通信原理-第四章信道概要优秀PPT.ppt

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1、阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院1第四章第四章 信道信道主讲：赵发勇主讲：赵发勇阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院2概述概述4.1 4.1 无线信道无线信道4.2 4.2 有线线道有线线道4.3 信道的数学模信道的数学模 型型4.4 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响4.5 信道中的噪声信道中的噪声4.6 信道容量信道容量书目书目阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院3信道中的干扰：信道中的干扰：l有源干扰有源干扰 噪声噪声l无源干扰无源干扰 传输特性不良传输特性不良本章重点：本章重点：介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于

2、介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。信号传输的影响。概述概述 信道信道信道信道:传输媒质传输媒质（信号通道信号通道信号通道信号通道）有线信道有线信道无线信道无线信道阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院4无线信道电磁波的频率无线信道电磁波的频率 受天线尺寸限制受天线尺寸限制 一般天线为波长的一般天线为波长的1/101/10（）。）。地球大气层的结构地球大气层的结构:对流层：地面上对流层：地面上 0 10 km0 10 km平流层：约平流层：约10 10 60 km60 km电离层：约电离层：约60 60 400 km400 km地地 面面对流层对流层平流层平流层电离层电离层

3、10 km60 km0 km4.1 无线信道无线信道 大气层对电磁波的影响有哪些？大气层对电磁波的影响有哪些？阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院5l电离层电离层(DEF1F2)对于传对于传播的影响播的影响l吸取吸取l反射反射l散射散射l大气层（氧气水蒸气和降雨）大气层（氧气水蒸气和降雨）对于传播的影响对于传播的影响l散射散射l吸取吸取频率频率(GHz)(a)氧气和水蒸气（浓度氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰）的衰减减频率频率(GHz)(b)降雨的衰减降雨的衰减衰衰减减(dB/km)衰衰减减 (dB/km)水蒸气水蒸气氧氧气气降雨率降雨率图图4-6 大气衰减大气衰减4.1 无线信道

4、无线信道 阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院6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 2 MHz 2 MHz有绕射实力有绕射实力距离：数百或数千千米距离：数百或数千千米中波主要靠地波中波主要靠地波 天波（电离层反射波）天波（电离层反射波）频率：频率：2 30 MHz2 30 MHz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：4000 km 30 MHzl距离距离:和天线高度有关和天线高度有关(4.1-3)式中，式中，D 收发天线间距离收发天线间距离(km)。例例 若要求若要求D=50 km，则由式

5、，则由式(4.1-3)l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微波中继通信微波中继通信：卫星通信卫星通信：静止卫星、移动卫星：静止卫星、移动卫星平流层通信平流层通信：ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr图图 4-3 视线传播视线传播m4.1 无线信道无线信道 阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院微波中继通信微波中继通信使微波中继线路稳定牢靠，每隔使微波中继线路稳定牢靠，每隔40406060公里便要配置公里便要配置一个中继站。一般以相距一个中继站。一般以相距4646公里为一个标准段。公里为一个标准段。图图4-4 无线电中继无线电中继微波中继通信常用于电缆无法铺设或极难铺设的

6、地方微波中继通信常用于电缆无法铺设或极难铺设的地方,而且相对而言，线路铺设简洁而且相对而言，线路铺设简洁,建设周期短建设周期短,投资少。投资少。是二十世纪六七十年头世界各国干线通信的主要传输是二十世纪六七十年头世界各国干线通信的主要传输手段之一。手段之一。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院9卫星通信的概貌卫星通信的概貌阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院目前，大多数卫星通信系统选择的工作频段是：目前，大多数卫星通信系统选择的工作频段是：1.UHF波段波段 400/200MHz2.L波段波段1.6/1.5GHz3.C波段波段6.0/4.0GHz4.X波段波段8.0/7.0GHz5.Ku

7、波段波段14.0/12.0GHz;14.0/11.0GHz6.Ka波段波段30/20GHz阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院平流层通信是指用位于平流层的高空平台电台平流层通信是指用位于平流层的高空平台电台(High Altitude Platform Stations,HAPS)代替卫星作为基站代替卫星作为基站的通信，平台高度距地面的通信，平台高度距地面17km22km。可以用充氦飞艇、气球或太阳能动力飞机作为安置可以用充氦飞艇、气球或太阳能动力飞机作为安置转发站的平台。若其高度在转发站的平台。若其高度在20km，则可以实现地面覆盖，则可以实现地面覆盖半径约半径约500km的通信区。若在

8、平流层安置的通信区。若在平流层安置250个充氦飞个充氦飞艇，可以实现覆盖全球艇，可以实现覆盖全球90%以上人口的地区。以上人口的地区。平流层通信系统和卫星通信系统相比，费用低廉、平流层通信系统和卫星通信系统相比，费用低廉、延迟时间小、建设快、容量大。它是在探讨中的一种通延迟时间小、建设快、容量大。它是在探讨中的一种通信手段信手段平流层通信平流层通信阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院12图图4-7 对流层散射通信对流层散射通信地球有效散射区域有效散射区域l散射传播散射传播l电离层散射电离层散射l机理机理 由电离层不匀整性引起由电离层不匀整性引起l频率频率 30 60 MHzl距离距离 10

9、00 km以上以上l对流层散射对流层散射l机理机理 由对流层不匀整性（湍流）引起由对流层不匀整性（湍流）引起l频率频率 100 4000 MHzl最大距离最大距离 600 km4.1 无线信道无线信道 阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院13l流星流星余迹散射流星流星余迹散射 流星余迹特点流星余迹特点 高度高度80 120 km，长度，长度15 40 km 存留时间：小于存留时间：小于1秒至几分钟秒至几分钟频率频率 30 100 MHz距离距离 1000 km以上以上特点特点 低速存储、高速突发、断续传输低速存储、高速突发、断续传输图图4-8 流星余迹散射通信流星余迹散射通信流星余迹阜阳师

10、范学院物电学院阜阳师范学院物电学院14架空明线：架空明线，即在电线杆上架设的相互平行而绝缘架空明线：架空明线，即在电线杆上架设的相互平行而绝缘的裸线，它是一种在的裸线，它是一种在2020世纪初就已经大量运用的通信介质。世纪初就已经大量运用的通信介质。双绞线：双绞线又称为双扭线，它是由若干对且每对有两条双绞线：双绞线又称为双扭线，它是由若干对且每对有两条相互绝缘的铜导线按确定规则绞合而成。接受这种绞合结构相互绝缘的铜导线按确定规则绞合而成。接受这种绞合结构是为了削减对邻近线对的电磁干扰。为了进一步提高双绞线是为了削减对邻近线对的电磁干扰。为了进一步提高双绞线的抗电磁干扰实力，还可以在双绞线的外层

11、再加上一个用金的抗电磁干扰实力，还可以在双绞线的外层再加上一个用金属丝编织而成的屏蔽层属丝编织而成的屏蔽层同轴电缆：具有高带宽和较好的抗干扰特性。同轴电缆：具有高带宽和较好的抗干扰特性。光纤：光纤不易受电磁干扰和噪声影响，可进行远距离、高光纤：光纤不易受电磁干扰和噪声影响，可进行远距离、高速率的数据传输，而且具有很好的保密性能。速率的数据传输，而且具有很好的保密性能。4.2 4.2 4.2 4.2 有线信道有线信道有线信道有线信道 阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院15双绞线示意图双绞线示意图阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院16同轴电缆结构示意图同轴电缆结构示意图阜阳师范学院物电

12、学院阜阳师范学院物电学院17光纤结构示意图光纤结构示意图阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院18l结构结构l纤芯纤芯l包层包层l按折射率分类按折射率分类l阶跃型阶跃型l梯度型梯度型l按模式分类按模式分类l多模光纤多模光纤l单模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n1n2710125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤单模阶跃折射率光纤图4-11 光纤结构示意图(a)(b)(c)光纤光纤阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院19信道信道（信号通道）（信号通道）狭义信道：信号的传输媒质狭义信道：信号的传输媒质广义信道：媒质及有关变换广义信道：媒质及有关变换装置（发送、接受设备，天装置（发送、接受设备

13、，天线、馈线，调制解调器等）线、馈线，调制解调器等）有线信道有线信道无线信道无线信道调制信道调制信道编码信道编码信道4.3 信道的数学模型信道的数学模型 定义广义信道的缘由：只关切变换的最终结果，而无定义广义信道的缘由：只关切变换的最终结果，而无需关切具体的物理过程。需关切具体的物理过程。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院20调制信道和编码信道调制信道和编码信道调调制制信信道道：指指图图中中调调制制器器输输出出端端到到解解调调器器输输入入端端的的部部分分，又又称称模模拟拟信信道道。探探讨讨调调制制和和解解调调时时，常用调制信道。常用调制信道。编编码码信信道道：指指图图中中编编码码器器输输

14、出出端端到到译译码码器器输输入入端端的部分，有时又称数字信道的部分，有时又称数字信道/离散信道。离散信道。广义信道广义信道按包含的功能，可划分为按包含的功能，可划分为调制信道调制信道与与编码信道编码信道。广义广义广义广义信道信道信道信道阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院21调制信道模型调制信道模型调制信道模型调制信道模型(模拟信道模拟信道模拟信道模拟信道)n考察调制信道输出信号与输入信号的关系。设考察调制信道输出信号与输入信号的关系。设输入端与输入端与输出端是一一对应的，可表示为输出端是一一对应的，可表示为调制调制调制调制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 f ei

15、(t)e0(t)ei(t)n(t)图4-13 调制信道数学模型 式中式中 信道输入端信号电压；信道输入端信号电压；信道输出端的信号电压；信道输出端的信号电压；噪声电压。噪声电压。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院22则调制信道可以写为则调制信道可以写为 k(t)k(t)依靠于网络的特性，依靠于网络的特性，反映网络特性反映网络特性对对 的作用。的作用。k(t)k(t)的存在，对的存在，对 来说是一种来说是一种干扰，通常称为乘性干扰。干扰，通常称为乘性干扰。通常假设通常假设调制调制调制调制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 阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院23在

16、分析乘性干扰在分析乘性干扰k(t)k(t)，可以把信道粗略分为两大类：，可以把信道粗略分为两大类：恒恒参参信信道道：指指k(t)k(t)可可看看成成不不随随时时间间变变更更或或相相对对于于信信道道上上传传输输信信号号的的变变更更较较为为缓缓慢慢的的调调制制信信道道（常常可等效为一个线性时不变网络来分析）。可等效为一个线性时不变网络来分析）。随参信道：是非恒参信道的统称，或者说，随参信道：是非恒参信道的统称，或者说，k(t)k(t)是是随机变更的调制信道。随机变更的调制信道。l本书的模拟和数字通信系统中主要探讨具有加性高本书的模拟和数字通信系统中主要探讨具有加性高斯白噪声的恒参信道的状况。斯白噪

17、声的恒参信道的状况。恒参信道和随参信道恒参信道和随参信道恒参信道和随参信道恒参信道和随参信道阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院24n 当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码器的输入端时，由于噪声的存在以及信道带宽的有器的输入端时，由于噪声的存在以及信道带宽的有限，在传输过程中不行避开会出现差错。则编码信限，在传输过程中不行避开会出现差错。则编码信道模型可用数字的转移概率来描述。道模型可用数字的转移概率来描述。n转移概率转移概率转移概率转移概率表示信道输入端数字信号序列到输出表示信道输入端数字信号序列到输出表示信道输入端数字信号序列到输出表示信

18、道输入端数字信号序列到输出端发生的转移程度。端发生的转移程度。端发生的转移程度。端发生的转移程度。编码信道对信号传输的影响是将一种数字序编码信道对信号传输的影响是将一种数字序列变成另一种数字序列。列变成另一种数字序列。编码信道模型编码信道模型编码信道模型编码信道模型(数字信道数字信道数字信道数字信道)阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院25 最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一种简洁的编码信道模型如图种简洁的编码信道模型如图种简洁的编码信道模型如图种简洁的编码信道模型如图4-

19、144-144-144-14所示。所示。所示。所示。（所谓信道无记忆是指：一码元的差错与其（所谓信道无记忆是指：一码元的差错与其（所谓信道无记忆是指：一码元的差错与其（所谓信道无记忆是指：一码元的差错与其前后码元的差错发生是相互独立的。前后码元的差错发生是相互独立的。前后码元的差错发生是相互独立的。前后码元的差错发生是相互独立的。)1001P(0/0)P(1/0)P(0/1)P(1/1)图图4-14 二进制编码信道模型二进制编码信道模型xy阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院26 在在此此模模型型中中，假假设设解解调调器器每每个个输输出出码码元元的的差差错错发发生生是是相相互互独独立立的的

20、，P(0/0)P(0/0)、P(0/1)P(0/1)、P(1/1)P(1/1)、P(1/0)P(1/0)称称为为转转转转移移移移概概概概率率率率。其其中中P(0/0)P(0/0)与与P(1/1)P(1/1)是是正正确确转转移移的的概概率率，而而P(0/1)P(0/1)与与 P(1/0)P(1/0)是错误转移概率。是错误转移概率。留留意意：转转移移概概率率完完全全由由编编码码信信道道特特性性确确定定。一一个个特特定定的编码信道，有确定的转移概率。的编码信道，有确定的转移概率。误码率错误转移概率的统计平均误码率错误转移概率的统计平均 P Pe e=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)=P(0

21、)P(1/0)+P(1)P(0/1)二进制编码信道模型的二进制编码信道模型的转移概率矩阵转移概率矩阵为：为：P(yi/xi)=P(0/0)P(1/0)P(0/1)P(1/1)阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院274.4 4.4 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 一、恒参信道一、恒参信道一、恒参信道一、恒参信道 举例：各种有线信道和部分无线信道，如卫星通举例：各种有线信道和部分无线信道，如卫星通信链路信道，微波中继链路信道，信链路信道，微波中继链路信道，恒参信道恒参信道 实质是实质是 非时变线性网络非时变线性网络 信号通过信号

22、通过线性系统的分析方法（假设输入源这确知信号）线性系统的分析方法（假设输入源这确知信号）下面首先介绍一种志向的恒参信道。下面首先介绍一种志向的恒参信道。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院28 志向恒参信道的冲激响应为志向恒参信道的冲激响应为 h(t)=K0(t-td)若若输输入入信信号号为为ei(t)，则则志志向向恒恒参参信信道道的的输输出出为为 eo(t)=K0 ei(t-td)由此可见，由此可见，志向恒参信道对信号传输的影响是：志向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；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拖延。对信号在时间上产生固定的

23、拖延。这种状况也称信号是无失真传输。这种状况也称信号是无失真传输。志向恒参信道志向恒参信道志向恒参信道志向恒参信道阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院29志向信道的幅频特性、志向信道的幅频特性、志向信道的幅频特性、志向信道的幅频特性、相频特性和群拖延相频特性和群拖延相频特性和群拖延相频特性和群拖延频率特性频率特性频率特性频率特性 OK0|H(w w)|w wOj j(w w)w ww w tdOtdt t(w w)w wa 幅幅频频特特性性 b 相相频频特特性性 c 群群迟迟延延特特性性 志向恒参信道在整个信号频带范围之内：志向恒参信道在整个信号频带范围之内：志向恒参信道在整个信号频带范围

24、之内：志向恒参信道在整个信号频带范围之内：幅频特性和群拖延幅频特性和群拖延幅频特性和群拖延幅频特性和群拖延-频率特性为常数；频率特性为常数；频率特性为常数；频率特性为常数；相频特性为相频特性为相频特性为相频特性为 的线性函数。的线性函数。的线性函数。的线性函数。对对ei(t)的不同频率成份的不同频率成份进行相同的幅度衰减和进行相同的幅度衰减和时延。时延。实际中，传输特性可能偏离实际中，传输特性可能偏离实际中，传输特性可能偏离实际中，传输特性可能偏离志向信道特性，产生失真：志向信道特性，产生失真：志向信道特性，产生失真：志向信道特性，产生失真：阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院30 假假假

25、假如如如如信信信信道道道道的的的的幅幅幅幅度度度度-频频频频率率率率特特特特性性性性在在在在信信信信号号号号频频频频带带带带范范范范围围围围之之之之内内内内不不不不是是是是常常常常数数数数，即即即即信信信信号号号号在在在在不不不不同同同同的的的的频频频频点点点点的的的的衰衰衰衰耗耗耗耗不不不不同同同同，导导导导致致致致波波波波形形形形失失失失失失失失真真真真（或或或或码码码码间间间间串串串串扰扰扰扰），信信信信号号号号产产产产生生生生幅幅幅幅度度度度-频频频频率率率率失失失失真真真真（又称为频率失真）；（又称为频率失真）；（又称为频率失真）；（又称为频率失真）；产产产产生生生生缘缘缘缘由由由由

26、：由由由由于于于于各各各各种种种种滤滤滤滤波波波波器器器器、混混混混合合合合线线线线圈圈圈圈、串串串串联联联联电电电电容容容容、分路电感等造成引起的；分路电感等造成引起的；分路电感等造成引起的；分路电感等造成引起的；产产产产生生生生影影影影响响响响：模模模模拟拟拟拟波波波波形形形形失失失失真真真真：信信信信噪噪噪噪比比比比下下下下降降降降；数数数数字字字字信信信信号号号号：码间串扰码间串扰码间串扰码间串扰,造成误码；造成误码；造成误码；造成误码；变变变变更更更更方方方方法法法法：可可可可以以以以通通通通过过过过改改改改善善善善滤滤滤滤波波波波特特特特性性性性或或或或增增增增加加加加线线线线性性

27、性性补补补补偿偿偿偿网络（幅度均衡器）来改善，使衰耗特性平坦。网络（幅度均衡器）来改善，使衰耗特性平坦。网络（幅度均衡器）来改善，使衰耗特性平坦。网络（幅度均衡器）来改善，使衰耗特性平坦。1 1、幅频失真、幅频失真、幅频失真、幅频失真阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院31(a)插入损耗频率特性图图4-16：典型电话信道特性：典型电话信道特性阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院32 假假如如信信道道的的相相位位-频频率率特特性性在在信信号号频频带带范范围围之之内内不不是是的的线线性性函函数数，则则会会使使信信号号产产生生相相位位-频频率率失失真。常用群拖延真。常用群拖延频率特性来衡量。

28、频率特性来衡量。产产生生缘缘由由：信信道道中中的的各各种种滤滤波波器器及及可可能能有有的的加加感感线圈引起的；线圈引起的；产产生生影影响响：对对模模拟拟语语音音信信号号影影响响不不大大；数数字字信信号号：码间串扰，造成误码；码间串扰，造成误码；变变更更方方法法：可可以以通通过过改改善善滤滤波波特特性性或或增增加加线线性性补补偿网络（相位均衡器）来改善。偿网络（相位均衡器）来改善。2 2、相频失真、相频失真、相频失真、相频失真阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院33 例：例：非单一频率的信号通过该信道时，引起信号非单一频率的信号通过该信道时，引起信号的畸变的畸变 群拖延畸变和幅频畸变一样，是

29、线性畸变。因此，也可实行均衡措施进行补偿。群延迟群延迟群延迟群延迟-频率特性影响分析频率特性影响分析频率特性影响分析频率特性影响分析阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院34非线性失真：非线性失真：输入电压输出电压关系输入电压输出电压关系 是非线性是非线性的。主要是由元件的特性不志向造成的。的。主要是由元件的特性不志向造成的。频率偏移：指信道的输入信号频谱经过信道传输后频率偏移：指信道的输入信号频谱经过信道传输后产生了平移。产生了平移。相位抖动相位抖动 其它失真：其它失真：非线性失真、频率偏移、相位抖动非线性失真、频率偏移、相位抖动非线性关系直线关系图图4-17 非线性特性非线性特性输入电压

30、输入电压输输出出电电压压阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院35 随参信道包括随参信道包括随参信道包括随参信道包括短波电离层反射短波电离层反射短波电离层反射短波电离层反射、超短波流超短波流超短波流超短波流星余迹散射星余迹散射星余迹散射星余迹散射、超短波及微波对流层散射超短波及微波对流层散射超短波及微波对流层散射超短波及微波对流层散射、超短超短超短超短波电离层散射等波电离层散射等波电离层散射等波电离层散射等传输媒质所构成的调制信道。传输媒质所构成的调制信道。传输媒质所构成的调制信道。传输媒质所构成的调制信道。在此以短波（在此以短波（10m100m10m100m的无线电波）电的无线电波）电离层

31、反射信道为例对随参信道进行简洁介绍，其离层反射信道为例对随参信道进行简洁介绍，其传输路径如图。传输路径如图。二、随参信道二、随参信道 电离层电离层电离层电离层是指离地面高是指离地面高60600km的大气层。当短的大气层。当短波电磁波经过时经反射、折射完成远距离的反射传输，波电磁波经过时经反射、折射完成远距离的反射传输，同时也受到衰减、延时等影响。同时也受到衰减、延时等影响。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院36随参信道主要具有随参信道主要具有三个特点三个特点三个特点三个特点：多径传播后的接收信号将是衰减和时延都随时间多径传播后的接收信号将是衰减和时延都随时间多径传播后的接收信号将是衰减和

32、时延都随时间多径传播后的接收信号将是衰减和时延都随时间变更的各条路径的信号的合成。变更的各条路径的信号的合成。变更的各条路径的信号的合成。变更的各条路径的信号的合成。对信号的衰耗随时间而变更；对信号的衰耗随时间而变更；对信号的衰耗随时间而变更；对信号的衰耗随时间而变更；传输的时延随时间而变更；传输的时延随时间而变更；传输的时延随时间而变更；传输的时延随时间而变更；多径传播（多径效应）。多径传播（多径效应）。多径传播（多径效应）。多径传播（多径效应）。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院37考虑一个单频信号：考虑一个单频信号：设放射信号为设放射信号为接收信号为接收信号为式中式中 由第由第i

33、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；由第由第i i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 都是随机变更的。都是随机变更的。多径效应分析多径效应分析阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院38应用三角公式可以将式应用三角公式可以将式(4.4-1)改写成：改写成：(4.4-2)上式中的上式中的R(t)可以看成是由相互正交的两个重量组成的。这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的。两个重量的振幅分别是缓慢随机变更的。式中式中 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 缓慢随机变更振幅缓慢随机变更振幅缓慢

34、随机变更振幅缓慢随机变更振幅多径效应分析多径效应分析阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院39 所以，接收信号可以看作是一个包络和相位随机缓慢变更的窄所以，接收信号可以看作是一个包络和相位随机缓慢变更的窄带信号：带信号：结论：频谱上，多径传输引起频率弥散，即由单个频率变成一结论：频谱上，多径传输引起频率弥散，即由单个频率变成一个窄带频谱。个窄带频谱。包络包络V(t)的一维分布听从瑞利分布，称为瑞利的一维分布听从瑞利分布，称为瑞利型衰落。型衰落。(t)的一维分布听从匀整分布。的一维分布听从匀整分布。快衰落快衰落 衰落周期和码元周期可以相比。衰落周期和码元周期可以相比。慢衰落慢衰落 由传播条件引

35、起的。由传播条件引起的。多径效应分析多径效应分析阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院40 两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）设到达接收点的两路信号具有相同的强度和一个设到达接收点的两路信号具有相同的强度和一个相对时延差相对时延差。（设输入信号为。（设输入信号为f(t)=Acosf(t)=Acos 0 0t t）当信号经过上图所示的两径传播后，其合成输当信号经过上图所示的两径传播后，其合成输出信号将随着输入信号的频率、两径的时延差出信号将随着输入信号的频率、两径的时延差 的不的不同而变更。同而变更。阜阳师范学院物电学院阜阳

36、师范学院物电学院41模型的传输特性为：模型的传输特性为：模型的传输特性为：模型的传输特性为：传输特性的幅度传输特性的幅度传输特性的幅度传输特性的幅度-频率特性为频率特性为频率特性为频率特性为 两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）两径传输模型（设衰减相同）幅频特性曲线幅频特性曲线幅频特性曲线幅频特性曲线阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院42 当当 （n n为整数）时，出现传播极点；为整数）时，出现传播极点；当当 时，出现传输零点。时，出现传输零点。另外，相对时延差一般是随时间变更的，故传另外，相对时延差一般是随时间变更的，故传输特性出现的零点与极点

37、也是随时间变更的。输特性出现的零点与极点也是随时间变更的。频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落 图中的最大和最小值位置确定于两条路径的相对图中的最大和最小值位置确定于两条路径的相对时延差时延差。而。而 是随时间变更的，所以对于给定频率的是随时间变更的，所以对于给定频率的信号，信号的强度随时间而变，这种现象称为衰落现信号，信号的强度随时间而变，这种现象称为衰落现象。由于这种衰落和频率有关，故常称其为频率选择象。由于这种衰落和频率有关，故常称其为频率选择性衰落。性衰落。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院43 多径传播中，频率选择性依靠于相对时延差。此时，相多径传播中，频率

38、选择性依靠于相对时延差。此时，相对时延差（简称多径时延差）通常用最大多径时延差对时延差（简称多径时延差）通常用最大多径时延差 mm来来表征，并用它来估算传输零极点在频率轴上的位置。表征，并用它来估算传输零极点在频率轴上的位置。定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔定义相邻传输零点的频率间隔 为多径传播媒质为多径传播媒质为多径传播媒质为多径传播媒质的的的的相关带宽相关带宽相关带宽相关带宽。为了不引起选择性衰落，传输信号的频带为了不引起选择性衰落，传输信号的频带为了不引起选择性衰落，传输信号的频带为了不引起选择性衰落，传输信号的频带BSBSBSBS必需小于多

39、必需小于多必需小于多必需小于多径传播媒质的相关频带径传播媒质的相关频带径传播媒质的相关频带径传播媒质的相关频带 。工程上取工程上取工程上取工程上取BS=(1/3-1/5)BS=(1/3-1/5)BS=(1/3-1/5)BS=(1/3-1/5)频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落 阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院44确知信号：接收端能够精确知道其码元波形的信确知信号：接收端能够精确知道其码元波形的信号。号。随信任号：接收码元的相位随机变更随信任号：接收码元的相位随机变更 。起伏信号：接收信号的包络随机起伏、相位也随起伏信号：接收信号的包络随机起伏、相位也随机变更。机变

40、更。通过多径信道传输的信号都具有这种通过多径信道传输的信号都具有这种特性。特性。接收信号的分类接收信号的分类接收信号的分类接收信号的分类阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院454.5 信道中的噪声信道中的噪声 调制信道对信号传输的影响，包括乘性干扰调制信道对信号传输的影响，包括乘性干扰k(t)和加性干扰和加性干扰n(t)。加性干扰加性干扰n(t)n(t)也称加性噪声，简称噪声，是也称加性噪声，简称噪声，是信道中存在的不须要的电信号。信道中存在的不须要的电信号。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院46、按来源、按来源、按来源、按来源 分类分类分类分类人人为为噪噪声声：来来源源于于其其它它

41、无无关关的的信信号号源源，如如外外台台信信号号、开关接触噪声、工业的点火辐射、荧光灯干扰等；开关接触噪声、工业的点火辐射、荧光灯干扰等；自自然然噪噪声声：自自然然界界存存在在的的各各种种电电磁磁波波源源，如如闪闪电电、大大气中的电暴、银河系噪声及其它各种宇宙噪声等；气中的电暴、银河系噪声及其它各种宇宙噪声等；内内部部噪噪声声：系系统统设设备备本本身身产产生生的的各各种种噪噪声声，如如导导体体中中自由电子的热运动（自由电子的热运动（热噪声热噪声）、电源哼声等。）、电源哼声等。一、噪声的分类一、噪声的分类一、噪声的分类一、噪声的分类阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院47、按噪声性质分类、按噪

42、声性质分类、按噪声性质分类、按噪声性质分类脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花就是一种典型的脉冲噪声。就是一种典型的脉冲噪声。就是一种典型的脉冲噪声。就是一种典型的脉冲噪声。窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频

43、窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波。看作是一种非所需的连续的已调正弦波。看作是一种非所需的连续的已调正弦波。看作是一种非所需的连续的已调正弦波。起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等。探讨噪声对于通信系统的影响声和宇宙噪声等。探讨噪声对于通信系统

44、的影响声和宇宙噪声等。探讨噪声对于通信系统的影响声和宇宙噪声等。探讨噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特殊是热噪声的影响。时，主要是考虑起伏噪声，特殊是热噪声的影响。时，主要是考虑起伏噪声，特殊是热噪声的影响。时，主要是考虑起伏噪声，特殊是热噪声的影响。一、噪声的分类一、噪声的分类一、噪声的分类一、噪声的分类阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院48 式中式中 Pn(f0)原噪声功率谱密度曲线的最大值原噪声功率谱密度曲线的最大值噪声等效带宽：噪声等效带宽：利用噪声等效带利用噪声等效带宽的概念，在后面宽的概念，在后面探讨通信系统的性探讨通信系统的性能时，可以认为窄能时，可以认为窄带

45、噪声的功率谱密带噪声的功率谱密度在带宽度在带宽Bn内是恒定的。内是恒定的。图4-19 噪声功率谱特性 Pn(f)Pn(f0)接收滤波器特性接收滤波器特性噪声等效噪声等效带宽带宽二、噪声的等效带宽二、噪声的等效带宽二、噪声的等效带宽二、噪声的等效带宽阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院494.6 信道容量信道容量信信信信道道道道容容容容量量量量：信信信信道道道道能能能能够够够够传传传传输输输输的的的的最最最最大大大大平平平平均均均均信信信信息息息息速速速速率率率率，即信道的极限传输实力。即信道的极限传输实力。即信道的极限传输实力。即信道的极限传输实力。从从信信息息论论的的观观点点来来看看，各

46、各种种信信道道可可以以概概括括为为两大类：两大类：离离离离散散散散信信信信道道道道：输输入入和和输输出出的的信信号号都都是是取取离离散散的的时时间函数，即广义信道中的编码信道；间函数，即广义信道中的编码信道；连连连连续续续续信信信信道道道道：输输输输入入入入和和和和输输输输出出出出信信信信号号号号都都都都是是是是取取取取值值值值连连连连续续续续的的的的时时时时间函数；即广义信道中的调制信道。间函数；即广义信道中的调制信道。间函数；即广义信道中的调制信道。间函数；即广义信道中的调制信道。阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院50两种不同的度量单位：两种不同的度量单位：C C 每个符号能够传输的

47、平均信息量最大值。每个符号能够传输的平均信息量最大值。C Ct t 单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值。大值。两者之间可以互换。两者之间可以互换。n 离散信道模型离散信道模型离散信道模型离散信道模型 离散信道的模型可分为有噪声信道和无噪声信道两种离散信道的模型可分为有噪声信道和无噪声信道两种状况，可以用信道转移概率来合理的描述信道干扰和信道状况，可以用信道转移概率来合理的描述信道干扰和信道统计特性。统计特性。离散信道容量离散信道容量阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院51图图(a)是无噪声信道，图（是无噪声信道，图（b）是有噪声信道。）是有噪声

48、信道。先验概率：先验概率：P(xi)发送符号发送符号xi的概率，的概率，输出概率：输出概率：P(yj)收到符号收到符号yj的概率，的概率，转移概率：转移概率：P(yj/xi)发送发送xi的条件下收到的条件下收到yi的转移（条件）概的转移（条件）概率率后验概率：后验概率：P(xi/yj)收到收到yi后推断发送为后推断发送为xi的转移（条件）概的转移（条件）概率率阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院52 平均互信息量平均互信息量平均互信息量平均互信息量I(X,Y)I(X,Y)I(X,Y)I(X,Y)在有噪声信道中，发送符号为在有噪声信道中，发送符号为 而收到符号为而收到符号为 时所时所获得的信

49、息量，即互信息量获得的信息量，即互信息量 。它等于发送符号的信息量减去收到符号它等于发送符号的信息量减去收到符号y yi i后对后对x xi i的不的不确定程度：确定程度：阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院53 对对所所有有发发送送为为 而而收收到到为为 的的互互信信息息量量取取统统计计平平均均，则则得得到到从从Y中中获获得得的的关关于于X的的平平均均信信息息量量即即平平平平均均均均互互互互信信信信息量息量息量息量I(X,Y)I(X,Y):式式中中，H(x)表表示示发发送送的的每每个个符符号号的的平平均均信信息息量量；H(x/y)表表示示发发送送符符号号在在有有噪噪声声的的信信道道中中传

50、传输输平均丢失的信息量。平均丢失的信息量。离散信道容量离散信道容量阜阳师范学院物电学院阜阳师范学院物电学院54l容量容量C C的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值 (比特比特/符号符号)l当信道中的噪声极大时，当信道中的噪声极大时，HH(x x/y y)=)=HH(x x)。这时。这时C=C=0 0，即信道容量为零。，即信道容量为零。l容量容量C Ct t的定义：的定义：(b/s)(b/s)式中式中 r r 单位时间内信道传输的符号数单位时间内信道传输的符号数 该式表示有噪声信道中信息传输速率等于每秒钟内信息源该式表示有噪声信道中信息传输速率等于