信道分类及工作原理

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信道实验报告

一、实验目的1. 了解信道的基本概念和分类；2. 掌握信道特性参数的测量方法；3. 分析信道的频率响应和时延特性；4. 熟悉信道仿真软件的使用。

二、实验原理信道是指信号传输过程中所经过的媒介，如电缆、光纤、无线电波等。

信道特性参数主要包括信噪比（SNR）、频率响应、时延等。

信噪比是衡量信号质量的重要指标，频率响应反映了信道对不同频率信号的传输能力，时延是指信号在信道中传播的时间。

三、实验内容1. 信噪比测量（1）实验原理：信噪比（SNR）是指信号功率与噪声功率之比，通常用分贝（dB）表示。

信噪比越大，信号质量越好。

（2）实验步骤：① 将信号发生器产生的信号接入信道；② 使用频谱分析仪测量信号功率和噪声功率；③ 计算信噪比。

2. 频率响应测量（1）实验原理：频率响应是指信道对不同频率信号的传输能力。

频率响应的测量通常使用扫频信号。

（2）实验步骤：① 将扫频信号发生器产生的信号接入信道；② 使用频谱分析仪测量信道输出信号的频率响应；③ 分析频率响应特性。

3. 时延测量（1）实验原理：时延是指信号在信道中传播的时间。

时延的测量通常使用脉冲信号。

（2）实验步骤：① 将脉冲信号发生器产生的信号接入信道；② 使用示波器测量信号在信道中的传播时间；③ 计算时延。

4. 信道仿真（1）实验原理：信道仿真是指利用计算机软件模拟信道特性，分析信道的传输性能。

（2）实验步骤：① 选择信道仿真软件，如MATLAB、CST等；② 根据实验需求，建立信道模型；③ 设置仿真参数，如信号频率、带宽等；④ 运行仿真，分析信道的传输性能。

四、实验结果与分析1. 信噪比测量结果：实验测得信噪比为20dB，表明信号质量较好。

2. 频率响应测量结果：实验测得信道频率响应在1MHz至100MHz范围内，传输能力较好。

3. 时延测量结果：实验测得信道时延为0.5ms，表明信号传播速度较快。

4. 信道仿真结果：仿真结果表明，在相同条件下，信道的传输性能与实验结果基本一致。

通信原理(樊昌信)第4章信道

有线信道
基带同轴电缆：
50Ω，多用于数字基带传输速率可达10Mb/s 传输距离<几千米
宽带（射频）同轴电缆：
75Ω，用于传输模拟信号多用于有线电视（CATV）系统传输距离可达几十千米
有线信道
光纤
结构：
纤芯包层
按折射率分类：
阶跃型梯度型
按模式分类：
多模光纤单模光纤
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
h D2 D2 (m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
例如设收发天线的架设高度均为40 m，则最远通信距离为：
表有线信道的线路种类、构造、特征和主要用途
线路种类双绞线
同轴电缆光纤
构造
特征
主要用途
便宜、构造简单，
传输频带宽，有漏话现象，容易混入杂音
电话用户线低速LAN
价格稍高，传输
频带宽，漏话感应少，分支、接头容易
CATV分配电缆高速LAN
低损耗，频带宽，国际间主干线
重量轻，直径小，
国内城市间主
对流层：约 0 ~10 km 平流层：约 10~60 km 电离层：约 60~400 km
60 km
10 km 0 km
电磁波的传播方式：
地波 ground- wave
频率： < 2 MHz 特性：有绕射能力距离：数百或数千米用于：AM广播

通信原理信道与讲义噪声第3章

通信中常见的几种噪声
所谓白噪声是指它的功率谱密度函数在整个频率域(-∞＜ω ＜+∞)内是常数，即服从均匀分布。我们称它为白噪声，因为它类似于光学中包括全部可见光频率在内的白光。
理想的白噪声功率谱密度通常被定义为
Pn
()def
n0 2
( )
式中n0的单位是W/Hz 。
通常，若采用单边频谱，即频率在0到无穷大范围内时，白噪声的功率谱密度函数又常写成
在通信理论分析中，常常通过求其自相关函数或方差来计算噪声的功率。
高斯分布的密度函数
正态概率分布函数还经常表示成与误差函数相联系的形式，所谓误差函数，它的定义式为
互补误差函数
er(fx) 2 xez2dz
π0
er(x f)c1er(xf)2 xez2dz
高斯型白噪声
所谓高斯白噪声是指噪声的概率密度函数满足正态分布统计特性，同时它的功率谱密度函数是常数的一类噪声。
(a) 一对输入端，一对输出端； (b) m对输入端，n对输出端
对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关系式可表示成
eo(t)f[ei(t) ]n(t)
式中， ei(t)——输入的已调信号； eo(t)——信道输出波形； n(t)——信道噪声(或称信道干扰)； f［ei(t)］——表示信道对信号影响(变换)的某种函数关系
通信原理信道与噪声第3章
精品jin
3.1 信道特性
信道的定义通俗地说，信道是指以Байду номын сангаас输媒介(质)为基础的信号通路。
具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路；抽象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信号以限制和损害。信道的作用是传输信号。

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
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第4章信道章
电离层对于传播的影响反射散射
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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：
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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
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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。

通信原理-信道-PPT课件

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•编码信道模型: 二进制信号、无记忆信道，
0 P(0/1) 1 P(1/1)
P(0/0)
P(1/0)
0 1
其中，P(0/0), P(1/1) －正确转移概率 P(0/1), P(1/0) －错误转移概率转移概率－决定于编码信道的特性 P(0/0) = 1 - P(1/0) P(1/1) = 1 - P(0/1)
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通信卫星
电离层
地—电离层波导传播
电离层
天波传播
地球
地球外大气层及行星际空间电波传播
视距传播对流层散射传播电离层散射传播 (b)
(a)
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无线电中继
图1.4.4 无线电中继
15
静止卫星中继通信
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平流层中继通信
HAPS(High
Altitude Platform Station)
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(5)散射传播。这是利用对流层或电离层介质中的不均匀体或流星余迹对无线电波的散射作用而进行的传播。利用散射传播实现通信的方式目前主要是对流层散射通信，其常用频段为 0.2 ～ 5MHz ，单跳距离可达 100 ～ 500km 。电离层散射通信只能工作在较低频段 30～60MHz，单跳距离可达1000～2000km，但因传输频带窄，其应用受到限制。流星余迹持续时间短，但出现频繁，可用于建立瞬间通信，常用通信频段为 30～70MHz，单跳通信可达2000km。实际的流星余迹通信除了利用散射传播外，还可利用反射进行传播。
3
通常， f [ei(t) ] 可以表示为：k(t) ei(t)，此时， eo(t) = k(t) ei(t) + n(t) 其中k(t)表示时变线性网络的特性，称为乘性干扰。

第4章_信道

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4.3 信道的数学模型
内蒙古大学电子信息工程学院《通信原理》
4.3.2 编码信道模型
由于信道噪声或其它因素的影响，将导致输出数字序列发生错误，因此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。转移概率：在二进制系统中，就是“0”转移为“1”的概率和“1”转移为“0”的概率。
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4.1 无线信道
内蒙古大学电子信息工程学院《通信原理》
地波
频率在2MHz以下的电磁波，趋于沿弯曲的地球表面传播，有一定的绕射能力。地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高损失越大，因此传播距离不大，一般在数百千米到数千千米。
传播路径传播路径
发射天线发射天线
地面地面
接收天线接收天线
导体绝缘层
图4-9 双绞线
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4.2 有线信道
内蒙古大学电子信息工程学院《通信原理》
传输电信号的有线信道主要有三类：
明线、对称电缆和同轴电缆。同轴电缆
由内外两根同心圆柱导体构成，两根导体之间用绝缘体隔离开。内导体多为实心导线，外导体是一根空心导电管或金属编织网，在外导体外面有一层绝缘保护层。其优点是抗干扰特性好。
增大视线传播距离的途径卫星中继（卫星通信）
利用三颗地球同步卫星可以覆盖全球，从而实现全球通信。
利用卫星作为中继站能够增大一次转发的距离，但是却增大了发射功率和信号传输的延迟。此外，发射卫星也是一项巨大的工程。故开始研究使用平流层通信。图4-5 卫星中继
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4.1 无线信道
发射天线发射天线
地面地面
接收天线接收天线
图4-4
无线电中继
特点：容量大、发射功率小、稳定可靠等。

通信原理-第2章信道与噪声

一、狭义信道和广义信道
1、狭义信道、 (1) 狭义信道被定义为发送设备和接收设备之间用以传输信号的传输媒质。以传输信号的传输媒质。 (2) 狭义信道分为有线信道和无线信道两类。两类。狭义信道分为有线信道和无线信道两类有线信道 2、广义信道、 (1) 将信道的范围扩大为：除了传输媒质，还包将信道的范围扩大为：除了传输媒质，括有关的部件和电路。括有关的部件和电路。这种范围扩大了的信道为广义信道。义信道。
Y
x1
y1
x2
y2
y3
y4
xL
多进制无记忆编码信道模型
yM
（4）当信道转移概率矩阵中的行和各列分别具有相）当信道转移概率矩阵中的行和各列分别具有相对称信道。同集合的元素时这类信道称为对称信道同集合的元素时，这类信道称为对称信道。
p 1 − p P ( yi / xi ) = p 1 − p
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（5）依据乘性噪声对信号的影响是否随时间变化而依据乘性噪声对信号的影响是否随时间变化而乘性噪声对信号的影响是否随时间变化将信道分为恒参信道和随参信道。将信道分为恒参信道和随参信道。
v i (t)
H(ω , t )
⊕
n(t)
v 0 (t)
v i (t)
H(ω )
⊕
n(t)
v 0 (t)
2.2
信道模型
信道可用一个时变线性网络来等效
V0(t) = f [V(t)]+n(t) i V(t)输的调号 V0(t)信总出形 i 入已信，道输波 n(t)加噪；性声 f [V(t)]表已信经信所生时线变 i 示调号过道发的变性换

简明通信原理第3章信道

2021/7/23
3
3.Hale Waihona Puke 信道容量与香农公式信道容量
信道容量是指信道的极限传输能力，可用信道的最大信息传输速
率来衡量。
根据香农（Shannon）信息论可以证明，高斯白噪声背景下的连
续信道的容量为：
著名的香农信道容量公式
CBlo2g 1N S
(b/s)
式中，B为信道带宽（Hz）；S为信号功率（W）； n0为噪声单边功率谱密度（W/Hz）， N = n0B 为噪声功率（W）。
2021/7/23
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3.5 信道模型
调制信道模型
调制信道对信号的影响程度取决于C(f)与n(t)的特性。 ❖ C(f)反映信道本身特性。对于信号来说，C(f)可看成是乘性干
扰； ❖ n(t)是独立于信号而始终存在的，因此可视之为加性干扰。
信道一般模型
一种简单而又常用的情况是 C(f)=1，加性噪声信道模型
2021/7/23
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香农公式告诉我们以下结论：
（1）在给定信道带宽B和接收信噪比S/N的情况下，只要传输信息的速率Rb≤C，即使信道有噪声，在理论上总能找到一种方法，实现无差错传输。
（2）提供了B和S/N之间的互换关系。例如，对于给定的C，用增大带宽B的方法，可以降低对S/N的要求。
香农公式指出了通信系统所能达到的理论极限，却没有指出这种通信系统的实现方法。实践证明，系统要接近香农的理论极限，必须要借助编码和调制等技术。
3.1 信道分类
狭义信道——各种物理传输介质有线信道—指明线、各种电缆和光纤。无线信道—指可以传输电磁波的自由空间或大气。
广义信道——为方便研究通信系统的一些基本问题而定义。调制信道—研究调制与解调问题；

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中安
2014-11-16
下行的逻辑信道
BSS -> MS
COMMON CHANNELS
FCCH
BCH
SCH BCCH PCH
CCCH
AGCH
DEDICATED CHANNELS DCCH
SDCCH SACCH FACCH
Tห้องสมุดไป่ตู้H/F
TCH
TCH/H
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中安
2014-11-16
上行的逻辑信道
COMMON CHANNELS

快速随路控制信道（FACCH）：FACCH信道与一个业务信道TCH相关。FACCH在话音传输过程中如果突然需要以比慢速随路控制信道（SACCH）所能处理的高的多的速度传送信令消息，则需借用 20ms的话音突发脉冲序列来传送信令，这种情况被称为偷帧，如在系统执行越局切换时。由于话音译码器会重复最后20ms的话音，所以这种中断不会被用户察觉的。
公共控制信道（CCCH）寻呼（PCH），准许接
入（AGCH）小区广播控制信道（CBCH），随机接入信道（RACH）
寻呼信道（PCH），点对点传播，即寻找寻呼对象。接入许可信道（AGCH）：当网络收到处于空闲模式下MS 的信道请求后，就将给之分配一专用信道，AGCH通过根据该指派的描述（所分信道的描述，和接入的参数），向所有的移动台进行广播。属下行信道，点对多点传播。小区广播控制信道（CBCH）：它用于广播短消息和该小区一些公共的消息（如天气和交通情况），它通常占用 SDCCH/8的第二个子信道，下行信道，点对多点传播。随机接入信道（RACH）：当MS想与网络建立连接时，它会通过RACH信道来发起接入请求，请求消息包括3个比特的建立的原因（如呼叫请求、响应寻呼、位置更新请求、及短消息请求等等）和5个比特的用来区别不同 MS请求的参考随机数，属上行信道，点对点传播方式。
中安
2014-11-16
专用控制信道DCCH (1)
（DEDICATED CONTROL CHANNELS）

专用控制信道包括SDCCH、SACCH、FACCH，这些信道被用于某一个具体的MS上，均为双向信道。独立专用控制信道（ SDCCH ）： SDCCH 是一种双向的专用信道，它主要用于传送建立连接的信令消息、位置更新消息、短消息 (TCH 空闲时）、用户鉴权消息、加密命令及应答及各种附加业务。
MS -> BSS
CCCH
RACH
DEDICATED CHANNELS
SDCCH
DCCH
SACCH FACCH
TCH
TCH/F TCH/H
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广播控制信道(BCH)
定位，同步小区标示信息，及基站识别码，小区频点等信息
频率校正信道（FCCH）携带信道用于校正MS频率的消息，定位并解调出同一小区的其他信息。同步信道（SCH）在解调出SCH信道消息。给出需要同步的所有消息及该小区的标示信息及基站识别码广播控制信道（BCCH）：MS在空闲模式下为了有效的工作需要大量的网络信息。而这些信息都将在BCCH信道上来广播。信息基本上包括小区的所有频点、邻小区的BCCH频点、LAI（LAC+MNC+MCC）

3
慢速随路控制信道（ SACCH ）： SACCH 是一种伴随着 TCH 和SDCCH的专用信令信道。在上行链路上它主要传递无线测量报告和第一层报头消息（包括TA值和功率控制级别）；在下行链路上它主要传递系统消息type5、5bis 、5ter、6 及第一层报头消息。这些消息主要包括通信质量、 LAI 号、 CELLID、邻小区的标频信号强度等信息、NCC的限制、小区选项、 TA值、功率控制级别。 TCH 忙时，由SACCH来传送短信。