第四讲：信道模型及恒参信道.ppt

第三章 信道与噪声 3.1 信道定义与数学模型 3.2 恒参信道及其传输特性 3.3 随参信道及其传输特性 3.4 分集接收技术 3.5 加性噪声 3.6 信道容量的概念 3.1引言 信道是指以传输媒质为基础的信号通道。 如果信道仅是指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道。 如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这种信道称为广义信道。 狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。 有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。 无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。 广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。 广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。还可以定义其他形式的广义信道。 常把广义信道简称为信道。 3.2 信道定义 3.3 信道的数学模型 信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性， 它对通信系统的分析和设计是十分方便的。 1. 调制信道模型 有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； 绝大多数的信道都是线性的， 即满足线性叠加原理； 信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间； 信号通过信道会受到固定的或时变的损耗； 即使没有信号输入， 在信道的输出端仍可能有一定的输出（噪声）。 1. 调制信道模型 1. 调制信道模型 加性噪声信道模型 k是信道衰减因子， 通常可取k=1； n(t)是加性噪声。 加性噪声n(t)通常是一种高斯噪声， 该信道模型通常称为加性高斯噪声信道。 2. 编码信道模型 输入、输出数字序列之间的关系可以用一组转移概率来表征。 无记忆编码信道：一码元的错误与其前后码元是否发生错误无关。 P（*/*）信道转移概率 P（收/发） P（0/0）、P（1/1） 正确转移概率 P（0/1）、P（1/0） 错误转移概率 P（0/0）=1-P（1/0）、P（1/1）=1-P（0/1） 差错概率 转移概率完全由编码信道的特性所决定。 输出的总的错误概率为 P（0）、P（1）发0和发1的概率 P（1/0）、P（0/1）发0和发1的错误概率 由于信道噪声或其他因素影响导致输出数字序列发生错误是统计独立的，因此这种信道是无记忆编码信道。 多进制无记忆编码信道模型 3.4 恒参信道举例 恒参信道的信道特性不随时间变化或变化很缓慢。 信道特性主要由传输媒质所决定，如果传输媒质是基本不随时间变化的， 所构成的广义信道通常属于恒参信道； 如果传输媒质随时间随机快变化，则构成的广义信道通常属于随参信道。 如由架空明线、电缆、中长波地波传播、对称电缆、超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。 3.4.1 三种有线电信道 2. 对称电缆：（双绞线 ） 在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。 导线材料是铝或铜， 直径为0.4~1.4 mm。 通信距离一般为几到十几公里 为了减小各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成扭绞状。 通常有两种类型： 非屏蔽（UTP） 和屏蔽（STP）。 2. 对称电缆 特点 电缆的传输损耗比较大， 但其传输特性比较稳定， 并且价格便宜、 安装容易。 对称电缆主要用于市话中继线路和用户线路，在许多局域网如以太网、令牌网中也采用高等级的UTP电缆进行连接。 STP电缆的特性同UTP的特性相同，由于加入了屏蔽措施，对噪声有更好的屏蔽作用，但是其价格要昂贵一些 3. 同轴电缆 由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的导体，内导体是金属线，它们之间填充着介质。 实际应用中同轴电缆的外导体是接地的，对外界干扰具有较好的屏蔽作用，所以同轴电缆抗电磁干扰性能较好。 在有线电视网络中大量采用这种结构的同轴电缆。 为了增大容量，也可以将几根同轴电缆封装在一个大的保护套内，构成多芯同轴电缆，另外还可以装入一些二芯绞线对或四芯线组，作为传输控制信号用。 3.4.3 无线电视距（微波）中继信道 频率范围一般在几百兆赫至几十吉赫 其传输特点是在自由空间沿视距传输 两点间的传输距离一般为30~50 km 长距离通信需要在中间建立多个中继站。 被广泛用来传输多路电话及电视等。 在一条微波中继信道上可采用二频制或四频制频率配置方式以提高频谱利用率和减小射频波道间或邻近路由的传输信道间的干扰， 微波中继信道具有传输容量大、长途传输质量稳定、节约有色金属、 投资少、维护方便等优点。 3.4.4 卫星中继信道 利用人造卫星作为中继站构成的通信信道 静止卫星：若卫星运行轨道在赤道