通信原理第2章资料.ppt

第二章 信道和噪声 2.1 信道的定义和数学模型 2.2 恒参信道及其对信号传输的影响 2.3 随参信道及其对信号传输的影响 2.4 信道内的噪声（干扰） 2.5 随机信号分析 2.6 通信中常见的几种噪声 2.7 随机过程通过线性系统 2.8 信道容量及香农公式 2.1 信道的定义和数学模型 1. 信道的定义及分类 信道是信号的传输媒质。具体地说，信道是指由有线或无线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。 信道可大体分为两类：狭义信道和广义信道。 广义信道通常也可分成两种：调制信道和编码信道。 2. 信道的数学模型 （1） 调制信道模型 通过对调制信道进行大量的考察之后，可发现它有如下主要特性： ① 有一对（或多对）输入端，则必然有一对（或多对）输出端； ② 绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理； ③ 信号通过信道需要一定的延迟时间； ④ 信道对信号有损耗（固定损耗或时变损耗）； ⑤ 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出（噪声）。 （2） 编码信道模型 编码信道是包括调制信道及调制器、解调器在内的信道。它与调制信道模型有明显的不同：即调制信道对信号的影响是通过k（t）和n（t）使调制信号发生“模拟”变化；而编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变换成另一种数字序列，故有时把编码信道看成是一种数字信道。 2.2 恒参信道及其对信号传输的影响 1. 恒参信道的特点 恒参信道对信号传输的影响不随时间而变，或者随时间变化很缓慢，通常若在数字信号中几个最长符号时间内，信道特性基本不变即可认为此信道为恒参信道。 有线信道为典型的恒参信道，有代表性的例子如下。 （1） 对称电缆 对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。 （2） 同轴电缆 同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的空管（在可弯曲的同轴电缆中，它可以由金属丝编织而成），内导体是金属线（芯线）。 （3） 光纤信道 以光导纤维（简称光纤）为传输媒质、光波为载波的光纤信道，可提供极大的传输容量。 无线信道中的中、长波通信，超短波及微波视距通信等基本上也属于恒参信道，举例如下。 （1） 无线电视距中继 无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波波段时，电磁波基本上沿视线传播，通信距离依靠中继方式延伸的无线电线路。 （2） 卫星中继信道 人造卫星中继信道可视为无线电中继信道的一种特殊形式。 2. 恒参信道对信号传输的影响 恒参信道对信号传输的影响主要是线性畸变，线性畸变是由于网络特性不理想所造成的，具体从幅频特性和相频特性两方面进行讨论。 （1） 幅度-频率畸变 幅度-频率畸变即幅频畸变，它是由于信道幅频特性不理想造成的。 （2） 相位-频率畸变（群迟延畸变） 相频畸变是由于信道相频特性不理想造成的。理想的相频特性曲线是通过原点的斜率为K的一条直线。 所谓相位-频率畸变，是指信道的相位-频率特性偏离线性关系所引起的畸变。 信道的相位—频率特性还经常用群迟延-频率特性来衡量。 3. 减小畸变的措施 相位-频率畸变（群迟延畸变）如同幅频畸变一样，也是一种线性畸变。因此，采取相位均衡技术也可以补偿群迟延畸变。 2.3 随参信道及其对信号传输的影响 1. 随参信道的特点 （1） 短波电离层反射信道 短波是指波长为100～10m（相应的频率为3～30MHz）的无线电波。 在短波电离层反射信道中，多径传播现象对信号传输的影响最大，引起多径传播的主要原因如下： ① 电波经电离层的一次反射和多次反射； ② 几个反射层高度不同； ③ 地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非寻常波。 ④ 电离层不均匀性引起的漫射现象； （2） 对流层散射信道 对流层散射信道是一种超视距的传播信道，其中一跳的传播距离约为100～500km，可工作在超短波和微波波段。 ① 衰落 散射信号电平是不断随时间变化的，这些变化分为慢衰落（长期变化）和快衰落（短期变化）。 a. 慢衰落。 b. 快衰落。 ② 传播损耗 ③ 信道的允许频带 脉冲信号通过带限系统后，波形也被展宽，而且系统频带越窄，波形展宽越多。从这一角度来看，散射信道好像是一个带限滤波器，其允许频带定义为 式中τm——最大多径时延差。 从以上两种典型的随参信道的例子可以看出，随参信道的传输媒质具有以下三个特点： ① 对信号的衰耗随时间而变化； ② 传输的时延随时间而变； ③ 多径传播。 2. 随参信道对信号传输的影响 （1） 一般衰落（频率弥散现象） 由于电离层反射、散射及对流层散射