通信原理—绪论2讲新.ppt

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1、通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结上节课内容u 基本要求基本要求 了解了解通信的发展；通信的发展；掌握掌握消息、信息、信号的定义；消息、信息、信号的定义；掌握掌握数字通信的概念，理解数字通信的优点；数字通信的概念，理解数字通信的优点；掌握掌握数字通信系统模型数字通信系统模型 掌握掌握信息及其度量信息及其度量2022/12/71通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概

2、述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结本节课内容u 基本要求基本要求 掌握掌握数字通信系统主要性能指标；数字通信系统主要性能指标；掌握掌握信道模型，并会信道模型，并会分析分析信道特性对信号传输信道特性对信号传输 的影响；的影响；熟悉熟悉信道中的噪声。信道中的噪声。2022/12/72通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主要性能指标（重点）主要性能指标（重点）u通信的任务是快速、准确地传递信息。通信的任务是快速、准确地传递信息。p评

3、价一个通信系统优劣的主要性能指标是系统的评价一个通信系统优劣的主要性能指标是系统的有效性和可靠性。有效性和可靠性。p有效性是指在给定信道单位时间内传输的信息内有效性是指在给定信道单位时间内传输的信息内容的多少，或者说是传输的容的多少，或者说是传输的“速度速度”问题；问题；p可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量质量”问题。这两个问题相互矛盾而又相对统问题。这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常还可以进行互换。一，通常还可以进行互换。2022/12/73通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性

4、能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主要性能指标主要性能指标u模拟通信系统的模拟通信系统的有效性有效性可用有效传输频带可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。则需要不同的频带宽度。可靠性可靠性用接收端用接收端最终输出信噪比来度量。最终输出信噪比来度量。u数字通信系统的数字通信系统的有效性有效性可用传输速率来衡可用传输速率来衡量。量。可靠性可靠性可用差错率来衡量可用差错率来衡量2022/12/74通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及

5、其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主要性能指标主要性能指标u传输速率：传输速率：码元传输速率码元传输速率和和信息传输速率信息传输速率p 码元传输速率码元传输速率 RB简称传码率，又称符号速率简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（是波特（Baud），记为），记为B。例如，若。例如，若1秒内传秒内传2400个码元，则传码率为个码元，则传码率为2400B。l 数字信号有多进制和二进制之分，但码元数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码

6、元长度速率与进制数无关，只与传输的码元长度T T有关有关:2022/12/75通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主要性能指标主要性能指标p信息传输速率信息传输速率 Rb简称传信率，又称比特率等。它表简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为秒，可记为bit/s，或，或 b/s，或，或bps。l每个码元或符号通常都含有一定每个码元或符号通常都含有一定bit

7、数的信息量，因数的信息量，因此码元速率此码元速率(传码率传码率)和信息速率和信息速率(传信率传信率)有确定的关有确定的关系，即系，即Rb=RBH(x)(b/s)式中，式中，H(x)为信源中每个符号所含的为信源中每个符号所含的平均信息量平均信息量（熵）（熵）。等概传输时等概传输时，熵有最大值，熵有最大值log2 M，信息速率也，信息速率也达到最大，即达到最大，即Rb=RB log2 M(b/s)2022/12/76通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主

8、要性能指标主要性能指标A二进制二进制1符号符号比特比特TT码元宽度码元宽度比特宽度比特宽度TT/2码元宽度码元宽度比特比特宽度宽度TT/3码元宽度码元宽度比特比特宽度宽度码元码元码元码元四进制四进制0 0 1八进制八进制0 0 12022/12/77通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主要性能指标主要性能指标u通常在给出码元速率时，有必要说明码元通常在给出码元速率时，有必要说明码元的进制。由于的进制。由于M进制的一个码元可以用进制的一个码元可以用 l

9、og2 M个二进制码元去表示，因而在保证个二进制码元去表示，因而在保证信息速率不变的情况下，信息速率不变的情况下，M进制的码元速进制的码元速率率RBM与二进制的码元速率与二进制的码元速率RB2之间有以下之间有以下转换关系：转换关系：RB2=RBM log2 M (B)2022/12/78通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主要性能指标主要性能指标u【例例】u 码元速率为码元速率为1200B，采用八进制（，采用八进制（M=8）时，信息速率为时，信息速率

10、为3600b/s；u 采用二进制（采用二进制（M=2）时，）时，信息速率为信息速率为1200b/s，u 可见，二进制的码元速率和信息速率在数可见，二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们量上相等，有时简称它们为数码率为数码率2022/12/79通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主要性能指标主要性能指标u频带利用率比较不同通信系统的有效性时，单看它们的传比较不同通信系统的有效性时，单看它们的传输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的

11、信道的输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的信道的频带宽度频带宽度B。所以，真正衡量数字通信系统传输效率的应当。所以，真正衡量数字通信系统传输效率的应当是单位频带内的码元传输速率，是单位频带内的码元传输速率，码元频带利用率码元频带利用率，即，即uRB码元速率和信息速率码元速率和信息速率Rb有着确定的关系。为了比较不同系有着确定的关系。为了比较不同系统的传输效率，统的传输效率，又可定义又可定义信息频带利用率信息频带利用率为为2022/12/710)/(HzsbBRb=h通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系

12、统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结希腊字母读音表1u大写大写 小写小写 英文注音英文注音 国际音标注音国际音标注音 中文注音中文注音 u alpha alfa 阿耳法阿耳法 u beta beta 贝塔贝塔 u gamma gamma 伽马伽马 u deta delta 德耳塔德耳塔 u epsilon epsilon 艾普西隆艾普西隆 u zeta zeta 截塔截塔 u eta eta 艾塔艾塔 u theta ita 西塔西塔 u iota iota 约塔约塔 2022/12/711通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息

13、及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结希腊字母读音表2u kappa kappa 卡帕卡帕 u lambda lambda 兰姆达兰姆达 u mu miu 缪缪 u nu niu 纽纽 u xi ksi 可塞可塞 u omicron omikron 奥密可戎奥密可戎 u pi pai 派派 u rho rou 柔柔 u sigma sigma 西格马西格马 u tau tau 套套 2022/12/712通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述

14、通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结希腊字母读音表3u phi fai 斐斐 u chi khai 喜喜 u psi psai 普西普西 u omega omiga 欧米伽欧米伽2022/12/713通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结u差错率差错率p衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用常用误码率误码率和和误信率误信率表示。表示。p误码率误码率（码元差错率）（码元差错率）Pe是指发生差错

15、的码元数是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即码率是码元在传输系统中被传错的概率，即 p误信率误信率（信息差错率）（信息差错率）Pb是指发生差错的比特数是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，在传输总比特数中所占的比例，即即主要性能指标主要性能指标2022/12/714传输总比特数错误比特数=bp通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结主要性能

16、指标主要性能指标u例例3 设一信息源的输出由设一信息源的输出由128个不同符号组成。个不同符号组成。其中其中16个出现的概率为个出现的概率为1/32，其余，其余112个出现概个出现概率为率为1/224。信息源每秒发出。信息源每秒发出1000个符号，且每个符号，且每个符号彼此独立。试计算该信息源的平均信息速个符号彼此独立。试计算该信息源的平均信息速率。率。u解：每个符号的平均信息量为解：每个符号的平均信息量为已知码元速率已知码元速率，故该信息源的平均信息速率为，故该信息源的平均信息速率为 2022/12/715通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量

17、 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结u例例4 已知某八进制数字通信系统的信息速率为已知某八进制数字通信系统的信息速率为 3000bit/s，在收端，在收端10分钟内共测得出现分钟内共测得出现18个错个错误码元，试求该系统的误码率。误码元，试求该系统的误码率。u解：解：依题意依题意 得：得：系统的误码率系统的误码率 2022/12/716通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结信道与噪声u信道定义

18、与数学模型信道定义与数学模型u恒参信道及其传输特性恒参信道及其传输特性u随参信道及其传输特性随参信道及其传输特性u加性噪声加性噪声u信道容量的概念信道容量的概念2022/12/717通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结信道定义u信道：以传输媒质为基础的信号通道。信道：以传输媒质为基础的信号通道。p狭义信道：信号的传输媒质。狭义信道：信号的传输媒质。p广义信道：不仅是传输媒质，而且包括通信系广义信道：不仅是传输媒质，而且包括通信系 统中的一些转换装置。

19、统中的一些转换装置。2022/12/718通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结信道定义u狭义信道按照传输媒质的特性可分为狭义信道按照传输媒质的特性可分为p有线信道有线信道l明线、明线、双绞线双绞线、同轴电缆及光纤等、同轴电缆及光纤等p无线信道无线信道l地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。u广义信道中与通信系统有关的变

20、换装置可以是发广义信道中与通信系统有关的变换装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。器等等。p广义信道按照它包括的功能，广义信道按照它包括的功能，l调制信道调制信道l编码信道编码信道2022/12/719通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结狭义信道(有线)明线明线(即平行绝缘线即平行绝缘线)优点：传输损耗低优点：传输损耗低 缺点：噪声干扰敏感缺点：噪声干扰敏感 铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体

21、外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套同轴电缆同轴电缆 优点：外导体接地、屏蔽干扰优点：外导体接地、屏蔽干扰 LAN用基带：用基带：50、93 CATV：752022/12/720通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结狭义信道(有线)内导体芯线绝缘内屏蔽外屏蔽外套双绞线双绞线(拧成扭绞状的电缆拧成扭绞状的电缆)优点：较稳定优点：较稳定 缺点：损耗较大缺点：损耗较大 屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)常用的双绞线为3类(16Mbit

22、/s)和5类(155Mbit/s)两种以铝箔屏蔽以铝箔屏蔽以减少干扰以减少干扰和串音和串音双绞线外无双绞线外无任何屏蔽层任何屏蔽层2022/12/721通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结狭义信道(有线)入射角入射角折射角折射角包层包层纤芯纤芯涂覆层涂覆层涂覆层涂覆层包层包层纤芯纤芯62.562.5m m125125m m250250m m只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生

23、全反射，并且可以存在许多条不同角度入射的光线在一条产生全反射，并且可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（Multimode Fiber）2022/12/722通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结狭义信道(无线，无线视距中继信道)两个地面站之间传送距离：50-100 km地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔地面微波接力地面微波接力2022/12/7

24、23通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结狭义信道(无线，卫星中继通信)地面站地面站地球地球地面站地面站l使用微波频段使用微波频段l使用转发器接收和转发使用转发器接收和转发2022/12/724通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结编码信道编码信道调制信道调制信道广义信道(模型)编编码码器器调调制制器器发发转转

25、换换器器媒媒质质译译码码器器解解调调器器收收转转换换器器输入输入输出输出调制信道和编码信道2022/12/725通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结广义信道(调制信道数学模型)u调制信道模型调制信道模型p调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信道，是模拟信道，它具有如下共性：广义信道，是模拟信道，它具有如下共性：（1）有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输）有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出

26、端出端 （2）绝大多数的信道都是线性的，）绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠即满足线性叠加原理；加原理；（3）信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间；）信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间；（4）信号通过信道会受到固定的或时变的损耗；）信号通过信道会受到固定的或时变的损耗；（5）即使没有信号输入，）即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能在信道的输出端仍可能有一定的输出（噪声）有一定的输出（噪声）2022/12/726通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小

27、小 结结广义信道(调制信道数学模型)u可用一个二端对（或多端对）的时变线性网络去代替调制信可用一个二端对（或多端对）的时变线性网络去代替调制信道，这个网络称作道，这个网络称作调制信道模型调制信道模型二端对网络二端对网络多端对网络多端对网络2022/12/727通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结广义信道(调制信道数学模型)寻找到这种函数关系是寻找到这种函数关系是表示信道对信号的影响（变换）的某种函数关系表示信道对信号的影响（变换）的某种函数关系信道对

28、信号影响有两点加性干扰乘性干扰2022/12/728通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结广义信道(调制信道数学模型)随随2022/12/729通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结恒参信道的特性及对信号的影响u理想恒参信道对信号传输的影响是：理想恒参信道对信号传输的影响是：(1)对信号在幅度上产生固定的衰减；

29、对信号在幅度上产生固定的衰减；(2)对信号在时间上产生固定的迟延。对信号在时间上产生固定的迟延。这种情况也称信号是这种情况也称信号是 无失真传输无失真传输恒参信道是指乘性干扰基本不随时间变化的信道 2022/12/730通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结回顾 寻找到这种函数关系是寻找到这种函数关系是表示信道对信号的影响（变换）的某种函数关系表示信道对信号的影响（变换）的某种函数关系信道对信号影响有两点加性干扰乘性干扰2022/12/731通信系统组

30、成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结恒参信道的特性及对信号的影响传输特性传输特性幅幅-频特性频特性相相-频特性频特性经过经过信道后不信道后不产产生失真，生失真，则则希望希望H(w)满满足不失真条件足不失真条件 为一条直线为一条直线呈线性关系呈线性关系2022/12/732通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结信道信道恒

31、参信道对信号传输的影响恒参信道对信号传输的影响 非时变线性网络。其非时变线性网络。其幅度幅度-频率特性频率特性：f(Hz)30030000衰衰耗耗 (d dB B)理想特性理想特性典型音频电话信道特性典型音频电话信道特性信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响2022/12/733通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结恒参信道的特性及对信号的影响 幅度幅度-频率失真频率失真 幅度幅度-频率失真是频率失真是 由实际信道的幅度频率特性由实际信道的幅

32、度频率特性的不理想所引起的，的不理想所引起的，这种失真又称为这种失真又称为 频率失频率失真，属于线性失真。真，属于线性失真。信道的幅度信道的幅度-频率特性不理想会使通过它的信频率特性不理想会使通过它的信号波形产生失真，若传输数字信号，则会引起号波形产生失真，若传输数字信号，则会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠，相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠，造成码间干扰造成码间干扰。2022/12/734通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结信道信道

33、特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响恒参信道对信号传输的影响恒参信道对信号传输的影响其其相位相位-频率特性频率特性：()0 ()0理想特性理想特性2022/12/735通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结相相位位-频频率率失失真真也也是是属属于于线线性性失失真真。它它对对模模拟拟话话音音传传输输影影响响不不明明显显。如如果果传传输输数数字字信信号号，相频失真同样会引起码间干扰。相频失真同样会引起码间干扰。相位相位-频率失真频率失真恒参信道的特

34、性及对信号的影响2022/12/736通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结 例例5 5 设某恒参信道的传输特性为设某恒参信道的传输特性为 其中，其中，td 为常数。试确定信号为常数。试确定信号s(t)通过该信通过该信道后的输出信号表达式，并讨论该信道对信道后的输出信号表达式，并讨论该信道对信号传输的影响。号传输的影响。2022/12/737通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标

35、 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结u解：该恒参信道的传输函数为解：该恒参信道的传输函数为 冲激响应为冲激响应为 2022/12/738通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结 输出信号为输出信号为 讨讨论论：因因为为该该信信道道的的幅幅频频特特性性不不为为常常数数，所所以以输输出出信信号号存存在在幅幅频频失失真真，而而相相频频特特性性是是频频率率的的线线性性函函数数，所所以以输输出出信信号号不不存在相频失真。存在相频失

36、真。2022/12/739通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结思考u信号在恒参信道中传输主要信号在恒参信道中传输主要有哪些失真？如何减少这些失有哪些失真？如何减少这些失真？真？2022/12/740通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结随参信道及其传输特性随参信道及其传输特性u随参信道的传输媒质具有以下三个特

37、点：随参信道的传输媒质具有以下三个特点：(1)(1)对信号的衰耗随时间随机变化；对信号的衰耗随时间随机变化；(2)(2)信号传输的时延随时间随机变化；信号传输的时延随时间随机变化；(3)(3)多径传播。多径传播。多多 径径 衰衰 落落 与与 频频 率率 弥弥 散散 (Multi-path fading and frequency dispersal)频率选择性衰落与相关带宽频率选择性衰落与相关带宽 (Frequency-selective fading and coherence bandwidth)2022/12/741通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度

38、量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结思考u多径传输对信号的传输有多径传输对信号的传输有哪些影响？哪些影响？2022/12/742通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结多径衰落与频率弥散多径衰落与频率弥散(Multi-path fading and frequency dispersal)输入信号输入信号hbd2dd1qqhm接收信号的接收信号的接收信号的接收信号的特性特性特性特性

39、:设发送信号为设发送信号为Acos 0t，2022/12/743通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结随参信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 式中式中 ri(t)第第 i 条路径的接收信号振幅；条路径的接收信号振幅；i(t)第第 i 条路径的传输时延；条路径的传输时延；I(t)=-=-0 i(t)X c(t)X s(t)则经过则经过n条路径传播后的接收信号条路径传播后的接收信号R(t)可以表示为：可以表示为：2022/12/744通信

40、系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结随参信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式中：式中：V(t)合成波合成波R(t)的包络的包络;多径衰落多径衰落 (t)合成波合成波R(t)的相位。的相位。即有：即有：由于，相对于由于，相对于 0而言，而言，ri(t)和和 i(t)变化缓慢，故变化缓慢，故Xc(t),Xs(t)及及V(t),(t)也是缓慢变化的。也是缓慢变化的。所以，所以，R(t)可以视为一个窄带信号（随机过程）。可以视为一个窄带信号（随

41、机过程）。2022/12/745通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结随参信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由下式可见由下式可见：原发送信号原发送信号原发送信号原发送信号AcosAcosAcosAcos 0 0 0 0t t t t，经过传输后：，经过传输后：，经过传输后：，经过传输后：l l 恒定振幅恒定振幅恒定振幅恒定振幅A A A A，变成慢变振幅，变成慢变振幅，变成慢变振幅，变成慢变振幅V(t);V(t);V(t);V(t);

42、l l 恒定相位恒定相位恒定相位恒定相位0 0 0 0，变成慢变相位，变成慢变相位，变成慢变相位，变成慢变相位 (t)(t)(t)(t)；因而，频谱由单一频率变成因而，频谱由单一频率变成因而，频谱由单一频率变成因而，频谱由单一频率变成窄带频谱窄带频谱窄带频谱窄带频谱。tff02022/12/746通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结相对于相对于原发送信号原发送信号原发送信号原发送信号AcosAcosAcosAcos 0 0 0 0t t t t来说来

43、说V(t)和和(t)是慢变化随机过程，是慢变化随机过程，于是于是R(t)可以看成是一个窄带随机过程。可以看成是一个窄带随机过程。两个结论两个结论:(1)多多径径传传播播使使单单一一频频率率的的正正弦弦信信号号变变成成了了包包络络和和相相位位受受调调制制的的窄窄带带信信号号，这这种种信信号号称称为为衰衰落落信信号号，即即多多径传播使信号产生径传播使信号产生瑞利型衰落瑞利型衰落；(2)从从频频谱谱上上看看，多多径径传传播播使使单单一一谱谱线线变变成成了了窄窄带带频频谱，谱，即多径传播引起了即多径传播引起了频率弥散频率弥散。多径衰落与频率弥散多径衰落与频率弥散(Multi-path fading a

44、nd frequency dispersal)2022/12/747通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结广义信道(编码信道数学模型)u编码信道包括调制信道、调制器和解调器，是一编码信道包括调制信道、调制器和解调器，是一种数字信道或离散信道。由于信道噪声或其他因种数字信道或离散信道。由于信道噪声或其他因素的影响，将导致输出数字序列发生错误，素的影响，将导致输出数字序列发生错误，因此因此输入、输出数字序列之间的关系可以用一组转移输入、输出数字序列之间的关

45、系可以用一组转移概率来表征。概率来表征。二进制编码信道模型2022/12/748通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结对于多进制无记忆编码信道：对于多进制无记忆编码信道：对于二进制无记忆编码信道：对于二进制无记忆编码信道：输出的总的错误概率：输出的总的错误概率：M元输入符号：元输入符号：N元输出符号：元输出符号：转移概率：转移概率：广义信道(编码信道数学模型)2022/12/749通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度

46、量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结广义信道(编码信道数学模型)一个多进制无记忆编码信道模型2022/12/750通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结加性噪声(Added noise)u加性噪声与信号相互独立，并且始终存在。加性噪声与信号相互独立，并且始终存在。u实际中只能采取措施减小加性噪声的影响，而不实际中只能采取措施减小加性噪声的影响，而不能彻底消除加性噪声。能彻底消除加

47、性噪声。加性噪加性噪声来源声来源 分类分类人为噪声：外台信号、电气开关合断、点火系统人为噪声：外台信号、电气开关合断、点火系统自然噪声：来源于雷电、磁暴、宇宙射自然噪声：来源于雷电、磁暴、宇宙射 线、线、太阳黑子太阳黑子内部噪声：系统设备内部本身产生的各种噪声，内部噪声：系统设备内部本身产生的各种噪声，电阻器电阻器 热噪声、电子管、半导体管中的电子起伏热噪声、电子管、半导体管中的电子起伏 （散弹噪声）（散弹噪声）2022/12/751通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道

48、概概 述述小小 结结起伏噪声通常被认为是近似高斯白噪声起伏噪声通常被认为是近似高斯白噪声双边功率谱密度双边功率谱密度自相关函数自相关函数如果线性网络具有窄带特性，则输出噪声为窄带噪声加性噪声(Added noise)2022/12/752通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结信道容量是指信道中信息信道容量是指信道中信息无差错传输的最大速率无差错传输的最大速率。这里只讨论连续信道的信道容量。这里只讨论连续信道的信道容量。香农公式香农公式(Shannons

49、 channel coding theorem)信道容量的概念(Channel capacity)信道容量香农公式分析信号与信道加性高斯噪声通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述通信系统分类通信系统分类信信 道道 概概 述述小小 结结香香农农公公式式表表明明的的是是当当信信号号与与信信道道加加性性高高斯斯白白噪噪声声的的平平均均功功率率给给定定时时，在在具具有有一一定定频频带带宽宽度度的的信信道道上上，理理论论上上单位时间内可能传输的信息量的单位时间内可能传输的信息量的极限数值极限数值。只只要要传传输输速速

50、率率小小于于等等于于信信道道容容量量，则则总总可可以以找找到到一一种种信信道道编编码码方方式式，实实现现无无差差错错传传输输；若若传传输输速速率率大大于于信信道容量，则不可能实现无差错传输。道容量，则不可能实现无差错传输。若若噪噪声声n(t)的的单单边边功功率率谱谱密密度度为为n0，则则在在信信道道带带宽宽B内的噪声功率内的噪声功率N=n0B。因此，香农公式的另一形式为。因此，香农公式的另一形式为 信道容量的概念(Channel capacity)2022/12/754通信系统组成通信系统组成电电子子技技术术系系通信方式通信方式 信息及其度量信息及其度量 主要性能指标主要性能指标 通信系统概述