1、12 34501233210接收端發送端67頻率資源劃分表 8910111213天波傳播地 電離層波導傳播電離層地球外大氣層及行星際空間電波傳播視距傳播對流層散射傳播電離層散射傳播地球電離層通信衛星(a)(b)14圖1.4.4 無線電中繼151617移動交換中心電話交換中心1819屏 蔽 箔屏 蔽 雙 絞 線非 屏 蔽 雙 絞 線20鋁 制 編 織 導 體 (屏 蔽 )內 部 絕 緣 體內 部 導 體外 部 絕 緣 體(a) 一 段 同 軸 電 纜(b) 一 段 與 連 接 器 相 連 的 同 軸 電 纜2122外套絕緣包層纖維芯23n1n2折射率折射率n1n22a24光波波長（nm）1.55

2、 m1.31 m0.7 0,9 1.1 1.3 1.51.725吸收護套纖芯包層(a) 多模(b) 單模吸 收 護 套纖 芯包 層(a) 多 模(b) 單 模26單模光纖與多模光纖的比較 2728信道類型信道類型通話容量（路）通話容量（路）頻率范圍頻率范圍(kHz)傳輸距離傳輸距離(km)明線明線1+30.327300明線明線1+3+120.3150120對稱電纜對稱電纜241210835對稱電纜對稱電纜60122521218小同軸電纜小同軸電纜300601 3008小同軸電纜小同軸電纜960604 1004中同軸電纜中同軸電纜1 8003009 0006中同軸電纜中同軸電纜2 7003001

3、2 0004.5中同軸電纜中同軸電纜10 80030060 0001.529實際的恒參信道：實際的恒參信道： 任何實際信道都不可能是這種理想形式，總會任何實際信道都不可能是這種理想形式，總會出現一定的幅度畸變和相位畸變，這種現象稱為信道出現一定的幅度畸變和相位畸變，這種現象稱為信道的色散。克服色散的手段，采用幅度和相位均衡器。的色散。克服色散的手段，采用幅度和相位均衡器。 對模擬信號來說對模擬信號來說,人的聽覺對相位的反應不靈敏人的聽覺對相位的反應不靈敏,所以相位失真對傳輸模擬信號沒有太大的影響所以相位失真對傳輸模擬信號沒有太大的影響,而幅而幅度失真的影響卻比較大。度失真的影響卻比較大。 但對

4、于傳輸數字信號來說，正與此相反，幅但對于傳輸數字信號來說，正與此相反，幅度失真的影響不大，相位失真對數字傳輸的危害度失真的影響不大，相位失真對數字傳輸的危害比較大，不但波形失真，還會帶來碼間干擾。比較大，不但波形失真，還會帶來碼間干擾。30f (Hz)30030000衰耗 (dB)理想特性典型音頻電話信道特性31 ()0理想特性理想特性 ()032-使信號的振幅隨機變使信號的振幅隨機變化成瑞利分布。化成瑞利分布。設發送信號為設發送信號為A cos 0t，則經過，則經過n條路徑傳播后的接收信號條路徑傳播后的接收信號R (t)可以表示為：可以表示為： 式中式中 ri (t) 第第 i 條路徑的接收

5、信號振幅；條路徑的接收信號振幅； i (t) 第第 i 條路徑的傳輸時延條路徑的傳輸時延 i (t) = - 0 i (t)X c (t)X s (t)n1in1ii0ii0i)t (tcos) t (r)t (t cos) t (r) t (Rn1in1i0ii0iitsin) t (sin) t (rtcos) t (cos) t (r) t (R33式中式中 V(t) 合成波合成波R(t)的包絡的包絡; 多徑衰落多徑衰落 (t) 合成波合成波R(t)的相位。的相位。即有即有由于，相對于由于，相對于 而言，而言，ri(t)和和 i(t)變化緩慢，故變化緩慢，故Xc(t), Xs(t)及及V

6、(t), (t) 也是緩慢變化的。也是緩慢變化的。所以，所以，R(t)可以視為一個窄帶信號（隨機過程）。可以視為一個窄帶信號（隨機過程）。)t (tcos) t (Vtsin) t (Xtcos) t (X) t (R00s0c) t (X) t (Xarctan) t () t (X) t (X) t (Vcs2s2c34)t (tcos) t (V) t (R0tff035設：只有兩條多徑傳播路徑，且衰減相同，時延不同；設：只有兩條多徑傳播路徑，且衰減相同，時延不同；發射信號為發射信號為f(t)，接收信號為，接收信號為af(t - 0)和和af(t - 0 - )；發射信號的頻譜為發射信號

7、的頻譜為F( )。 則有則有 f(t) F( ) af(t - 0) a F( ) e-j0 af(t - 0 - ) a F( ) e-j ( 0 + ) af(t - 0) + af(t - 0 - ) a F( ) e-j0 (1+e-j) H( ) = a F( ) e-j0 (1+e-j)/F( ) = ae-j0 (1+e-j)|1+e-j| = |1+cos-jsin|=|(1+cos)2+sin21/2| =2|cos(/2)|)()(Ftf36分集接收分集接收 分集接收技術是一種有效的抗衰落技術，已分集接收技術是一種有效的抗衰落技術，已在短波通信、移動通信系統中得到廣泛應用。

8、在短波通信、移動通信系統中得到廣泛應用。一、分集接收的基本思想：一、分集接收的基本思想： 快衰落信道中接收的信號是到達接收機的各快衰落信道中接收的信號是到達接收機的各徑分量的合成，徑分量的合成，分集就是分散得到幾個合成信號分集就是分散得到幾個合成信號并集中這些信號的意思并集中這些信號的意思。只要被分集的幾個信號。只要被分集的幾個信號之間是統計獨立的，那么經適當的合并后就能使之間是統計獨立的，那么經適當的合并后就能使系統性能大為改善。系統性能大為改善。37二、分集方式二、分集方式1).空間分集：在接收端架設幾副天線，各天線空間分集：在接收端架設幾副天線，各天線的位置間要求有足夠的間距，以保證各天

9、線上的位置間要求有足夠的間距，以保證各天線上獲得的信號基本互相獨立。獲得的信號基本互相獨立。2).頻率分集：用多個不同載頻傳送同一個消頻率分集：用多個不同載頻傳送同一個消息，若各載頻的頻差相隔較遠，則各載頻信息，若各載頻的頻差相隔較遠，則各載頻信號互不相干。號互不相干。3).角度分集：這是利用天線波束指向不同使信角度分集：這是利用天線波束指向不同使信號不相關的原理構成的一種分集方法。號不相關的原理構成的一種分集方法。4).極化分集：這是分別接收水平極化和垂直極極化分集：這是分別接收水平極化和垂直極化波而構成的一種分集方法。化波而構成的一種分集方法。38三、幾種合并方式三、幾種合并方式1).最佳

10、選擇式：從幾個分散的信號中選擇信噪比最好最佳選擇式：從幾個分散的信號中選擇信噪比最好的一個作為接收信號。的一個作為接收信號。2).等增益相加式：把幾個分散信號以相同的支路增益等增益相加式：把幾個分散信號以相同的支路增益直接相加的結果作為接收信號。直接相加的結果作為接收信號。3).最大比值合并：控制各支路增益，使它們分別與本最大比值合并：控制各支路增益，使它們分別與本支路的信噪比成正比，然后再相加獲得接收信號。支路的信噪比成正比，然后再相加獲得接收信號。 39 分析結果表明：最大比值合并方式性能分析結果表明：最大比值合并方式性能最好，等增益合并次之，最佳選擇方式最差。最好，等增益合并次之，最佳選

11、擇方式最差。40信道中的加性噪聲信道中的加性噪聲干擾干擾：對有用信號有害的各種波形的總稱。：對有用信號有害的各種波形的總稱。噪聲噪聲：可用隨機過程描述的干擾。：可用隨機過程描述的干擾。一、加性噪聲的來源及分類 1 .人為噪聲人為噪聲：來源于人類活動造成的其他信號源。如：外臺信號、接觸不良的觸點等，由不希望有的信號源引起的。 2.自然噪聲自然噪聲：來自于大自然。由自然界存在的各種電磁波源引起。如：閃電、大氣中的電暴、銀河系噪聲、大氣干擾及宇宙噪聲等。 3.內部噪聲內部噪聲：系統設備本身產生的各種噪聲。如：電阻中自由電子的熱運動、半導體中載流子(電子和空穴)的隨機產生與復合等。是元器件內部固有的噪

12、聲。41二、噪聲的種類 1.確知噪聲：如電源哼聲、自激振蕩等； 2.隨機噪聲：不能準確預測其波形；可以分為單頻噪聲、脈沖噪聲和起伏噪聲。這里重點介紹起伏噪聲。三、起伏噪聲1.熱噪聲 1）產生原因：在電阻一類導體中自由電子的布郎運動引起的噪聲 2）特點：服從高斯分布，且具有均勻的功率譜密度。 頻帶極寬01013Hz,視為帶內平坦高斯白色噪聲。 均值為0，交流起伏有一定功率損耗，且與R和T有關。 42 3）功率譜密度： 電壓功率譜：SV() = 2KTR (J/Hz),即Vn2(t)表示。 電流功率譜：SI() = 2KTG (J/Hz), 即In2(t)表示。 4）表示方法：電阻導體上總存在熱噪

13、聲，可用電壓源或電流源表示。給定帶寬可計算輸出功率：用電壓源： 。用電流源： 。2、散彈噪聲 1）產生原因：真空電子管和半導體器件中電子發射的不均勻性引起 2）特點：服從高斯分布，頻帶極寬01010Hz范圍內視為均勻譜高斯白噪聲。 3）功率譜密度：SI() = EI(t) q=I0q433、宇宙噪聲 1）產生原因：天體電磁波的輻射對接收機形成的噪聲。 2）特點：20 300MHz內，強度與頻率的三次方成反比，服從高斯分布；具有平坦的功率譜密度。Sn()=n0/2R()=n0/2()注意1：通信系統模型中的噪聲源是分散在通信系統各處的噪聲的集中表示。通常把加性噪聲的主要代表起伏噪聲理解成熱噪聲、

14、散彈噪聲、宇宙噪聲的集中表示。均為高斯白噪聲。注意2：為了減少干擾，常用濾波器濾除部分噪聲，進入通信的白噪聲，就為帶限白噪聲；白噪聲通過窄帶系統，就為窄帶高斯白噪聲。444、噪聲帶寬： 噪聲等效帶寬：45C=maxR。分為離散信道容量和連續信道容量3.8 信道容量的概念信道容量的概念 信道容量：是指信道中信息無差錯傳輸的最大速率C。一、離散信道的容量： 1、無噪聲信道：收到的數碼與發送的數碼一一對應，收到的平均信息量與信源的信息量相同，在信道中無損失。信道的傳輸信息速率等于信源發出的信息速率。 2、有噪聲信道：收端不是與信源一一對應，發送符號以一定的轉移概率與收端符號對應。461）發xi收到y

15、j時獲得信息量2）發xi收到yj時平均信息量/符號已知：單位時間內傳送的符號數為r，求信息速率R信源：Ht(x)=rH(x) 錯誤：Ht(x/y)=rH(x/y) R= Ht(x)-Ht(x/y)=rH(x)-H(x/y)討論：無噪聲時R= rH(x) ；噪聲很大時R= 0-發送的每個符號的平均信息量-發送的符號在有噪信道中傳輸平均丟失的信息量47設二進制信源符號為0，1，由兩個符號組合構成所有的消息，若消息速率每秒傳送1000個符號，且兩個符號出現概率相等，傳輸中引起的差錯概率為100符號錯1個，問該信道的信息傳輸速率為多少？解：3）信道容量C：C = maxR = maxHt(x)-Ht(

16、x/y)Max-對所有可能的輸入概率分布來說的最大值對所有可能的輸入概率分布來說的最大值48 設信道設信道(調制信道調制信道)的輸入端加入單邊功率譜密度為的輸入端加入單邊功率譜密度為n0(W/Hz)的加性高斯白噪聲，信道的帶寬為的加性高斯白噪聲，信道的帶寬為B(Hz)，信號功率，信號功率為為S(W)，則通過這種信道無差錯傳輸的最大信息速率，則通過這種信道無差錯傳輸的最大信息速率C為為 BnSBC021log)/(sb令令N=n0B NSBC1log2)/(sb二、連續信道的信道容量B-信道帶寬(Hz)S-信號功率(W)n0-噪聲單邊功率譜密度(W/Hz)496629.9 103.02 101000(1)CBHzSIbIbN即信道帶寬約為3MHz。 5051由高等數學知識可知 : 上式表明，若S/n0保持不變，當B時，因為噪聲功率(N=n0B)也隨之趨于無窮大