北郵通信原理課件 (2)new

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1、第二章信道和噪聲2.1信道的定義和數(shù)學(xué)模型2.2恒參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊?.3隨參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊?.4信道內(nèi)的噪聲（干擾）2.5隨機(jī)信號分析2.6通信中常見的幾種噪聲2.7隨機(jī)過程通過線性系統(tǒng)2.8信道容量及香農(nóng)公式2.1信道的定義和數(shù)學(xué)模型?1.信道是信號的傳輸媒質(zhì)。具體地說，信道是指由有線或無線線路提供的信號通路；抽象地說，信道是指定的一段頻帶，它讓信號通過，同時又給信號以限制和損害。信道的作用是傳輸信號。①有一對（或多對）輸入端，則必然有一對（或多對）②絕大部分信道是線性的，即滿足疊③信號通過信道需要一定的延遲時間；④信道對信號有損

2、耗（固定損耗或時變損耗）⑤即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的功率輸出（噪聲）。?（2）編碼信道是包括調(diào)制信道及調(diào)制器、解調(diào)器在內(nèi)的信道。它與調(diào)制信道模型有明顯的不同：即調(diào)制信道對信號的影響是通過k（t）和n（t）使調(diào)制信號發(fā)生“模擬”變化；而編碼信道對信號的影響則是一種數(shù)字序列的變換，即把一種數(shù)字序列變換成另一種數(shù)字序列，故有時把編碼信道看成是一種數(shù)字信道。2.2恒參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊?1.恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懖浑S時間而變，或者隨時間變化很緩慢，通常若在數(shù)字信號中幾個最長符號時間內(nèi)，信道特性基本不變即可認(rèn)為此信道為恒參信道。有線信

3、道為典型的恒參信道，有代表性的例子如下。?（1）對稱電纜是在同一保護(hù)套內(nèi)有許多對相互絕緣的雙導(dǎo)線的傳輸媒質(zhì)。?（2）同軸電纜由同軸的兩個導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是一個圓柱形的空管（在可彎曲的同軸電纜中，它可以由金屬絲編織而成），內(nèi)導(dǎo)體是金屬線（芯線）。?（3）以光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）為傳輸媒質(zhì)、光波為載波的光纖信道，可提供極大的傳輸容量。無線信道中的中、長波通信，超短波及微波視距通信等基本上也屬于恒參信道，舉例如下。?（1）無線電視距中繼是指工作頻率在超短波和微波波段時，電磁波基本上沿視線傳播，通信距離依靠中繼方式延伸的無線電線路。?（2）人造衛(wèi)星中繼信道可視為

4、無線電中繼信道的一種特殊形式。?2.恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺缹π盘杺鬏數(shù)挠绊懼饕蔷€性畸變，線性畸變是由于網(wǎng)絡(luò)特性不理想所造成的，具體從幅頻特性和相頻特性兩方面進(jìn)行討論。?（1）幅度-幅度-頻率畸變即幅頻畸變，它是由于信道幅頻特性不理想造成的。?（2）相位-頻率畸變（群遲延畸變）相頻畸變是由于信道相頻特性不理想造成的。理想的相頻特性曲線是通過原點(diǎn)的斜率為K的一條直線。所謂相位-頻率畸變，是指信道的相位-頻率特性偏離線性關(guān)系所引起的畸變。信道的相位—頻率特性還經(jīng)常用群遲延-頻率特性來衡量。?3.相位-頻率畸變（群遲延畸變）如同幅頻畸變一樣，也是一

5、種線性畸變。因此，采取相位均衡技術(shù)也可以補(bǔ)償群遲延畸變。2.3隨參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊?1.?（1）短波是指波長為100～10m（相應(yīng)的頻率為3～30MHz）的無線電波。在短波電離層反射信道中，多徑傳播現(xiàn)象對信號傳輸?shù)挠绊懽畲?，引起多徑?①電波經(jīng)電離層的一次反射和多次反射；?②?③地球磁場引起的電磁波束分裂成?④電離層不均勻性引起的漫射現(xiàn)象；?（2）對流層散射信道是一種超視距的傳播信道，其中一跳的傳播距離約為100～500km，可工作在超短波和微波波段。?①散射信號電平是不斷隨時間變化的，這些變化分為慢衰落（長期變化）和快衰落（短期變化）。?a.

6、慢衰落。?b.快衰落。?②?③脈沖信號通過帶限系統(tǒng)后，波形也被展寬，而且系統(tǒng)頻帶越窄，波形展寬越多。從這一角度來看，散射信道好像是一個帶限濾波器，其允許頻帶定義為式中τm——最大多徑時延差。從以上兩種典型的隨參信道的例子可以看出，隨參信道的傳輸媒質(zhì)具有以下三?①?②?③?2.隨參信道對信號傳輸?shù)挠绊?（1）一般衰落（頻率彌散現(xiàn)象）由于電離層反射、散射及對流層散射，電波從發(fā)射點(diǎn)出發(fā)可能經(jīng)多條路徑到達(dá)接收點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱“多徑傳播”。若設(shè)發(fā)射信號為Acosωct,則經(jīng)過n條路徑傳播后的接收信號R（t）可用下式表述：式中，ai（t）——總共n條多徑信號中第i條

7、tdi（t）——第i條路徑對應(yīng)于它的延υi（t）——相應(yīng)的隨機(jī)相位，即υi（t）=-ωctdi（t）其中a（t）是多徑信號合成后的包絡(luò)，即而υ（t）是多徑信號合成后的相位，即由于ai（t）和υi（t）都是隨機(jī)過程，故aI（t）、aQ（t）、a（t）和υ（t）也都是隨機(jī)過程。由式（2-8）可以看到，R（t）可視為一個窄帶隨機(jī)過程。圖2-13示出了R（t）的波形圖和頻譜圖，從圖中可得到如下結(jié)論：圖2-13R（t）的波形及頻譜①從波形上看，多徑傳播的結(jié)果使單一載頻信號Acosωct變成了包絡(luò)和相位都變②從頻譜上看，多徑傳播引起了頻率彌散（色散），即由單個頻率

8、變成了一個窄帶頻譜。?（2）頻率選擇性衰落設(shè)多徑傳播的路徑只有兩條，且到達(dá)接收點(diǎn)的兩路信號具有