第三章信道-Read.doc

第三章 信 道 任何一个通信系统从大的方向均可视为由发送端、信道、接收端三大部分组成。因此信道是通信系统不可缺少的组成部分。信道的特性好坏直接影响到系统的总特性。 3.1 信道定义与分类 信道是以传输媒质为基础的信号通道。 为了研究的需要，将有关转换设备一并划入狭义信道，称为广义信道。 广义信道：除传输媒质外，还包括有关发送设备、接收设备、天线、Modem等。 见图3—1 樊书P34 3.2 信道数学模型 一、调制信道模型 在具有调制解调过程的任何一种通信方式中，已调信号离开调制器便进入调制信道，对于Modem而言，通常可以不管调制信号包括什么样的转换器，也不管选用了什么样的传输媒质，以及发生了怎样的传输过程，研究的着眼点只关心已调信号通过调制信道的最终结果，即只关心调制信道输入/输出信号的关系。 因此把调制信道概括成一个模型是可能的。 通过对调制信道进行大量考察之后，发现有如下主要特性： ① 有一对（或多对）输入端，则必然有一对（或多对）输出端； ② 绝大多数的信道都是线性的，满足叠加定理； ③ 信号通过信道有迟延时间； ④ 信号通过信道有损耗； ⑤ 无信号输入信道时，仍有（可能）一定的功率输出（噪声）。 由此看来，可用一个二端对（或多端对）的时变线性网络去代替调制信道，这个网络称作调制信道模型（图示）。 对于二端对网络: 输入的已调信号， 信道输出波形，信道噪声（干扰）（加性干扰）; ～ 表示信道对信号的影响（变换）的某种函数关系。 寻找到这种函数关系是 对的一种乘性干扰。 可以写成： 如果了解的特性，信道对信号的特性就能搞清楚。 二、编码信道 编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变成另一种数字序列。调制信道对信号影响使发生模拟性变化，称模拟信道。 编码信道称数字信道，它将调制信道包含在内。乘性干扰、加性干扰越严重，输出的数字序列出错概率越大。 编码信道可用信道转移概率（条件概率）来描述。 图示二进制无记忆信道模型 编码信道包含调制信道，且特性密切依赖于调制信道。 下面进一步讨论调制信道。分为恒参信道和随参信道。 3.3 恒参信道举例 一、有线电信道 (1) 架空明线（边远乡村的电话线）；(2) 对称电缆；(3) 同轴电缆 二、光纤信道 以光导纤维为传输媒质 ~ 光缆 三、无线电信道视距中继 四、卫星中继通信 3.4 恒参信道的特性及对信号的影响 一、传输特性与不失真条件 恒参信道是指乘性干扰基本不随时间变化的信道。因此恒参信道可等效为一个线性时不变网络，其传输特性可用幅频特性，相频特性共同描述。 幅频特性：， 相频特性： 我们希望信号经过信道后不产生失真，则希望满足不失真条件： 常采用： 引入群延迟—频率特性，定义为相位—频率特性的导数： 可见若呈线性关系，则曲线是一条水平线。这时信号的不同频率成分将有相同的时延，因而信号经过该信道传输后，将不发生失真。（参见图3—14.樊书P44） 理想的相位 ～ 频率，群延迟 ～ 频率特性图： 对于音频电话信道，导线有电阻，在高频时还有电感，两根导线之间有分布电容，因此电话信道可看成是由一个个电阻电感电容二端口网络级连而成，见下图。 因为人的耳朵对相频不太敏感， 可不考虑相频影响，仅考虑幅频特性： ，见图示。 二、两种失真及影响 实际信道特性不理想，必然对信号产生两种失真： (1) 幅频失真是指信号中不同频率的分量分别受到信道不同的衰减。它对模拟信道影响较大（如模拟电话信道），导致信号波形畸变，输出信噪比下降。 (2) 相频失真（或群延迟失真）是指信号中不同频率分量分别受到信道不同的时延，它对数字通信影响大，会引起严重的码间干扰，造成误码。樊书P44.图3—14 综上，恒参信道通常用它的幅频、相频特性来表达这二个特性不理想，将是损害信号传输特性的重要因素。实际中常采用“均衡”措施去补偿信道的传输特性。 3.5 随参信道举例 随参信道是指乘性干扰是一随机过程，且随机快变化的信道。 (1) 短波电离层反射信道 电离层离地面60~600Km的大气层，由分子、原子、离子及自由电子组成。电离层密度变化导致电磁波被吸收损耗不同。 (2) 对流层散射信道 离地面10~12Km以下的大气层称对流层。气体分子、雨雾中小滴，对流层结构不均匀造成电波产生折射、反射、散