[信息与通信]《通信原理》第六版课件 第4章.ppt
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1、1,通信原理,2,通信原理,第4章 信 道,3,第4章 信 道,信道分类: 无线信道 电磁波(含光波) 有线信道 电线、光纤 信道中的干扰: 有源干扰 噪声 无源干扰 传输特性不良 本章重点: 介绍信道传输特性和噪声的特性,及其对于信号传输的影响。,4,第4章 信 道,4.1 无线信道 无线信道电磁波的频率 受天线尺寸限制(天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10) 地球大气层的结构 对流层:地面上 0 10 km 平流层:约10 60 km 电离层:约60 400 km,5,电离层对于传播的影响 反射 散射 大气层对于传播的影响 散射 吸收,第4章 信 道,6,第4章 信 道,电磁波的分类: 地
2、波 频率 2 MHz 有绕射能力 距离:数百或数千千米 天波 频率:2 30 MHz 特点:被电离层反射 一次反射距离: 4000 km 寂静区:,7,视线传播: 频率 30 MHz 距离: 和天线高度有关 (4.1-3) 式中,D 收发天线间距离(km)。 例 若要求D = 50 km,则由式(4.1-3) 增大视线传播距离的其他途径 中继通信: 卫星通信:静止卫星、移动卫星 平流层通信:,第4章 信 道,m,8,第4章 信 道,散射传播 电离层散射 机理 由电离层不均匀性引起 频率 30 60 MHz 距离 1000 km以上 对流层散射 机理 由对流层不均匀性(湍流)引起 频率 100
3、4000 MHz 最大距离 600 km,9,第4章 信 道,流星流星余迹散射 流星余迹特点 高度80 120 km,长度15 40 km 存留时间:小于1秒至几分钟 频率 30 100 MHz 距离 1000 km以上 特点 低速存储、高速突发、断续传输,10,第4章 信 道,4.2 有线信道 明线,11,第4章 信 道,对称电缆:由许多对双绞线组成 同轴电缆,12,第4章 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,13,损耗与波长关系 损耗最小点:1.31与1.55 m,第4章 信 道,14,第4章 信 道,4.3 信道的数学模型 信道模
4、型的分类: 调制信道 编码信道,15,第4章 信 道,4.3.1 调制信道模型 式中 信道输入端信号电压; 信道输出端的信号电压; 噪声电压。 通常假设: 这时上式变为: 信道数学模型,16,第4章 信 道,因k(t)随t变,故信道称为时变信道。 因k(t)与e i (t)相乘,故称其为乘性干扰。 因k(t)作随机变化,故又称信道为随参信道。 若k(t)变化很慢或很小,则称信道为恒参信道。 乘性干扰特点:当没有信号时,没有乘性干扰。,17,第4章 信 道,4.3.2 编码信道模型 二进制编码信道简单模型 无记忆信道模型 P(0 / 0)和P(1 / 1) 正确转移概率 P(1/ 0)和P(0
5、/ 1) 错误转移概率 P(0 / 0) = 1 P(1 / 0) P(1 / 1) = 1 P(0 / 1),18,第4章 信 道,四进制编码信道模型,19,第4章 信 道,4.4 信道特性对信号传输的影响 恒参信道的影响 恒参信道举例:各种有线信道、卫星信道 恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系统的分析方法。线性系统中无失真条件: 振幅频率特性:为水平直线时无失真 左图为典型电话信道特性 用插入损耗便于测量,(a) 插入损耗频率特性,20,第4章 信 道,相位频率特性:要求其为通过原点的直线, 即群时延为常数时无失真 群时延定义:,21,第4章 信 道,频率失真:振幅频率特性不良引起的
6、 频率失真 波形畸变 码间串扰 解决办法:线性网络补偿 相位失真:相位频率特性不良引起的 对语音影响不大,对数字信号影响大 解决办法:同上 非线性失真: 可能存在于恒参信道中 定义: 输入电压输出电压关系 是非线性的。 其他失真: 频率偏移、相位抖动,22,第4章 信 道,变参信道的影响 变参信道:又称时变信道,信道参数随时间而变。 变参信道举例:天波、地波、视距传播、散射传播 变参信道的特性: 衰减随时间变化 时延随时间变化 多径效应: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,即存在多径传播现象。 下面重点分析多径效应,23,第4章 信 道,多径效应分析: 设
7、 发射信号为 接收信号为 (4.4-1) 式中 由第i条路径到达的接收信号振幅; 由第i条路径达到的信号的时延; 上式中的 都是随机变化的。,24,第4章 信 道,应用三角公式可以将式(4.4-1) 改写成: (4.4-2) 上式中的R(t)可以看成是由互相正交的两个分量组成的。这两个分量的振幅分别是缓慢随机变化的。 式中 接收信号的包络 接收信号的相位,缓慢随机变化振幅,缓慢随机变化振幅,25,第4章 信 道,所以,接收信号可以看作是一个包络和相位随机缓慢变化的窄带信号: 结论:发射信号为单频恒幅正弦波时,接收信号因多径效应变成包络起伏的窄带信号。 这种包络起伏称为快衰落 衰落周期和码元周期
8、可以相比。 另外一种衰落:慢衰落 由传播条件引起的。,26,第4章 信 道,多径效应简化分析:设 发射信号为:f(t) 仅有两条路径,路径衰减相同,时延不同 两条路径的接收信号为:A f(t - 0) 和 A f(t - 0 - ) 其中:A 传播衰减, 0 第一条路径的时延, 两条路径的时延差。 求:此多径信道的传输函数 设f (t)的傅里叶变换(即其频谱)为F():,27,第4章 信 道,(4.4-8) 则有 上式两端分别是接收信号的时间函数和频谱函数 , 故得出此多径信道的传输函数为 上式右端中,A 常数衰减因子, 确定的传输时延, 和信号频率有关的复因子,其模为,28,第4章 信 道,
9、按照上式画出的模与角频率关系曲线: 曲线的最大和最小值位置决定于两条路径的相对时延差。而 是随时间变化的,所以对于给定频率的信号,信号的强度随时间而变,这种现象称为衰落现象。由于这种衰落和频率有关,故常称其为频率选择性衰落。,图4-18 多径效应,29,图4-18 多径效应,第4章 信 道,定义:相关带宽1/ 实际情况:有多条路径。 设m 多径中最大的相对时延差 定义:相关带宽1/m 多径效应的影响: 多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减小码间串扰的影响,通常要降低码元传输速率。因为,若码元速率降低,则信号带宽也将随之减小,多径效应的影响也随之减轻。,30,第4章 信 道,接收信号的分类
10、 确知信号:接收端能够准确知道其码元波形的信号 随相信号:接收码元的相位随机变化 起伏信号:接收信号的包络随机起伏、相位也随机变化。 通过多径信道传输的信号都具有这种特性,31,第4章 信 道,4.5 信道中的噪声 噪声 信道中存在的不需要的电信号。 又称加性干扰。 按噪声来源分类 人为噪声 例:开关火花、电台辐射 自然噪声 例:闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声,32,第4章 信 道,热噪声 来源:来自一切电阻性元器件中电子的热运动。 频率范围:均匀分布在大约 0 1012 Hz。 热噪声电压有效值: 式中 k = 1.38 10-23(J/K) 波兹曼常数; T 热力学温度(K); R 阻值
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- 信息与通信 通信原理 信息与通信通信原理第六版课件 第4章 信息 通信 原理 第六 课件
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