通訊原理信道學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1通訊通訊(tngxn)原理信道原理信道第一頁(yè)，共49頁(yè)。2頻率(GHz)(a) 氧氣和水蒸氣（濃度7.5 g/m3）的衰減頻率(GHz)(b) 降雨的衰減衰減(dB/km)衰減 (dB/km)水蒸氣氧氣降雨率圖4-6 大氣衰減第2頁(yè)/共49頁(yè)第二頁(yè)，共49頁(yè)。3傳 播 路徑地 面圖4-1 地波傳播地 面信號(hào)傳播路徑圖 4-2 天波傳播第3頁(yè)/共49頁(yè)第三頁(yè)，共49頁(yè)。4n中繼通信：中繼通信：n衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星n平流層通信：平流層通信：ddh接 收 天接 收 天線線發(fā) 射 天發(fā) 射 天線線傳 播 途傳 播 途徑徑D地面地面rr圖圖 4-3 視線傳播

2、視線傳播圖圖4-4 無(wú)線電中繼無(wú)線電中繼50822DrDhmm505050508222DrDh第4頁(yè)/共49頁(yè)第四頁(yè)，共49頁(yè)。5圖圖4-7 對(duì)流層散射通信對(duì)流層散射通信地球地球有效散射區(qū)域有效散射區(qū)域第5頁(yè)/共49頁(yè)第五頁(yè)，共49頁(yè)。6圖圖4-8 流星余跡散射通信流星余跡散射通信流星余跡流星余跡第6頁(yè)/共49頁(yè)第六頁(yè)，共49頁(yè)。7第7頁(yè)/共49頁(yè)第七頁(yè)，共49頁(yè)。8圖4-9 雙絞線導(dǎo)體絕緣層導(dǎo)體金屬編織網(wǎng)保護(hù)層實(shí)心介質(zhì)圖4-10 同軸線第8頁(yè)/共49頁(yè)第八頁(yè)，共49頁(yè)。9折射率折射率n1n2折射率折射率n1n27 101 25折射率折射率n1n2單模階躍折射率光纖單模階躍折射率光纖圖圖4-1

3、1 光纖結(jié)構(gòu)示意圖光纖結(jié)構(gòu)示意圖(a)(b)(c)第9頁(yè)/共49頁(yè)第九頁(yè)，共49頁(yè)。100.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波長(zhǎng)（光波波長(zhǎng)（ m）1 . 5 5 m1 . 3 1 m圖圖4-12光纖損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系光纖損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系第10頁(yè)/共49頁(yè)第十頁(yè)，共49頁(yè)。11編碼信道編碼信道調(diào)制信道調(diào)制信道第11頁(yè)/共49頁(yè)第十一頁(yè)，共49頁(yè)。12nn這時(shí)上式變?yōu)椋哼@時(shí)上式變?yōu)椋簄 信道數(shù)學(xué)信道數(shù)學(xué)模型模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)圖圖4-13 調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)

4、()()()(tntetkteio第12頁(yè)/共49頁(yè)第十二頁(yè)，共49頁(yè)。13)()()()(tntetkteio第13頁(yè)/共49頁(yè)第十三頁(yè)，共49頁(yè)。14nP(0 / 0) = 1 P(1 / 0)nP(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0 / 0)P(1 / 1)圖圖4-13 二進(jìn)制編碼信道模型二進(jìn)制編碼信道模型發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端第14頁(yè)/共49頁(yè)第十四頁(yè)，共49頁(yè)。1501233210接收端接收端發(fā)送端發(fā)送端第15頁(yè)/共49頁(yè)第十五頁(yè)，共49頁(yè)。16n左圖為典型電話信道特性(txng)nn用插入損耗便于測(cè)量(a) 插入損耗頻率特性插入

5、損耗頻率特性第16頁(yè)/共49頁(yè)第十六頁(yè)，共49頁(yè)。17頻率頻率(kHz)（ms）群延遲群延遲(b) 群延遲頻率特性群延遲頻率特性dd)( 0相位頻率特性相位頻率特性第17頁(yè)/共49頁(yè)第十七頁(yè)，共49頁(yè)。18n其他失真：其他失真：n頻率偏移、相位抖動(dòng)頻率偏移、相位抖動(dòng)非線性關(guān)系非線性關(guān)系直線關(guān)系直線關(guān)系圖圖4-16 非線性特性非線性特性輸入電壓輸入電壓輸出電壓輸出電壓第18頁(yè)/共49頁(yè)第十八頁(yè)，共49頁(yè)。19即存在多徑傳播現(xiàn)象。即存在多徑傳播現(xiàn)象。n下面重點(diǎn)分析多徑效應(yīng)下面重點(diǎn)分析多徑效應(yīng)第19頁(yè)/共49頁(yè)第十九頁(yè)，共49頁(yè)。20n上式中的上式中的都是隨都是隨機(jī)變化的。機(jī)變化的。tA0cosni

6、niiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()()(ti)(ti)()(0ttii)(),(),(tttiii第20頁(yè)/共49頁(yè)第二十頁(yè)，共49頁(yè)。接收信號(hào)的相位接收信號(hào)的相位niniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()(緩慢隨機(jī)變化緩慢隨機(jī)變化(binhu)振幅振幅緩慢隨機(jī)緩慢隨機(jī)(su j)變化振幅變化振幅niniiiiitttttttR1100sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc)()()(22tXtXtVsc)()(tan)(1tXtXtcs第21頁(yè)/共49頁(yè)第

7、二十一頁(yè)，共49頁(yè)。22外部環(huán)境引起的。外部環(huán)境引起的。第22頁(yè)/共49頁(yè)第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。23n設(shè)設(shè)f (t)的傅里葉變換（即其頻譜）為的傅里葉變換（即其頻譜）為F()：n)()(Ftf第23頁(yè)/共49頁(yè)第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。 和信號(hào)頻率和信號(hào)頻率有關(guān)的復(fù)有關(guān)的復(fù)因子，其模為因子，其模為)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeAFtAf)1 ()()()(000jjeeAFtAftAf)1 ()()1 ()()(00jjjjeAeFeeAFH0je)1 (je2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第24頁(yè)/共49頁(yè)第二十四頁(yè)，共49頁(yè)。25衰落。圖4

8、-18 多徑效應(yīng)2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第25頁(yè)/共49頁(yè)第二十五頁(yè)，共49頁(yè)。26圖4-18 多徑效應(yīng)第26頁(yè)/共49頁(yè)第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。27第27頁(yè)/共49頁(yè)第二十七頁(yè)，共49頁(yè)。28第28頁(yè)/共49頁(yè)第二十八頁(yè)，共49頁(yè)。29nnR 阻值（阻值（）；）；nB 帶寬（帶寬（Hz）。）。n性質(zhì)：高斯白噪聲性質(zhì)：高斯白噪聲)V(4kTRBV 第29頁(yè)/共49頁(yè)第二十九頁(yè)，共49頁(yè)。30n討論噪聲對(duì)于通信系統(tǒng)的討論噪聲對(duì)于通信系統(tǒng)的影響時(shí)，主要是考慮起伏噪聲，影響時(shí)，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響。特別是熱噪聲的影響。第30頁(yè)/共49頁(yè)第三十頁(yè)，共49

9、頁(yè)。31密度密度dffPPnn)(第31頁(yè)/共49頁(yè)第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。nn可以認(rèn)為窄帶噪聲的功率可以認(rèn)為窄帶噪聲的功率(gngl)譜密譜密度在帶寬度在帶寬Bn內(nèi)是恒定的。內(nèi)是恒定的。圖圖4-19 噪聲功率譜特性噪聲功率譜特性 Pn(f)()()(2)(000fPdffPfPdffPBnnnnnPn (f0)接收接收(jishu)濾波器特性濾波器特性噪聲等效噪聲等效(dn xio)帶寬帶寬第32頁(yè)/共49頁(yè)第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。33n兩者之間可以互換第33頁(yè)/共49頁(yè)第三十三頁(yè)，共49頁(yè)。34x1x2x3y3y2y1接收端接收端發(fā)送端發(fā)送端xn。ym圖圖4-20 信道模型信道模型P(xi)P

10、(y1/x1)P(ym/x1)P(ym/xn)P(yj)第34頁(yè)/共49頁(yè)第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。35nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(第35頁(yè)/共49頁(yè)第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。36nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(niiixPxPxH12)(log)()(mjnijijijyxPyxPyPyxH112)/(log)/()()/(第36頁(yè)/共49頁(yè)第三十六頁(yè)，共49頁(yè)。37)1 (log)1 (log)(22H圖圖4-21 二進(jìn)制信源的

11、熵二進(jìn)制信源的熵H( )第37頁(yè)/共49頁(yè)第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。38H(x/y)。這再次說(shuō)明。這再次說(shuō)明H(x/y)即為因噪即為因噪聲而損失的平均信息量。聲而損失的平均信息量。x1x2x3y3y2y1接收端接收端發(fā)送端發(fā)送端。yn圖圖4-22 無(wú)噪聲信道模型無(wú)噪聲信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第38頁(yè)/共49頁(yè)第三十八頁(yè)，共49頁(yè)。39n r 符號(hào)數(shù)符號(hào)數(shù))/()(max)(yxHxHCxP)/()(max)(yxHxHrCxPt第39頁(yè)/共49頁(yè)第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。400011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) =

12、 1/128P(0/1) = 1/128發(fā)送端發(fā)送端圖圖4-23 對(duì)稱信道模型對(duì)稱信道模型接收端接收端第40頁(yè)/共49頁(yè)第四十頁(yè)，共49頁(yè)。121log2121log21)(log)()(1222niiixPxPxH)/(log)/()/(log)/()()/(log)/()/(log)/()()/(log)/()()/(2222221221212212112111112yxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyPyxHmjnijijij第41頁(yè)/共49頁(yè)第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。42045. 0055. 001. 0)7()128/1 (01. 0)128/127()

13、128/1 (log)128/1 ()128/127(log)128/127()/(log)/()/(log)/()/(221221211211yxPyxPyxPyxPyxH符號(hào)）（比特/955. 0)/()(max)(yxHxHCxP)/(955955. 01000)/()(max)(sbyxHxHrCxPt第42頁(yè)/共49頁(yè)第四十二頁(yè)，共49頁(yè)。43n由上式可見(jiàn)，連續(xù)信道的容量由上式可見(jiàn)，連續(xù)信道的容量Ct和信道帶寬和信道帶寬B、信號(hào)功率、信號(hào)功率S及噪聲及噪聲(zoshng)功率譜密度功率譜密度n0三個(gè)因素三個(gè)因素有關(guān)。有關(guān)。)/(1log2sbNSBCt)/(1log02sbBnSBC

14、t第43頁(yè)/共49頁(yè)第四十三頁(yè)，共49頁(yè)。)/(1log02sbBnSBCtxtxnSBnSSBnnSC/12002001log1log1)1ln(lim/10 xxxaealnloglog22020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB第44頁(yè)/共49頁(yè)第四十四頁(yè)，共49頁(yè)。45020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB圖圖4-24 信道容量和帶寬關(guān)系信道容量和帶寬關(guān)系S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)第45頁(yè)/共49頁(yè)第四十五頁(yè)，共49頁(yè)。460202021log/1log1lognEBBnTEBBnSBCbbbt)/(1log02sbBnSBCt第46頁(yè)/共49頁(yè)第四十六頁(yè)，共49頁(yè)。NSBCt/1log2第47頁(yè)/共49頁(yè)第四十七頁(yè)，共49頁(yè)。484 4，視距傳播舉例與天線高度有什么關(guān)系？，視距傳播舉例與天線高度有什么關(guān)系？6 6，何謂，何謂(hwi)(hwi)多徑效應(yīng)？多徑效應(yīng)？1818，試寫出連續(xù)信道容量的表達(dá)式。由此式看出信道容量的大小決定于哪些參量？，試寫出連續(xù)信道容量的表達(dá)式。由此式看