无线电通信原理 第四章(英文)
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通信原理(第四章)

27
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
14
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
16
第4章 信 道 章
n2 n1 折射率
25
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。
通信原理第四章 (樊昌信第七版)PPT课件

则接收信号为
2 1
fo(t) = K f(t - 1 ) + K f(t - 2 ) 相对时延差
F o () = K F () e j 1 + K F () e j ( 1 )
信道传输函数
H()F F o(( ))K Keejj 11((1 1 eejj ))
常数衰减因子 确定的传输时延因子 与信号频率有关的复因子
课件
精选课件
1
第4章 信道
通信原理(第7版)
樊昌信 曹丽娜 编著
精选课件
2
本章内容:
第4章 信道
信道分类
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
信道噪声
信道容量
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
精选课件
3
概述
信道的定义与分类
n 狭义信道:
—传输媒质 有线信道 ——明线、电缆、光纤 无线信道 ——自由空间或大气层
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~ 相频特性
2. 无失真传输
H()Kejtd
H() K
()td
精选课件
27
n 无失真传输(理想恒参信道)特性曲线:
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td
()d() d
td
相频特性
群迟延特性
精选课件
28
n 理想恒参信道的冲激响应:
恒参信道
H()Kejtd
h(t)K(ttd)
若输入信号为s(t),则理想恒参信道的输出:
无线通信原理与应用-4.2 自由空间传播模型

无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
第四章 移动无线电传播:大尺度路径损耗
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
§4.2 自由空间传播模型
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
例4.2:如果发射机发射50瓦的功率,将其换算成(a)dBm和(b)dBW。如果该发射 机为单位增益天线,并且载频为900MHz,求出在自由空间中距天线100m处接收 功率为多少dBm。10km处Pr为多少?假定接收天线为单位增益。 解: 已知: 发射功率,Pt= 50W,载频fc= 900MHz,使用公式(4.9) (a)发射功率
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
例题4.1:求解最大尺寸为1m,工作频率为900M Hz的天线的远场 距离。
解: 已知: 天线最大尺寸,D=1m 工作频率 f= 900MHz
使用公式(4.7a)可获得远地距离为:
自由空间中距发射机d处天线的接收功率由公式4.1给出(Friis公式 或自由空间公式)
其中:
Pt: 为发射功率;
Pr(d):是接收功率,为T-R距离的函数;
Gt: 是发射天线增益;
Gr: 是接收天线增益;
D: 是T-R间距离,单位为米;
L: 是与传播无关的系统损耗因子(L大于等于1);
Wireless Communications Principles and Practice
第四章 移动无线电传播:大尺度路径损耗
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
§4.2 自由空间传播模型
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
例4.2:如果发射机发射50瓦的功率,将其换算成(a)dBm和(b)dBW。如果该发射 机为单位增益天线,并且载频为900MHz,求出在自由空间中距天线100m处接收 功率为多少dBm。10km处Pr为多少?假定接收天线为单位增益。 解: 已知: 发射功率,Pt= 50W,载频fc= 900MHz,使用公式(4.9) (a)发射功率
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
例题4.1:求解最大尺寸为1m,工作频率为900M Hz的天线的远场 距离。
解: 已知: 天线最大尺寸,D=1m 工作频率 f= 900MHz
使用公式(4.7a)可获得远地距离为:
自由空间中距发射机d处天线的接收功率由公式4.1给出(Friis公式 或自由空间公式)
其中:
Pt: 为发射功率;
Pr(d):是接收功率,为T-R距离的函数;
Gt: 是发射天线增益;
Gr: 是接收天线增益;
D: 是T-R间距离,单位为米;
L: 是与传播无关的系统损耗因子(L大于等于1);
无线通信基本原理课件

39
• CDMA:Code Division Multiple Access 码分多
址
频率
时间
码字
CDMA
所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获 得业务信道
40
SDMA(Space Divisionቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMultiple Access):空分多 址
SDMA 即在相同时隙、相同频 率或相同地址码的情况下,可以根 据信号不同的中间传播路径而区分。 SDMA是一种信道增容方式,例如 空分—码分多址(SD-CDMA)。
频率
频率
FDMA
时间
TDMA
时间
FDMA:Frequency Division Multiple Access频分多址
TDMA:Time Division Multiple Access时分多址
37
• FDMA
• FDMA信道每次只能传递一路电话,如果一个FDMA信道被分配为话 音信道,但没有使用,并且处于空闲状态,它不能被其他用户使用。
波束形成天线采用智能天线, 基站的智能天线形成多个波束覆盖 整个小区,智能天线可定位于每个 MS。
MS MS
BTS MS
41
移动通信基本原理
一、蜂窝理论 二、网络结构 三、多址技术 四、概念辨析
42
a)话务量概念
话务量的严格定义应该叫做话务强度,是电 话系统业务多少的度量,它与单位时间(一般取 忙时1小时)内的呼叫次数n及呼叫占用信道的平 均时间(T)成正比。
• 在典型的蜂窝移动通信环境中,移动台一般比基站天 线矮很多,接收机与发射机之间的直达路径往往被建 筑物或其他物体所阻碍。所以,在蜂窝基站与移动台 之间的通信不一定是通过直达路径,而是通过许多其 他路径完成的。
• CDMA:Code Division Multiple Access 码分多
址
频率
时间
码字
CDMA
所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获 得业务信道
40
SDMA(Space Divisionቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMultiple Access):空分多 址
SDMA 即在相同时隙、相同频 率或相同地址码的情况下,可以根 据信号不同的中间传播路径而区分。 SDMA是一种信道增容方式,例如 空分—码分多址(SD-CDMA)。
频率
频率
FDMA
时间
TDMA
时间
FDMA:Frequency Division Multiple Access频分多址
TDMA:Time Division Multiple Access时分多址
37
• FDMA
• FDMA信道每次只能传递一路电话,如果一个FDMA信道被分配为话 音信道,但没有使用,并且处于空闲状态,它不能被其他用户使用。
波束形成天线采用智能天线, 基站的智能天线形成多个波束覆盖 整个小区,智能天线可定位于每个 MS。
MS MS
BTS MS
41
移动通信基本原理
一、蜂窝理论 二、网络结构 三、多址技术 四、概念辨析
42
a)话务量概念
话务量的严格定义应该叫做话务强度,是电 话系统业务多少的度量,它与单位时间(一般取 忙时1小时)内的呼叫次数n及呼叫占用信道的平 均时间(T)成正比。
• 在典型的蜂窝移动通信环境中,移动台一般比基站天 线矮很多,接收机与发射机之间的直达路径往往被建 筑物或其他物体所阻碍。所以,在蜂窝基站与移动台 之间的通信不一定是通过直达路径,而是通过许多其 他路径完成的。
航空电子系统(无线电通信部分)

15 2020/9/12
SSB人们想到既然只有上、下边带才包含有
用信息,能否不发射载波,只发射上、下边 带进行通讯。这种不发射载波,只发射上、 下边带(或上、下边带一起发射)的通讯方 式称为双边带通讯。但是由于在功率利用和 频谱节约等方面双边带仍不够理想,因此发 明了只发射一个边带(上边带或下边带)的 单边带通讯。尽管单边带通讯是一种高效率 的无线电通讯方式,但与调幅通讯制相比, 单边带设备要求要很高。优点是节约频谱, 节省功率 。缺点主要是设备复杂昂贵单边带 利多弊少,还是被广泛使用 。
天线是发射机的终端,天线的输入阻抗随工作频率变 化而变化,由于高频通信系统工作频段覆盖面大,所 以天线阻抗变化大,为使发射机阻抗与天线输入阻抗 匹配,使发射机输出功率尽可能大的供给天线,必须 采用天调。
020/9/12
(三)单边带工作原理(补充)
AM 现行的普通调幅电台是将语言信号加以 放大后对载波信号进行调制的。被调制后的射 频信号送至天线发射。而接收时使用的是普通 的调幅接收机,调幅式发射机是把载波和上、 下边带一起发射到空间去的,但是实际上载波 仅仅起到运载信号的作用,它本身不包含有用 信号,有用的信号是下上边带。
使用天调的原因 为使天线与 收发机的阻抗匹配
频率覆盖系数为
30MHZ/2MHZ=15
天线 凹槽天线 被设计成使
得耦合器能够将天线阻抗与发 射机的高频电缆50特性阻抗 相匹配
12 2020/9/12
天调的原因------解决阻抗匹配问题
在无线电传输中常会遇到负载阻抗与信号源输出阻抗 不等的情况,如把它们连在一起就得不到最大输出功 率,为此设计了一个网络连接在负载和信号源之间, 把实际负载阻抗转换为信号源所需负载,以便得到最 大功率。------阻抗匹配
SSB人们想到既然只有上、下边带才包含有
用信息,能否不发射载波,只发射上、下边 带进行通讯。这种不发射载波,只发射上、 下边带(或上、下边带一起发射)的通讯方 式称为双边带通讯。但是由于在功率利用和 频谱节约等方面双边带仍不够理想,因此发 明了只发射一个边带(上边带或下边带)的 单边带通讯。尽管单边带通讯是一种高效率 的无线电通讯方式,但与调幅通讯制相比, 单边带设备要求要很高。优点是节约频谱, 节省功率 。缺点主要是设备复杂昂贵单边带 利多弊少,还是被广泛使用 。
天线是发射机的终端,天线的输入阻抗随工作频率变 化而变化,由于高频通信系统工作频段覆盖面大,所 以天线阻抗变化大,为使发射机阻抗与天线输入阻抗 匹配,使发射机输出功率尽可能大的供给天线,必须 采用天调。
020/9/12
(三)单边带工作原理(补充)
AM 现行的普通调幅电台是将语言信号加以 放大后对载波信号进行调制的。被调制后的射 频信号送至天线发射。而接收时使用的是普通 的调幅接收机,调幅式发射机是把载波和上、 下边带一起发射到空间去的,但是实际上载波 仅仅起到运载信号的作用,它本身不包含有用 信号,有用的信号是下上边带。
使用天调的原因 为使天线与 收发机的阻抗匹配
频率覆盖系数为
30MHZ/2MHZ=15
天线 凹槽天线 被设计成使
得耦合器能够将天线阻抗与发 射机的高频电缆50特性阻抗 相匹配
12 2020/9/12
天调的原因------解决阻抗匹配问题
在无线电传输中常会遇到负载阻抗与信号源输出阻抗 不等的情况,如把它们连在一起就得不到最大输出功 率,为此设计了一个网络连接在负载和信号源之间, 把实际负载阻抗转换为信号源所需负载,以便得到最 大功率。------阻抗匹配
通信原理(英文版)课件

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l 4-ary coding channel model
0
0
1
Transmitting end
2
1
Receiving end
2
3
3
Figure 1.4.12 4-ary coding channel model
37
1.4.4 Influence of channel characteristics on signal transmission
2
1.2 Message, information & signal
lMessage:speech, letters, figures, images…
lInformation:effective content of message. Different types of messages may contain the same information
# Information content I = I [ P(x) ],P(x) – Occurrence probability
# Definition:I = loga [1/P(x)] = -logaP(x) # Usually, set a = 2, the unit of the information content will be called a bit.
0
ω
0
Ideal characteristic
Ideal characteristic: phase --- () = k ;
group delay --- () = d()/d = k
Influence of distortion: waveform distortion, inter-symbol interference
通信原理(英文版)

6
【Example 2.4】Find the waveform and the frequency spectral density of a sample function. Solution: The definition of the sample function is
sin t Sa ( t ) t
d(t)
1
(f)
0
t
0
f
meaning of d function: It is a pulse with infinite height, infinitesimal width, and unit area. Sa(t) has the following property:
Physical
F ( ) lim
/2 / 2
cos 0 te
jt
sin[( 0 ) / 2] sin[( 0 ) / 2] dt lim 2 ( ) / 2 ( ) / 2 0 0
The frequency spectral density of d(t):
( f ) d (t )e
jt
d (t ) 0
t 0
dt 1 d (t )dt 1
7
d(t)
and its frequency spectral density:
f (t ) f (t 1) t
1
Its frequency spectrum:
1 C ( jn 0 ) T0
T0 / 2
T0 / 2
s(t )e
【Example 2.4】Find the waveform and the frequency spectral density of a sample function. Solution: The definition of the sample function is
sin t Sa ( t ) t
d(t)
1
(f)
0
t
0
f
meaning of d function: It is a pulse with infinite height, infinitesimal width, and unit area. Sa(t) has the following property:
Physical
F ( ) lim
/2 / 2
cos 0 te
jt
sin[( 0 ) / 2] sin[( 0 ) / 2] dt lim 2 ( ) / 2 ( ) / 2 0 0
The frequency spectral density of d(t):
( f ) d (t )e
jt
d (t ) 0
t 0
dt 1 d (t )dt 1
7
d(t)
and its frequency spectral density:
f (t ) f (t 1) t
1
Its frequency spectrum:
1 C ( jn 0 ) T0
T0 / 2
T0 / 2
s(t )e
无线通信原理双语lecture.ppt

Wireless LAN Standards:Wi-Fi 802.11b, 802.11a, 802.11g
2019/12/18
16
WLAN Infrastructure
•Network between devices in home and office environment; •Typically gives access to a fixed infrastructure
• Cognitive and Software Defined Radio,
IEEE 802.22(proposed), et al
Area, …
The output of Wireless System Modeling and Design: International standard (IP): 802.11,802.16,GSM…
2019/12/18
17
1.5 WPANs and WMANs
WPANs: Wireless Personal Area Networks
3G Offers enhancements to current applications including greater data speeds, increased capacity for voice and data and a broader range of services.
In 2000, ITU approved the following three standards:
• Wireless Sensor Networks • 3G and beyond • 3.9G (LTE), 4G,et al
Coverage (range)
Wireless Key techniques
2019/12/18
16
WLAN Infrastructure
•Network between devices in home and office environment; •Typically gives access to a fixed infrastructure
• Cognitive and Software Defined Radio,
IEEE 802.22(proposed), et al
Area, …
The output of Wireless System Modeling and Design: International standard (IP): 802.11,802.16,GSM…
2019/12/18
17
1.5 WPANs and WMANs
WPANs: Wireless Personal Area Networks
3G Offers enhancements to current applications including greater data speeds, increased capacity for voice and data and a broader range of services.
In 2000, ITU approved the following three standards:
• Wireless Sensor Networks • 3G and beyond • 3.9G (LTE), 4G,et al
Coverage (range)
Wireless Key techniques
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2020/7/18
10
the time varying discrete-time impulse response model for a multipath radio channel
2020/7/18
11
N 1
hb (t,t ) ai (t,t ) exp[ ji (t,t )] (t ti (t)) i0
Local area: no greater than 6m outdoor Local area: no greater than 2m indoor
2020/7/18
14
Parameters of Mobile Multipath Channels
• Time Dispersion Parameters • Coherent bandwidth • Doppler Spread • Coherence Time
•We need a few major parameters for easy –Compare different channels (delay, bandwidth, spectrum, etc) –Develop design guide lines for wireless signals
-If the vehicle is moving directly towards the transmitter
f 26.82 165Hz 0.162
-If the vehicle is moving perpendicular to the angle of arrival of
the transmitted signal
t : time variation due to motion/Doppler shift
t: multipath delay (time-dispersion)
2020/7/18
9
Impulse response of wireless channels (con’t)
• The impulse response of the time-variant multipath channel is a random process
y(t) h(t,t ) x(t) h(t,t )x(t t )dt
or y(t) x(t) h(t,t ) x(t )h(t,t t )dt
2020/7/18
8
h(t, t ) complex passband channel hb (t, t ) complex baseband equivalent channel
•So far, we have channel model –Good: it gives every detail about the channel –Bad: it is hard to see any essential characteristics of channels, such as what signal can pass, what signal can not pass
Are measured by channel sounding techniques Plots of relative received power as a function of excess delay They are found by averaging instantenous power delay measurements over a local area
f 0
2020/7/18
5
Coherence Bandwidth&Coherence Time
2020/7/18
6
Characteristics of Radio Channel
• (Large path loss) • Multipath (reflection, scattering) • Time-variant (time-varying, a consequence of the
(0.1)(1)2
(0.1)(2)2
(0.01)(0)2
21.07s2
[0.010.10.11]
t 21.07(4.38)2 1.37s
2020/7/18
17
Coherence Bandwidth
• Coherence bandwidth is a statistical measure of the range of frequencies over which the channel can be consider “flat”(i.e. , a channel which passes all spectral components with approximately equal gain and linear phase)
• Fading[path loss, slow fading, fast fading] (multipath and time-variant)
• Time spread (multipath) • Frequency spread (time-variant)
2020/7/18
7
Impulse response of wireless channels
Where t RMS delay spread
Bc
1
5 t
RMS delay spread (time dispersion parameters) and coherence bandwidth are parameters which describe multipath nature of the radio
surroundings • signals wider than coherence bandwidth of radio
channel
2020/7/18
3
Time-variant multipath channel
2020/7/18
4
Doppler Shift
Example
-Carrier frequency fc = 1850 MHz (i.e. = 16.2 cm) -Vehicle speed v = 60 mph = 26.82 m/s
• The impulse response h(t,t) completely characterizes the channel and is a function of both t and t
• The received signal can be expressed as a convolution of the channel impulse response h(t,t) with the transmitted signal x(t)
• The signal passed through a time-variant multipath channel is a random process
• describe multipath delay as the excess delay, relative to the first arriving multipath component with excess delay t0 = 0
• The mobile channel can be modeled as a linear, time varying filter with impulse response h(t,t), where t is the channel multipath delay for a fixed t.
area
|
hb (t
)
|2
E
N 1
aie ji (t
ti )
2
i0
–It is a function: power~ delay, i.e., the average received power with some delay.
2020/7/18
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Power Delay Profiles
• Two frequencies separated greater than Bc have different channel response
• If the coherence bandwidth is defined as the bandwidth over which the frequency correlation function is above 0.5, then the coherence bandwidth is approximately
2020/7/18
12
•Such parameters can be derived from channel model
–Specifically, from “power delay profile” of the channel
–Power delay profile is the spatial/time average over a local
Mobile Radio Propagation: Small-Scale Fading and Multipath
2020/7/18
1
2020/7/18
2
Small-Scale fading
Fading (small-scale) is a more rapid fluctuation of signals
2 k
t 2 k ak 2 k P(t k )
k
k
2020/7/18
16
Example
1.37 µs
0 dB
-10 dB
-20 dB
-30 dB 012
t 5 (µs)