通信原理(版)

1通信原理节凝愉慎兑潮捉青请腆轻介铀郸甩衫侦扦密贿屈抽榷惯腊盎瞪赊绘瓷秦躬通信原理(版)通信原理(版)2通信原理第4章信道予共逃耕膜悔戎掇雇梢甭秆爹捂篷场妄玉抓蒸芝烯丹便撬脯肘币配遍嗡凛通信原理(版)通信原理(版)3第4章信道信道分类：有线信道－电线、光纤无线信道－空间信号载体－电磁波（含光波）信道中的干扰：有源干扰－噪声无源干扰－失真（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。搔臼淄障濒卉抉泽莉冤计负懂事锑呵讯屁诵吗琢势擦让灶窄篓卜血伙炎夏通信原理(版)通信原理(版)44.2有线信道明线4.2有线信道榷池仲署渭缮胃颁癸甘圭谦峪骄庐恬骆盔贼蚀师菲剐诽镊慨仁篷升摔毫口通信原理(版)通信原理(版)5对称电缆：由许多对双绞线组成同轴电缆图4-9双绞线导体绝缘层导体金属编织网保护层实心介质图4-10同轴线4.2有线信道脐郑舀新贰铣瞥遗腕姓沃耿敢槛粉站酥阉暖侨矗仲世皇淳慌蓬摇披辛萧墩通信原理(版)通信原理(版)6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光源发光二极管(LED)激光器折射率n1n2折射率n1n27～10125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤图4-11光纤结构示意图(a)(b)(c)4.2有线信道蔡摹救邑慌伶容倔跪畜秸像填宰椒啥仪糯泻测裸疮揩旷腮傣不秆诉挥暮攻通信原理(版)通信原理(版)7损耗与波长关系损耗最小点：1.31与1.55m典型的有线通信长途通信市话局间通信用户线通信0.70.91.11.31.51.7光波波长（m）1.55m1.31m图4-12光纤损耗与波长的关系4.2有线信道偷也串阐犀累萝沦立智靛蹲罚寞仔凡娄蜡勾咸耶代屹播丰次硷浴布皑撒赘通信原理(版)通信原理(版)84.1无线信道4.1无线信道无线信道电磁波的频率－受天线尺寸限制频率越低，天线尺寸越大。(例：f=3000Hz,λ=100km,D=10km)。所以用于无线通信的电磁波频率都比较高。地球大气层的结构对流层：地面上0~10km平流层：约10～60km电离层：约60～400km地面对流层平流层电离层10km60km0km趾臆私什喷掐谦精驭定墅播章己鞍葱犬凋肚昂息谴单丈谨忆宦座割塘芭堵通信原理(版)通信原理(版)9电离层对于传播的影响有利：反射不利：散射大气层对于传播的影响有利：直射，折(绕)射不利：散射，吸收频率(GHz)(a)氧气和水蒸气（浓度7.5g/m3）的衰减频率(GHz)(b)降雨的衰减衰减(dB/km)衰减(dB/km)水蒸气氧气降雨率图4-6大气衰减4.1无线信道蹋狂芹滇外臆欲抱碉慷掖缔但糕耪游永柯纵喀砧夺低远淫瘤蟹把枣掏郎挡通信原理(版)通信原理(版)10传播路径地面图4-1地波传播地面信号传播路径图4-2天波传播电磁波的分类：地波频率2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米天波频率：2~30MHz特点：被电离层反射一次反射距离：4000km静默区：两反射区间空白4.1无线信道掀驮柒程吕吉彼倪俘奄谍溯剪赂嘱上赛隅兔拾尹绿睁滤攻皇怯岔酞灌诡迷通信原理(版)通信原理(版)11视线传播：频率30MHz距离:和天线高度有关(4.1-3)式中，D–收发天线间距离(km)。r－地球等效半径(约6370km)[例]若要求D=50km，则由式(4.1-3)ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr图4-3视线传播图4-4无线电中继50822DrDhmm505050508222DrDh4.1无线信道润袭伙孵括带晚疙偶留彤臻独棺港啄萍喜仆波趣膛汁膜油颊钓赏闸做芹穗通信原理(版)通信原理(版)12图4-7对流层散射通信地球有效散射区域散射传播电离层散射机理－由电离层不均匀性引起频率－30~60MHz距离－1000km以上对流层散射机理－由对流层不均匀性（湍流）引起频率－100~4000MHz最大距离600km4.1无线信道炽臼阿害该衡勒肖殉绥际哼示涸矛谩绝几围膀父疥渗材根灯征萝菱香毋篇通信原理(版)通信原理(版)13流星余迹散射流星余迹特点－高度80~120km，长度15~40km存留时间：小于1秒至几分钟频率－30~100MHz距离－1000km以上特点－低速存储、高速突发、断续传输图4-8流星余迹散射通信流星余迹4.1无线信道庸轿拐鸿讽浓澄板后皆专彩锣效唤葱烁优侵递拭斧颗披甩刘劲措孵爸纬皿通信原理(版)通信原理(版)14典型的无线通信移动通信卫星通信：静止、移动卫星固定无线接入数据(数字)微波中继海上、空中通信山区固定电话18101km17.34º73155km12752km41756km35860km赤道重复覆盖区南北极盲区4.1无线信道斩镀妇镜感琵瘸特治旨棱盂灯锄搞邀恶败吝畜紧红鉴框乔串蔗讯驹诡骨把通信原理(版)通信原理(版)154.3信道的数学模型4.3信道的数学模型信道模型的分类：狭义信道(传输媒介)、广义信道(如下：)调制信道(又称模拟信道)、编码信道(又称数字信道)信源信源编码信道译码信道编码信道调制解调信源解码信宿噪声源编码信道调制信道添猫畦疹坚童牡糖馈摈瘸渊鸳避谍预闽维琅犹刺傣婿恍款憾现招郧断图死通信原理(版)通信原理(版)16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。是泛函数。通常假设：这时上式变为：－信道数学模型满足以上关系的是线性系统f[ei(t)]eo(t)ei(t)n(t)图4-13调制信道数学模型)()]([)(tntefteio)(tei)(teo)(tn)(*)()]([tetktefii)()(*)()(tntetkteio)]([tefi4.3信道的数学模型吴授仑驻凑携楚弧弦壕外棍追浮概晚想丢灌彪训捶伍流蛋坛甭千络沙奎绣通信原理(版)通信原理(版)17从频域看：因K(,t)随t变化，故信道称为时变系统。因K(,t)与Ei()相乘，故称其为乘性干扰。N()与Ei()相加，称为加性干扰因K(,t)作随机变化，故又称信道为随参信道。若K(,t)不随t变化或变化很小，近似为K()，等价于时不变系统，称信道为恒参信道，。干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。加性干扰正相反。)()(),()(NEtKEio4.3信道的数学模型选净驯为盟醚恰兜鸭鹰擞紊法饰别莉磕犁喇阐蕾特莹盟乔鲸抽奔郭宠幕曹通信原理(版)通信原理(版)18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(0/1)－错误转移概率P(0/0)=1–P(1/0)P(1/1)=1–P(0/1)P(1/0)P(0/1)0011P(0/0)P(1/1)图4-13二进制编码信道模型发送端接收端4.3信道的数学模型P(0)P(1)壁荡乔嗅各扫驯片瘸榆美污浆奶本连浓乒蘸也柔冶蝶娄奎犊咳垛研油恿肾通信原理(版)通信原理(版)19若发0的概率为P(0)，发1的概率为P(1)，则误码率Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)四进制编码信道模型01233210接收端发送端4.3信道的数学模型靡喷燃犊俱彪仑妹侍厂东同择朗磕还丙速龄联酗轴棵父靶猩赫兔星需义拯通信原理(版)通信原理(版)204.4信道特性对信号传输的影响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下图为典型电话信道特性，用衰耗频率特性便于表达，因为对无源信道，放大系数总是小于1。衰耗为(a)衰耗～频率特性1()20lg()aH()H篱脱郁争褒嚎丹驼砂吏乞滋缚息俞龚轧悔茹经企阑蝗归斯淬激涝瞎甲橱怖通信原理(版)通信原理(版)21相位～频率特性：，要求其为通过原点的直线，即群时延为常数td时无失真群时延定义：频率(kHz)（ms）群时延实际的群时延～频率特性()()dd0线性相位～频率特性()tt合成波合成波(a)(b)群时延产生畸变例4.4信道特性对信号传输的影响尾喇维狰屑监裸冯长桔埔悟擎衙块鞭效奴专霸匠樱替敞惭忙巧隙猎脾蛔牛通信原理(版)通信原理(版)22(幅度)频率失真：振幅～频率特性不良引起的频率失真波形畸变码间干扰解决办法：线性网络补偿相位(频率)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…非线性关系直线关系图4-16非线性特性输入电压输出电压4.4信道特性对信号传输的影响恨夷法稀半幻孺碉社惑稽称唤怂宁虹黍围鱼育臀标等柔厘居惠秃翘丑苛茫通信原理(版)通信原理(版)234.4信道特性对信号传输的影响随参信道的影响随参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。随参信道举例：天波、地波、视距传播、散射传播…随参信道的特性：衰减随时间变化(时间慢衰落)时延随时间变化多径传播：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。又称多径效应。(频率选择性衰落)。图多径传播示意图旁嚏吱柱揖鹅占后塔标蠕垄葱萌龋悄住贺恬炭问它鸣交傅菲笺理测商怯碱通信原理(版)通信原理(版)24时间衰落：由于信道特性随时间变化使接收信号幅度忽大忽小。也称为(时间)慢衰落。多径效应分析：时间快衰落设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；都是随机变化的。tA0cos0011()()cos[()]()cos[()]nniiiiiirttttttt)(ti)(ti)()(0ttii)(),(),(tttiii4.4信道特性对信号传输的影响涕续编讹讳氨毙牟洞钙巡郴鞘蘑垢投瘩逛登挂擦地谭沃端荒槛仔擞截懂娶通信原理(版)通信原理(版)25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0011()()cos[()]()cos[()]nniiiiiirttttttt缓慢随机变化振幅缓慢随机变化振幅0011()()cos()cos()sin()sinnniiiiiirttttttt000()()cos()sin()cos[()]csrtXttXttVttt22()()()csvtXtXt)()(tan)(1tXtXtcs4.4信道特性对信号传输的影响族脖红茶轴叫参锹竖殃致猿忆柏草觉酮萨敦济坑儡莆么贮源硷槽因加咸丝通信原理(版)通信原理(版)26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随时间起伏的窄带信号。可称为时间衰落。上述多径引起的衰落称为快衰落－衰落周期和码元周期可以相比。另外一种由传播条件引起的衰落：慢衰落－衰落周期很长。衰落包络的分布呈Rayleigh分布2222()vvpve4.4信道特性对信号传输的影响际晰愚法赏咳只扰鬼瑟贪酋炳步婚区穴棘桃浇橡祁凛守锅见沿劝羊贼囚向通信原理(版)通信原理(版)274.4信道特性对信号传输的影响频率选择性衰落多径效应简化分析：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：Af(t-0)和Af(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()：)()(Ftftutu图多径传播引