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1、第四章 信 道,内容提要：研究信道分类、信道模型及信道特性对信号传输的影响，并介绍信道容量等重要概念。,4.0 概 述,第九讲,4.1 无线信道,4.2 有线信道,4.3 信道的数学模型,4.4 信道特性对信号传输的影响,信道是通信系统的必不可少的重要组成部分，特性对于通信系统的性能有很大的影响。,信道和噪声的研究是研究通信问题的基础,研究信道和噪声的目的,弄清信道和噪声对信号传输的影响，寻求提高 通信有效性与可靠性的方法。,4.0 概 述,信道中的噪声是不可避免的。噪声损害发送 信号并使接受的信号波形产生失真或使接受 的数字序列产生错误。,信道是信号的传输媒质。,4.0 概 述,具体地说，信
2、道是指由有线或无线线路 提供的信号通路；,抽象地说，信道是指定的一段频带，它让 信号通过，同时又给信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。,信道的定义,按照信道的组成分类,通信系统模型,狭义信道,调制信道,编码信道,狭义信道和广义信道,4.0 概 述,信道的分类,信道的分类,按照输入输出端信号的类型分类,连续信道(模拟信道)：输入输出信号为连续(模拟)信号；例如，调制信道为连续信道。离散信道(数字信道)：输入输出信号为离散信号；例如，编码信道为离散信道。半连续(半离散)信道：输入为连续(离散)信号，输出为离散(连续)信号。,4.0 概 述,有线信道：明线、对称电缆、同轴电缆；无线信道：低频、中
3、频、高频等；光纤信道：光纤为传输媒质，光波为载波。,按照信道的物理性质分类,信道的分类,4.0 概 述,4.1 无线信道,无线信道与电磁波,无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间的 传播来实现的。,无线电收发信机之间的电磁波传播总是受到地面 和大气层的影响。,无线信道电磁波的频率受天线尺寸限制,天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10。,根据通信距离、频率和位置的不同，电磁波的 传播主要分为地波、天波和视线传播三种。,4.1 无线信道,电磁波的传播方式,频率 2 MHz有绕射能力距离：数百或数千千米,频率：230 MHz特点：被电离层反射一次反射距离 4000 km距离：10000km以上寂静区,
4、地波传播,天波传播,频率 30 MHz距离:和天线高度有关,视线传播,4.1 无线信道,电磁波的传播方式,例 求 D=50 km时天线高度。,视线传播,4.1 无线信道,电磁波的传播方式,增大视线传播距离的其他途径,中继通信 卫星通信：静止、移动卫星 平流层通信,4.1 无线信道,4.1 无线信道,机理 由电离层不均匀性引起频率 3060 MHz距离 1000 km以上,电磁波的传播方式,散射传播,电离层散射,对流层散射,机理 由对流层不均匀性引起频率 1004000 MHz最大距离 600 km,4.1 无线信道,电磁波的传播方式,散射传播,流星余迹特点：高度80120 km，长度1540
5、km存留时间：小于1秒至几分钟频率 30100 MHz距离 1000 km以上特点 低速存储、高速突发、断续传输,流星流星余迹散射,平行而相互绝缘的架空裸线线路。,明 线,明线,对称电缆,4.2 有线信道,在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质；,对称电缆,优点：传输特性比较稳定；缺点：传输耗损大。,优点：传输损耗低缺点：易受气候和天气的影响，对外界干扰敏感。,有线信道是利用人造的传导电或光信号的媒体来 传输信号。,由同轴的两个导体构成，外导体是圆柱形的空管，内导体是金属线；,同轴电缆,4.2 有线信道,优点：传输性能稳定、频率范围宽、容量大；缺点：不便于安装、敷设。,以光导纤维(光
6、纤)为传输媒质、光波为载波的信道。,光纤信道,4.2 有线信道,优点：损耗低、频带宽、重量轻、不怕腐蚀，不受电磁干扰；缺点：光纤不便于连接。,光纤信道,4.2 有线信道,为了讨论通信系统的性能，对于信道有不同的定义。,调制信道,4.3 信道的数学模型,编码信道,调制信道模型,具有一对（或多对）输入和输出端；大部分信道是线性的，即满足叠加原理；信号经过信道会有延时和损耗(固定或时变的)；无输入信号时，在信道的输出端仍有噪声输出。,调制信道的性质,4.3 信道的数学模型,信道的数学模型反映信道的输出和输入的关系。,单输入单输出模型,调制信道模型,4.3 信道的数学模型,通常假设：,信道数学模型：,
7、加性干扰,乘性干扰,4.3 信道的数学模型,因 k(t)随 t 变，故信道称为时变信道；,因 k(t)与ei(t)相乘，故称其为乘性干扰；,因 k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道；,若 k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道；,单输入单输出模型,调制信道模型,编码信道模型,4.3 信道的数学模型,调制信道对信号的影响是乘性干扰和加性干扰 使信号的波形发生失真。,编码信道对信号的影响是使传输的序列发生 变化，即序列中的数字发生错误。,调制信道模型与编码信道模型之区别,用错误概率来描述编码信道的特性；,编码信道模型,编码信道模型可以用数字的转移概率来描述。,4.3 信道的数学模型,4.4
8、 信道特性对信号的影响,恒参信道的影响,恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系统的分析方法。,振幅-频率特性曲线是一条水平直线；相位-频率特性是一条通过原点的直线 或等效地其传输群时延与频率无关，等于常数。,恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道,振幅-频率特性和相位-频率特性,无失真传输要求振幅特性与频率无关，即,4.4 信道特性对信号的影响,恒参信道的影响,幅频特性,相频特性,线性系统的幅频特性和相频特性,4.4 信道特性对信号的影响,恒参信道的影响,线性系统中无失真条件：,典型电话信道特性,插入损耗和频率的关系表示振幅-频率特性；群延迟和频率的关系表示相位-频率特性。,频率失真：振幅-频
9、率特性不良引起的 频率失真 波形畸变 码间串扰 解决办法：线性网络补偿,4.4 信道特性对信号的影响,恒参信道的影响,相位失真：相位-频率特性不良引起的 对语音影响不大，对数字信号影响大 解决办法：同上,非线性失真：指信道输入和输出信号的振幅不是 直线关系，造成谐波失真；由于信道中的元器件特性不理想造成的。,其他失真：频率偏移、相位抖动,信道的定义及分类 无线信道：地波/天波/视线/散射传播 有线信道：明线/对称电缆/同轴电缆/光纤 信道的数学模型 连续信道的数学模型 离散信道的数学模型 恒参信道对信号传输的影响 幅频特性及相位特性 理想信号不失真的要求,本课小结,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
