河北工业大学通信原理课件-高军萍老师.pdf

第二章 信道信道信道的定义和分类信道模型恒参信道变参信道一、信道的定义和分类一、信道的定义和分类狭义信道：狭义信道：为仅包括传输媒介的信道广义信道：广义信道： 是指除了传输媒介外，还包括有关的部 件和电路通信的好坏，在很大程度上将依赖于狭义信道的特性通信的好坏，在很大程度上将依赖于狭义信道的特性调制信道：调制信道：是从调制器的输出端至解调的 输入端是从调制器的输出端至解调的 输入端编码信道：编码信道：是从编码器的输出端至译码器 的输入端是从编码器的输出端至译码器 的输入端信道的划分如下图所示信道的划分如下图所示：调制信道和编码信道的划分调制信道和编码信道的划分信源信源编码器编码器信宿信宿译码器译码器调制信道调制信道 编码信道编码信道媒 介媒 介发转换器发转换器调制器调制器收转换器收转换器解调器解调器狭义信道狭义信道二、 信道模型1)它们具有一对(或多对)输入端和一对(或多 对)输出端 2)绝大多数信道是线性的，即满足叠加原理 3)信道具有幅频特性和相移频特性 4)即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一 定的噪声功率输出二、 信道模型1)它们具有一对(或多对)输入端和一对(或多 对)输出端。

2)绝大多数信道是线性的，即满足叠加原理 3)信道具有幅频特性和相移频特性 4)即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一 定的噪声功率输出调制信道调制信道1、 调制信道的共同特性：1、 调制信道的共同特性：注：注：e ei i(t)是输入的已调信号，(t)是输入的已调信号， e e0 0(t)是信道的输出， n(t)为加性噪声(或称加性干扰)，它与(t)是信道的输出， n(t)为加性噪声(或称加性干扰)，它与e ei i(t)不发 生依赖关系t)不发 生依赖关系 f f[ [e ei i(t)]由网络的特性确定，它表示信号通过网络 时，输出信号与输入信号之间建立的某种函数关系t)]由网络的特性确定，它表示信号通过网络 时，输出信号与输入信号之间建立的某种函数关系)(])([)(0tnteftei+=时变线性网络时变线性网络e ei i(t)(t)e eo o(t)(t)调制信道模型调制信道模型网络输入输出关系可以表示为 ：网络输入输出关系可以表示为 ：2、 调制信道的表示2、 调制信道的表示3、 恒参信道和变参信道3、 恒参信道和变参信道1）恒参信道1）恒参信道定义定义：指信道的参数不随时间变化指信道的参数不随时间变化，如架空明线、同轴电缆以及中长波、地面波 传播均属于恒参信道 。

表达式表达式：若信道特性为h(t)，则输出信号 可表示为 )()()()(tnthteteio+∗=2）变参信道2）变参信道定义：定义：指信道的参数随时间变化，如短波电离反 射、超短波流星余迹散射、多径效应和选择性衰落均 属于变参信道指信道的参数随时间变化，如短波电离反 射、超短波流星余迹散射、多径效应和选择性衰落均 属于变参信道 表达式：表达式：式中，K(t)称为乘性干扰，它依赖于信道的特性， 是一个较为复杂的时间函数，它与信号是相乘关系 对信号的影响的两个因素：式中，K(t)称为乘性干扰，它依赖于信道的特性， 是一个较为复杂的时间函数，它与信号是相乘关系 对信号的影响的两个因素：乘性干扰K(t)乘性干扰K(t)和和加性干扰n(t) 加性干扰n(t) )()()()()]([)(0tntetKtntefteii+=+=?调制信道对信号的影响是通过K(t)及n(t)使调制信号 发生模拟变化；调制信道对信号的影响是通过K(t)及n(t)使调制信号 发生模拟变化；?编码信道是包括编码信道是包括调制信道调制信道、、调制器以及解调器调制器以及解调器的信 道，它与调制信道模型明显不同，主要是研究信道对 所传输的数字信号产生的影响。

的信 道，它与调制信道模型明显不同，主要是研究信道对 所传输的数字信号产生的影响因此编码信道所关心的是:在经过信道传输之后数字 信号是否因此编码信道所关心的是:在经过信道传输之后数字 信号是否出现差错出现差错以及以及出现差错的可能性出现差错的可能性有多少编码信道编码信道1 编码信道和调制信道的不同：1 编码信道和调制信道的不同：) 1/1 (1) 1/0(PP−=)0/0(1)0/1 (PP−=2 转移概率2 转移概率P(1/0) P(0/1)P(1/0) P(0/1)P(0/0P(0/0) )0011P(1/1)P(1/1)P(0/0)P(0/0) P(1/1)P(1/1)正确转移概率正确转移概率P(0/1) P(1/0)P(0/1) P(1/0)错误转移概率错误转移概率在编码信道中，若数字信号的差错是独立的， 也就是数字信号的前一个码元差错对后面的码元无 影响，称此信道为在编码信道中，若数字信号的差错是独立的， 也就是数字信号的前一个码元差错对后面的码元无 影响，称此信道为无记忆信道无记忆信道如果前一码元的差错影响到后面码元，这种信道 称为如果前一码元的差错影响到后面码元，这种信道 称为有记忆信道。

有记忆信道3 无记忆信道和有记忆信道3 无记忆信道和有记忆信道三 恒参信道三 恒参信道1、定义：幅度-频率特性是指已调信号中各频率分量 在通过信道时带来不同的衰减(或增益)，造成输出 信号的失真 2、理想无失真传输信道 传递函数：其中K是传输系数，td是延迟时间，它们都与频率 无关1、定义：幅度-频率特性是指已调信号中各频率分量 在通过信道时带来不同的衰减(或增益)，造成输出 信号的失真 2、理想无失真传输信道 传递函数：其中K是传输系数，td是延迟时间，它们都与频率 无关dtjeKHω)ω(−=幅度-频率特性幅度-频率特性幅频特性：幅频特性：|H(ω)| = K = 常数，1234f (KHz)|H( f )|02468 衰 减 (dB）K音频信道的幅度频率特性音频信道的幅度频率特性结论：结论：这种信道的不均匀衰减会使传输信号的各个频率分量受 到不同的衰减，引起传输信号的失真但是这种失真可以通过 信道这种信道的不均匀衰减会使传输信号的各个频率分量受 到不同的衰减，引起传输信号的失真但是这种失真可以通过 信道均衡均衡来加以改善来加以改善1 信道的1 信道的相位和频率相位和频率的关系： 式中，td为延迟时间，与频率无关。

2 信道的相位-频率特性 用群时延-频率特性来表示所谓群时延- 频率特性是指相位-频率特性的导数，即：的关系： 式中，td为延迟时间，与频率无关2 信道的相位-频率特性 用群时延-频率特性来表示所谓群时延- 频率特性是指相位-频率特性的导数，即：dtω)ω(−=ϕω)ω()ω(τddϕ=相位-频率特性相位-频率特性相位-频率特性曲线相位-频率特性曲线Kωωϕ(ω)Kωτ(ω)00实际信道的群时延-频率特性曲线实际信道的群时延-频率特性曲线0.20.40.60.81.0相 对 群 时 延 (dB）频率0.81.62.43.2f(KHz)群时延失真如同幅频失真一样，也是一种线 性失真，因此也可以通过均衡加以补偿群时延失真如同幅频失真一样，也是一种线 性失真，因此也可以通过均衡加以补偿四、变参信道四、变参信道衰落：衰落： 在变参信道中，传输媒介参数随气象条件和时 间的变化而随机变化 如电离层对电波的吸收特性随年份、季节、白 天和黑夜在不断的变化，因而对传输信号的衰减也 在不断地发生变化，这种变化通常称为衰落在变参信道中，传输媒介参数随气象条件和时 间的变化而随机变化 如电离层对电波的吸收特性随年份、季节、白 天和黑夜在不断的变化，因而对传输信号的衰减也 在不断地发生变化，这种变化通常称为衰落。

慢衰落：慢衰落： 由于上述信道参数的变化相对而言是十分缓慢 的，所以称这种衰落为慢衰落慢衰落对传输的信 号影响可以通过调节设备的增益来补偿由于上述信道参数的变化相对而言是十分缓慢 的，所以称这种衰落为慢衰落慢衰落对传输的信 号影响可以通过调节设备的增益来补偿变参信道的传输媒介，无论是电离层反射还是对 流层散射，它们的共同特点是：由发射点出发的电波 可能经多条路径到达接收点，这种现象称为变参信道的传输媒介，无论是电离层反射还是对 流层散射，它们的共同特点是：由发射点出发的电波 可能经多条路径到达接收点，这种现象称为多径传播多径传播电离层发收 (a)(b)对流层散射区多径效应：多径效应： 由于各条路径的衰减和时延都在随时间变化， 所以接收点合成信号的强弱也必然随时间不断地变 化，这种现象就是所谓的多径效应由于各条路径的衰减和时延都在随时间变化， 所以接收点合成信号的强弱也必然随时间不断地变 化，这种现象就是所谓的多径效应快衰落：快衰落： 由多径效应所引起的信号变化比慢衰落要快得 多，故称之为快衰落由多径效应所引起的信号变化比慢衰落要快得 多，故称之为快衰落频率选择性衰落：频率选择性衰落：在多径传播时，由于各条路径的等效网络传播函数 不同，于是各网络对不同频率的信号衰减也就不同 的，这就使接收点合成信号的频谱中某些分量衰减特 别严重，这种现象称为频率选择性衰落。

在多径传播时，由于各条路径的等效网络传播函数 不同，于是各网络对不同频率的信号衰减也就不同 的，这就使接收点合成信号的频谱中某些分量衰减特 别严重，这种现象称为频率选择性衰落时间弥散：时间弥散：由于多径传播，使到达接收点的各路径信号的波形 时延不同这样，会使原发送的信号波形在收端合成 时被展宽，这种现象称为时间弥散时间弥散对数字信号影响严重如果数字信号波 形是非零的，传输时就可能由于时间弥散现象造成前 后数字波形重叠，出现码间串扰由于多径传播，使到达接收点的各路径信号的波形 时延不同这样，会使原发送的信号波形在收端合成 时被展宽，这种现象称为时间弥散时间弥散对数字信号影响严重如果数字信号波 形是非零的，传输时就可能由于时间弥散现象造成前 后数字波形重叠，出现码间串扰措施：措施：变参信道的衰落，将会严重地影响系统的性 能为了抗快衰落，通常可采用多种措施，例如， 各种抗衰落的调制解调技术及接收技术等，其中较 为有效且常用的抗衰落措施是变参信道的衰落，将会严重地影响系统的性 能为了抗快衰落，通常可采用多种措施，例如， 各种抗衰落的调制解调技术及接收技术等，其中较 为有效且常用的抗衰落措施是分集接收分集接收。

分集接收方式分集接收方式1. 类型 ① 空间分集② 频率分集 ③ 角度分集④ 极化分集2.接收合并方式 ① 最佳选择式② 等增益相加式 ③ 最大比值相加法1. 类型 ① 空间分集② 频率分集 ③ 角度分集④ 极化分集2.接收合并方式 ① 最佳选择式② 等增益相加式 ③ 最大比值相加法通信系统需要研究的通信系统需要研究的三三个主要问题:个主要问题:(1)信号的特性；(2)系统的特性；(3)信号通过系统传输时，影响信号的噪声特性1)信号的特性；(2)系统的特性；(3)信号通过系统传输时，影响信号的噪声特性信号与噪声确知信号/随机信号 周期信号/非周期信号 模拟信号/数字信号 能量信号/功率信号确知信号/随机信号 周期信号/非周期信号 模拟信号/数字信号 能量信号/功率信号信号信号的分类信号分析方法的分类信号分析方法以基本信号的某种运算表示各种复杂信号，以对其性质及其对系统的作用进行分析研究以基本信号的某种运算表示各种复杂信号，以对其性质及其对系统的作用进行分析研究时域分析法频域分析法时域分析法频域分析法信号通过系统传输后的影响信号通过系统传输后的影响输入、输出信号和噪声的特性及表示方式；输入、输出信号和噪声的特性及表示方式；系统中输入输出信号和噪声之间的关系。

系统中输入输出信号和噪声之间的关系系统特性对信号传输的影响，即系统具有什么特性，信号的传输才处于最佳状态系统特性对信号传输的影响，即系统具有什么特性，信号的传输才处于最佳状态系统系统：可看作产生信号变换的任何过程可看作产生信号变换的任何过程按照确知信号和随机信。