通信原理信道版信道分類信道模型恒參/隨參信道特性對信號傳輸?shù)糜绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

本章內(nèi)容:

第4章信道

課件制作:曹麗娜西安電子科技大學通院

—傳輸媒質(zhì)有線信道——明線、電纜、光纖無線信道——自由空間或大氣層無線信道舉例:地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、衛(wèi)星中繼、散射及移動無線電信道概述狹義信道:廣義信道:

調(diào)制信道——研究調(diào)制/解調(diào)問題編碼信道——研究編碼/譯碼問題信道得定義與分類對流層平流層電離層10km60km0km對流層:約

0~10km平流層:約10~60km電離層:約60~400

km地球大氣層得結(jié)構(gòu):§4、1無線信道地波ground-wave頻率:<2MHz特性:有繞射能力距離:數(shù)百或數(shù)千米用于:AM廣播天波sky-wave頻率:2~30MHz特性:被電離層反射距離:<4000km(一跳)用于:遠程、短波通信傳播路徑

地波傳播方式傳播路徑天波傳播方式無線信道電磁波得傳播方式:課件制作:曹麗娜ddh接收天線發(fā)射天線傳播途徑Drr視線傳播方式

頻率:>30MHz特性:直線傳播、穿透電離層用途:衛(wèi)星和外太空通信超短波及微波通信距離:與天線高度有關(guān)

視線傳播line-of-sight無線信道D

為收發(fā)天線間距離(km)

設(shè)收發(fā)天線得架設(shè)高度均為40m,則最遠通信距離為:

D=44、7km例如課件制作:曹麗娜微波中繼(微波接力)衛(wèi)星中繼(靜止衛(wèi)星、移動衛(wèi)星)平流層通信Q&A

增大視線傳播距離得其她途徑？課件制作:曹麗娜遠距離通信時,需建立多個中繼站兩點間傳輸距離30km~50km無線信道微波中繼優(yōu)點:容量大、投資少、維護方便、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定。應(yīng)用:遠距離傳輸話音和電視信號。大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點優(yōu)點:通信容量大,傳輸質(zhì)量穩(wěn)定,傳輸距離遠,覆蓋區(qū)域廣。缺點:傳輸時延大,信號衰減大,

造價高。無線信道衛(wèi)星中繼對流層散射 頻率:100~4000MHz

距離:

<600km對流層散射通信地球有效散射區(qū)域無線信道散射通信電離層散射 頻率:30~60MHz

距離:1000km以上課件制作:曹麗娜流星余跡無線信道流星余跡散射特性:

高度80~120km,長度15~40km

存留時間:小于1秒至幾分鐘頻率:

30~100MHz距離:

1000km以上用途:低速存儲、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸課件制作:曹麗娜明線對稱電纜同軸電纜光纖§4、2有線信道課件制作:曹麗娜1880年紐約街貌明線導體絕緣層雙絞線TwistedRair屏蔽雙絞線(STP)(可減少噪聲干擾)非屏蔽雙絞線(UTP)(便宜、易彎曲、易安裝)由多對雙絞線組成特點缺點應(yīng)用有線信道對稱電纜由同軸得兩個導體組成內(nèi)芯:金屬導線外導體:金屬編織網(wǎng)抗電磁干擾能力強帶寬更寬、速率更高

成本較高;解決:用光纜代替(干線)

組成優(yōu)點(相比雙絞線)缺點有線信道同軸電纜課件制作:曹麗娜

寬帶(射頻)同軸電纜:75Ω,用于傳輸模擬信號多用于有線電視(CATV)系統(tǒng)傳輸距離可達幾十千米

基帶同軸電纜:50Ω,多用于數(shù)字基帶傳輸速率可達10Mb/s傳輸距離<幾千米有線信道單模階躍折射率光纖

光纖結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu):纖芯包層按折射率分類:階躍型梯度型按模式分類:多模光纖單模光纖有線信道光纖易碎,接口昂貴,安裝和維護需要專門技能。傳輸帶寬寬、通信容量大;傳輸衰減小,無中繼傳輸距離遠;

(<0、2dB/km)

(幾百公里)抗電磁干擾,傳輸質(zhì)量好,防竊聽,耐腐蝕;體積小,重量輕,節(jié)省有色金屬,環(huán)保。缺點長途電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等得主干線路中。應(yīng)用優(yōu)點有線信道信道分類信道模型恒參/隨參信道特性對信號傳輸?shù)糜绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

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第4章信道

課件制作:曹麗娜西安電子科技大學通院§4、3信道數(shù)學模型1、調(diào)制信道模型

模型:有一對(或多對)輸入端和輸出端大多數(shù)信道都滿足線性疊加原理對信號有固定或時變得延遲和損耗無信號輸入時,仍可能有輸出(噪聲)共性:疊加有噪聲得線性時變/時不變網(wǎng)絡(luò):課件制作:曹麗娜入出關(guān)系:反映信道本身特性調(diào)制信道對信號得影響程度取決

與

得特性。加性噪聲始終存在乘性干擾(共存共失)課件制作:曹麗娜調(diào)制信道分為:(根據(jù)信道得時變特性)

恒參信道——特性基本不隨時間變化

隨參信道——特性隨時間隨機快變化不同得物理信道具有不同得特性C(

)=常數(shù)(可取1)加性高斯白噪聲信道模型課件制作:曹麗娜+=1P(1/0)P(0/1)

001

1P(0/0)P(1/1)發(fā)送端接收端二進制無記憶編碼信道模型可用轉(zhuǎn)移概率來描述。+=1P(0/0)

P(1/1)

正確P(1/0)

P(0/1)

錯誤2、編碼信道模型

模型:課件制作:曹麗娜01233210接收端發(fā)送端四進制無記憶編碼信道信道分類信道模型恒參/隨參信道特性對信號傳輸?shù)糜绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

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第4章信道

§4、4課件制作:曹麗娜西安電子科技大學通院特點:傳輸特性隨時間緩變或不變。舉例:各種有線信道、衛(wèi)星信道…

1、

傳輸特性幅頻特性相頻特性線性時不變系統(tǒng)恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)糜绊?、無失真?zhèn)鬏斦n件制作:曹麗娜恒參信道

群遲延特性幅頻特性相頻特性無失真?zhèn)鬏?理想恒參信道)特性曲線:課件制作:曹麗娜

若輸入信號為s(t),則理想恒參信道得輸出:恒參信道固定得遲延固定得衰減——這種情況稱為無失真?zhèn)鬏斃硐牒銋⑿诺赖脹_激響應(yīng):3、失真影響措施恒參信道群遲延失真:

幅頻失真:

含義？

影響

影響

相頻失真:相頻特性典型音頻電話信道:

幅度衰減特性群遲延頻率特性恒參信道1、隨參信道舉例指傳輸特性隨時間隨機快變得信道。隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)糜绊戧懙匾苿有诺蓝滩婋x層反射信道超短波流星余跡散射信道超短波及微波對流層散射信道超短波電離層散射超短波超視距繞射…

課件制作:曹麗娜2、隨參信道特性隨參信道

衰減隨時間變化時延隨時間變化多徑傳播多徑傳播示意圖:

3、多徑效應(yīng)第i條路徑接收信號振幅經(jīng)過n條路徑傳播(各路徑有時變得衰落和時延)

—

多經(jīng)傳播得影響傳輸時延則接收信號為

設(shè)發(fā)送信號為幅度恒定頻率單一課件制作:曹麗娜根據(jù)概率論中心極限定理:當n足夠大時,x(t)和y(t)趨于正態(tài)分布。

同相~正交形式包絡(luò)~相位形式瑞利分布均勻分布多徑效應(yīng)包絡(luò)相位隨機緩變

得窄帶信號波形發(fā)送信號接收信號頻譜

多徑傳播使信號產(chǎn)生瑞利型衰落;多徑傳播引起頻率彌散。結(jié)論課件制作:曹麗娜我們更關(guān)心得問題:

多徑傳播

對于一個復雜信號f(t)

(實際情況)

得影響如何呢？兩徑多徑多徑效應(yīng)課件制作:曹麗娜多徑效應(yīng)傳輸衰減均為K

傳輸時延分別為

1和

2發(fā)射信號接收信號設(shè)兩條路徑得信道為f(t)fo(t)=Kf(t-

1)+

Kf(t-

2

)信道傳輸函數(shù)fo(t)=2-1相對時延差則接收信號為常數(shù)衰減因子確定得傳輸時延因子與信號頻率

有關(guān)得復因子信道對信號不同得頻率成分,將有不同得衰減。——頻率選擇性衰落如何減小？信道幅頻特性信道相關(guān)帶寬:定義為相鄰傳輸零點得頻率間隔

,工程經(jīng)驗公式:

4、減小頻率選擇性衰落得措施△f

△f

＝1/

應(yīng)使信號帶寬Bs

＝(1/3~1/5)△f數(shù)字信號得碼元寬度:Ts

＝(3~5)

→RB↓mmBs

<△f歸納

衰減隨時間變化時延隨時間變化多徑傳播

隨參信道特性

多徑效應(yīng)瑞利型衰落頻率彌散頻率選擇型衰落分集接收擴頻技術(shù)OFDM等

減小衰落得措施Bs＝(1/3~1/5)△f課件制作:曹麗娜信道分類信道模型恒參/隨參信道特性和對信號傳輸?shù)糜绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

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第4章信道

課件制作:曹麗娜西安電子科技大學通院1、何謂噪聲信道中存在得不需要得電信號。她獨立于信號始終存在,

又稱加性干擾。她使信號失真,發(fā)生錯碼,限制傳輸速率。

按噪聲來源2、噪聲類型§4、5信道噪聲人為噪聲自然噪聲內(nèi)部噪聲

(如熱噪聲)脈沖噪聲

窄帶/單頻噪聲

起伏噪聲(熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲)起伏噪聲

按噪聲性質(zhì)熱噪聲:來自一切電阻性元器件中電子得熱運動。均勻分布在0～1012Hz頻率范圍。性質(zhì):高斯白噪聲

式中

k=1、38

10-23(J/K)－波茲曼常數(shù)T－熱力學溫度(oK)R－阻值(

)

B

－帶寬(Hz)熱噪聲電壓有效值:課件制作:曹麗娜歸納信道加性噪聲n(t):代表:起伏噪聲(熱噪聲等)性質(zhì):高斯白噪聲

n(t)?BPF?窄帶高斯噪聲課件制作:曹麗娜平均功率:噪聲等效帶寬:功率譜:噪聲等效帶寬

Pn(f)接收濾波器特性通過寬度為Bn得矩形濾波器得噪聲功率

=通過實際接收濾波器得噪聲功率。

物理

意義窄帶高斯噪聲:Pn(f0)信道分類信道模型恒參/隨參信道特性和對信號傳輸?shù)糜绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

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第4章信道

課件制作:曹麗娜西安電子科技大學通院指信道能夠無差錯傳輸時得最大平均信息速率。1、離散信道容量§4、6信道容量式中,P(xi)?發(fā)送符號xi得概率(i=1,2,3,?,n)(1)信源發(fā)送得平均信息量(熵)(2)因信道噪聲而損失得平均信息量式中,P(yj)?收到y(tǒng)j得概率(j=1,2,3,?,m);P(xi/yj)?收到y(tǒng)j后判斷發(fā)送得就是xi得轉(zhuǎn)移概率課件制作:曹麗娜(3)信息傳輸速率