通信原理無線信道資料學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1通信通信(tng xn)原理無線信道資料原理無線信道資料第一頁，共72頁。2噪聲的特性，及其對(duì)于信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。?頁/共72頁第二頁，共72頁。3地 面對(duì)流層平流層電離層10 km60 km0 km第3頁/共72頁第三頁，共72頁。4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4頁/共72頁第四頁，共72頁。5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5頁/共72頁第五頁，共72頁。6n中繼通信：n衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星

2、n平流層通信：ddh接 收 天線發(fā) 射 天線傳 播 途徑D地面rr圖 4-3 視線傳播圖4-4 無線電中繼50822DrDhmm505050508222DrDh第6頁/共72頁第六頁，共72頁。7第7頁/共72頁第七頁，共72頁。8圖4-7 對(duì)流層散射通信地球有效散射區(qū)域第8頁/共72頁第八頁，共72頁。9圖4-8 流星余跡散射通信流星余跡第9頁/共72頁第九頁，共72頁。10第10頁/共72頁第十頁，共72頁。11第11頁/共72頁第十一頁，共72頁。12第12頁/共72頁第十二頁，共72頁。13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13頁/共72頁第十三

3、頁，共72頁。14折射率n1n2折射率n1n27 101 25折射率n1n2單模階躍折射率光纖單模階躍折射率光纖圖4-11 光纖結(jié)構(gòu)示意圖(a)(b)(c)第14頁/共72頁第十四頁，共72頁。150.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波長（m）1 . 5 5 m1 . 3 1 m圖4-12光纖損耗與波長的關(guān)系第15頁/共72頁第十五頁，共72頁。16編碼信道調(diào)制信道第16頁/共72頁第十六頁，共72頁。17第17頁/共72頁第十七頁，共72頁。18第18頁/共72頁第十八頁，共72頁。19nn這時(shí)上式變?yōu)椋簄 信道數(shù)學(xué)模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)圖4-13 調(diào)制

4、信道數(shù)學(xué)模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第19頁/共72頁第十九頁，共72頁。20)()()()(tntetkteio第20頁/共72頁第二十頁，共72頁。21 tefi第21頁/共72頁第二十一頁，共72頁。22注意(zh y)！第22頁/共72頁第二十二頁，共72頁。23第23頁/共72頁第二十三頁，共72頁。24nP(1/ 0)和P(0 / 1) 錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率nP(0 / 0) = 1 P(1 / 0)nP(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0

5、 / 0)P(1 / 1)圖4-13 二進(jìn)制編碼信道模型發(fā)送端接收端第24頁/共72頁第二十四頁，共72頁。25第25頁/共72頁第二十五頁，共72頁。2601233210接收端發(fā)送端第26頁/共72頁第二十六頁，共72頁。27n恒參信道非時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過線性系統(tǒng)的分析方法。第27頁/共72頁第二十七頁，共72頁。28 H 第28頁/共72頁第二十八頁，共72頁。29(qngkung)真?zhèn)鬏敗?第29頁/共72頁第二十九頁，共72頁。30第30頁/共72頁第三十頁，共72頁。31第31頁/共72頁第三十一頁，共72頁。32第32頁/共72頁第三十二頁，共72頁。33(a) 插入損耗頻率特性

6、頻率(kHz)（ms）群延遲(b) 群延遲頻率特性第33頁/共72頁第三十三頁，共72頁。34n是非線性的。n其他失真：n頻率(pnl)偏移、相位抖動(dòng)非線性關(guān)系直線關(guān)系圖4-16 非線性特性輸入電壓輸出電壓第34頁/共72頁第三十四頁，共72頁。35多徑傳播現(xiàn)象。n下面重點(diǎn)分析多徑效應(yīng)第35頁/共72頁第三十五頁，共72頁。36將多徑時(shí)延離散(lsn)化為相同的時(shí)延段，稱為附加時(shí)延，則多徑信道的基帶信道沖激響應(yīng)模型：10( , )( ) ( )Nbiiih tttt第36頁/共72頁第三十六頁，共72頁。37n上式中的n都是隨機(jī)變化的。tA0cosniniiiiitttttttR1100)(c

7、os)()(cos)()()(ti)(ti)()(0ttii)(),(),(tttiii第37頁/共72頁第三十七頁，共72頁。38絡(luò)接收信號(hào)的相位niniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()(緩慢隨機(jī)變化(binhu)振幅緩慢隨機(jī)變化(binhu)振幅niniiiiitttttttR1100sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc)()()(22tXtXtVsc)()(tan)(1tXtXtcs第38頁/共72頁第三十八頁，共72頁。39第39頁/共72頁第三十九頁，共72頁。40nn設(shè)f

8、(t)的傅里葉變換（即其頻譜）為F()：n)()(Ftf第40頁/共72頁第四十頁，共72頁。41 和信號(hào)頻率(pnl)有關(guān)的復(fù)因子，其模為)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeAFtAf)1 ()()()(000jjeeAFtAftAf)1 ()()1 ()()(00jjjjeAeFeeAFH0je)1 (je2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第41頁/共72頁第四十一頁，共72頁。42衰落。圖4-18 多徑效應(yīng)2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第42頁/共72頁第四十二頁，共72頁。43圖4-18 多徑效應(yīng)第43頁/共72頁

9、第四十三頁，共72頁。44第44頁/共72頁第四十四頁，共72頁。45綜上分析(fnx)第45頁/共72頁第四十五頁，共72頁。46第46頁/共72頁第四十六頁，共72頁。47中自由電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲)。第47頁/共72頁第四十七頁，共72頁。48n內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等。n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，特別是熱噪聲的影響。第48頁/共72頁第四十八頁，共72頁。49nnR 阻值（）；nB 帶寬（Hz）。n性質(zhì)：高斯白噪聲)V(4kTRBV 第49頁/共72頁第四十九頁，共72頁。50第50頁/共72頁第五十頁，共72頁。51dffPPnn)(第51頁/共72頁

10、第五十一頁，共72頁。52n在后面討論通信系統(tǒng)的性能時(shí)，n可以認(rèn)為(rnwi)窄帶噪聲的功率譜密度在帶寬Bn內(nèi)是恒定的。圖4-19 噪聲功率譜特性 Pn(f)()()(2)(000fPdffPfPdffPBnnnnnPn (f0)接收(jishu)濾波器特性噪聲(zoshng)等效帶寬第52頁/共72頁第五十二頁，共72頁。53值n兩者之間可以互換第53頁/共72頁第五十三頁，共72頁。54x1x2x3y3y2y1接收端發(fā)送端xn。ym圖4-20 信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym/xn)P(yj)第54頁/共72頁第五十四頁，共72頁。55nimjnijijijiiy

11、xHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(第55頁/共72頁第五十五頁，共72頁。56nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(niiixPxPxH12)(log)()(mjnijijijyxPyxPyPyxH112)/(log)/()()/(第56頁/共72頁第五十六頁，共72頁。57)1 (log)1 (log)(22H圖4-21 二進(jìn)制信源的熵H()第57頁/共72頁第五十七頁，共72頁。58獲得的平均信息量為H(x)H(x/y)。這再次說明H(x/y)即為因噪聲而損失

12、的平均信息量。x1x2x3y3y2y1接收端發(fā)送端。yn圖4-22 無噪聲信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第58頁/共72頁第五十八頁，共72頁。59)/()(max)(yxHxHCxP)/()(max)(yxHxHrCxPt第59頁/共72頁第五十九頁，共72頁。600011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) = 1/128P(0/1) = 1/128發(fā)送端圖4-23 對(duì)稱信道模型接收端第60頁/共72頁第六十頁，共72頁。61121log2121log21)(log)()(1222niiixPxPxH)/(log)/

13、()/(log)/()()/(log)/()/(log)/()()/(log)/()()/(2222221221212212112111112yxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyPyxHmjnijijij第61頁/共72頁第六十一頁，共72頁。62信道容量Ct等于：045. 0055. 001. 0)7()128/1 (01. 0)128/127()128/1 (log)128/1 ()128/127(log)128/127()/(log)/()/(log)/()/(221221211211yxPyxPyxPyxPyxH符號(hào)）（比特 /955. 0)/()(m

14、ax)(yxHxHCxP)/(955955. 01000)/()(max)(sbyxHxHrCxPt第62頁/共72頁第六十二頁，共72頁。63n由上式可見，連續(xù)信道的容量Ct和信道帶寬B、信號(hào)功率S及噪聲功率譜密度n0三個(gè)因素有關(guān)。)/(1log2sbNSBCt)/(1log02sbBnSBCt第63頁/共72頁第六十三頁，共72頁。64)/(1log02sbBnSBCtxtxnSBnSSBnnSC/12002001log1log1)1ln(lim/10 xxxaealnloglog22020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB第64頁/共72頁第六十四頁，共72頁。65020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB圖4-24 信道容量和帶寬關(guān)系S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)第65頁/共72頁第六十五頁，共72頁。660202021log/1log1lognEBBnTEBBnSBCbbbt)/(1log02sbBnSBCt第66頁/共72頁第六十六頁，共72頁。67NSB與CR CR 第67頁/共72頁第六十七頁，共72頁。68NSBCt/1log2第68頁/共72頁第六十八頁，共72頁。69第69頁/共72頁第六十九頁，共72頁。人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能