通信原理 第四章 信道

通信原理第四章信道严谨严格求实求是第四章信道本章结构§4.2信道的定义、分类及数学模型§4.3恒参信道的概念和实例§4.4随参信道的概念和实例§4.5信道中的噪声种类§4.6信道容量严谨严格求实求是第四章信道§4.2信道的定义、分类及数学模型§4.2.1信道的定义和分类狭义的“信道”概念：传输信号的物理媒质（如光纤、双绞线等）广义的“信道”概念：在传输信号过程中，所使用的设备和资源的总称。它们是信号的“必经之路”。严谨严格求实求是第四章信道广义信道的范围物理媒质发转换器收转换器调制信道调制器解调器编码信道编码器解码器划分广义信道的目的是为了使科研细化，“各司其职”严谨严格求实求是第四章信道拓展知识：数字通信中的信道分类很多现代通信系统中，常把信道分成2大类：物理信道就是传输信号的物理媒质逻辑信道一系列完成一项共同功能的数据的组合一条物理信道可能对应多条逻辑信道在学习第10章“复用”后大家就容易理解了严谨严格求实求是第四章信道§4.2.2信道的数学模型1、调制（连续）信道模型用2对端网络，或多对端网络来分析模拟信道时变线性网络时变线性网络2对端网络（如串行点对点通信）多对端网络（如并行通信、多播通信）严谨严格求实求是第四章信道2、无失真传输的数学模型“无失真传输”和“失真”的定义在不考虑噪声的情况下，如果信号在传输中只是幅度上的等比例衰减和时间上的同步延迟，则可看作无失真传输“失真”的特点是信号畸变（其本质是产生了新的频率成分，或频率分布发生改变）t经信道传输t无失真失真严谨严格求实求是第四章信道无失真传输的转移函数H(ω)应满足和无失真传输的根据无失真的定义)()(,tftfio)()(diottKftf是整体延时子为衰减或放大的比例因其中dtK;叶变换对等式两边同时取付立dtjioeKFF)()(dtjioKeFFH)()()(又根据转移函数定义严谨严格求实求是第四章信道3、编码（离散）信道模型通常使用“转移概率”来描述，画成图形：0101)0/0(P)1/1(P)0/1(P)1/0(P严谨严格求实求是第四章信道[例4.1]已知某数字信道模型如下，求误码率（设信源发送0/1等概率）01019.08.01.02.0个码元，则解：设总共发送了x２发送１的个数为；２发送０的个数为xx2.1.０２；发送１时的误码个数０２发送０时的误码个数为xx15.02.1.xxxPe０２０２严谨严格求实求是第四章信道§4.3恒参信道的概念和实例恒参信道的概念参数（即转移函数）基本不随时间变化常见的恒参信道架空明线（已经基本淘汰）对称电缆（如电话线、网线等）同轴电缆（如有线电视电缆）光纤信道严谨严格求实求是第四章信道§4.4随参信道的概念和实例随参信道的概念参数（即转移函数）随时间变化而变化常见的随参信道电离层、对流层反射通信移动通信严谨严格求实求是第四章信道§4.5信道中的噪声种类噪声加性噪声乘性噪声（多由信道的多径效应引起，《移动通信》中有详细分析）人为噪声自然噪声内部噪声统称为起伏噪声（通常看作高斯白噪声）最常见：宇宙噪声最常见：热噪声散弹噪声所以，在后面很多分析时，噪声都认为是高斯白噪声严谨严格求实求是第四章信道§4.6信道容量（重点章节）离散信道的容量涉及信息论的知识，而实际通信系统中的信道大部分属于连续信道，所以我们重点学习连续信道的容量(bit/s))1(log2NSBC香农公式：信道带宽其中B：信号和噪声的功率比NS速率时，该信道的最大传输信噪比为，义是，在信道带宽为：信道容量，其物理意NSBC/严谨严格求实求是第四章信道香农公式的另一种形式由于实际中的噪声大多可看成高斯白噪声，所以噪声功率可用带宽和白噪声的功率谱n0来表示，即BnN0(bit/s))1(log02BnSBC则香农公式SnB、、香农公式的三个要素：0严谨严格求实求是第四章信道信道容量与3要素的关系（由香农公式得出的推论）(bit/s))1(log02BnSBCCNS可以提高信道容量提高,/)1(CCB但不能无限提高可以一定限度地提高增加带宽,)2(可以互换与不变时NSBC/,)3()S/NB(CDMA的典型例子换取低以提高带宽移动通信系统就是严谨严格求实求是第四章信道[例4.1](教材的例题4.1.1)）概率（即个可能的电平，而且等每个像素由解：10110P)/(32.3101log2像素为像素所含的平均信息量bit像素帧像素秒帧每秒所传的信息量bitRb32.3103305)/(109.296秒bit根据信道容量的概念，信道容量是Rb的最大值，所以)/(109.296max.秒bitRRCbb)(103.02B)1(log62HzNSBC可推出再根据香农公式严谨严格求实求是第四章信道[例4.2]一幅图像由200像素组成，每个像素有16种色彩度（等概率），每个色彩度有8个亮度等级（等概率），信道带宽为10kHz，S/N为30dB求传输这幅图像至少需要多少时间？根据信道容量的概念，信道容量是Rb的最大值，即minmax.tIRCb总)1400()816(log2002bitbitI像素像素而总)10001(log10000)/1(log22NSBC另一方面可推出S/N=1000)/(7.99秒kbit)(04.14107.9914003minmsCIt总严谨严格求实求是第四章信道本章重点信号无失真传输的条件（即转移函数）香农定理、推论、计算作业：课后习题12,13,14,15