第三章 信 道 - 精品课程平台-兰州理工大学.ppt

第三章 信 道 3.1???引言 3.2?? 信道定义及信道数学模型 3.3???恒参信道特性及其对信号传输的影响 3.4?? 随参信道特性及其对信号传输的影响 3.5?? 随参信道特性的改善---分集接收 3.6 信道的加性噪声 3.7?? 信道容量的概念? 3.1 引 言 广义信道按包含的功能，可划分为调制信道与编码信道。 图 3–1 调制信道和编码信道 调制信道：指图中调制器输出端到解调器输入端的部分， 又称模拟信道。研究调制和解调时，常用调制信道。 编码信道：指图中编码器输出端到译码器输入端的部分，有时又称数字信道/离散信道。 3.2 信 道 数 学 模 型 调制信道模型 理想信道的幅频特性、 相频特性和群迟延—频率特性 随参信道举例 1、短波电离层反射信道 短波的定义：波长为100～10m(相应的频率为3～30MHz)的无线电波； 短波信道：既可沿地表面传播，也可由电离层反射传播； 地波传播：一般是近距离的，限于几十公里范围； 天波传播：借助于电离层的一次反射或多次反射可传输几千公里，乃至上万公里的距离； 电离层的相关知识：离地面高60～600km的大气层称为电离层，是短波通信的主要路径；电离层是由分子、原子、离子及自由电子组成的；形成电离层的主要原因是太阳辐射的紫外线和x射线；信号经电离层一次反射的最大传输距离约为4000km；如果通过两次反射，那么通信距离可达8000km。 短波信道电离层反射传播 天波通信频率的选取：为实现短波通信，在选用工作频率时要考虑两点：工作频率应小于最高可用频率、选用频率的电磁波在电离层的吸收较小； 天波通信中的多径传输：由电波经电离层的一次反射和多次反射以及反射层高度不同等原因引起的； 天波通信的特点：优点很明显，要求的功率较小，终端设备的成本较低，传播距离远，受地形限制较小，以及不易受到人为破坏；因此短波电离层反射信道现在仍然是远距离传输的重要信道之一。 对流层散射信道：一种超视距的传播信道，其一跳的传播距离约为100～500km，可工作在超短波和微波波段。 对流层简介：离地面10～12km以下的大气层。在对流层中，由于大气湍流运动等原因产生了不均匀性，故引起电波的散射；散射具有强方向性。 对流层散射信道中的衰落：可分为慢衰落和快衰落；前者取决于气象条件，后者由多径传播引起。 2、对流层散射信道 散射信道是典型的多径信道；多径传播不仅引起信号电平的快衰落，而且还会导致波形失真；如图所示，窄脉冲经过不同长度的路程到达接收点，由于经过的路程不同使得到达接收点的时刻也不同，结果脉冲被展宽了，称为信号的时间扩展。 对流层散射信道中的多径传输 * * 信道 （信号通道） 狭义信道：信号的传输媒质 广义信道：媒质及有关变换装置 （发送、接收设备，天线、馈线，调制解调器等） 有线信道 无线信道 广义信道定义原因：只关心变换的最终结果，而无需关心详细的物理过程。 调制信道具有如下共性： 1）输入端与输出端是一一对应的； 2）绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加定理； 3）信号通过信道具有一定的延迟时间，而且还会受到(固定或时变的)损耗； 4）即使没有信号输入，在信道输出端仍有一定的功率输出。 噪声 因此，可用一个二对端(或多对端)时变线性网络来表示调制信道，如图。 其中，n(t)为独立存在的加性噪声（或加性干扰）； f[.]表示信道传输特性，简称信道特性。如果信道对输入信号作非线性处理，则信道输出有非线性失真，这种失真只有当输入信号存在时才有。与加性噪声相对应，称这种失真为乘性噪声。 图3-2 调制信道模型 则二对端数学模型可以写为 则二对端的数学模型可以写为 根据乘性干扰k(t)，可以把信道粗略分为两大类： 恒参信道：指k(t)可看成不随时间变化或相对于信道上传输信号的变化较为缓慢的调制信道（常可等效为一个线性时不变网络来分析）。 随参信道：是非恒参信道的统称，或者说， k(t)是随机变化的调制信道。 编码信道模型 当编码信道把编码器输出的数字信号传输到解码器的输入端时，由于噪声的存在以及信道带宽的有限，在传输过程中不可避免会出现差错。则编码信道模型可用数字的转移概率来描述。 数字的转移概率表示信道输入端数字信号序列到输出端发生的转移程度。 编码信道对信号传输的影响是将一种数字序列变成另一种数字序列。 最常见的无记忆的二进制数字传输系统的一种简单的编码信道模型如图3-3所示。 （所谓信道无记忆是指：某一码元的差错与其前后码元是否发生差错无关。常见的编码信道一般为无记忆编码信道。) 1 0 0 1 P(0/0) P(1/0)