第4章—信道与噪声.ppt

第四章 信道与噪声 主要内容 1 信道的定义与分类 2 信道的数学模型 3 信道举例 4 信道特性及其对信号 传输的影响 5 信道的加性噪声 6 信道容量 1 信道的定义与分类 信道的定义与分类 定义：信号的通道 分类：可分为狭义信道和广义信道 狭义信道：仅指传输媒质。可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括架空明线、对称电缆、同轴电缆以及光导纤维；无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波、微波无线电视距传输、卫星中继以及各种散射信道。 广义信道：除了传输媒质外，还包括有关的转换设备，如发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。这种范围扩大了的信道称为广义信道。按照广义信道包含的功能，它可分为调制信道和编码信道两类。如图所示。 1 信道的定义与分类（续） 调制信道与编码信道 信道的定义与分类（续） 调制信道与编码信道 调制信道：调制信道是从研究调制与解调角度定义的，其范围从调制器的输出至解调器的输入端。调制信道传输已调信号，关心的是信号的失真情况及噪声对信号的影响，其中已调信号的瞬时值是连续变化的。因此，调制信道可看成为模拟信道 编码信道：编码信道是从研究编码和解码的角度定义的，其范围从编码器输出端到解码器输入端。编码信道输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号失真情况，但误码是由调制信道造成的。因此，编码信道可看成为数字信道 2 信道的数学模型 调制信道数学模型 调制信道的共性 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，即满足叠加原理； 信号通过信道具有一定的迟延，而且还会受到（固定的或时变的）损耗； 即使无信号输入，在信道输出端仍有一定功率输出（噪声）。 调制信道模型（以二对端的信道模型为例） 其中， 是输入的已调信号； 是信道总的输出； 是加性噪声（或称加性干扰）； 是线性失真，时变损耗等 2 信道的数学模型（续） 二对端（单输入单输出）调制信道模型 输出与输入的关系为 信道对信号的影响可归结到两点： 一是乘性干扰 k(t) 二是加性干扰n(t) 根据乘性干扰特性，可把调制信道分为两类：一类是恒参信道，即 随时间缓变或不变；另一类是随参信道，即 随机快变化 2 信道的数学模型（续） 信道数学模型 编码信道的特性 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，也就是说把一种数字序列变成另一种数字序列 编码信道模型用数字转移概率来描述 由于编码信道包含调制信道，故它要受调制信道的影响 编码信道可分成有记忆和无记忆两类（根据输出码元的差错发生是否相互独立确定）。 2 信道的数学模型（续） 编码信道数学模型（以二进制编码信道为例） 无记忆的含义：解调器每个输出码元的差错发生是相互独立的。 P（0／0）、P（l／0）、P（0／1）及P（1／1）称为信道转移概率。 P（0／0）与P（1／1）是正确转移的概率； P（l／0）、P（0／1）是错误转移概率； P（0／0）= l — P（1／0） P（1／1）= l — P （0／1） 3 信道举例 明线 最早发展和使用的传输介质。它是由电线杆支持，架设在地面的平行而相互绝缘裸线线路，其导线采用钢、铝或铜线，线径为3-4mm。 明线易受气候影响和外界电磁扰的影响，通信质量不稳定，且衰耗大，容量小。 它的优点是敷设技术简单、价格便宜。 3 信道举例（续） 双绞线 双绞线由绞合在一起的一对导线组成，具有较强的抗干扰能力。 双绞线的主要缺点是不适于远距离传输。 双绞线分为两类：屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线（UTP）。 许多对位于同一保护套内相互绝缘的双绞线可以构成对称电缆。 对称电缆的传输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。 3 信道举例（续） 双绞线 3 信道举例（续） 同轴电缆 同轴电缆共有四层。它的内部共有两层导体排列在同一轴上，所以称为“同轴”。 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）。它们之间填充着介质。 几根同轴线管往往套在一个大的保护套内，另外还装入一些二芯扭绞线对或四芯线组，作为传输控制信号之用。 3 信道举例（续） 同轴电缆 3 信道举例（续） 同轴电缆的分类 根据内导体外径和外导体内径尺寸的不同，同轴电缆分为： 中同轴（2.6／9.5mm） 小同轴（1.2／4.4