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通信原理 通信原理 第4章 信 道 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。 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 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 第4章 信 道 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 电磁波的分类： 地波 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：电波不能到达的区域 第4章 信 道 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 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 ~ 4000 MHz 最大距离 600 km 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 第4章 信 道 4.2 有线信道 明线 第4章 信 道 对称电缆：由许多对双绞线组成 同轴电缆 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 第4章 信 道 损耗与波长关系 损耗最小点：1.31与1.55 ?m 第4章 信 道 4.3 信道的数学模型 信道模型的分类： 调制信道 编码信道 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 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。 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 / 1) － 错误转移概率 P(0 / 0) = 1 – P(1 / 0) P(1 / 1) = 1 – P(0 / 1) 第4章 信 道 四进制编码信道模型 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 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： 第4章 信 道 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… 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，