第四章---信--道學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1第四章第四章-信信-道道第一頁，共49頁。第1頁/共49頁第二頁，共49頁。第2頁/共49頁第三頁，共49頁。第3頁/共49頁第四頁，共49頁。線性信道(xn do)：eo(t) = fei(t)+n(t)= h(t)*ei(t)+n(t) ei(t)：模擬(mn)已調(diào)信號或數(shù)字已調(diào)信號。f ：線性失真，非線性失真，損耗，時變特性等。n(t)： 加性噪聲單輸入單輸出(shch)信道：恒參信道：如果信道參數(shù)不隨時間t變化或基本不變化, 則稱恒參信 道; 如電纜、光纜、無線視距信道、衛(wèi)星中繼信道等。隨參信道：如果信道參數(shù)是隨機快變化的,則稱信道為隨參信道。 如電離層反射信道、對流層散射信道

2、。 ei（t）f .eo(t) = fei(t)+n(t) n(t)第4頁/共49頁第五頁，共49頁。1.無記憶信道:(信道內(nèi)只存在起伏噪聲)特點：任意一個碼元的差錯與前后碼元的差錯不發(fā)生(fshng)任何依賴關(guān)系。2.有記憶信道:(信道內(nèi)除起伏噪聲外,還存在衰落效應(yīng)等)特點：信號的傳輸與前后碼元有依賴關(guān)系,需用馬爾科夫鏈描述。 第5頁/共49頁第六頁，共49頁。p(0/0)p(0/1)p(1/0)p(1/1)0101xy轉(zhuǎn)移概率矩陣：p(yj / xi)= p(0/0) p(1/0) p(0/1) p(1/1) pe=p(0)p(1/0)+p(1)p(0/1) 0101xye-1e-1eep

3、(yj / xi)= 1 1- pe=第6頁/共49頁第七頁，共49頁。第7頁/共49頁第八頁，共49頁。第8頁/共49頁第九頁，共49頁。第9頁/共49頁第十頁，共49頁。ei（t）h(t)eo(t)=ei(t)*h(t)+n(t)n(t)式中H（）是信道傳輸特性(txng)函數(shù) 第10頁/共49頁第十一頁，共49頁。dtjke)(H-群遲延(chyn)的含義：相位頻率特性的導(dǎo)數(shù)，即 ：)()(dttkth-若輸入信號(xnho)為ei(t),則理想恒參信道的輸出為：)()(0dittkete-理想恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯牵海?）對信號在幅度上產(chǎn)生固定的衰減；（2）對信號在時間上產(chǎn)生固定的

4、遲延。第11頁/共49頁第十二頁，共49頁。30011002900 頻率（HZ）衰耗dB典型(dinxng)的音頻電話信道的相對衰耗對信號的影響：不均勻衰耗使傳輸信號的幅度(fd)隨頻率發(fā)生畸變，引起信號波形失真。若是數(shù)字傳輸，引起相鄰碼元波形在時間上的重疊（碼間干擾）。第12頁/共49頁第十三頁，共49頁。第13頁/共49頁第十四頁，共49頁。例：2ASK系統(tǒng)(xtng)調(diào)制器調(diào)制(tiozh)信道(xn do)包絡(luò)檢波抽樣判決2ASKSi(t)r(t)mo(t)m(t)cp(t)100m(t)2ASKSi(t)r(t)cp(t)110mo(t)門限ttttt 2ASK頻譜范圍無限，通過信道

5、后失真碼間串?dāng)_ 收、發(fā)濾波器合理設(shè)計，可使碼間串?dāng)_為零。第14頁/共49頁第十五頁，共49頁。四、克服(kf)措施： 模擬通信： 頻域均衡，使信道、均衡器聯(lián)合頻率特性在信號頻率范圍內(nèi)無畸變。 數(shù)字通信： 合理設(shè)計收、發(fā)濾波器，消除信道產(chǎn)生的碼間串?dāng)_。信道特性緩慢變化時，用時域均衡器，使碼間串?dāng)_降到最小且可自適應(yīng)信道特性變化。第15頁/共49頁第十六頁，共49頁。第16頁/共49頁第十七頁，共49頁。第17頁/共49頁第十八頁，共49頁。問題：為什么遠距離HF無線電廣播(gungb)在太陽黑子活動的 高峰期時效果更好？第18頁/共49頁第十九頁，共49頁。ABabcd收發(fā)天線共 同照射區(qū) a、b

6、、c、d散射體，由小氣團組成，每個小氣團都是一個二次輻射源，它們組成一個散射體。第19頁/共49頁第二十頁，共49頁。問題：為什么在實際(shj)通信中并不廣泛使用對流層通道？第20頁/共49頁第二十一頁，共49頁。4. 7 隨參信道及其對信號(xnho)傳輸?shù)挠绊?).,2 ,1( )(cos)()(1NitttutRNiioi-ui(t)第i條路徑的接收信號振幅 -第i條路徑的接收信號傳輸時延)(ti第21頁/共49頁第二十二頁，共49頁。)(cos)(sin)(cos)(sin)(sin)(cos)(cos)()(cos)()(tttVttXttXtttutttutttutRoosoco

7、iioiiioi-第22頁/共49頁第二十三頁，共49頁。式中： 合成信號R（t）的包絡(luò)。 ： 合成信號R（t）的相位(xingwi)。從波形上看，發(fā)射信號Acost變成了包絡(luò)和相位(xingwi)受到調(diào)制的窄帶信號。稱為衰落信號，并引起頻率彌散現(xiàn)象（單個頻率變成窄帶頻譜）。由于R(t)是窄帶高斯過程，則其包絡(luò)的概率密度函數(shù)服從瑞利分布，而相位(xingwi)服從均勻分布。) t (X) t (X) t (V2s2c)()()(tXtXarctgtcstR(t)f0瑞利衰落（快衰落）頻率彌散多徑傳播的特征：（1）單頻信號變成包絡(luò)(bo lu)和相位受調(diào)制的窄帶信號，這種信號稱為衰落信號，即多徑

8、傳播產(chǎn)生瑞利型衰落；（2）從頻譜上看，單頻信號變成了多頻信號(即多徑傳播引起頻率的彌散)。第23頁/共49頁第二十四頁，共49頁。f(t)延遲t0延遲t0+V0f(t-t0)+V0f(t-t0-)V0V0)2cos(2eeV)ee(eeV)e1(eV)(H2jtj02j2j2jtj0jtj0000-其模特性依賴于cos（/2）：對于不同(b tn)的頻率，兩徑傳播的結(jié)果將有不同(b tn)的衰減。 上述模型的傳輸特性： 第24頁/共49頁第二十五頁，共49頁。021123)fcos(2)f (Hpf結(jié)論：不同的頻率有不同的衰減。當(dāng)fn/時，出現(xiàn)傳輸(chun sh)極點； 當(dāng)f(2n+1) /

9、2時，出現(xiàn)傳輸(chun sh)零點。解決方法：（1） 限制信號帶寬要想避免出現(xiàn)選擇性衰落帶來的嚴重失真，就要適當(dāng)限制信號帶寬，將帶寬限制在兩個零點之間。兩個零點之間的間隔為2/(或f1/)，要想不產(chǎn)生明顯的選擇性衰落，則產(chǎn)生波形f(t)的帶寬必須小于多徑產(chǎn)生媒質(zhì)的相關(guān)帶寬f1/m，m為最大多徑時延差。 工程設(shè)計中，通常選擇信號帶寬為相關(guān)帶寬的1/51/3。（2）分集接收對于多徑信號，也可以采用分集接收或擴展頻譜的方法來改善(gishn)它的特性。 第25頁/共49頁第二十六頁，共49頁。第26頁/共49頁第二十七頁，共49頁。第27頁/共49頁第二十八頁，共49頁。第28頁/共49頁第二十九

10、頁，共49頁。接收機1接收機2二重(r zhn)分集選擇式合并第29頁/共49頁第三十頁，共49頁。接收機1接收機2第30頁/共49頁第三十一頁，共49頁。接收機1接收機2第31頁/共49頁第三十二頁，共49頁。干擾：對有用信號有害的各種( zhn)波形的總稱。噪聲：可用隨機過程描述的干擾。不能準確預(yù)測其波形一、加性噪聲的來源1、人為噪聲來源于無關(guān)的其他信號源。如：外臺信號、接觸不良的觸點等，由不希望有的信號源引起(ynq)的。2.自然噪聲來自于大自然。由自然界存在的各種電磁波源引起(ynq)。如：閃電、大氣中的電暴、銀河系噪聲、大氣干擾及宇宙噪聲等。 3.內(nèi)部噪聲系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲。

11、如：電阻中自由電子的熱運動、半導(dǎo)體中載流子(電子和空穴)的隨機產(chǎn)生與復(fù)合等。是元器件內(nèi)部固有的噪聲。第32頁/共49頁第三十三頁，共49頁。注意：通信系統(tǒng)模型(mxng)中的噪聲源是分散在通信系統(tǒng)各處的噪聲的集中表示。通常把加性噪聲的主要代表起伏噪聲理解成熱噪 聲、散彈噪聲、宇宙噪聲的集中表示。均為高斯白噪聲。第33頁/共49頁第三十四頁，共49頁。n(t)：白噪聲。雙邊(shungbin)帶功率譜密度Pn（f） 單邊帶功率譜密度Pn（f）n0/2ffn000 N不可能為無窮大，故白噪聲的頻率范圍(fnwi)應(yīng)是有限的。-dffpNn)(噪聲功率第34頁/共49頁第三十五頁，共49頁。帶通型噪

12、聲(zoshng)的功率譜密度：接收濾波器解調(diào)n(t)ni(t)BPFBPFfni(t)的功率譜密度ffc0Pni(t)Pni(f0)Bnfc噪聲帶寬Bn0)()(cninnifPNBdffPNiiBn 為等效噪聲帶寬，其物理意義(yy)是：白噪聲通過實際帶通濾波器的效果與通過寬度為Bn ，高為Pni（f0）的矩形濾波器的效果一樣。第35頁/共49頁第三十六頁，共49頁。圖中：P(x)發(fā)送信道(xn do)的概率；P(y)是接收信號的概率；P(yi/xi)是轉(zhuǎn)移概率，i=1,2,n，它是發(fā)送為xi，而收到的是yi的概率。 第36頁/共49頁第三十七頁，共49頁。第37頁/共49頁第三十八頁，共49頁。第38頁/共49頁第三十九頁，共49頁。bit/s)1 (log2NSBC（3.10-5)第39頁/共49頁第四十頁，共49頁。BnSBNSBC0221log)1 (log問題：無限制(xinzh)地增大B，能夠使C無窮大？分析： 結(jié)論：即使傳輸帶寬無窮大，此時的信道容量也是有限的。原因：此時的噪聲(zoshng)功率也趨于無窮大。 第40頁/共49頁第四十一頁，共49頁。第41頁/共49頁第四十二頁，共49頁。如圖所示的信道(xn do)，判斷有無線性失真第42頁/共49頁第四十三頁，共49頁。021123)fcos(2)f (Hpf第