第03章通信信道1汇总

vo(t)=1/2sin ωt
(a)输入信号波形
(b)输出信号波形
3.3.4 信号相位频率失真—群延迟失真
由于信号的各次谐波通过信道后的相位 关系发生改变，叠加后波形就产生了失真， 称为相位频率失真。由于相位频率特性的非 线性性转化为时延不一致而导致的失真，以 称为群时延频率失真。
Ψ() ≠-td ，产生相位畸变。
3.1.2恒参信道与随参信道
如果信道参数不随时间变化，或其变化相对于 信道上传输的信号的变化极为缓慢，那么，从工程 角度及研究问题方面来看，这些变化均可以忽略。 这种信道就称为恒（定）参（量）信道。反之，则 称为随（机）参（量）信道（又称变参信道）。
信道分类表
信道
狭义信道
广义信道
有线信道
无线信道
双绞线
双绞线由两根彼此绝缘的铜线组成，这两根线 按照规则的螺线状绞合在一起。每一对线作为一根 通信链路使用。通常，将许多这样的线结捆扎在一 起，并用坚硬的、起保护作用的护皮包裹成一根电 缆。将线对绞合起来是为了减轻同一根电缆内的相 邻线对之间的串扰，且相邻线对通常具有不同的绞 合长度。
对称电缆
对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘 的双导线的传输介质。导线材料是铝或铜，直径为 0.4~1.4mm。为了减少各线对之间的相互干扰， 每一对线都拧成扭绞状。由于这些结构上的特点， 故电缆的传输损耗比明线大得多，但其传输特性比 较稳定。
信道的频率特性及噪声和干扰将影响信息传 输的有效性和可靠性。
3.1.1狭义信道和广义信道
狭义信道是发送设备和接受设备之间用以传 输信号的传输介质（媒介，媒质）。狭义信 道是直观的，习惯于把它按传输介质是否是 导线分为有线信道和无线信道两大类。
广义信道将传输介质和各种信号形式的转换、 耦合等设备都归纳在一起，凡信号经过的一 切通道统称为广义信道。
离地面60~600km的大气层称为电离层。实际观察表明，电离层 可分为D、E、F1、F2四层。F2是反射层，其高度为 250~300km，故一次反射的最大距离约为4000km，如果 通过两次反射，通信距离可达8000km。
各种无线传输方式的频率分布
类别
频率
无线电，中波 300~3000kHz
无线电，短波
委员会（CCITT）建 议采用300~3400Hz 的频带范围，也即单 路音频电话信道有效 带宽为3100Hz。
30 20 10
0 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.4 kHz
例3.3.2 只对基波衰减的信道产生的失真
vi(t+)=1/s2insωint3+ω1t/ 2sin3ωt
同轴电缆
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（芯线）。 它们之间填充着绝缘介质，可能是塑料，也可能是 空气。在采用空气绝缘的情况下，内导体依靠有一 定间距的绝缘子来定位。
光导纤维（光纤）
光纤是一种纤细（2~125μm）柔韧能够传导 光线的介质。有多种玻璃和塑料可用于制造光纤， 使用超高纯二氧化硅熔丝的光纤可得到最低损耗。 光纤的外形是圆柱体，由三个同轴部分组成：芯、 覆层以及防护罩。
同集合的元素时，这类信道称为对称信道。如：
p(0/0)
1
0
x p(1/0) 1
0 p(0/1) y
1
0
x
1
0 y
1
p(1/1)
1
转移概率矩阵：
p(yj / xi)= p(0/0) p(1/0) p(0/1) p(1/1)
p(yj / xi)= 1－ε ε ε 1－ε
输出的总的错误概率： pe=p(0)×p(1/0)+p(1)×p(0/1)
模拟通信： 频域均衡，使信道、均衡器联 合频率特性在信号频率范围类无畸变。
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。
3.4 随参信道特性及其对信号传输的影响
电离层反射
对流层散射
3.4.1 信号在随参信道中传输的特点
3.2.1调制信道模型
ei1(t)
eo1(t)
ei(t)
时变线 性网络
eo(t)
ei2(t)
时变 线性 网络
… …
eo2(t)
对于二对端的信道模型，其输 出与输入的关系:
eim(t) (m对输入)
e0n(t) (n对输出)
e0(t)=f[ei(t)]+n(t)=k(t)*ei(t)+n(t) 式中 ei(t) —输入的已调信号； eo(t) —信道总输出波形；
（1）狭义信道
★有线信道
明线 双绞线 对称电缆 同轴电缆 光导纤维 波导
★无线信道
超短波及微波接力 卫星通信 光波视距传播 中长波地表面波传播 短波电离层反射 超短波及微波对流层散射 超短波超视距绕射
明线
明线是指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与 电缆相比，它的优点是传输损耗低。但它易爱气候 和天气的影响，并且对外界噪声干扰较敏感。
（4）即使信道输入端无信号输入，在输出端仍有一定 的功率输出。这是因为信道内存在着各种噪声。
3.2.2 编码信道模型
输入、输出都是数字信号，因而，是一种数字信道 或离散信道；关心的是误码率而不是信号失真情况， 但误码是由调制信道造成的，输入、输出数字序列 之间的关系可以用一组转移概率来表征。
如下图所示，当输入序列数目与输出序列数目相 等时，称为对称信道；当每个输出符号只取决于当 前的输入符号，而与前后其他的输入符号无关时， 这种信道又称为无记忆信道；
n(t) —加性噪声（加性干扰）。
k(t)固定或缓慢变化：恒参信道；否则，随参信道。
调制信道具有的特性：
（1）有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出 端；
（2）在输入信号的动态范围内，信道是线性的，即满 足叠加性和齐次性；
（3）信号在信道中传输时均被衰减和时延，具有随频 率变化的振幅频率特性和相位频率特性；
3~30MHz
无线电，超短波 30~1000MHz
微波
1~300GHz
亚毫米波
300~3000GHz
红外波
750~4×105GHz
可见光
4×105 ~ 7.5 ×105 GHz
波长
100~1000m 10~100m 0.3~10m 30~0.1cm 1~0.1mm
0.4~7.5×10-4 mm
7.5×10-4 ~4 ×10-4 mm
第三章 通信信道
3.1信道概述 3.2信道数学模型 3.3恒参信道对信号传输的影响 3.4随参信道对信号传输的影响 3.5信道的加性噪声 3.6信道容量
3.1信道概述
信道是通信系统必不可少的组成部分。 信道是以传输媒质为基础的信号通道。 一般来说,实际信道都不是理想的。首先，
这些信道具有非理想的频率响应特性，另外 还有噪声和信号通过信道传输时搀杂进去的 其他干扰。
1
率。p(1/0)又称为虚报概率，p(0/1)
又称为漏报概率。由概率的性质
知：
p(0/0)=1-p(1/0)
p(1/1)=1-p(0/1)
P(0/0) 0
P(0/1)
P(1/1)
P(1/0) 1
例3.2.2 四进制无记忆信道
0
0
1
1
2
2
3
3
（2）对称信道
当信道转移概率矩阵中的各行和各列分别具有相
vi(t) H(ω)
vo(t)=K0vi(t-td)
无失真的频率响应特性
信号通过线性系统不失真的条件是该系统的传输函数 H(ω)= H(ω) e j φ (ω)满足下述条件
H(ω) = K0
φ (ω) = －ωtd
H(ω) = ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0 ω
φ (ω) =－ωtd
3.3.3 信号幅度—频率失真
恒参信道相频特性及群延迟频率特性
td(ω)=-dφ(ω)/dω
例3.3.3 通过对基波相移π、对三次谐波相移2π的信道 产生的失真
vi(t)=sinωt+1/ 2sin3ωt +1/2sin3ω(t-T/3)
vo(t)=sin ω(t-T/2)
(a)输入信号波形
(b)输出信号波形
例3.3.4限带脉冲波形通过电话信道
pe=ε×[p(0)+p(1)]
3.3 恒参信道及其传输特性
3.3.1 恒参信道模型
ei(t)
H(ω)
H(ω)= H(ω) e j φ (ω) eo(t)=ei(t) h(t) +n(t)
eo(t) n(t)
3.3.2 信号无失真传输(理想的恒参信道)
信号无失真传输是一种理想情况，所谓 无失真传输是指系统输出信号与输入信号相 比，只有信号幅度大小和出现时间先后的不 同，而波形上没有变化。即：
P(y1/x2) p(y2/x2) … p(yM/x2)
…
…
…
P(y1/xL) p(y2/xL) … p(yM/xL)
例3.2.1 二进制无记忆编码信道
转移概率矩阵：
0
p(yj / xi)= p(0/0) p(1/0)
p(0/1) p(1/1)
其中，P(0/0)、p(1/1)，是正确转移 概率，p(1/0)、p(0/1)是错误转移概
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，称为幅度频率失真。
∣H()∣≠k(常数)， 产生幅频畸变，也称 频率失真，属于线性 失真。
例3.3.1语音信号传送