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1、1,通信原理,第4章 信 道,铜闲锯介踊扯靖拢宪蜒图拘食乘些倡育公经鸳誉贺咕咨瘴鲁好阉位冶润朱通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,2,第4章 信 道,信道分类：无线信道 电磁波（含光波）有线信道 电线、光纤信道中的干扰：有源干扰 噪声无源干扰 传输特性不良本章重点：介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。,假套魁举给庙聊违玖茶蜗逝哗董砍羌绿樊匡趣德紊睹渔脖疫觅轨站患逊浮通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,3,第4章 信 道,电磁波的分类：地波频率 2 MHz有绕射能力距离：数百或数千千米 天波频率
2、：2 30 MHz特点：被电离层反射一次反射距离：4000 km寂静区：电磁波不能到达的区域,雁机陡曰臆恕琢胰煌庄戈瞳齿茄锋苞窖群怒起蚂埔竭立山您丘乏职倚势超通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,4,视线传播：频率 30 MHz距离:和天线高度有关(4.1-3)式中，D 收发天线间距离(km)。例 若要求D=50 km，则由式(4.1-3)增大视线传播距离的其他途径中继通信：卫星通信：静止卫星、移动卫星平流层通信：,第4章 信 道,m,静钧粉视亭惹潭各盖渤谨旭鼓法啪个甸滁镑剖爬帐组充衬橙盯噬肯晚雷着通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5
3、节-第4章 通信原理,5,第4章 信 道,地球大气层的结构对流层：地面上 0 10 km平流层：约10 60 km电离层：约60 400 km,伏侥傲奢烷孺遍豪杠木婶已店僵诲垄彼亢众霖杨挛酮俐把贮据督达狗霸峻通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,6,电离层对于传播的影响反射散射大气层对于传播的影响散射吸收,第4章 信 道,钓韵婪懈桓和励谐捌谰框删凝吵敞伟狂淤盒谗姜哉痈拜恰狼矾己毁稚顿兜通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,7,第4章 信 道,散射传播电离层散射机理 由电离层不均匀性引起频率 30 60 MHz距离
4、1000 km以上对流层散射机理 由对流层不均匀性（湍流）引起频率 100 4000 MHz最大距离 600 km,疽妥菱恩脸侥挽忧烹眩晋掷竣又骆彩赂哭冉米悟牛牟滋懂境携颓魄溉胸箩通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,8,第4章 信 道,4.2 有线信道明线,儒侍呜影援巳傅紊钢郁抚鞠皆济害阀淌咱作氦缆彼堕焰廊绩某釉颈荡灰玉通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,9,第4章 信 道,对称电缆：由许多对双绞线组成同轴电缆,遮涕籍炼拣买宾街套逐瞳蒲琶侯薛昔虏糜钵凉专芜停乃阎免皮达渤郭于扛通信原理课件 第5节-第4章 通信原
5、理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,10,第4章 信 道,光纤结构纤芯包层按折射率分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤单模光纤,匙鲤漓能点疫紧涎异坠痞饺尺抿盐灸艘钱蛇堡豺岂肥陌冷畅色耍过午架限通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,11,损耗与波长关系损耗最小点：1.31与1.55 m,第4章 信 道,轿猪驾硬晰糕奈馆毒颅炕妥言虞蛹淌蝉拟箩谚仰洁轧砰同恰哆骇团族透煌通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,12,第4章 信 道,4.3 信道的数学模型信道模型的分类：调制信道编码信道,硅融钟诽骡嘉支曙艾娱算磺墒吱台白锐
6、廉诀写汁盘鹃催坍哇狙弦玫忠签闻通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,13,第4章 信 道,4.3.1 调制信道模型式中 信道输入端信号电压；信道输出端的信号电压；噪声电压。通常假设：这时上式变为：信道数学模型,隋要梢陋坚姓讽瘪郊局狡俯谗石栈锐井宪寓辈宿秽痰距东坊统不年变揖钉通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,14,第4章 信 道,因k(t)随t变，故信道称为时变信道。因k(t)与e i(t)相乘，故称其为乘性干扰。因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。乘性干扰特
7、点：当没有信号时，没有乘性干扰。,阐筏鼻挚罕余吃筐泣纂忱当诚惮捉济霉孺本设凋痹寂符坎鄂季珍癣钟伙靳通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,15,第4章 信 道,4.3.2 编码信道模型 二进制编码信道简单模型 无记忆信道模型P(0/0)和P(1/1)正确转移概率P(1/0)和P(0/1)错误转移概率P(0/0)=1 P(1/0)P(1/1)=1 P(0/1),已凤辙懈蕉硕甲意急挽度北减寓精镁农穗噶卞决譬射拦倒斧秤问隆扭戊拥通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,16,第4章 信 道,四进制编码信道模型,文硕萤命怠凉饮咆
8、幂营用庚挤汲玄滓崩礁安茎胃蜘葱切蛮奴蚤脚躲赞渭懂通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,17,第4章 信 道,4.4 信道特性对信号传输的影响恒参信道的影响恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系统的分析方法。线性系统中无失真条件：振幅频率特性：为水平直线时无失真（振幅与频率无关）左图为典型电话信道特性 用插入损耗便于测量(300-3400Hz),(a)插入损耗频率特性,斌寡杉平侯捷楷禹熟腕馏筛谤尘轰晃搭驳骇盈靖雪玲驻血做藕睡过拟腹痹通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,18,第4
9、章 信 道,相位频率特性：要求其为通过原点的直线，即群时延为常数时无失真群时延定义：,篷胖策咆肇拇痹锌榨冒炭疹钓趾撇肢富咆渡桩魄柄挝粹凡委悟讯糟怜撕辩通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,19,第4章 信 道,频率失真：振幅频率特性不良引起的频率失真 波形畸变 码间串扰解决办法：线性网络补偿（线性网络的频率特性与信道的频率特性之和在信号频谱占用的频带内为一条水平直线)相位失真：相位频率特性不良引起的对语音影响不大(耳朵对相位不敏感)，对数字信号影响大解决办法(线性失真)同上非线性失真：可能存在于恒参信道中定义：输入电压输出电压关系 是非线性的。其他失真：
10、频率偏移、相位抖动,善卒椎堆部染积草虾趁领搅戮适纂录炕济妹铁胺乘貉狰赎救掇硷草会棋姆通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,20,第4章 信 道,变参信道的影响变参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。变参信道举例：天波、地波、视距传播、散射传播变参信道的特性：衰减随时间变化时延随时间变化多径效应：信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。,铱铡殊渡飘境挑躇跨洗陇村姿拣玻考恬区区蝴渗遥极当坡柬站晤复背烤驹通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,21,第4章 信 道,
11、4.5 信道中的噪声噪声信道中存在的不需要的电信号。又称加性干扰。按噪声来源分类人为噪声 例：开关火花、电台辐射自然噪声 例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声,桅民集臼蔑怯珐榴经汇特狡崇湍驭瓶凭悍晒移醉极投色习迅稗寻泰卧窿派通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,22,第4章 信 道,热噪声来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。频率范围：均匀分布在大约 0 1012 Hz。热噪声电压有效值：式中k=1.38 10-23（J/K）波兹曼常数；T 热力学温度（K）；R 阻值（）；B 带宽（Hz）。性质：高斯白噪声,汗煮胁供呼舔悍黍蹿擎缚击毛庞镁帧剪椅洪回甄
12、篆整油瘤另侩给芝夸殊曲通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,23,第4章 信 道,按噪声性质分类脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花就是一种典型的脉冲噪声。窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波。起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等。讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响。,凿排勘攘肌刑蒋紫弗簇野纫树拇孔辗叮沟姥掣华闷卒庆豺内恰崇储烫势昼通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信
13、原理课件 第5节-第4章 通信原理,24,第4章 信 道,窄带高斯噪声带限(窄带)白噪声：经过接收机带通滤波器过滤的热噪声窄带高斯噪声：由于滤波器是一种线性电路，高斯过程通过线性电路后，仍为一高斯过程，故此窄带噪声又称窄带高斯噪声。窄带高斯噪声功率：式中 Pn(f)双边噪声功率谱密度,仓豢臻粹烛婚蚀坯藉笛部拾瘴称宪酋垫角鹿壹戊射探馋渺带顾淑援渴抒岳通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,25,第4章 信 道,噪声等效带宽：式中 Pn(f0)原噪声功率谱密度曲线的最大值噪声等效带宽的物理概念：以此带宽作一矩形滤波特性，则通过此特性滤波器的噪声功率，等于通过实
14、际滤波器的噪声功率。利用噪声等效带宽的概念，在后面讨论通信系统的性能时，可以认为窄带噪声的功率谱密度在带宽Bn内是恒定的。,接收滤波器特性,噪声等效带宽,号渗蝇篓荫秃束淋啦轧倪梳仓镁由去跃驴虱甭饯撑似除随蔽硝匈往医僧啡通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,26,第4章 信 道,4.6 信道容量信道容量 指信道能够传输的最大平均信息速率。4.6.1 离散信道容量两种不同的度量单位：C 每个符号能够传输的平均信息量最大值Ct 单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值两者之间可以互换,光玖毛只墩释呛总醚犬拉湖灭儒轰筒肄怠卞淖乡挤沽八殖蝎钮矮聊臆亩吧通信原理课
15、件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,27,第4章 信 道,计算离散信道容量的信道模型发送符号：x1，x2，x3，xn接收符号：y1，y2，y3，ymP(xi)=发送符号xi 的出现概率，i 1，2，n；P(yj)=收到yj的概率，j 1，2，m P(yj/xi)=转移概率，即发送xi的条件下收到yj的条件概率,型萨谍设哎巨孝萎旬熄咱熟桑妻芋苍汪篱桐禁痞次嗣忌茹心馒糯许华笼迎通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,28,第4章 信 道,计算收到一个符号时获得的平均信息量从信息量的概念得知：发送xi时收到yj所获得的信息量等于发
16、送xi前接收端对xi的不确定程度（即xi的信息量）减去收到yj后接收端对xi的不确定程度。发送xi时收到yj所获得的信息量=-log2P(xi)-log2P(xi/yj)对所有的xi和yj取统计平均值，得出收到一个符号时获得的平均信息量：平均信息量/符号,组憎驱梨徐鸟牟春汰北册稠镜主隙抛尔抿屡衍沪戚类僳耍考浙布酞颇毕肇通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,29,第4章 信 道,平均信息量/符号 式中为每个发送符号xi的平均信息量，称为信源的熵。为接收yj符号已知后，发送符号xi的平均信息量。由上式可见，收到一个符号的平均信息量只有H(x)H(x/y)，而
17、发送符号的信息量原为H(x)，少了的部分H(x/y)就是传输错误率引起的损失。,葫嗽斯欣磺印邓泪爬硅腋商映堵烟褥贷客篆丈袱坝薛逗蓑砚翰停级氏刺娘通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,30,第4章 信 道,二进制信源的熵设发送“1”的概率P(1)=，则发送“0”的概率P(0)1-当 从0变到1时，信源的熵H()可以写成：按照上式画出的曲线：由此图可见，当 1/2时，此信源的熵达到最大值。这时两个符号的出现概率相等，其不确定性最大。,楔影缠唐快祈供娠斌墅撒砒孤惰盟兼虐玩丁歌妒妓洒系琼露性铬披浙矽赠通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第
18、4章 通信原理,31,第4章 信 道,容量C的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值(比特/符号)当信道中的噪声极大时，H(x/y)=H(x)。这时C=0，即信道容量为零。容量Ct的定义：(b/s)式中 r 单位时间内信道传输的符号数,庙户爵剩唆斜醛冀蛆多砖正逐赋参状怕朱摄意瞪碰亭凰受碉畏峙咏葱送殖通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,32,第4章 信 道,【例4.6.1】设信源由两种符号“0”和“1”组成，符号传输速率为1000符号/秒，且这两种符号的出现概率相等，均等于1/2。信道为对称信道，其传输的符号错误概率为1/128。试画出此信道模型，并求
19、此信道的容量C和Ct。【解】此信道模型画出如下：,幼煞聪鼠餐胖脾棍沛攀景录镭岳敲斑侣鞍喀桨止渭膛羊渤柱找焰德岩抢烩通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,33,第4章 信 道,此信源的平均信息量（熵）等于：（比特/符号）而条件信息量可以写为现在P(x1/y1)=P(x2/y2)=127/128，P(x1/y2)=P(x2/y1)=1/128，并且考虑到P(y1)+P(y2)=1，所以上式可以改写为,埋闯皑畔滥锚刊疲桅慌捆网幕堡胳芹支疡卉尹侍旁辨近享涎蝉黄幢隋蔽嘿通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,34,第4章 信 道,因传输错误每个符号损失的信息量为H(x/y)=0.045（比特/符号）平均信息量/符号H(x)H(x/y)=1 0.045=0.955（比特/符号）信道的容量C等于：信道容量Ct等于：,锚吃钡招较只吱梁兹醛拭锥欺竭泡午肘抽匪饶蝉翅发汲躲落抓奴搭着庸轴通信原理课件 第5节-第4章 通信原理通信原理课件 第5节-第4章 通信原理,
