通信原理(第六版)第4章

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1、通信原理1通信原理第4章信道2第4章信道信道分类：有线信道－电线、光纤无线信道－空间信号载体－电磁波（含光波）信道中的干扰：有源干扰－噪声无源干扰－失真（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。34.2有线信道明线4.2有线信道4对称电缆：由许多对双绞线组成同轴电缆图4-9双绞线导体绝缘层导体金属编织网保护层实心介质图4-10同轴线4.2有线信道5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光源发光二极管(LED)激光器折射率n1n2折射率n1n27～10125

2、折射率n1n2单模阶跃折射率光纤图4-11光纤结构示意图(a)(b)(c)4.2有线信道6损耗与波长关系损耗最小点：1.31与1.55m典型的有线通信长途通信市话局间通信用户线通信0.70.91.11.31.51.7光波波长（m）1.55m1.31m图4-12光纤损耗与波长的关系4.2有线信道74.1无线信道4.1无线信道无线信道电磁波的频率－受天线尺寸限制频率越低，天线尺寸越大。(例：f=3000Hz,λ=100km,D=10km)。所以用于无线通信的电磁波频率都比较高。地球大气层的结构对流层：地面上0~10k

3、m平流层：约10～60km电离层：约60～400km地面对流层平流层电离层10km60km0km8电离层对于传播的影响有利：反射不利：散射大气层对于传播的影响有利：直射，折(绕)射不利：散射，吸收频率(GHz)(a)氧气和水蒸气（浓度7.5g/m3）的衰减频率(GHz)(b)降雨的衰减衰减(dB/km)衰减(dB/km)水蒸气氧气降雨率图4-6大气衰减4.1无线信道9传播路径地面图4-1地波传播地面信号传播路径图4-2天波传播电磁波的分类：地波频率<2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米天波频率：2~30MHz特点：被电

4、离层反射一次反射距离：<4000km静默区：两反射区间空白4.1无线信道10视线传播：频率>30MHz距离:和天线高度有关(4.1-3)式中，D–收发天线间距离(km)。r－地球等效半径(约6370km)[例]若要求D=50km，则由式(4.1-3)ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr图4-3视线传播图4-4无线电中继m4.1无线信道11图4-7对流层散射通信地球有效散射区域散射传播电离层散射机理－由电离层不均匀性引起频率－30~60MHz距离－1000km以上对流层散射机理－由对流层不均匀性（湍流）引起频率－100

5、~4000MHz最大距离<600km4.1无线信道12流星余迹散射流星余迹特点－高度80~120km，长度15~40km存留时间：小于1秒至几分钟频率－30~100MHz距离－1000km以上特点－低速存储、高速突发、断续传输图4-8流星余迹散射通信流星余迹4.1无线信道13典型的无线通信移动通信卫星通信：静止、移动卫星固定无线接入数据(数字)微波中继海上、空中通信山区固定电话4.1无线信道144.3信道的数学模型4.3信道的数学模型信道模型的分类：狭义信道(传输媒介)、广义信道(如下：)调制信道(又称模拟信道)、编码信

6、道(又称数字信道)编码信道调制信道154.3.1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。是泛函数。通常假设：这时上式变为：－信道数学模型满足以上关系的是线性系统f[ei(t)]eo(t)ei(t)n(t)图4-13调制信道数学模型4.3信道的数学模型16从频域看：因K(,t)随t变化，故信道称为时变系统。因K(,t)与Ei()相乘，故称其为乘性干扰。N()与Ei()相加，称为加性干扰因K(,t)作随机变化，故又称信道为随参信道。若K(,t)不随t变化或变化很小，近似为K(

7、)，等价于时不变系统，称信道为恒参信道，。干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。加性干扰正相反。4.3信道的数学模型174.3.2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)P(1/0)P(0/1)0011P(0/0)P(1/1)图4-13二进制编码信道模型发送端接收端4.3信道的数学模型P(0)P(1)18若发0的概率为P(0)，发1的概率为P(1)，则误码率Pe=P(0)P

8、(1/0)+P(1)P(0/1)四进制编码信道模型01233210接收端发送端4.3信道的数学模型194.4信道特性对信号传输的影响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