信道特性对信号传输的影响..共56页

通信原理(第四章)

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第4章信道章
四进制编码信道模型
0 0
1 送
端
发
1
收端
接
2
2
3
3
28ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4章信道章
4.4 信道特性对信号传输的影响恒参信道的影响恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个线性时不变网络。只要知道网络的传输特性，就可以采用信号分析方法，分析信号及其网络特性。线性网络的传输特性可以用幅度频率特性和相位频率特性来表征。现在我们首先讨论理想情况下的恒参信道特性。
平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地面
6
第4章信道章
电离层对于传播的影响反射散射
7
第4章信道章
电磁波的分类：电磁波的分类：地波频率 < 2 MHz 有绕射能力距离：距离：数百或数千千米天波频率：频率：2 ~ 30 MHz 特点：特点：被电离层反射一次反射距离：一次反射距离：< 4000 km 寂静区：寂静区：
13
第4章信道章
4.2 有线信道
明线
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第4章信道章
对称电缆：由许多对双绞线组成，对称电缆：由许多对双绞线组成，分非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）两种。）和屏蔽（）两种。
塑料外皮
双绞线（ 5对）
图4-9 双绞线
15
第4章信道章
同轴电缆
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第4章信道章
n2 n1 折射率
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第4章信道章
4.3.2 编码信道模型
调制信道对信号的影响是通过k(t)和使已调信号发生波形调制信道对信号的影响是通过和n(t)使已调信号发生波形失真。失真。编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换， ฀ 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即将一种数字序列变成另一种数字序列。一种数字序列变成另一种数字序列。误码输入、输出都是数字信号， ฀ 输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号失真情况，但误码与调制信道有关，失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由发滤波器设计不当及n(t)引起引起。收、发滤波器设计不当及引起。编码信道模型是用数字的转移概率来描述。 ฀ 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。

第四章信道(2)

§4.3.1 调制信道模型
e0 (t ) k (t )ei (t ) n(t )
k(t)——乘性干扰它是时间t的函数，表示信道的特性是随时间变化的。随时间变化的信道成为时变信道 k(t)——乘性干扰——引起的失真随时间做随机变化特性随机变化的信道称为随参信道特性不随时间变化或者变化很小的信道称为恒参信道
§4.3.1 调制信道模型
输出量表示为：
e0 (t ) k (t )ei (t ) n(t ) ——二端口网络
e0(t)——输出端电压 ei(t)——输入信号电压 k(t)——乘性干扰 n(t)——加性干扰
n(t)——加性干扰当没有信号输入时，信道输出端也有加性干扰 k(t)——乘性干扰当没有信号输入时，信道输出端没有乘性干扰
( w)
dw
td (常数)
理想的相—频及群迟延—频率特性曲线：
( )
( )
k
k

恒参信道对信号传输的影响
实际信道对信号产生的两种失真：（1）幅频失真表示信号中不同频率的分量分 H ( w ) K （频率失真）：别受到信道不同的衰减。
模拟信号：波形失真——信噪比下降
回顾窄带随机过程
(t ) a (t ) cos[ct (t )]
(t ) c (t ) cos ct s (t ) sin ct
可见，随机过程的统计特性可由
a (t )、 (t )或者c (t )、s(t )的特性确定反之也成立
重要结论之二：一个均值为零，方差为σ2ξ的窄带高斯过程ξ (t)，其包络a ξ(t)的一维分布是瑞利分布；
设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为：
H ( w) K

影响信道极限传输速率的因素

THANKS
信号失真分为线性失真和非线性失真。线性失真主要由于信道带宽限制和信号的频谱特性不匹配，而非线性失真则主要是由于信道非线性效应。
信号失真对传输速率的影响
信号失真会导致误码率的增加，从而降低数据传输的可靠性。在高速传输时，信号失真会更加明显，影响传输速率的提升。
随着传输速率的提高，信道对信号的畸变能力减弱，因此需要在有限带宽内控制信号的畸变，以保证信号质量。
02
信噪比
定义
信噪比（Signal-to-Noise Ratio，简称SNR）是指信号功率与噪声功率的比值，通常以分贝（dB）为单位表示。
信噪比是衡量通信系统性能的重要参数，它决定了信号在传输过程中能够被正确接收和识别的能力。
在通信系统中，信噪比越大，信号质量越好，传输误码率越低，传输速率越高。
05
信道衰减
定义
信道衰减是指信号在传输过程中，由于各种原因导致的信号幅度减小。
信道衰减是影响信道极限传输速率的重要因素之一。
信道衰减可能是由于传输线、电磁波、散射、折射等原因引起的。
信道衰减对传输速率的影响
信道衰减会降低信号的幅度，导致信号接收端无法正确解码，从而降低传输速率。随着信道衰减的增加，信号的误码率也会相应增加，导致数据传输的可靠性降低。
降低系统中的噪声功率可以改善信噪比。这可以通过改进系统设计、优化设备性能、加强环境噪声抑制等方法实现。
信道编码技术
通过采用纠错编码技术，可以在传输过程中纠正因噪声干扰引起的错误，从而提高信噪比和传输速率。
03
信号失真
定义
信号失真：在信号传输过程中，由于信道特性、噪声干扰等因素，导致信号波形发生变化，使得接收端收到的信号与原始信号不一致。

2.4节信道特性对信号传输的影响

T
当T Tc 时，说明信道传送的数据符号波形在一个或几个符号间隔T内不会出现明显衰落，只有在许多个符号之后才会出现明显的幅度衰落。详细内容大家可以参考“无线通信”相关教材。
频率偏移：输入信号的频谱经过信道传输后产生了偏移。由于用于调制解调或频率变换的振荡器的频率误差引起的，会引起模拟和数字通信系统的解调性能下降。
相位抖动：由于用于调制解调或频率变换的振荡器的频率不稳定产生的。这对高速数据通信系统的性能影响比较大。
随参信道特性对信号传输的影响（两径传播）
1、无线通信信道简介无线信道的衰落分为大尺度衰落和小尺度
2、幅频失真
当理想恒参信道的幅频特性在信号的频带范围内不是常数，即 H() K
就会使信号产生幅频失真；
典型音频电话信道:用插入损耗
（insertion loss）和频率的关系来表示幅
频特性。这里的插入损耗是指发送信号经
过恒参信道后在功率方面的损失，以dB为
单位，即
发送信号功率 10lg 接收信号功率
（2）多普勒效应分析
当接收机与发射机之间以一定的速度相对运动时，每条传播路径的信号频率相对载波发生了频率偏移，即多普勒效应。
Ds：两条传输路径的频率差即多普勒扩展。
相干时间(Coherence
Time)T：c
1 2Ds
慢衰落(Slow Fading)信道：信号周期小于信道的相干时
间，信号在不同时刻所经历的衰落不会发生剧变。
多径时延扩展：Td
max i, j
i
(t
)
j
(t
)
相关带宽(Coherence
Bandwidth)：
Bc
1 Td
平坦衰落(Flat Fading)：信号带宽小于信道的相关带宽，

知识要点随参信道传输媒质的特点,随参信道特性对信号传输的影响及改善

《通信原理》第六讲知识要点：随参信道传输媒质的特点，随参信道特性对信号传输的影响及改善方法§3. 3 随参信道及其传输特性随参信道是指信道传输特性随时间随机快速变化的信道。

常见的随参信道有陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道、超短波及微波对流层散射信道、超短波电离层散射以及超短波超视距绕射等信道。

一、随参信道举例1. 陆地移动信道陆地移动通信工作频段主要在VHF 和UHF 频段，电波传播特点是以直射波为主。

但是，由于城市建筑群和其它地形地物的影响，电波在传播过程中会产生反射波、散射波以及它们的合成波，电波传输环境较为复杂，因此移动信道是典型的随参信道。

1) 自由空间传播当移动台和基站天线在视距范围之内，这时电波传播的主要方式是直射波。

设发射机输入给天线功率为T P (W)，则接收天线上获得的功率为24⎪⎭⎫ ⎝⎛=d G G P P R T T R πλ (3.3-1) 式中，T G 为发射天线增益，R G 为接收天线增益，d 为接收天线与发射天线之间直线距离，πλ42为各向同性天线的有效面积。

当发射天线增益和接收天线增益都等于1时，式(3.3-1)简化为24⎪⎭⎫⎝⎛=d P P T R πλ (3.3-2)自由空间传播损耗定义为 RTfs P P L =(3.3-3) 代入式(3.3-2)可得24⎪⎭⎫⎝⎛=λπd L fs (3.3-4)用dB 可表示为 []λπdL fs 4lg20=f d lg 20lg 2044.32++= (dB) (3.3-5)式中，d 为接收天线与发射天线之间直线距离，单位为km ；f 为工作频率，单位为MHz 。

2) 反射波与散射波当电波辐射到地面或建筑物表面时，会发生反射或散射，从而产生多径传播现象，如图3-17所示。

图3-17 移动信道的传播路径3) 折射波电波在空间传播中，由于大气中介质密度随高度增加而减小，导致电波在空间传播时会产生折射、散射等。

通信原理第7版第4章(樊昌信版)课件

正确
错误
Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
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24
四进制无记忆编码信道

0
1
发送端2
3
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0
1
接收 2端
3
25
§4.4
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
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26
恒参信道特性及其对信号传输的影响
线性时不变系统
• 特点：传输特性随时间缓变或不变。
传播路径天波传播方式
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6
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
D2 D2 h (m)
8r 50
D 为收发天线间距离(km)
So()C()Si()
C n (t )
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不同的物理信道具有不同的特性C() = 常数（可取1）
加性高斯白噪声信道模型
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§4.3.2 编码信道模型模型：可用转移概率来描述。
二进制无记忆编码信道模型
P(0/0) + P(1/0) = 1
P(1/1) + P(0/1) = 1
例如设收发天线的架设高度均为40 m，则最远通信距离为：
D = 44.7 km
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7
微波中继（微波接力）卫星中继（静止卫星、移动卫星）平流层通信

第三章信道信道是通信系统必不可少的组成部分.一般来说,实.

在信道有效的传输带宽内， | H(ω) |不是恒定不变的，而是随频率的变化有所波动。这种振幅频率特性的不理想导致信号通过信道时波形发生失真，又称为幅度频率失真。
如有线电话信道的衰减—频率特性就是不理想的，
产生原因：信道中存在各种滤波器、混合线圈、串联电容、分布电感等。影响：对模拟信号，使波形失真，如语音信号，不同频率强弱变化；对数字信号，会引起相邻码元波形在时间上相互重叠（因信道特性变化），从而造成码间串扰、误码。 1．相位——频率畸变：经常用群迟延——频率特性来描述相频特性：群迟延——频率特性为：τ(ω)=dφ(ω)/d ω，当φ(ω) =-ωtd 即τ(ω)=-td时，无相频畸变。
3．克服措施：模拟通信：利用线性补偿网络进行频域均衡，使衰耗特性曲线平坦，联合频率特性无畸变。数字通信：合理设计收、发滤波器，消除信道产生的码间串扰; 信道特性缓慢变化时，用时域均衡器，使码间串扰降到最小且可自适应信道特性变化。

三、随参信道特性及其对信号传输的影响
随参信道包括短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射、超短波及微波对流层散射、超短波电离层散射等。对流层：10km～12km以下大气层电离层：60～600km大气层
如果传输特性不好（即上述两个条件不满足），会使信号传输产生失真（也称畸变）。 1．幅度——频率畸变
幅度——频率畸变是信道的幅度——频率特性不理想引起的，主要是
三、参信道特性及其对信号传输的影响
当前大多数的数据通信都是通过恒参信道（或近似恒参信道）进行传输的，如有线信道、微波视距信道、卫星信道等都是恒参信道。恒参信道的主要特点是可以把信道等效成一个线性时不变网络，传输技术主要解决由线性失真引起的符号间干扰和由信道引入的加性噪声所造成的判断失误。

信道特性对信号传输的影响

信道特性对信号传输的影响1．无失真传输要求（1）振幅-频率特性要求振幅特性与频率无关，即其振幅-频率特性曲线是一条水平直线。

（2）相位-频率特性要求相位特性是一条通过原点的直线，或其传输群时延（即系统在某频率处的相位对频率的变化率）与频率无关，等于常数。

2．失真（1）线性失真①频率失真a．定义：频率失真是指信道的振幅-频率特性曲线不满足呈一条理想水平直线而引起的失真。

b．影响：使模拟信号的波形产生畸变。

在传输数字信号时，造成码间串扰。

c．补偿措施：用一个线性网络进行补偿，使其频率特性与信道的频率特性之和在信号频谱占用的频带内为一条水平直线。

②相位失真a．定义：相位失真是由信道的相位特性不满足群时延为常数的理想特性而引起的失真。

b．影响：相位失真对于数字信号的传输影响很大，引起码间串扰，使误码率增大。

c．补偿措施：用一个线性网络进行补偿。

（2）非线性失真①定义非线性失真是指信道输入和输出信号的振幅关系不是直线关系的失真。

②分类a．谐波失真定义：非线性特性使信号产生新的谐波分量。

产生原因：由信道中的元器件特性不理想造成。

b．频率偏移失真定义：信道输入信号的频谱经过信道传输后产生了平移。

产生原因：由发送端和接收端中用于调制解调或频率变换的振荡器的频率误差引起。

c．相位抖动失真定义：信道输入信号的相位谱经过信道传输不稳定。

产生原因：由振荡器的频率不稳定产生。

③特性图图4-10 非线性特性（3）衰落①衰落的定义衰落是指信号的包络因传播而产生起伏变化的现象。

②衰落的分类快衰落：由多径效应引起的衰落。

慢衰落：由于移动台的不断运动，电波传播路径地形地貌的不断变化，路径上季节、日夜、天气等的变化使得衰落的起伏周期较长的一种衰落。

频率选择性衰落：衰落和频率有关，不同频段上衰落特性不一样，当频率超过相干带宽时发生频率选择性衰落。

（4）多径效应①产生原因信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变。