通信技术基础第2章 信道和噪声.ppt

第二章 信道和噪声 2.1????信道的定义和数学模型 2.2?????恒参信道特性及其对信号传输的影响 2.3?????随参信道特性及其对信号传输的影响 2.4?????信道的加性噪声 2.5?????随机信号分析 2.6?????随机过程通过线性系统 2.7?????信道容量及香农公式 本章教学目的：了解各种实际信道、信道的数学模型和信道容量的概念。 说明：信道是通信系统必不可少的组成部分。它与发送设备、接收设备一起组成通信系统。没有信道，通信就无法进行；信道的好坏直接影响通信的质量。因此，有必要研究信道，根据信道的特点，正确地选用信道，合理地设计收发信设备，使通信系统达到最佳。 2.1?信道的定义和数学模型 信道的定义：具体而言，由有线或无线线路提供的信号通路；抽象而言，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又对信号以限制和损害。 信道的分类：狭义信道（传输介质）；广义信道（调制信道和编码信道；是一种扩大范围的信道。主要讨论） 2.1?信道的定义和数学模型 狭义信道是发送设备和接受设备之间用以传输信号的传输介质（媒介，媒质）。狭义信道是直观的，习惯于把它按传输介质是否是导线分为有线信道和无线信道两大类。 广义信道：通常可分成两种，调制信道和编码信道。将传输介质和各种信号形式的转换、耦合等设备都归纳在一起，凡信号经过的一切通道统称为广义信道。 例如狭义信道 ★有线信道 ? 明线 ? 双绞线 ? 对称电缆 ? 同轴电缆 ? 光导纤维 ? 波导 ?调制信道模型 调制信道模型 调制信道对信号的影响是由信道的特性及外界干扰造成的，可以用一个二对端（或多对端）的时变线性网络来表示，即只需关心调制信道输出信号与输入信号之间的关系。 调制信道模型 调制信道具有的特性： （1）有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； （2）在输入信号的动态范围内，信道是线性的，即满足叠加性和齐次性； （3）信号在信道中传输时均被衰减和时延，具有随频率变化的振幅频率特性和相位频率特性； （4）即使信道输入端无信号输入，在输出端仍有一定的功率输出。这是因为信道内存在着各种噪声。 编码信道的数学模型 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，因此编码信道可以用数字的转移概率来描述。输入、输出都是数字信号，因而，是一种数字信道或离散信道；它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，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。 当输入序列数目与输出序列数目相等时，称为对称信道；当每个输出符号只取决于当前的输入符号，而与前后其他的输入符号无关时，这种信道又称为无记忆信道；记忆信道是码元发生错误前后是有联系的。 离散无记忆信道的转移概率 一般情况下，发送符号集X={xi}，i=1，2，…,L，有L种符号；接受符号集Y={yj}，j=1，2，…，M，有M种符号。离散无记忆信道的转移概率用下列矩阵表示： 二进制无记忆编码信道 四进制无记忆编码信道 对称信道 当信道转移概率矩阵中的各行和各列分别具有相同集合的元素时，这类信道称为对称信道。如： 信道分类表 调制信道 编码信道 2.2 恒参信道及其对信号传输的影响 如果信道参数不随时间变化，或其变化相对于信道上传输的信号的变化极为缓慢，那么，从工程角度及研究问题方面来看，这些变化均可以忽略。这种信道就称为恒（定）参（量）信道。 有线信道为典型的恒参信道，无线信道中中长波通信、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： 有线信道 ?明线　?明线是指平行而相互绝缘的架空裸线线路。它的优点是传输损耗低，但受气候和天气的影响，并且对外界噪声干扰较敏感。?????? 有线信道 双绞线 双绞线由两根彼此绝缘的铜线组成，这两根线按照规则的螺线状绞合在一起。每一对线作为一根通信链路使用。通常，将许多这样的线结捆扎在一起，并用坚硬的、起保护作用的护皮包裹成一根电缆。将线对绞合起来是为了减轻同一根电缆内的相邻线对之间的串扰，且相邻线对通常具有不同的绞合长度。 有线信道 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介质。导线材料是铝或铜，直径为0.4~1.4mm。为了减少各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成扭绞状。由于这些结构上的特点，故电缆的传输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。由于这些结构上的特点， 故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。 有线信道