现代通信原理 樊昌信 第3章 信 道

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1、第3章信道信道容量3.6信道对信号传输的影响3.4信道中的噪声3.5无线信道3.1有线信道3.2信道的数学模型3.3信道是指通信系统中发送端和接收端之间的信号传输通道。按照传输通道采用的媒体不同，信道可以分为两大类：无线信道和有线信道。无线信道利用电磁波在空间中的传播来传输信号；而有线信道则是利用人造的传导电或光信号的媒体来传输信号。3.1无线信道无线信道是利用电磁波在空间的传播来传输信号的。按照通信距离、工作频率和地理位置的不同，电磁波的传播主要分为地波、天波（或称电离层反射波）和视距传播3种；此外还有应用较少的散射传播方式。3.1.1地波频率在大约2MHz以下的电磁波趋于沿弯曲的地球表面

2、传播，有一定的绕射能力。这种传播方式称为地波传播。图3-1地波传播3.1.2天波利用电离层反射的传播方式称为天波传播。中波和短波（频率在300kHz～30MHz）的电磁波都能因电离层的反射，传播到较远的距离。但是，最常用天波传播的是频率在1.5～30MHz的短波通信。由图3-2可见，电离层反射波到达地面的区域可能是不连续的；图中用粗线表示的地面是电磁波可以到达的区域，其中在发射天线附近的地区是地波覆盖的范围，而在电磁波不能到达的其他区域称为寂静区。图3-2天波传播3.1.3视距传播频率高于30MHz的电磁波作视距传播。为了能增大其在地面上的传播距离，最简单的办法就是提升天线的高度从而增大视线

3、距离；由于视距传输的距离有限，为了达到远程通信的目的，可以采用无线中继的办法，即在地面每隔若干千米设立一个中继站，转发信号，如图3-3所示。图3-3微波中继信道的构成为了提高中继站天线的架设高度，可以利用人造卫星作为中继站。利用3颗这样的静止卫星作为转发站就能基本覆盖全球，保证全球通信（如图3-4所示）。图3-4静止卫星转发站3.1.4散射传播电磁波还可以经过散射方式传播。散射是由于传播媒体的不均匀性，使电磁波的传播产生向许多方向折射的现象。散射传播分为电离层散射、对流层散射和流星余迹散射3种。目前在民用无线电通信中，应用最广的是蜂窝网和卫星通信。蜂窝网工作在特高频（UHF）频段，在手机和基

4、站间使用地波和视距传播。卫星通信则工作在特高频和超高频（SHF）频段，其电磁波传播是利用视距传播方式，但是在地面和卫星之间的电磁波传播要穿过电离层。3.2有线信道有线信道主要有下列4种。1．明线明线是平行架设在电线杆上的架空线路，它通常由铜线、铝线或铁线作为导体，线径为3mm左右，传输损耗较低。2．对称电缆对称电缆的缆芯包含多对绝缘导线，每对导线构成一条传输信道。导线材料多用铜，直径为0.4～1.4mm。如图3-5所示。图3-5对称电缆结构示意图3．同轴电缆同轴电缆由内外两根同心导体构成，在这两根导体间用绝缘体隔离开。如图3-6所示。图3-6同轴电缆结构图4．光纤光纤是由折射率不同的两种玻璃

5、纤维制成的。光纤的中心称为纤芯，外面包有折射率较低的一层玻璃，称为包层。按照光波在光纤中传播的方式不同，光纤又分为多模光纤和单模光纤两类。多模光纤纤芯的直径是15～50μm，单模光纤的纤芯直径为8～10μm。多根光纤结构如图3-7所示。图3-7光纤和光缆结构示意图光纤传输频带宽，通信容量大，线路损耗低，传输距离远，抗干扰能力强，重量轻，节省有色金属；目前得到广泛的应用。3.3信道的数学模型3.3.1信道的定义我们为不同目的定义了两种信道：调制信道和编码信道。在图3-8中示出这两种信道的定义范围。图3-8两种信道定义的范围3.3.2调制信道的数学模型设调制信道有一对输入端和一对输出端，其输入输

6、出关系可以用下式表示（3-1）为了便于数学分析，通常假设即信道的作用相当于对输入信号乘一个系数k(t)。这样，式（3-1）就可以改写为（3-2）在图3-9中画出了此数学模型。图3-9调制信道数学模型3.3.3编码信道的数学模型调制信道对信号的影响是乘性干扰和加性干扰使信号的波形发生失真。由图3-8可见，编码信道的输入信号和输出信号是数字序列，二进制编码信道的简单的数学模型，如图3-10所示。图中P（0/0）和P（1/1）是正确转移概率。图3-10二进制编码信道模型在二进制系统中由于只有“0”和“1”这两种符号，所以由概率论可知P（0/0）=1–P（1/0）（3-3）P（1/1）=1–P（0/

7、1）（3-4）编码信道中产生错码的原因以及转移概率的大小主要是由于调制信道不理想造成的。3.4信道对信号传输的影响3.4.1恒参信道对信号传输的影响恒参信道可以当作非时变线性网络看待。非时变线性网络的传输特性可以用幅度—频率特性（简称幅频特性）和相位—频率特性（简称相频特性）来表征。典型的音频电话信道的幅度衰减特性[A(f)～f]，如图3-11（a）所示。这种失真称为幅频失真，它使信号波形产生失真。信道的相频