学习内容学习内容无线信道无线信道无线信道无线信道1 12 23 34 4信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型有线信道有线信道有线信道有线信道5 5第四章第四章第四章第四章 信信信信 道道道道信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信

7、号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道容量信道容量信道容量信道容量6 6Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 7 7通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】1 1 1 1、信道分类、信道分类、信道分类、信道分类1 1 1 1）无线信道）无线信道）无线信道）无线信道电磁波（含光波）。电磁波（含光波）。电磁波（含光波）。电磁波（含光波）。2 2 2 2）有线信道）有线信道）有线信道）有线信道电线、光纤。电线

8、、光纤。电线、光纤。电线、光纤。2 2 2 2、信道中的干扰、信道中的干扰、信道中的干扰、信道中的干扰1 1 1 1）有源干扰）有源干扰）有源干扰）有源干扰噪声。噪声。噪声。噪声。2 2 2 2）无源干扰）无源干扰）无源干扰）无源干扰信道本身传输特性的不良。信道本身传输特性的不良。信道本身传输特性的不良。信道本身传输特性的不良。3 3 3 3、本章重点、本章重点、本章重点、本章重点 介绍介绍介绍介绍信道传输特性信道传输特性信道传输特性信道传输特性和和和和噪声的特性噪声的特性噪声的特性噪声的特性，及，及，及，及对信号传输的影响对信号传输的影响对信号传输的影响对信号传输的影响。引引引引 言言言言S

9、outhwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 8 8通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】一、引言一、引言一、引言一、引言 利用空间的利用空间的利用空间的利用空间的电磁波电磁波电磁波电磁波来传送信号。要求天线的尺寸不小于电来传送信号。要求天线的尺寸不小于电来传送信号。要求天线的尺寸不小于电来传送信号。要求天线的尺寸不小于电磁波波长的磁波波长的磁波波长的磁波波长的1/101/10，即无线信道，即无线信道，即无线信道，即无线信道电磁波的频率受天线尺寸限制电磁波的频

10、率受天线尺寸限制电磁波的频率受天线尺寸限制电磁波的频率受天线尺寸限制。地地 面面对流层对流层平流层平流层电离层电离层10 km10 km60 km60 km0 km0 km第一节第一节第一节第一节 无线信道无线信道无线信道无线信道电离层电离层对于传播的影响：对于传播的影响：反射、散射反射、散射。大气层对于传播的影响：大气层对于传播的影响：散射、吸取。散射、吸取。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 9 9通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】二、电磁

11、波的分类二、电磁波的分类二、电磁波的分类二、电磁波的分类 1 1 1 1、地波（、地波（、地波（、地波（ground waveground waveground waveground wave）电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播，有确定的绕射实力，电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播，有确定的绕射实力，电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播，有确定的绕射实力，电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播，有确定的绕射实力，这种传播方式称为地波传播。这种传播方式称为地波传播。这种传播方式称为地波传播。这种传播方式称为地波传播。频率频率频率频率 2 MHz 2 MHz 2 MHz 2 MHz；有绕射实力；有绕射实力；有绕射实力；

12、有绕射实力；距离：数百或数千千米。距离：数百或数千千米。距离：数百或数千千米。距离：数百或数千千米。传播路径传播路径地地 面面图图4-1 4-1 地波传播地波传播第一节第一节第一节第一节 无线信道无线信道无线信道无线信道Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1010通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】地地 面面信号传播路径信号传播路径图图 4-2 4-2 天波传播天波传播2 2 2 2、天波（、天波（、天波（、天波（sky wavesky wave

13、sky wavesky wave）利用电离层反射的传播方式称为天波传播。利用电离层反射的传播方式称为天波传播。利用电离层反射的传播方式称为天波传播。利用电离层反射的传播方式称为天波传播。频率：频率：频率：频率：230 MHz230 MHz230 MHz230 MHz（也称为高频）；（也称为高频）；（也称为高频）；（也称为高频）；能被电离层反射，电离层对传播的影响主要是反射、散射；能被电离层反射，电离层对传播的影响主要是反射、散射；能被电离层反射，电离层对传播的影响主要是反射、散射；能被电离层反射，电离层对传播的影响主要是反射、散射；一次反射距离一次反射距离一次反射距离一次反射距离 4000 k

14、m 4000 km 4000 km 30 MHz 30 MHz 30 MHz 30 MHz 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。mm第一节第一节第一节第一节 无线信道无线信道无线信道无线信道d dd dh h接收天线接收天线接收天线接收天线发射天线发射天线发射天线发射天线传播途径传播途径传播途径传播途径D D地面地面地面地面r rr r图图图图 4-3 4-3 视线传播视线传播视线传播视线传播式中，式中，式中，式中，D D 为收发天线间距离（为收发天线间距离（为收发天线间距离（为收发天线间距离（kmkm）增大视线传播距离的其他途径增大视线传播距离的

15、其他途径增大视线传播距离的其他途径增大视线传播距离的其他途径 中继通信、卫星通信、静止卫星、移动卫星；中继通信、卫星通信、静止卫星、移动卫星；中继通信、卫星通信、静止卫星、移动卫星；中继通信、卫星通信、静止卫星、移动卫星；平流层通信：高空平台电台（平流层通信：高空平台电台（平流层通信：高空平台电台（平流层通信：高空平台电台（HAPSHAPS）。）。）。）。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1212通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】图图图图4-

16、7 4-7 对流层散射通信对流层散射通信对流层散射通信对流层散射通信地球地球地球地球有效散射区域有效散射区域有效散射区域有效散射区域4 4、散射传播、散射传播、散射传播、散射传播 由于传播媒体的不匀整性，使电磁波的传播产生向很多方由于传播媒体的不匀整性，使电磁波的传播产生向很多方由于传播媒体的不匀整性，使电磁波的传播产生向很多方由于传播媒体的不匀整性，使电磁波的传播产生向很多方向折射的现象，称为散射（前向散射）。向折射的现象，称为散射（前向散射）。向折射的现象，称为散射（前向散射）。向折射的现象，称为散射（前向散射）。第一节第一节第一节第一节 无线信道无线信道无线信道无线信道1 1 1 1）电

17、离层散射）电离层散射）电离层散射）电离层散射 机理机理机理机理由电离层不匀整性引起；由电离层不匀整性引起；由电离层不匀整性引起；由电离层不匀整性引起；频率频率频率频率30 60 MHz30 60 MHz30 60 MHz30 60 MHz；距离距离距离距离1000 km1000 km1000 km1000 km以上。以上。以上。以上。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1313通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】3 3）流星余迹散射）流星余迹散射

18、）流星余迹散射）流星余迹散射 由于由于由于由于流星经过大气层流星经过大气层流星经过大气层流星经过大气层时产生的很强的时产生的很强的时产生的很强的时产生的很强的电离余迹电离余迹电离余迹电离余迹使电磁波散射使电磁波散射使电磁波散射使电磁波散射的现象。流星余迹特点的现象。流星余迹特点的现象。流星余迹特点的现象。流星余迹特点 ：高度：高度：高度：高度80 120 km80 120 km，长度，长度，长度，长度15 40 km15 40 km；存留时间小于存留时间小于存留时间小于存留时间小于1 1秒至几分钟。秒至几分钟。秒至几分钟。秒至几分钟。特点特点特点特点 ：低速存储、高速突发、断续传输；：低速存储

19、、高速突发、断续传输；：低速存储、高速突发、断续传输；：低速存储、高速突发、断续传输；频率：频率：频率：频率：30 100 MHz30 100 MHz；距离距离距离距离 ：1000 km1000 km以上。以上。以上。以上。图图图图4-8 4-8 流星余迹散射通信流星余迹散射通信流星余迹散射通信流星余迹散射通信流星余迹流星余迹流星余迹流星余迹第一节第一节第一节第一节 无线信道无线信道无线信道无线信道Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1414通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：

20、信道第四章：信道第四章：信道 】学习内容学习内容无线信道无线信道无线信道无线信道1 12 23 34 4信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型有线信道有线信道有线信道有线信道5 5第四章第四章第四章第四章 信信信信 道道道道信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道容量信道容量信道容量信道容量6 6Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1515通信原理通信原理通信原理通信原理

21、【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】一、明线（一、明线（一、明线（一、明线（open lineopen line）指平行架设在电线杆上的指平行架设在电线杆上的指平行架设在电线杆上的指平行架设在电线杆上的架架架架空线路空线路空线路空线路。其次节其次节其次节其次节 有线信道有线信道有线信道有线信道传输传输传输传输电信号电信号电信号电信号的有线信道主要的有线信道主要的有线信道主要的有线信道主要有三类：明线、对称电缆、有三类：明线、对称电缆、有三类：明线、对称电缆、有三类：明线、对称电缆、同轴电缆。同轴电缆。同轴电缆。同轴电缆。传输传输传输传输光信号光信号光信号光信号的有线信道主要的

22、有线信道主要的有线信道主要的有线信道主要是光纤。是光纤。是光纤。是光纤。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1616通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】二、对称电缆（二、对称电缆（二、对称电缆（二、对称电缆（symmetrical cablesymmetrical cablesymmetrical cablesymmetrical cable）由很多对双绞线组成。由很多对双绞线组成。由很多对双绞线组成。由很多对双绞线组成。图图图图4-9 4-9

23、双绞线双绞线双绞线双绞线导体导体导体导体绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层其次节其次节其次节其次节 有线信道有线信道有线信道有线信道Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1717通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】三、同轴电缆（三、同轴电缆（三、同轴电缆（三、同轴电缆（coaxial cablecoaxial cable）由内外由内外由内外由内外两根同心圆柱形导体构成两根同心圆柱形导体构成两根同心圆柱形导体构成两根同心圆柱形导体构成，在这两根导体间用绝缘，在

24、这两根导体间用绝缘，在这两根导体间用绝缘，在这两根导体间用绝缘体隔离开。体隔离开。体隔离开。体隔离开。导体导体导体导体金属编织网金属编织网金属编织网金属编织网保护层保护层保护层保护层实心介质实心介质实心介质实心介质图图图图4-10 4-10 同轴线同轴线同轴线同轴线其次节其次节其次节其次节 有线信道有线信道有线信道有线信道Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1818通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】折射率折射率折射率折射率n n1 1n n2

25、2折射率折射率折射率折射率n n1 1n n2 27 7101012125 5折射率折射率折射率折射率n n1 1n n2 2单单单单模模模模阶阶阶阶跃跃跃跃折折折折射射射射率率率率光纤光纤光纤光纤图图图图4-11 4-11 光纤结构示意图光纤结构示意图光纤结构示意图光纤结构示意图(a a)(b b)(c c)四、光四、光四、光四、光 纤（纤（纤（纤（optical fiberoptical fiber）传输光信号的有线信道传输光信号的有线信道传输光信号的有线信道传输光信号的有线信道光导纤维光导纤维光导纤维光导纤维。其次节其次节其次节其次节 有线信道有线信道有线信道有线信道1 1 1 1、结构

26、：、结构：、结构：、结构：纤芯、包层。纤芯、包层。纤芯、包层。纤芯、包层。2 2 2 2、按折射率分类：、按折射率分类：、按折射率分类：、按折射率分类：阶跃阶跃阶跃阶跃型、梯度型。型、梯度型。型、梯度型。型、梯度型。3 3 3 3、按、按、按、按传播模式传播模式传播模式传播模式分类：分类：分类：分类：多多多多模光纤、单模光纤。模光纤、单模光纤。模光纤、单模光纤。模光纤、单模光纤。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 1919通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四

27、章：信道 】4 4 4 4、损耗与波长关系、损耗与波长关系、损耗与波长关系、损耗与波长关系 为了使光波在光纤中为了使光波在光纤中为了使光波在光纤中为了使光波在光纤中传输时受到最小的衰减传输时受到最小的衰减传输时受到最小的衰减传输时受到最小的衰减，以便传输尽，以便传输尽，以便传输尽，以便传输尽量远的距离，希望将光波的量远的距离，希望将光波的量远的距离，希望将光波的量远的距离，希望将光波的波长选择在光纤传播损耗最小的波波长选择在光纤传播损耗最小的波波长选择在光纤传播损耗最小的波波长选择在光纤传播损耗最小的波长上长上长上长上。0.7 0.7 0.90.9 1.1 1.3 1.5 1.1 1.3 1.

28、5 1.71.7光波波长（光波波长（光波波长（光波波长（mm）1.55 1.55 mm1.31 1.31 mm图图图图4-124-12光纤损耗与波长的关系光纤损耗与波长的关系光纤损耗与波长的关系光纤损耗与波长的关系其次节其次节其次节其次节 有线信道有线信道有线信道有线信道损耗最小点：损耗最小点：损耗最小点：损耗最小点：1.311.31与与与与1.55 1.55 m m。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2020通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道

29、】学习内容学习内容无线信道无线信道无线信道无线信道1 12 23 34 4信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型有线信道有线信道有线信道有线信道5 5第四章第四章第四章第四章 信信信信 道道道道信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道容量信道容量信道容量信道容量6 6Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2121通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四

30、章：信道第四章：信道 】引引引引 言言言言信道模型的分类：信道模型的分类：信道模型的分类：信道模型的分类：调制信道调制信道调制信道调制信道、编码信道编码信道编码信道编码信道。第三节第三节第三节第三节 信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型编码信道编码信道调制信道调制信道Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2222通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】一、一、调制信道数学模型调制信道数学模型调制信道数学模型调制信道数学模型f f e

31、 ei i(t t)e e0 0(t t)e ei i(t t)n n(t t)调制信道数学模型调制信道数学模型调制信道数学模型调制信道数学模型第三节第三节第三节第三节 信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型为便于分析，通常假设：为便于分析，通常假设：为便于分析，通常假设：为便于分析，通常假设：则，上式可以写为：则，上式可以写为：则，上式可以写为：则，上式可以写为：加性干扰加性干扰加性干扰加性干扰Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2323通信原理通信原理通信原理通信原理【第四

32、章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】讨讨讨讨 论：论：论：论：因因因因 k(t)k(t)随随随随 t t 变，故信道称为时变信道。变，故信道称为时变信道。变，故信道称为时变信道。变，故信道称为时变信道。因因因因 k(t)k(t)与与与与 e i(t)e i(t)相乘，故称其为乘性干扰（当没有信号时，没有相乘，故称其为乘性干扰（当没有信号时，没有相乘，故称其为乘性干扰（当没有信号时，没有相乘，故称其为乘性干扰（当没有信号时，没有 乘性干扰。）乘性干扰。）乘性干扰。）乘性干扰。）因因因因 k(t)k(t)作随机变更，故又称信道为随参信道。作随机变更，故又称信道为随参信道。作随机变更，故

33、又称信道为随参信道。作随机变更，故又称信道为随参信道。若若若若 k(t)k(t)变更很慢或很小，则称信道为恒参信道。变更很慢或很小，则称信道为恒参信道。变更很慢或很小，则称信道为恒参信道。变更很慢或很小，则称信道为恒参信道。第三节第三节第三节第三节 信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2424通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】二、编码信道模型二、编码信道模型 二进制编码信道简洁模型二进制编

34、码信道简洁模型无记忆（独立）信道模型。无记忆（独立）信道模型。P P(1/0)(1/0)P P(0/1)(0/1)0 00 01 11 1P P(0/0)(0/0)P P(1/1)(1/1)二进制编码信道模型二进制编码信道模型二进制编码信道模型二进制编码信道模型发送端发送端发送端发送端接收端接收端接收端接收端第三节第三节第三节第三节 信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型P P（0/00/0）和和和和P P（1/11/1）正确转移概率正确转移概率正确转移概率正确转移概率P P（1/0 1/0）和）和）和）和P P（0/1 0/1）错误转移概率错误转移概率错误转移概率错误转移概

35、率P P（0/00/0）=1 =1 P P（1/01/0）P P（1/11/1）=1 =1 P P（0/10/1）Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2525通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】四进制编码信道模型四进制编码信道模型四进制编码信道模型四进制编码信道模型 0 01 12 23 33 32 21 10 0接接接接收收收收端端端端发发发发送送送送端端端端第三节第三节第三节第三节 信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型So

36、uthwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2626通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】学习内容学习内容无线信道无线信道无线信道无线信道1 12 23 34 4信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型信道的数学模型有线信道有线信道有线信道有线信道5 5第四章第四章第四章第四章 信信信信 道道道道信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道中的噪声信道容量信道容量信道

37、容量信道容量6 6Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2727通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】一、恒参信道对信号传输的影响一、恒参信道对信号传输的影响一、恒参信道对信号传输的影响一、恒参信道对信号传输的影响 恒参信道本质上是一个恒参信道本质上是一个恒参信道本质上是一个恒参信道本质上是一个非时变线性网络非时变线性网络非时变线性网络非时变线性网络，可利用信号通，可利用信号通，可利用信号通，可利用信号通过线性系统的方法，分析信号通过恒参信道受到的影

38、响。过线性系统的方法，分析信号通过恒参信道受到的影响。过线性系统的方法，分析信号通过恒参信道受到的影响。过线性系统的方法，分析信号通过恒参信道受到的影响。第四节第四节第四节第四节 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响1 1 1 1、恒参信道的主要传输特性、恒参信道的主要传输特性、恒参信道的主要传输特性、恒参信道的主要传输特性1 1 1 1）振幅）振幅）振幅）振幅频率特性：频率特性：频率特性：频率特性：振幅特性与频率无关，即为一水平直线振幅特性与频率无关，即为一水平直线振幅特性与频率无关，即为一水平直线振幅特性与频率无关，即为一水平直线

39、 时无失真。时无失真。时无失真。时无失真。(a)(a)插入损耗频率特性插入损耗频率特性插入损耗频率特性插入损耗频率特性右图为典型电话信道特性右图为典型电话信道特性右图为典型电话信道特性右图为典型电话信道特性Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2828通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】2 2 2 2）相位）相位）相位）相位频率特性：频率特性：频率特性：频率特性：传输传输传输传输群时延为一常数群时延为一常数群时延为一常数群时延为一常数与频率无关，即

40、，与频率无关，即，与频率无关，即，与频率无关，即，相位特性为通过原点的直线时无失真相位特性为通过原点的直线时无失真相位特性为通过原点的直线时无失真相位特性为通过原点的直线时无失真。频率频率频率频率(kHz)(kHz)（mms s）群群群群延延延延迟迟迟迟(b)(b)群延迟频率特性群延迟频率特性群延迟频率特性群延迟频率特性 0 0相位频率特性相位频率特性相位频率特性相位频率特性第四节第四节第四节第四节 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响群时延的定义：群时延的定义：群时延的定义：群时延的定义：Southwestern Universit

41、y西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 2929通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】2 2 2 2、频率失真：振幅、频率失真：振幅、频率失真：振幅、频率失真：振幅频率特性不良引起的失真。频率特性不良引起的失真。频率特性不良引起的失真。频率特性不良引起的失真。1 1 1 1）影响：频率失真）影响：频率失真）影响：频率失真）影响：频率失真 波形畸变波形畸变波形畸变波形畸变 码间串扰。码间串扰。码间串扰。码间串扰。2 2 2 2）解决方法：线性网络补偿。）解决方法：线性网络补偿。）解决方法：线性网络

42、补偿。）解决方法：线性网络补偿。第四节第四节第四节第四节 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响3 3 3 3、相位失真：相位、相位失真：相位、相位失真：相位、相位失真：相位频率特性不良引起的失真。频率特性不良引起的失真。频率特性不良引起的失真。频率特性不良引起的失真。1 1 1 1）影响：对模拟语音影响不大，对数字信号影响大。）影响：对模拟语音影响不大，对数字信号影响大。）影响：对模拟语音影响不大，对数字信号影响大。）影响：对模拟语音影响不大，对数字信号影响大。2 2 2 2）解决方法：线性网络补偿。）解决方法：线性网络补偿。）解决方

43、法：线性网络补偿。）解决方法：线性网络补偿。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 3030通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】4 4 4 4、非线性失真（、非线性失真（、非线性失真（、非线性失真（谐波失真谐波失真谐波失真谐波失真）：）：）：）：输入电压输入电压输入电压输入电压输出电压为非线性引起的失真。输出电压为非线性引起的失真。输出电压为非线性引起的失真。输出电压为非线性引起的失真。非线性关系非线性关系非线性关系非线性关系直线关系直线关系直线关系

44、直线关系图图图图4-16 4-16 非线性特性非线性特性非线性特性非线性特性输入电压输入电压输入电压输入电压输输输输出出出出电电电电压压压压第四节第四节第四节第四节 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响5 5 5 5、其他失真：、其他失真：、其他失真：、其他失真：频率偏移、相位抖动等。频率偏移、相位抖动等。频率偏移、相位抖动等。频率偏移、相位抖动等。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 3131通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信

45、道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】二、随参信道的影响二、随参信道的影响二、随参信道的影响二、随参信道的影响 随参信道又称随参信道又称随参信道又称随参信道又称时变信道时变信道时变信道时变信道，信道参数随时间而变。如天波、，信道参数随时间而变。如天波、，信道参数随时间而变。如天波、，信道参数随时间而变。如天波、地波、视距传播、散射传播等。地波、视距传播、散射传播等。地波、视距传播、散射传播等。地波、视距传播、散射传播等。第四节第四节第四节第四节 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响1 1 1 1、随参信道的主要传输特性、随参信道的

46、主要传输特性、随参信道的主要传输特性、随参信道的主要传输特性 衰减随时间变更、时延随时间变更和多径效应。衰减随时间变更、时延随时间变更和多径效应。衰减随时间变更、时延随时间变更和多径效应。衰减随时间变更、时延随时间变更和多径效应。2 2 2 2、多径效应、多径效应、多径效应、多径效应 经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在和衰减都随时间而变，即存在和衰减都随时间而变，即存在和衰减都随时间而变，即存在多径传播多

47、径传播多径传播多径传播现象。现象。现象。现象。多径传播对信号的影响称为多径传播对信号的影响称为多径传播对信号的影响称为多径传播对信号的影响称为多径效应多径效应多径效应多径效应。Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 3232通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】3 3 3 3、多径效应分析、多径效应分析、多径效应分析、多径效应分析 设设设设 为放射信号，经为放射信号，经为放射信号，经为放射信号，经n n n n条路径后条路径后条路径后条路径后 接收信号

48、为接收信号为接收信号为接收信号为 式中式中式中式中 第第第第i i i i 条路径到达的接收信号振幅；条路径到达的接收信号振幅；条路径到达的接收信号振幅；条路径到达的接收信号振幅；由第由第由第由第i i i i 条路径达到的信号的时延；条路径达到的信号的时延；条路径达到的信号的时延；条路径达到的信号的时延；上式中的上式中的上式中的上式中的 都是随机变更的。都是随机变更的。都是随机变更的。都是随机变更的。第四节第四节第四节第四节 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响Southwestern University西南大学电子信息工程学院西

49、南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通信教研室通信教研室 3333通信原理通信原理通信原理通信原理【第四章：信道第四章：信道第四章：信道第四章：信道 】应用三角公式可将上式（应用三角公式可将上式（应用三角公式可将上式（应用三角公式可将上式（4.44.44.44.41 1 1 1式）改写成：式）改写成：式）改写成：式）改写成：上式中的上式中的上式中的上式中的R(t)R(t)R(t)R(t)可以看成是由相互正交的两个重量组成的。这两个可以看成是由相互正交的两个重量组成的。这两个可以看成是由相互正交的两个重量组成的。这两个可以看成是由相互正交的两个重量组成的。这两个重量的振幅分别是缓慢随机变更

50、的。式中重量的振幅分别是缓慢随机变更的。式中重量的振幅分别是缓慢随机变更的。式中重量的振幅分别是缓慢随机变更的。式中 接收信号的包络接收信号的包络接收信号的包络接收信号的包络 接收信号的相位接收信号的相位接收信号的相位接收信号的相位 缓慢随机变更振幅缓慢随机变更振幅缓慢随机变更振幅缓慢随机变更振幅缓慢随机变更振幅缓慢随机变更振幅缓慢随机变更振幅缓慢随机变更振幅第四节第四节第四节第四节 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响Southwestern University西南大学电子信息工程学院西南大学电子信息工程学院通信教研室通信教研室通