通信原理 第4章 信道(第七版).pptxVIP

第4章 信 道 本章内容: 第4章 信道 信道分类信道模型恒参/随参信道特性对信号传输的影响信道噪声信道容量 概 述信道的定义与分类狭义信道： —传输媒质有线信道——明线、电缆、光纤无线信道——自由空间或大气层无线信道举例：地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、卫星中继、散射及移动无线电信道广义信道： 调制信道——研究调制/解调问题编码信道——研究编码/译码问题§4.1 无线信道电离层平流层对流层地 面地球大气层的结构：60 km10 km0 km 对流层：约 0 ~10 km 平流层：约 10~60 km 电离层：约 60~400 km无线信道电磁波的传播方式：地波 ground- wave频率： 2 MHz特性：有绕射能力距离：数百或数千米用于：AM广播 天波 sky- wave频率：2~30 MHz特性：被电离层反射距离： 4000 km（一跳）用于：远程、短波通信传播路径 地波传播方式传播路径天波传播方式传播途径dd接收天线hD发射天线rr视线传播方式无线信道 视线传播 line-of-sight 频率： 30 MHz 特性：直线传播、穿透电离层 用途：卫星和外太空通信 超短波及微波通信 距离：与天线高度有关 例如 设收发天线的架设高度均为40 m，则最远通信距离为： D = 44.7 kmD 为收发天线间距离(km) QA 增大视线传播距离的其他途径？ 微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信无线信道 微波中继 两点间传输距离30km ~ 50km远距离通信时，需建立多个中继站 优点：容量大、投资少、维护方便、传输质量稳定。 应用：远距离传输话音和电视信号。无线信道 卫星中继 优点：通信容量大，传输质量稳定, 传输距离远，覆盖区域广。缺点：传输时延大，信号衰减大， 造价高。有效散射区域无线信道 散射通信 电离层散射 频率 ： 30 ~ 60 MHz 距离 ： 1000 km以上对流层散射 频率：100 ~ 4000 MHz 距离： 600 km地球对流层散射通信流星余迹无线信道 流星余迹散射特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟频率: 30 ~ 100 MHz距离: 1000 km以上用途: 低速存储、高速突发、断续传输§4.2 有线信道明线 对称电缆 同轴电缆 光纤明线1880年纽约街貌导体绝缘层双绞线Twisted Rair有线信道对称电缆 每对呈扭绞状，以减 小各线对的相互干扰。 传输衰减大/距离短，邻道间有串话干扰。 电话线路、局域网及综合布线工程中的传输介质特点由 多 对双绞线组成非屏蔽双绞线(UTP)（便宜、易弯曲、易安装）缺点屏蔽双绞线(STP)（可减少噪声干扰）应用有线信道同轴电缆组成 由同轴的两个导体组成内芯：金属导线外导体：金属编织网（相比双绞线）优点 抗电磁干扰能力强 带宽更宽、速率更高缺点 成本较高； 解决：用光缆代替（干线） 有线信道 基带同轴电缆：50Ω，多用于数字基带传输速率可达10Mb/s传输距离几千米 宽带（射频）同轴电缆：75Ω，用于传输模拟信号多用于有线电视（CATV）系统传输距离可达几十千米单模阶跃折射率光纤 光纤结构示意图有线信道光纤结构：纤芯包层按折射率分类：阶跃型梯度型按模式分类：多模光纤单模光纤有线信道优点 传输带宽宽、通信容量大； 传输衰减小，无中继传输距离远； ( 0.2dB/km) （几百公里） 抗电磁干扰，传输质量好，防窃听，耐腐蚀； 体积小，重量轻，节省有色金属，环保。缺点 易碎，接口昂贵，安装和维护需要专门技能。应用 长途电话网、有线电视网等的主干线路中。§4.3 信道数学模型§4.3.1调制信道模型 模型：叠加有噪声的线性时变/时不变网络：共性：有一对（或多对）输入端和输出端大多数信道都满足线性叠加原理对信号有固定或时变的延迟和损耗无信号输入时，仍可能有输出（噪声）加性噪声始终存在入出关系： 反映信道 本身特性 乘性干扰（共存共失）调制信道对信号的影响程度取决 与 的特性。 不同的物理信道具有不同的特性C(?)= 常数（可取1） 调制信道分为： （根据信道的时变特性） 恒参信道 ——特性基本不随时间变化 随参信道 ——特性随时间随机快变化加性高斯白噪声信道模型P(0 / 0) 00P(1/ 0)发送端接收端P(0 / 1)P(1 / 1) 11§4.3.2编码信道模型 模型：可用 转移概率来描述。二进制无记忆编码信道模型 P(0/0) P(1/1) 正确 P(1/0) P(0/1) 错误+ = 1+ = 10011接收端发送端2233四进制无记忆编码信道§4.4 恒参/随参信道特性对信号传输的影响 恒参信道 特性及其对信号传输的