《通信原理信道》PPT课件
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P(1/1) P(0 /1) 1
多进制编码信道模型
P(0/0)
0
0
P(1/0)
P(0/1)
1
1
P(1/1)
图 3- 3 图 图 图 图 图 图 图 图 图
0
0
1
1
2
2
3
3
图 3- 4 图 图 图 图 图 图 图 图 图
4.4 信道特性对信号传输的影响
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响 • 特征：k(t)~t不变或慢变。对信号传输的影响是固定不变的或者是
|H()|
K
() td
t ()
Βιβλιοθήκη Baidutd
O
O
O
a 幅频特性
b 相频特性
c 群迟延特性
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响
第四章 信道
主要研究内容
➢ 信道的基本概念 ➢ 有线信道与无线信道 ➢ 信道的数学模型 ➢ 信道特性对信号传输的影响 ➢ 信道中的噪声 ➢ 信道容量的概念
4.0 信道的基本概念
信道是通信系统必不可少的组成部分，信道特性的好坏直接影响通信系统 的总特性。
1.信道的定义： • 以传输媒介为基础的信号通路。 • 由有线或/和无线电线路提供的信 号通路。 • 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。
＊变参信道（随参信道）: k(t)~t 随机快变。
编码信道模型
➢ 构成：从编码器输出端到译码器输入端的所有转换器及传输媒质，等效 一个完成数字序列变换的方框。
➢ 特点：输入和输出都是数字序列 ➢ 研究的问题：是否出现差错，出现的概率 ➢ 模型：可用数字信号的转移概率来描述
P(0/0) P(1/0) P(1/1) P(0/1)
✓ 对流层散射
机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km
4.1 无线信道
✓ 流星余迹散射
有效散射区域
地球
对流层散射通信
4.2 有线信道
➢ 明线：传输损耗低； 易受天气和气候的影响； 对外界噪声干扰明显。
4.2 有线信道
： ➢ 对称电缆 传输损耗比明线大得多，但传输特性比较稳定。
变化极为缓慢。 • 举例：各种有线信道，超短波及视距波传输，卫星信道等。 • 模型：线性时不变网络 • 网络的传输特性：
H () H () e j ()
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响
（1）信号不失真传输条件：
e0 (t) kei (t td )
h(t ) k (t td )
H() ke j td
4.0 信道的基本概念
2.信道的分类 • 狭义信道：仅指传输媒介，它包括有线信道和无线信道。
• 广义信道：不但包括传输媒介，还可能包括有关的器件 (馈线、天线、 调制/解调器、编码/译码器) 。
通常分成:调制信道和编码信道。
4.0 信道的基本概念
狭义信道
编码器 输出
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
导体 绝缘层
对称电缆（双绞线)
➢ 同轴电缆
4.2 有线信道
实心介质 导体
金属编织网
保护层
同轴电缆
4.2 有线信道
➢ 光纤：能传输光能的波导介质。损耗低、频带宽、线径细、重量 轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属以及不受电磁干扰 等优点。
有单模和多模之分（模式就是指路径） ➢ 光缆(optical fiber cable)主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑
地面
天波传播
4.1 无线信道
➢ 视线传播：频率> 30 MHz；传播 的距离和天线高度有关。
d
发射天线
h
r
d D
传播途径 接收天线
r
地面
视线传播
• 增加视线传输距离的途径： 中继通信 无线电中继
卫星通信 平流层通信
无线电中继
4.1 无线信道
➢ 散射传播： ✓ 电离层散射
机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上
ei(t)
K(t)
+
e0(t)
n(t)
调制信道模型
结论： • 信道对信号的影响可归纳为两点：一是乘性干扰k(t)（依赖于网络的特性，
只能用随机过程来表示），二是加性干扰n(t)。 • 不同特性的信道，仅反映信道模型有不同的k(t)及n(t)。 • 根据信道中k(t)的特性不同，可以将信道分为： ＊恒参信道: k(t)~t 不变或慢变；
P(0/0)
0
0
P(1/0)
P(0/1)
1
1
P(1/1)
编码信道模型
• 转移概率：决定于编码信道的特性；对编码信道做大量的统计分析得到。 • 正确转移概率：P(0/0)、P(1/1) 错误转移概率：P(1/0)、 P(0/1)
• 有记忆编码信道和无记忆编码信道
P(0 / 0) P(1/ 0) 1
料保护套管及塑料外皮构成,光缆内没有金,银,铜铝等金属,一般无回 收价值。
4.3 信道的数学模型
1 调制信道模型 ➢ 定义：传输已调信号的信道。 ➢ 研究的问题：信道输出信号与输入信号之间的关系。 ➢ 通过对调制信道进行大量的分析 研究，发现它们有如下共性:
调制信道模型
• 有一对(或多对)输入端，一对（或多对）输出端; • 绝大部分信道是线性的； • 信号通过信道需要一定的迟延时间； • 信道对信号有损耗(固定损耗或时变损耗)； • 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出(噪声)。
收 转 换 器
解 调 器
调制信道
编码信道
广义信道关心的是变化的最终结果 而不是物理过程
译码器 输出
4.1 无线信道
• 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。其中电 磁波的频率受天线尺寸限制。
60 km
10 km 0 km
电离层
平流层 对流层 地面
4.1 无线信道
• 大气对传播中的电磁波的影响： 反射，散射，吸收和衰减
4.1 无线信道
• 不同频率的电磁波具有不同的传输能力和特性，导致不同的传波 方式：
➢ 地波：频率 < 2 MHz；有绕射能力；数百或数千千米
传播路径 地面
地波传播
4.1 无线信道
➢ 天波：频率：2 ~ 30 MHz（低频的被吸收掉）；被电离层反射；一次反 射距离：< 4000 km；寂静区。
信号传播路径
调制信道模型
ei(t)
时变线 性网络
ei1(t)
e0(t)
ei2(t) .
. eim(t)
时变 线性 网络
e01(t)
e02(t) . . e0n(t)
对于二进(a制) 信道： e0 (t) (b) f [ei (t)] n(t)
e图02(- 2t)图图 图k图(t图)图 ei (t) n(t)
多进制编码信道模型
P(0/0)
0
0
P(1/0)
P(0/1)
1
1
P(1/1)
图 3- 3 图 图 图 图 图 图 图 图 图
0
0
1
1
2
2
3
3
图 3- 4 图 图 图 图 图 图 图 图 图
4.4 信道特性对信号传输的影响
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响 • 特征：k(t)~t不变或慢变。对信号传输的影响是固定不变的或者是
|H()|
K
() td
t ()
Βιβλιοθήκη Baidutd
O
O
O
a 幅频特性
b 相频特性
c 群迟延特性
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响
第四章 信道
主要研究内容
➢ 信道的基本概念 ➢ 有线信道与无线信道 ➢ 信道的数学模型 ➢ 信道特性对信号传输的影响 ➢ 信道中的噪声 ➢ 信道容量的概念
4.0 信道的基本概念
信道是通信系统必不可少的组成部分，信道特性的好坏直接影响通信系统 的总特性。
1.信道的定义： • 以传输媒介为基础的信号通路。 • 由有线或/和无线电线路提供的信 号通路。 • 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。
＊变参信道（随参信道）: k(t)~t 随机快变。
编码信道模型
➢ 构成：从编码器输出端到译码器输入端的所有转换器及传输媒质，等效 一个完成数字序列变换的方框。
➢ 特点：输入和输出都是数字序列 ➢ 研究的问题：是否出现差错，出现的概率 ➢ 模型：可用数字信号的转移概率来描述
P(0/0) P(1/0) P(1/1) P(0/1)
✓ 对流层散射
机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km
4.1 无线信道
✓ 流星余迹散射
有效散射区域
地球
对流层散射通信
4.2 有线信道
➢ 明线：传输损耗低； 易受天气和气候的影响； 对外界噪声干扰明显。
4.2 有线信道
： ➢ 对称电缆 传输损耗比明线大得多，但传输特性比较稳定。
变化极为缓慢。 • 举例：各种有线信道，超短波及视距波传输，卫星信道等。 • 模型：线性时不变网络 • 网络的传输特性：
H () H () e j ()
1.恒参信号特性及其对信号传输的影响
（1）信号不失真传输条件：
e0 (t) kei (t td )
h(t ) k (t td )
H() ke j td
4.0 信道的基本概念
2.信道的分类 • 狭义信道：仅指传输媒介，它包括有线信道和无线信道。
• 广义信道：不但包括传输媒介，还可能包括有关的器件 (馈线、天线、 调制/解调器、编码/译码器) 。
通常分成:调制信道和编码信道。
4.0 信道的基本概念
狭义信道
编码器 输出
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
导体 绝缘层
对称电缆（双绞线)
➢ 同轴电缆
4.2 有线信道
实心介质 导体
金属编织网
保护层
同轴电缆
4.2 有线信道
➢ 光纤：能传输光能的波导介质。损耗低、频带宽、线径细、重量 轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属以及不受电磁干扰 等优点。
有单模和多模之分（模式就是指路径） ➢ 光缆(optical fiber cable)主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑
地面
天波传播
4.1 无线信道
➢ 视线传播：频率> 30 MHz；传播 的距离和天线高度有关。
d
发射天线
h
r
d D
传播途径 接收天线
r
地面
视线传播
• 增加视线传输距离的途径： 中继通信 无线电中继
卫星通信 平流层通信
无线电中继
4.1 无线信道
➢ 散射传播： ✓ 电离层散射
机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上
ei(t)
K(t)
+
e0(t)
n(t)
调制信道模型
结论： • 信道对信号的影响可归纳为两点：一是乘性干扰k(t)（依赖于网络的特性，
只能用随机过程来表示），二是加性干扰n(t)。 • 不同特性的信道，仅反映信道模型有不同的k(t)及n(t)。 • 根据信道中k(t)的特性不同，可以将信道分为： ＊恒参信道: k(t)~t 不变或慢变；
P(0/0)
0
0
P(1/0)
P(0/1)
1
1
P(1/1)
编码信道模型
• 转移概率：决定于编码信道的特性；对编码信道做大量的统计分析得到。 • 正确转移概率：P(0/0)、P(1/1) 错误转移概率：P(1/0)、 P(0/1)
• 有记忆编码信道和无记忆编码信道
P(0 / 0) P(1/ 0) 1
料保护套管及塑料外皮构成,光缆内没有金,银,铜铝等金属,一般无回 收价值。
4.3 信道的数学模型
1 调制信道模型 ➢ 定义：传输已调信号的信道。 ➢ 研究的问题：信道输出信号与输入信号之间的关系。 ➢ 通过对调制信道进行大量的分析 研究，发现它们有如下共性:
调制信道模型
• 有一对(或多对)输入端，一对（或多对）输出端; • 绝大部分信道是线性的； • 信号通过信道需要一定的迟延时间； • 信道对信号有损耗(固定损耗或时变损耗)； • 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出(噪声)。
收 转 换 器
解 调 器
调制信道
编码信道
广义信道关心的是变化的最终结果 而不是物理过程
译码器 输出
4.1 无线信道
• 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。其中电 磁波的频率受天线尺寸限制。
60 km
10 km 0 km
电离层
平流层 对流层 地面
4.1 无线信道
• 大气对传播中的电磁波的影响： 反射，散射，吸收和衰减
4.1 无线信道
• 不同频率的电磁波具有不同的传输能力和特性，导致不同的传波 方式：
➢ 地波：频率 < 2 MHz；有绕射能力；数百或数千千米
传播路径 地面
地波传播
4.1 无线信道
➢ 天波：频率：2 ~ 30 MHz（低频的被吸收掉）；被电离层反射；一次反 射距离：< 4000 km；寂静区。
信号传播路径
调制信道模型
ei(t)
时变线 性网络
ei1(t)
e0(t)
ei2(t) .
. eim(t)
时变 线性 网络
e01(t)
e02(t) . . e0n(t)
对于二进(a制) 信道： e0 (t) (b) f [ei (t)] n(t)
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