恒参信道及其特性
电子信息考研复试专业课部分知识点——通信原理
1、信号、信息、消息之间的关系与不同？信号是指消息的传递形式，比如说光信号、电信号、声音信号等，它是消息的运载工具！信息是指我们要传达给别人的有效东西，是我们要传输给别人的内容本质！消息是指表达信息的工具，同一个信息你可以用不同形式的消息来传达，比如说，我爱你，你可以给她写信，可以给她打电话，可以给她唱歌都是在表达我爱你！2、恒参信道和随参信道是什么？恒参信道：顾名思义就是信道特性不会随时间的变化而变化或者说变化得极慢；随参信道：与恒参信道相反，信道特性会随着时间的变化而变化。
还有就是一般的有线信道比如说光纤和双绞线等可以看作是恒参信道，一部分的无线信道可以看作是恒参信道，比如说无线电视中继信道、卫星中继信道！大部分的的无线信道都可以看作是随参信道！3、信道容量是什么？简单来说就是信道能够传输的最大信息率。
也就是说小于这个信息传输率就可以在此信道中无差错的传输！这里我们应该还要注意引申问题，比如说叫你说一说香农定理，一定要注意发散问题！5、简要说一下数字通信系统的优缺点？优点：1、抗干扰能力强；2、易于加密；3、误码差错可控；4、可以较为方便地与现代信息技术相结合（当然每一点尽可能展开叙述一下，我这里就不展开叙述了）。
缺点：1、频带利用率不高（叙述的话和模拟通信做一下对比）；2、系统设备较为复杂（需要严格的同步系统）。
6、数字通信和模拟通信的可靠性指标以及有效性指标分别是什么？数字通信：可靠性为误码率；有效性为信息传输速率和频带利用率；模拟通信：可靠性为信噪比；有效性为有效传输带宽。
7、信源编码和信道编码的作用？信源编码：作用之一是进行数据压缩，减少或者消除信源冗余度；作用之二是将信源的模拟信号转化成数字信号，以便于进行信号的数字化传输，本质上来说是提高了通信的有效性。
信道编码：其作用是对数据码流进行一定的处理，使得整个系统具有一定的纠错和抗干扰的能力，从本质上来说信道编码就是为了提高通信的可靠性。
通信原理第2章习题解答
习题解答2-1、什么是调制信道？什么是编码信道？说明调制信道和编码信道的关系。
答：所谓调制信道是指从调制器输出端到解调器输入端的部分。
从调制和解调的角度来看，调制器输出端到解调器输入端的所有变换装置及传输媒质，不论其过程如何，只不过是对已调制信号进行某种变换。
所谓编码信道是指编码器输出端到译码器输入端的部分。
从编译码的角度看来，编码器的输出是某一数字序列，而译码器的输入同样也是某一数字序列，它们可能是不同的数字序列。
因此，从编码器输出端到译码器输入端，可以用一个对数字序列进行变换的方框来概括。
根据调制信道和编码信道的定义可知，编码信道包含调制信道，因而编码信道的特性也依赖调制信道的特性。
2-2、什么是恒参信道？什么是随参信道？目前常见的信道中，哪些属于恒参信道？哪些属于随参信道？答：信道参数随时间缓慢变化或不变化的信道叫恒参信道。
通常将架空明线、电缆、光纤、超短波及微波视距传输、卫星中继等视为恒参信道。
信道参数随时间随机变化的信道叫随参信道。
短波电离层反射信道、各种散射信道、超短波移动通信信道等为随参信道。
2-3、设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为：其中，0K 和d t 都是常数。
试确定信号)(t s 通过该信道后的输出信号的时域表示式，并讨论之。
解：传输函数d t j je K e H H ωωϕωω-==0)()()(冲激响应)()(0d t t K t h -=δ输出信号)()()()(0d t t s K t h t s t y -=*=结论：该恒参信道满足无失真条件，故信号在传输过程中无失真。
2-4、设某恒参信道的传输特性为d t j eT H ωωω-+=]cos 1[)(0，其中，d t 为常数。
试确定信号)(t s 通过该信道后的输出信号表达式，并讨论之。
解：输出信号为： dt K H ωωϕω-==)()(0)(21)(21)()(2121)(21]cos 1[)(00)()(00000T t t T t t t t t h e e e e e e e e T H d d d T t j T t j t j t j T j T j t j t j d d d d d d --++-+-=++=++=+=+--------δδδωωωωωωωωωω讨论：此信道的幅频特性为0cos 1)(T H ωω+=，相频特性为ωωϕd t -=)(，相频特性与ω成正比，无想频失真；K H ≠)(ω，有幅频失真，所以输出信号的失真是由信道的幅频失真引起的，或者说信号通过此信道只产生幅频失真。
恒参信道及其对所传信号的影响
信道的相位—频率特性还经常采用群迟延—频率特性来衡 量。所谓群迟延—频率特性，它被定义为相位—频率特性的导 数，即若相位—频率特性用φ(ω)表示，则群迟延—频率特性 (通常称为群迟延畸变或群迟延)τ(ω)为
地球
微波中继信道的构成
微波中继信道具有传输容量大、长途传输质量稳定、 节约有色金属、 投资少、维护方便等优点。因此，被 广泛用来传输多路电话及电视等。
卫星中继信道
人造卫星中继信道可视为无线电中继 信道的一种特殊形式。
轨道在赤道平面上的卫星，当它离地 面高度为35860Km时，绕地球一周的时 间恰好为24小时，－－同步通信卫星
使用同步通信卫星作为中继站，可以 实现地球上18000Km范围内的多点联接。 三颗可以覆盖全球（两极为盲区）。
具有传输距离远、覆盖地域广、传播 稳定可靠、传输容量大等优点。广泛用 于传输多路电话、电报、数据、电视。
卫星中继信道示意图
B 地球 A
目前卫星中继信道主要工作频段有：L频段 (1.5/1.6GHz) 、 C 频 段 (4/6GHz) 、 Ku 频 段 (12/14GHz)、Ka频段(20/30GHz)。 卫星中继信道 的主要特点是通信容量大、传输质量稳定、传输 距离远、覆盖区域广等。另外，由于卫星轨道离 地面较远信号衰减大，电波往返所需要的时间较 长。对于静止卫星， 由地球站至通信卫星，再回 到地球站的一次往返需要0.26s 左右，传输话音 信号时会感觉明显的延迟效应。目前卫星中继信 道主要用来传输多路电话、 电视和数据。
对称电缆－－在同一保护套内有许多对相互绝缘 的双导线的传输媒质。传输损耗比明线大得多，但传 输特性比较稳定。
国网02信道60
以光纤纤维（简称光纤）为传输媒质，光波为载波的光纤信 道，可望提供极大的传输容量。光纤具有损耗低、频带宽、线径 细、重量轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀以及不受电磁干扰等优点。 光纤信道的简化框图如下3.2-4所示。
基 带 电 信 号
基 带 处 理
光 调 制 器
已 调 光信号
光 纤 线 路
光 探 测 器
解 调 电信号
第 二 章 信 道
模块1 信道的概念
模块2 恒参信道及其特性
模块3 随参信道及其特性
模块4 信道的加性噪声
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第2章 信 道
模块1 信道的概念
一、信道的定义及分类
信道：是连接发送端和接收端的通信设备，其功能 是将信号从发送端传送到接收端。或者信道是指以传输 媒质为基础的信号通道。它可分为狭义信道和广义信道。 根据信道的定义，如果信道仅是指信号的传输媒质， 这种信道称为狭义信道； 如果信道不仅是传输媒质，而 且包括通信系统中的一些转换装置，这种信道称为广义 信道。
二进制数字传输系统的一种简单的编码信道模型如图
3.3 - 4 所示。
13
第2章 信 道
P(0) 0 P(1/0) P(0/1) P(1) 1 P(0/0)
0
P(1/1)
图 3.3 –4 二进制编码信道模型
1
图中P(0)和P(1)分别是发送“0”符号和“1”符号的先验概
率，P(0/0)与P(1/1)是正确转移的概率，
此，在研究信道的一般特性时， “传输媒质”仍是讨论 的重点。今后，为了叙述方便，常把广义信道简称为信 道。
3
第2章 信 道
广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的
变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天 线、调制器、解调器等等。这相当于在狭义信道的基础上， 扩大了信道的范围。 广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码
04第四讲：信道模型及恒参信道
1.引言 2.信道定义
信道模型及恒参信道
3.调制信道模型
4.编码信道模型 5恒参信道举例 6.恒参信道特性及其对信号传输的 影响
第三章 信道与噪声
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 信道定义与数学模型 恒参信道及其传输特性 随参信道及其传输特性 分集接收技术 加性噪声 信道容量的概念
3.1引言
信道是指以传输媒质为基础的信号通道。
• 如果信道仅是指信号的传输媒质，这种信 道称为狭义信道。 • 如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信
系统中的一些转换装置，这种信道称为广
义信道。
• 狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信 道两类。 – 有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。 – 无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波或 微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信 道等。 • 广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的 变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线 与天线、调制器、解调器等等。
中继器：延长传输距离 直接中继：直接将光信号加以放大
间接中继：将光信号转换为电信号、放大、再转换 为光信号
光调制：用光载波脉冲的有和无来表示二进制数字 （即光强度调制），解调时采用平方律检测，不能 采用外差式接收和相干检测。
光纤
包层
芯线
n2 n2
n1
n1
包层折射指数为 n2 芯线折射指数为 n1 其中 n1 n2 阶跃型折射指数光纤:
(b)
3.4.2
光纤信道
光纤通信是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲 来进行通信 ，由光源、光纤线路及光电探测器等三 个基本部分组成。
光源（光载波发生器）：半导体发光二极管（LED）、 激光二极管（LD） 光电探测器（光强度的检测：直接检波式）：PIN光电 二极管、雪崩光电二极管（APD） 光纤线路（传输光信号：全反射）：一根或多根光纤
恒参信道及其对信号传输的影响
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恒参信道 信号无失真传输条件 幅度－频率畸变 相位频率畸变 其他影响 减小畸变的方法
减小畸变的方法
• 均衡技术 对于有线信道这样的有固定幅频特性或相 频特性的信道，可以增加一个线性补偿电 路，使总的信道特性趋于平坦，这种通过 矫正幅频特性或相频特性来补偿失真信号 的处理办法，称之为频域均衡。另有一种 是通过产生波形去补偿失真波形的时域均 衡。
0
0
信号无失真传播条件
• 信道的相频特性还经常用，若相位频率特性用φ(ω)表 示，群迟延用τ(ω)表示，则系统函数的幅频特性 是一个不随频率变化的常数。
d d
t0
0
信号无失真传播条件
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恒参信道 信号无失真传输条件 幅度－频率畸变 相位－频率畸变
5
6
其他影响
减小畸变的方法
恒参信道
• 恒参信道对信号传输的影响是固定的，或者随时 间缓慢变化的，通常情况下，若在数字信号几个 最长的符号时间内，信道特性基本不变，即可认 为此信道为恒参信道。 • 信道模型可以等效为一个线性时不变网络，其传 输函数为K(ω) 。它和一般线性时不变网络一样， 可用幅频特性和相频特性来表征它的传输特性。 • 从理论上讲，只要得到这个网络的传输特性，利 用信号通过线性系统的分析方法，就可求得已调 信号通过恒参信道后的变化规律。
通信原理重点知识点串讲与相关课后习题
通信原理知识点串讲第1章 绪论一、数字通信系统的模型框图及各部分的作用 考点预测：简答题（1）信源编码与译码：作用有两个，一个是将模拟信号转换为数字信号，即通常所说的模数转换；二是设法降低数字信号的数码率，即通常所说的数据压缩。
信源译码是信源编码的逆过程。
（2）信道编码与译码：数字信号在信道上传输时，由于噪声、干扰等影响，将会引起差错。
信道编码的目的就是提高通信系统的抗干扰能力，尽可能地控制差错，实现可靠通信。
译码是编码的逆过程。
（3）加密与解密：为保证所传信息的安全。
将输入的明文信号人为干扰，即加上密码。
这种处理过程称为加密。
在接收端对收到的信号进行解密，恢复明文。
（4）调制与解调：其作用是在发端进行频谱的搬移，在收端进行频谱的反搬移。
二、 信息及其度量：信息量、熵 考点预测：填空选择（1）信息量I 与消息出现的概率P(x)之间的关系为：（2）说明： a=2时，信息量的单位为比特（bit ）； a=e 时，信息量的单位为奈特（nit ）； a=10时，信息量的单位为十进制单位，叫哈特莱。
（3）信源熵H ：统计独立的M 个符号的离散信息源的平均信息量为：11logMi i iH p p ==å例题1：某信源符号集由A 、B 、C 、D 、E 、F 组成，设每个符号独立出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，试求该信息源输出符号的平均信息量。
解：222222111111log 4log 4log 16log 8log 16log 444168164H =+++++ 2.375/bit =符号三、主要性能指标：有效性和可靠性 考点预测：填空选择噪声信 道 调 制 器信道 编码器加 密 器信源 编码器信源解 调 器信道 译码器解 密 器信源 译码器信宿()1log log ()a a I P x P x ==-∑数字通信系统1. 有效性：信息速率、码元速率、频带利用率有效性：指在给定信道内所传输的信息内容的多少，用码元传输速率或信息传输速率或频带利用率来度量。
现代通信原理与技术第三版课后思考题答案
现代通信原理与技术第三版课后思考题答案第一章1.1 以无线广播和电视为例，说明图 1-1 模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。
收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波1.2 何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。
他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的。
1.3 何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点： 1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5. 设备便于集成化、微机化。
数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。
设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6. 便于构成综合数字网和综合业务数字网。
采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。
另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。
一路模拟电话的频带为 4KHZ 带宽，一路数字电话约占64KHZ。
1.4 数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么数字通行系统的模型见图1-4 所示。
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模块2 恒参信道及其特性（ZY3200102002）
【模块描述】本模块介绍了恒参信道及其特性，包含几种恒参信道及其特性、均衡的基本概念。
通过概念介绍、图形讲解，掌握恒参信道的特性及其对信号传输的影响。
【正文】
恒参信道是指由电缆、光导纤维、人造卫星、中长波地波传播、超短波及微波视距传播等传输媒质构成的信道。
一、有线电信道
1．对称电缆
对称电缆是指在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。
导线材料主要是铜或铝，直径为0.4～1.4mm 。
为了减小各线对之间的干扰，每一对线都拧成扭绞状。
对称电缆的传输损耗相对较大但其传输特性比较稳定。
2．同轴电缆
如图ZY3200102002-1所示。
同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的空管，在可弯曲的同轴电缆中，它可以由金属丝编织而成。
内导体是金属线。
它们之间填充着塑料或空气等介质。
图ZY3200102002-1同轴电缆的基本结构
二、光纤信道
光纤信道是以光导纤维（简称光纤）为传输媒质、以光波为载波的信道。
它能够实现大容量的传输。
光纤具有损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀以及不受电磁干扰等优点。
三、无线电视距中继
无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波波段时，电磁波基本上是沿视线传播，通信距离依靠中继方式延伸的无线电电路。
相邻中继站之间的距离一般在40～50公里。
图ZY3200102002-2 无线电中继信道 图ZY3200102002-5 卫星中继信道 无线电中继信道的构成如图ZY3200102002-2所示。
它由终端站、中继站及各站间的电波传播路径构成。
具有传输容量大、发射功率小、通信稳定可靠等优点。
主要用于长途干线、移动通信网以及某些数据收集系统。
四、卫星中继信道 保护
层 外导体 绝缘层 内导体
卫星中继信道是无线电中继信道的一种特殊形式。
它是航天技术与通信技术相结合的产物。
卫星中继信道由通信卫星、地球站、上行线路及下行线路构成。
其中上行线路与下线线路是地球站至卫星及卫星至地球站的电波传播路径，而信道设备集中于地球站与卫星中继站中。
它具有传输距离远、覆盖地域广、传播稳定可靠、传输容量大等优点。
广泛用于传输多路电话、电报、数据和电视。
五、恒参信道特性及其对信号传输的影响
恒参信道对信号传输的影响是相对确定的或者变化是极其缓慢的，可以认为恒参信道是一个线性非时变网络。
传输特性通常用幅度-频率特性及相位-频率特性来表征。
下面以有线电音频信道为例，简要说明上述两个特征。
1．幅度-频率畸变
幅度-频率畸变是由有线电话信道的幅度-频率特性的不理想所引起的。
在通常的电话信道中可能存在各种滤波器，还可能有混合线圈、串联电容和分路电感等。
因此，电话信道的幅度-频率特性总是不理想的。
通常在300～1100Hz范围内衰耗比较平坦。
图ZY3200102002-6 音频电话信道的相对衰耗
不均匀衰耗使得传输信号的幅度随频率发生畸变，引起信号波形的失真。
如果传输的是数字信号，还会引起相邻码元波形在时间上的相互重叠，造成码间串扰。
在设计电话信道时，一般要求将幅度-频率畸变控制在一个允许的范围，通过改善信道的滤波性能或者增加一个线性补偿网络达到均衡目的。
2．相位-频率畸变
相位-频率畸变是指信道的相位-频率特性偏离线性关系而引起的畸变。
电话信道的相位-频率畸变主要来源于信道中的各种滤波器和加感线圈。
相位-频率畸变对模拟话音的通信影响不大，主要表现在对数字信号传输的影响上，当传输速率高时，会引起严重的码间串扰。
六、均衡的概念
实际的基带传输系统不可能完全满足无码间串扰传输条件，因而码间串扰是不可避免的。
当串扰严重时，必须对系统的传输函数进行校正，使其达到或接近无码间串扰要求的特性。
理论和实践表明，在基带系统中插入一种可调（或不可调）滤波器就可以补偿整个系统的幅频和相频特性，从而减小码间串扰的影响。
这个对系统校正的过程称为均衡，实现均衡的滤波器称为均衡器。
均衡分为频域均衡和时域均衡。
频域均衡是从频率响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输条件。
而时域均衡，则是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。
频域均衡在信道特性不变且传输低速率数据时是适用的，而时域均衡可以根据信道特性的变化进行调整，能够有效地减小码间串扰，故在高速数据传输中得以广泛应用。
【思考与练习】
1．恒参信道的传输媒介包括哪些？
2．有线电音频信道中引起幅度-频率畸变和相位-频率畸变的原因是什么？3．什么是均衡器？它有什么作用？。