第3章信道和噪声

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1、13 信道信道 1狭义信道：传输媒质狭义信道：传输媒质广义信道：传输媒质广义信道：传输媒质+通信系统的变换装置通信系统的变换装置信信 道：道：以传输媒质为基础的信号通道以传输媒质为基础的信号通道有线信道有线信道-电线、光纤等电线、光纤等 狭义信道狭义信道按照传输媒质的特性可分为：按照传输媒质的特性可分为：无线信道无线信道-电磁波（含光波）电磁波（含光波）23 信道信道 2广义信道广义信道:通信系统的变换装置包括发送设备、接收设通信系统的变换装置包括发送设备、接收设备、调制器、解调器等。按照它包括的功能，备、调制器、解调器等。按照它包括的功能，可以分为可以分为调制信道、编码信道调制信道、编码信道

2、等。等。 编编码码器器调调制制器器发发转转换换器器传输传输媒质媒质解解调调器器解解码码器器收收转转换换器器调制信道编码信道编码信道编码信道包括包括调制信道调制信道、调制器调制器和和解调器解调器，是一，是一种数字信道或离散信道种数字信道或离散信道。调制信道调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信道，是模拟信道。广义信道，是模拟信道。33 信道信道 3有线信道，如电缆、光纤等有线信道，如电缆、光纤等无线信道，如中短波、微波信道等无线信道，如中短波、微波信道等狭义信道狭义信道信道信道恒参信道恒参信道随参信道随参信道广义信道广义信道调制信道调制信道编码信道编码

3、信道有记忆信道有记忆信道无记忆信道无记忆信道43.1 无线电信道无线电信道 13.1 无线信道无线信道无线信道电磁波的频率无线信道电磁波的频率 受受天线天线尺寸限制尺寸限制 对流层：地面上对流层：地面上 0 10 km地球大气层的结构地球大气层的结构地地 面面对流层对流层平流层平流层电离层电离层10 km60 km0 km 平流层：约平流层：约10 60 km 电离层：约电离层：约60 400 km53.1 无线电信道无线电信道 2电离层对于传播的影响电离层对于传播的影响 反射反射 散射散射大气层对于传播的影响大气层对于传播的影响 散射散射 吸收吸收63.1 无线电信道无线电信道 3电磁波的分

4、类电磁波的分类：地波地波l频率频率 2 MHzl有绕射能力有绕射能力l距离：数百或数千距离：数百或数千km天波天波l频率：频率：2 30 MHzl特点：被电离层特点：被电离层反射反射l一次反射距离：一次反射距离： 30 MHzl距离距离: 和天线高度有关和天线高度有关l 增大视线传播距离的其他途径增大视线传播距离的其他途径l中继通信：中继通信：l卫星通信：静止卫星、移动卫星卫星通信：静止卫星、移动卫星l平流层通信：平流层通信： (3.1-3) 式中，式中，D 收发天线间距离收发天线间距离(km)50822DrDhmm505050508222DrDh例例 若要求若要求D = 50 km，则由上式

5、，则由上式83.2 有线信道有线信道 1一、有线电信道一、有线电信道1. 明线明线2. 对称电缆对称电缆 同一保护套内有多对相互绝缘双导线。传输同一保护套内有多对相互绝缘双导线。传输损耗大损耗大，传输传输特性稳定特性稳定，价格便宜价格便宜、安装容易。、安装容易。图3-9 双绞线导体绝缘层平行且相互绝缘平行且相互绝缘的架空的架空裸线线路。传输裸线线路。传输损耗低损耗低，但易，但易受气候影响，受气候影响，对外界噪声干扰敏感对外界噪声干扰敏感93.2 有线信道有线信道 23. 同轴电缆同轴电缆同轴的两个导体构成，内、外导体之同轴的两个导体构成，内、外导体之间填充介质。间填充介质。对外界干扰具有对外界

6、干扰具有较好的屏蔽作用较好的屏蔽作用，所以同轴电缆，所以同轴电缆抗抗电磁干扰性能较好电磁干扰性能较好。在有线电视网络中大量采用这种结构的同轴电缆。在有线电视网络中大量采用这种结构的同轴电缆。导体金属编织网保护层实心介质图3-10 同轴线3.2 有线信道有线信道 3二、二、 光纤信道光纤信道以以光导纤维光导纤维（简称光纤）为传输媒质；（简称光纤）为传输媒质；光波光波为载波为载波折射率n1n2折射率n1n2710125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤单模阶跃折射率光纤图3-11 光纤结构示意图(a)(b)(c)结构l纤芯l包层按折射率分类l阶跃型l梯度型按模式分类l多模光纤l单模光纤113.2 有

7、线信道有线信道 4特点特点: :损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径小、不易腐蚀、节省有色金属以及不受电磁干扰小、不易腐蚀、节省有色金属以及不受电磁干扰组成组成:光源、光调制器、光纤线路、光源、光调制器、光纤线路、中继器中继器等等光纤线路中可设光纤线路中可设中继器中继器，放大放大光信号以补偿光纤的传光信号以补偿光纤的传输损耗，延长传输距离。输损耗，延长传输距离。123.3 信道的数学模型信道的数学模型 1一、调制信道模型一、调制信道模型 调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信道，是模拟信道，它具

8、有如下共性：广义信道，是模拟信道，它具有如下共性：绝大多数的信道都是线性的，即满足线性绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加叠加原理原理；信号通过信道具有信号通过信道具有固定固定的或的或时变时变的的延迟时间延迟时间； 信号通过信道会受到固定的或时变的信号通过信道会受到固定的或时变的损耗损耗；即使即使没有信号没有信号输入，输入， 在信道的输出端在信道的输出端仍可能有仍可能有输出输出（噪声）。（噪声）。 133.3 信道的数学模型信道的数学模型 2ei(t)输入的已调信号输入的已调信号 eo(t)信道输出信号信道输出信号 n(t)加性干扰加性干扰f ei(t)已调信号通过网络发生的已调信号通过网

9、络发生的(时变时变)线性变换线性变换 已调信号已调信号ei (t)和加性干扰和加性干扰n(t)无依赖关系无依赖关系若若f ei(t)= k(t) ei(t), 其中其中k(t) 依赖于网络特性，对于依赖于网络特性，对于ei(t)来说是来说是乘性干扰乘性干扰，则输出为，则输出为)()()()(iotntetktef ei(t)eO(t)ei(t)n(t)图3-13 调制信道数学模型)()()(tntefteio143.3 信道的数学模型信道的数学模型 3乘性干扰乘性干扰k(t)包括各种线性畸变、非线性畸变因因k(t)随随t 变，故信道称为变，故信道称为时变信道时变信道。因因k(t)与与e i (

10、t)相乘，故称其为相乘，故称其为乘性干扰乘性干扰。因因k(t)作随机变化，故又称信道为作随机变化，故又称信道为随参信道随参信道。若若k(t)变化很慢或很小，则称信道为变化很慢或很小，则称信道为恒参信道恒参信道。乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。153.3 信道的数学模型信道的数学模型 4二、编码信道模型二、编码信道模型编码信道是一种编码信道是一种数字信道数字信道或或离散信道离散信道。由于信道噪。由于信道噪声或其他因素的影响，将导致输出数字序列发生错声或其他因素的影响，将导致输出数字序列发生错误，误， 因此输入、输出数字序列之间的关系可以用一因此

11、输入、输出数字序列之间的关系可以用一组组转移概率转移概率来表征。来表征。对于二进制编码信道：对于二进制编码信道：P (0/0)01P (1/1)P (0)P (1)P (1/0)P (0/1)01163.3 信道的数学模型信道的数学模型 5对于二进制对于二进制无记忆无记忆编码信道：编码信道：) 1/0() 1 ()0/1 ()0(PPPPPe输出的总的错误概率：输出的总的错误概率： 1) 1/0() 1/1 (1)0/1 ()0/0(PPPP码错误转移的概率分别为码正确转移的概率分别是、码的概率分别是、10) 1/0()0/1 (10) 1/1 ()0/0(10) 1 ()0(、PP、PP、P