通信原理 张水英版电子课件ch-2.ppt

第2章信道与噪声 2 内容 2 1信道及其分类2 2信道模型2 3典型恒参信道2 4恒参信道特性及其对信号影响2 5典型随参信道2 6随参信道特性及其对信号影响2 7分集接收2 8信道加性噪声2 9信道容量 3 2 1信道及其分类 研究信道的目的信道的定义狭义信道广义信道信道的分类狭义信道 有线信道和无线信道广义信道 调制信道和编码信道 4 调制信道和编码信道 5 2 2信道模型 调制信道模型编码信道模型 6 一 调制信道模型 调制信道特点 具有一对 或多对 输入端和输出端 绝大部分信道是线性的 即满足叠加性和齐次性 信号通过信道需要一定的延迟时间 信道对信号有损耗 固定损耗或时变损耗 即使没有信号输入 在输出端仍有一定的功率输出 7 一 调制信道模型 调制信道模型 eo t f ei t n t 8 一 调制信道模型 通常 f ei t 可以表示为 k t ei t 此时 eo t k t ei t n t eo t f ei t n t 当k t 常数 称为恒 定 参 量 信道例如 同轴电缆 当k t 常数 称为随 机 参 量 信道例如 移动蜂窝网通信信道 9 二 编码信道模型 二进制信号 无记忆信道 10 二 编码信道模型 四进制编码信道模型 11 2 3典型恒参信道 明线对称电缆同轴电缆光纤无线视距中继卫星中继 12 一 明线 13 二 对称电缆 双绞线 14 三 同轴电缆 常用的同轴电缆有两类 50 和75 15 四 光纤 16 五 无线视距中继 频率 30MHz以上 类似光波做视线传播 将穿透电离层 17 六 卫星中继 18 2 4恒参信道特性及其对信号影响 恒参信道一般特性理想恒参信道实际信道其他影响因素及措施 19 一 恒参信道一般特性 恒参信道传输特性可等效为线性时不变网络 线性时不变网络可用幅频特性和相频特性来表征 即 20 二 理想恒参信道 21 相频失真理解 22 三 实际信道 幅频失真 相频失真 23 四 其他影响因素及措施 畸变的影响 使波形失真 码间串扰 线性失真 幅频失真和相频失真 属于线性失真可用 线性补偿网络 纠正 均衡 非线性失真 振幅特性非线性 频率偏移 相位抖动 非线性失真 难以消除 24 例2 1 如图所示网络 求它的频率特性 判断是否存在幅频失真及相频失真 25 2 5典型随参信道 一 电离层反射信道 26 多径传播的几种主要形式 27 2 5典型随参信道 二 对流层散射信道 28 2 6恒参信道特性及其对信号影响 随参信道的特点多径效应的瑞利衰落多径效应的频率选择性衰落 29 一 随参信道的特点 信号的衰耗随时间随机变化信号传输的时延随时间随机变化多径传播 30 二 多径效应的瑞利衰落 设有n条路径 并设输入信号为 则收端接收信号为 31 二 多径效应的瑞利衰落 结论 1 多径传播使单一频率的正弦信号变成了包络和相位受调制的窄带信号 这种信号称为衰落信号 2 从频谱上看 多径传播使单一谱线变成了窄带频谱 即多径传播引起了频率弥散 32 三 多径效应的频率选择性衰落 并设输入信号为 则收端接收信号为 其频域表示式为 信道传输函数为 33 三 多径效应的频率选择性衰落 信道传输函数为 则 34 三 多径效应的频率选择性衰落 结论 当即或时 出现传播极点 当即或时 出现传播零点 35 三 多径效应的频率选择性衰落 定义多径传播信道相关带宽为 工程设计中 信号带宽为相关带宽的1 5 1 3 即 36 例2 2 某随参信道的两径时延差 为1ms 试求该信道在哪些频率上传输衰耗最大 选用哪些频率传输信号最有利 37 2 7分集接收 一 基本思想二 分集方式空间分集频率分集角度分集极化分集 38 2 7分集接收 三 合并方式最佳选择式等增益相加式最佳比例相加式 39 2 8信道加性噪声 一 加性噪声的来源人为噪声自然噪声内部噪声二 噪声的种类单频噪声脉冲噪声起伏噪声三 起伏噪声热噪声散弹噪声宇宙噪声 40 2 9信道容量 一 信道容量定义信道容量 是指信道中信息无差错传输的最大速率二 离散信道的信道容量互信息量 物理含义 某个符号传递的信息量 41 二 离散信道的信道容量 平均每个符号传递的信息量为 或 说明 对于一定的信道 是一定的 而不同的 将对应不同的 其中某一种概率分布对应的将最大 表示为 结论 C是每个符号平均能够传送的最大信息量 即信道容量 信道容量另一定义 其中 42 例2 3 设信息源由符号0和1组成 顺次选择两符号构成所有可能的消息 如果消息传输速率是每秒1000符号 且两符号出现的概率相等 传输中 平均每100符号中有一个符号不正确 试问这时传输信息的速率是多少 43 三 连续信道的信道容量 或 说明 增大信号功率可以增加信道容量 若信号功率趋于无穷大 则信道容量也趋于无穷大 减小噪声功率 或减小噪声功率谱密度 可以增加信道容量 若噪声功率趋于零 则信道容量趋于无穷大 增大信道带宽可以增加信道容量 但不能使信道容量无限制增大 44 例2 4 电视图像可以大致认为由300000个小像元组成 对于一般要求的对比度 每一像元大约取10个可辨别的亮度电平 例如对应黑色 深灰色 浅灰色 白色等 现假设对于任何像元 10个亮度电平是等概率出现的 每秒发送30帧图像 并且 为了满意地重现图像 要求信噪比S N为1000 即30dB 在这种条件下 我们来计算传输上述信号所需的带宽 45 小结 信道的定义 狭义信道和广义信道 狭义信道分类 有线信道和无线信道 广义信道分类 调制信道和编码信道 调制信道分类 恒参信道和随参信道 恒参信道对信号影响 幅频失真 相频失真 随参信道对信号影响 瑞利型衰落和频率弥散 频率选择性衰落 加性噪声 起伏噪声是加性噪声的典型代表 主要包括热噪声 散弹噪声和宇宙噪声 它们均是高斯白噪声 信道容量 及 46 作业 4 9 12 14 16 。