通信原理培訓(xùn)講義課件

通信原理（第7版）樊昌信曹麗娜編著

信道第4章通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))通信原理（第7版）樊昌信曹麗娜編著信道的定義通信系統(tǒng)中的信道是指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，是通信系統(tǒng)的重要組成部分信道的定義通信系統(tǒng)中的信道是指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳輸信道分類信道模型恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

本章內(nèi)容:

第4章信道

信道分類本章內(nèi)容:第4章信道無(wú)線信道——自由空間或大氣層有線信道——明線、電纜、光纖

概述按照傳輸媒介的不同按照系統(tǒng)模型中研究對(duì)象的不同：

調(diào)制信道——研究調(diào)制/解調(diào)問(wèn)題編碼信道——研究編碼/譯碼問(wèn)題信道的定義與分類按照信道中沖擊響應(yīng)是否隨時(shí)間變化恒參信道——特性參數(shù)變化緩慢，視為恒定值隨參信道——特性參數(shù)隨時(shí)間變化概述按照傳輸媒介的不同按照系統(tǒng)模型中研究對(duì)象的不同：無(wú)線信道§4.1利用電磁波在空間的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線信道§4.1利用電磁波在空間的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)的對(duì)流層平流層電離層10km60km0km對(duì)流層：約

0~10km平流層：約10~60km電離層：約60~400

km地球大氣層的結(jié)構(gòu)：對(duì)流層平流層電離層10km60km0km對(duì)流層：約地波ground-wave頻率：<2MHz特性：有繞射能力距離：數(shù)百或數(shù)千千米用于：調(diào)幅（AM）廣播天波sky-wave頻率：2~30MHz特性：被電離層反射距離：<4000km（一次反射距離）用于：遠(yuǎn)程、短波通信傳播路徑

地波傳播方式傳播路徑天波傳播方式無(wú)線信道電磁波的傳播方式：地波ground-wave天波sky-wave傳播路

頻率：>30MHz特性：直線傳播、穿透電離層用途：衛(wèi)星和外太空通信超短波及微波通信距離：與天線高度有關(guān)

ddh接收天線發(fā)射天線傳播途徑Drr視線傳播方式視線傳播line-of-sight無(wú)線信道D

為收發(fā)天線間距離(km)

設(shè)收發(fā)天線的架設(shè)高度均為40m，則最遠(yuǎn)通信距離為：

D=44.7km例如（1）不能被電離層反射（2）沿地面繞射能力也很小頻率：>30MHzddh接收發(fā)射傳播途徑Drr視線傳微波中繼（微波接力）衛(wèi)星中繼（靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星）平流層通信微波中繼（微波接力）無(wú)線信道微波中繼無(wú)線信道微波中繼無(wú)線信道衛(wèi)星中繼地面站地面站地球無(wú)線信道衛(wèi)星中繼地面站地面站地球?qū)α鲗由⑸渫ㄐ诺厍蛴行⑸鋮^(qū)域無(wú)線信道散射通信對(duì)流層散射通信地球有效散射區(qū)域無(wú)線信道散射通信流星余跡無(wú)線信道流星余跡散射特性:

高度80~120km，長(zhǎng)度15~40km

存留時(shí)間：小于1秒至幾分鐘頻率:

30~100MHz距離:

1000km以上用途:低速存儲(chǔ)、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸流星余跡無(wú)線信道流星余跡散射特性:高度80~120有線信道§4.2利用人造的傳導(dǎo)或光信號(hào)的媒介來(lái)傳輸信號(hào)；e.g.明線對(duì)稱電纜同軸電纜光纖有線信道§4.2利用人造的傳導(dǎo)或光信號(hào)的媒介來(lái)傳輸信號(hào)；明線平行架設(shè)在電線桿上的架空線路易受天氣和外界干擾的影響明線平行架設(shè)在電線桿上的架空線路屏蔽雙絞線(STP)（可減少噪聲干擾）非屏蔽雙絞線(UTP)（便宜、易彎曲、易安裝）由多對(duì)雙絞線組成有線信道對(duì)稱電纜屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)由多對(duì)有有線信道同軸電纜信道頻帶在幾百M(fèi)Hz至1GHz左右主要應(yīng)用：長(zhǎng)途通信干線，有線電視等有線信道同軸電纜信道頻帶在幾百M(fèi)Hz至1GHz左右

寬帶（射頻）同軸電纜：75Ω，用于傳輸模擬信號(hào)多用于有線電視（CATV）系統(tǒng)傳輸距離可達(dá)幾十千米

基帶同軸電纜：50Ω，多用于數(shù)字基帶傳輸速率可達(dá)10Mb/s傳輸距離<幾千米有線信道寬帶（射頻）同軸電纜：基帶同軸電纜：有線信道單模階躍折射率光纖

光纖結(jié)構(gòu)示意圖有線信道光纖光作為一種特殊的電磁波，在人造介質(zhì)（光纖）中傳播，實(shí)現(xiàn)大容量，高可靠性的通信主要應(yīng)用：電信網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的骨干網(wǎng)單模階躍折射率光纖光纖結(jié)構(gòu)示意圖有線信道光纖缺點(diǎn)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)有線信道缺點(diǎn)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)有線信道信道數(shù)學(xué)模型§4.3按照系統(tǒng)模型中研究對(duì)象的不同：

調(diào)制信道——研究調(diào)制/解調(diào)問(wèn)題編碼信道——研究編碼/譯碼問(wèn)題信道數(shù)學(xué)模型§4.3按照系統(tǒng)模型中研究對(duì)象的不同：

模型：有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和輸出端大多數(shù)信道都滿足線性疊加原理對(duì)信號(hào)有固定或時(shí)變的延遲和損耗無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，仍可能有輸出（噪聲）共性：疊加有噪聲的線性時(shí)變/時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)：基本模型：§4.3.1調(diào)制信道模型調(diào)制信道：發(fā)送信號(hào)：接收信號(hào)：加性高斯白噪聲：信道的沖激響應(yīng)模型：有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和輸出端共性：疊加有噪聲的線性信號(hào)輸入輸出關(guān)系：時(shí)域表達(dá)式：頻域表達(dá)式：傅里葉變換特性，卷積→乘積加性噪聲始終存在調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響程度取決于H(w)與n(t)的特性導(dǎo)致的結(jié)果：會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生失真、延時(shí)和衰落信號(hào)輸入輸出關(guān)系：時(shí)域表達(dá)式：頻域表達(dá)式：傅里葉變換特性，卷調(diào)制信道分為：（依據(jù)沖激響應(yīng)隨時(shí)間變化的情況）恒參信道——信道的沖激響應(yīng)隨時(shí)間變化緩慢，或者不變（等效為線性是不變?yōu)V波器）隨參信道——信道的沖激響應(yīng)隨時(shí)間較快變化（等效為線性時(shí)變率濾波器）不同的物理信道具有不同的特性H()=常數(shù)（可取1）加性高斯白噪聲信道模型即：描述通信信號(hào)只有加性噪聲影響的實(shí)際物理信道，是一種理想信道若恒參信道，隨參信道的特性不理想，會(huì)影響信號(hào)的無(wú)失真?zhèn)鬏斦{(diào)制信道分為：不同的物理信道具有不同的特性H()=常數(shù)§4.3.2編碼信道模型編碼信道是一種數(shù)字信道或離散信道，其輸入和輸出都是離散信號(hào)（數(shù)字序列）編碼信道+=1二進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道模型+=1P(0/0)

P(1/1)

正確P(1/0)

P(0/1)

錯(cuò)誤

模型：用條件轉(zhuǎn)移概率來(lái)描述誤碼率：衡量該信道優(yōu)劣的重要參數(shù)指標(biāo)：§4.3.2編碼信道模型編碼信道是一種數(shù)字信道或離散信01233210接收端發(fā)送端四進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道

模型：注意：從上述編碼信道模型可以看出，數(shù)字序列的傳輸有時(shí)是不可靠的。因此，如何在不可靠的信道中實(shí)現(xiàn)高效的可靠通信是通信理論研究的一個(gè)主要內(nèi)容。01233210接收端發(fā)送端四進(jìn)制模型：注意：從上述編碼信恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?.4恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?.4特點(diǎn)：傳輸特性隨時(shí)間緩變或不變。舉例：各種有線信道、衛(wèi)星信道…

線性時(shí)不變系統(tǒng)

恒參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懺诓豢紤]噪聲的前提下，理想恒參信道是一種特殊類型的信道，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)失真?zhèn)鬏敚?）只有幅度大小和出現(xiàn)先后的不同（2）波形沒(méi)有畸變發(fā)送設(shè)備恒參信道接收設(shè)備發(fā)送端接收端s(t)0t發(fā)送信號(hào)恒參信道作用r(t)0t接收信號(hào)發(fā)送信號(hào)——接收信號(hào)的關(guān)系為：表達(dá)式：特點(diǎn)：傳輸特性隨時(shí)間緩變或不變。線性時(shí)不變系統(tǒng)恒參信道特理想恒參信道的傳遞函數(shù)

1.

傳輸特性幅頻特性相頻特性假設(shè)由得

恒參信道特性

2.無(wú)失真?zhèn)鬏敚ê銋⑿诺溃┓l特性相頻特性理想恒參信道的傳遞函數(shù)1.傳輸特性幅頻特性相頻特性恒參信道群遲延——頻率特性幅頻特性相頻特性恒參信道對(duì)發(fā)送信號(hào)的不同頻率分量的衰減是一樣的表明恒參信道相頻特性在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)是頻率的線性函數(shù)群時(shí)延特性在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)是常數(shù)；即恒參信道對(duì)發(fā)送信號(hào)不同頻率分量的時(shí)延是一樣的恒參信道群遲延——頻率特性幅頻特性相頻特性恒參信道對(duì)發(fā)送信

若輸入信號(hào)為s(t)，則理想恒參信道的輸出:恒參信道固定的遲延固定的衰減——這種情況稱為無(wú)失真?zhèn)鬏斃硐牒銋⑿诺李l時(shí)域表達(dá)式:頻域表達(dá)式：時(shí)域表達(dá)式：IFT即：此時(shí)信道的沖激響應(yīng)也是沖激函數(shù)，只是強(qiáng)度變化了K倍，延遲了時(shí)間td恒參信道固定的遲延固定的衰減——這種情況稱為無(wú)失真?zhèn)鬏斃硐?/p>

3.失真影響措施恒參信道

幅頻失真：即幅頻特性在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)不是常數(shù)

相鄰碼元之間發(fā)生重疊幅頻無(wú)失真信道幅頻失真信道即：接收信號(hào)發(fā)生畸變3.失真影響措施恒參信道幅頻失真：

3.失真影響措施恒參信道群遲延失真:

相頻失真：相頻無(wú)失真信道相頻失真信道接收信號(hào)同樣發(fā)生畸變3.失真影響措施恒參信道群遲延失真:相頻失真：無(wú)論幅頻失真、相頻失真均屬于線性失真，可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。此外還存在非線性失真，頻率偏移、相位抖動(dòng)等失真因素，會(huì)引起信號(hào)的非線性碼間干擾，使得模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的解調(diào)性能下降，對(duì)高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能影響比較大。恒參信道

恒參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憻o(wú)論幅頻失真、相頻失真均屬于線性失真，可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行指?jìng)鬏斕匦噪S時(shí)間隨機(jī)快變的信道。隨參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懚滩婋x層反射信道指?jìng)鬏斕匦噪S時(shí)間隨機(jī)快變的信道。隨參信道特性及其對(duì)隨參信道

衰減隨時(shí)間變化時(shí)延隨時(shí)間變化

多徑傳播無(wú)線通信信道是隨參信道的典型實(shí)例：無(wú)線信道的衰落分為大尺度衰落和小尺度衰落衰落特性可以描述為：大尺度衰落，隨時(shí)間和位移緩慢變化小尺度衰落，隨時(shí)間和位移快速變化信道的衰落因子隨參信道衰減隨時(shí)間變化無(wú)線通信信道是隨參信道的典型實(shí)例：大

3.多徑效應(yīng)—

多經(jīng)傳播的影響發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)反射、散射、繞射傳播到接收機(jī)，這些經(jīng)不同途徑的信號(hào)在接收機(jī)處疊加，導(dǎo)致接收信號(hào)發(fā)生劇烈變化——多徑效應(yīng)3.多徑效應(yīng)—多經(jīng)傳播的影響發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)反射、散射、繞

3.多徑效應(yīng)第i條路徑接收信號(hào)振幅經(jīng)過(guò)n條路徑傳播（各路徑有時(shí)變的衰落和傳輸時(shí)延），且經(jīng)過(guò)各條路徑到達(dá)接收端的信號(hào)相互獨(dú)立，—

多經(jīng)傳播的影響傳輸時(shí)延則接收信號(hào)為

設(shè)發(fā)送信號(hào)為幅度恒定頻率單一3.多徑效應(yīng)第i條路徑經(jīng)過(guò)n條路徑傳播（各路徑有時(shí)變的衰根據(jù)概率論中心極限定理：當(dāng)n足夠大時(shí)，x(t)和y(t)趨于正態(tài)分布。

同相~正交形式包絡(luò)~相位形式瑞利分布均勻分布多徑效應(yīng)包絡(luò)相位隨機(jī)緩變的窄帶信號(hào)根據(jù)概率論中心極限定理：當(dāng)n同相~正交形式包絡(luò)~波形發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)頻譜結(jié)論波形發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)頻譜結(jié)論我們更關(guān)心的問(wèn)題：多徑效應(yīng)我們更關(guān)心的問(wèn)題：多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)傳輸衰減均為K

傳輸時(shí)延分別為1和2發(fā)射信號(hào)接收信號(hào)設(shè)兩條路徑的信道為f(t)fo(t)=Kf(t-1)+

Kf(t-2

)信道傳輸函數(shù)fo(t)

=2-1相對(duì)時(shí)延差則接收信號(hào)為常數(shù)衰減因子確定的傳輸時(shí)延因子與信號(hào)頻率有關(guān)的復(fù)因子多徑效應(yīng)傳輸衰減均為K發(fā)射信號(hào)接收信號(hào)設(shè)兩條路徑的信道對(duì)信號(hào)不同的頻率成分，將有不同的衰減?！l率選擇性衰落如何減小？信道幅頻特性即：信道對(duì)不同f

的信號(hào)分量的衰減大小不同，且隨時(shí)間變化.曲線最大和最小值的位置取決于相對(duì)時(shí)延t信道對(duì)信號(hào)不同的頻率成分，將有不同的衰減?！l率選信道相關(guān)帶寬：定義為相鄰傳輸零點(diǎn)的頻率間隔

，工程經(jīng)驗(yàn)公式：即平坦衰落，此時(shí)信號(hào)所經(jīng)歷的衰減基本相同

4.減小頻率選擇性衰落的措施△f

△f

＝1/應(yīng)使信號(hào)帶寬Bs

＝(1/3~1/5)△f數(shù)字信號(hào)的碼元寬度:從而降低多徑效應(yīng)對(duì)傳碼率的影響Ts

＝(3~5)→RB↓mmBs

<△f信道相關(guān)帶寬：歸納

隨參信道特性

多徑效應(yīng)

減小衰落的措施歸納隨參信道特性多徑效應(yīng)減小衰落的措施信道噪聲§4.5（1）任何實(shí)際的物理信道中都存在噪聲和干擾（2）對(duì)通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào)造成限制和損傷（3）導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能下降，e.g.SNR下降，誤碼率上升等信道噪聲§4.5（1）任何實(shí)際的物理信道中都存在噪聲和干擾1.何謂噪聲

按噪聲來(lái)源

2.噪聲類型人為噪聲自然噪聲內(nèi)部噪聲

（如熱噪聲）脈沖噪聲

窄帶/單頻噪聲

起伏噪聲（熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲）

按噪聲性質(zhì)通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt1.何謂噪聲2.噪聲類型人為噪聲脈沖噪聲

2.噪聲類型——按噪聲來(lái)源人為噪聲：由人類的活動(dòng)產(chǎn)生的，e.g.汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花，微波爐產(chǎn)生的電場(chǎng)波等自然噪聲：自然界中存在的各種電磁波輻射，e.g.大氣噪聲、宇宙噪聲等內(nèi)部噪聲：主要由系統(tǒng)內(nèi)部電子器件和導(dǎo)體中的自由電子的布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，又稱熱噪聲

通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt2.噪聲類型——按噪聲來(lái)源人為噪聲：由人類的活動(dòng)產(chǎn)生的

2.噪聲類型——按噪聲性質(zhì)脈沖噪聲：是突發(fā)性地產(chǎn)生，幅度較大，頻譜較寬，e.g.電火花不是普遍持續(xù)存在的，對(duì)話音通信影響較小，但對(duì)數(shù)字通信影響可能較大。窄帶噪聲：來(lái)自相鄰電臺(tái)或其他電子設(shè)備，其頻譜或頻率位置通常是確知的或者可以測(cè)知的，可以看作是一種非所需的連續(xù)已調(diào)正弦波（只存在特點(diǎn)頻率、時(shí)間、地點(diǎn)，影響有限）起伏噪聲：遍布在時(shí)域和頻域內(nèi)的隨機(jī)噪聲，包括熱噪聲、散彈噪聲、宇宙噪聲等.（始終存在）通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt2.噪聲類型——按噪聲性質(zhì)脈沖噪聲：是突發(fā)性地產(chǎn)生，幅熱噪聲：

式中

k=1.3810-23（J/K）－波茲曼常數(shù)T－熱力學(xué)溫度（K）R－阻值（）

B

－帶寬（Hz）熱噪聲電壓有效值：討論噪聲對(duì)通信系統(tǒng)的影響時(shí)，主要考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt熱噪聲：式中熱噪聲電壓有效值：討論噪聲對(duì)通信系統(tǒng)的影響時(shí)，歸納信道加性噪聲n(t):獨(dú)立于信號(hào)始終存在，會(huì)使模擬信號(hào)失真，數(shù)字信號(hào)發(fā)生錯(cuò)碼，限制信息的傳輸速率代表：起伏噪聲（熱噪聲等）

性質(zhì)：高斯白噪聲信號(hào)解調(diào)時(shí)，熱噪聲經(jīng)過(guò)接收機(jī)帶通濾波器的濾波，變成帶限白噪聲，即窄帶噪聲n(t)?BPF?窄帶高斯噪聲通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt歸納信道加性噪聲n(t):獨(dú)立于信號(hào)始終存在，會(huì)使模擬信平均功率：噪聲等效帶寬：噪聲等效帶寬

Pn(f)接收濾波器特性通過(guò)寬度為Bn的矩形濾波器的噪聲功率

=通過(guò)實(shí)際接收濾波器的噪聲功率。

物理

意義窄帶高斯噪聲

:Pn(f0)雙邊噪聲功率譜：通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt平均功率：噪聲等效帶寬：噪聲等效帶寬Pn(f)接信道容量§4.6——指信道能夠無(wú)差錯(cuò)傳輸時(shí)的最大平均信息速率通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt信道容量§4.6——指信道能夠無(wú)差錯(cuò)傳輸時(shí)的最大平均信息速式中，P(xi)：發(fā)送符號(hào)xi的概率（i=1,2,3,?,n）（1）信源發(fā)送的平均信息量（熵）（2）因信道噪聲而損失的平均信息量式中，P(yj)：收到y(tǒng)j的概率（j=1,2,3,?,m）；P(xi/yj)：收到y(tǒng)j后判斷發(fā)送的是xi的轉(zhuǎn)移概率§4.6.1離散信道容量通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt式中，P(xi)：發(fā)送符號(hào)xi的概率（i=1,2,3,?,（3）信息傳輸速率R

——信道每秒傳輸?shù)钠骄畔⒘縖H(x)–H(x/y)]

?是接收端得到的平均信息量

r

?信道每秒傳輸?shù)姆?hào)數(shù)為（符號(hào)速率）——最大信息傳輸速率：對(duì)一切可能的信源概率分布，求R的最大值：含義：每個(gè)符號(hào)能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⒘浚?）信道容量Ct

等價(jià)式：通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt（3）信息傳輸速率R——信道每秒傳輸?shù)钠骄畔⒘縖H(當(dāng)輸入符號(hào)等概率分布，即而條件熵表示為：解：二進(jìn)制對(duì)稱信道的信道容量計(jì)算其中，錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率為p，則正確轉(zhuǎn)移概率為1-p，x1=0，x2=1，y1=0，y2=1則此信源的平均信息量（熵）為通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt當(dāng)輸入符號(hào)等概率分布，即而條件熵表示為：解：二進(jìn)制對(duì)稱信道的條件熵表示為：解：二進(jìn)制對(duì)稱信道的信道容量計(jì)算由貝葉斯公式（后驗(yàn)概率用先驗(yàn)概率表示）當(dāng)輸入符號(hào)等概率分布，即單位時(shí)間內(nèi)的信道容量ct為：每個(gè)符號(hào)的信道容量c為：通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt條件熵表示為：解：二進(jìn)制對(duì)稱信道的信道容量計(jì)算由貝葉斯公式（例題設(shè)信源由兩種符號(hào)“0”和“1”組成，符號(hào)傳輸速率為1000符號(hào)/秒，且這兩種符號(hào)的出現(xiàn)概率相等，均為1/2.信道為對(duì)稱信道，其傳輸?shù)姆?hào)錯(cuò)誤概率為1/128.試畫出此信道模型，并求此信道的容量C和Ct解：條件（1）二進(jìn)制；（2）等概率對(duì)稱信道信道模型如下：由信道的容量C為

通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt例題設(shè)信源由兩種符號(hào)“0”和“1”組成，符號(hào)傳輸速率為100其中，S

－信號(hào)平均功率（W）；B

－信道帶寬（Hz）信道容量是指單位時(shí)間（秒）內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?。?duì)于帶寬有限、平均功率有限的高斯白噪聲連續(xù)信道，信道容量為——香農(nóng)公式等價(jià)式：§4.6.2連續(xù)信道容量對(duì)于窄帶寬高斯白噪聲而言，－噪聲功率（W），n0－噪聲單邊功率譜密度通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt其中，S－信號(hào)平均功率（W）；B－信道帶寬（Hz）意義：含義：通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt意義：含義：通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義

信道容量C依賴于B、S和n0增大S

可增加C，若S

，則C

；

減小n0

可增加C，若n0

0，則C

；

增大B

可增加C，但不能使C無(wú)限制增大。

當(dāng)B

時(shí)，C將趨向一個(gè)定值：結(jié)論：

信道容量和帶寬關(guān)系S/n0S/n0BC1.44(S/n0)通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt信道容量C依賴于B、S和n0結(jié)論：信道容

C一定時(shí)，信道帶寬B、信噪比S/N、傳輸時(shí)間t三者之間可以互相轉(zhuǎn)換。增加B，可以換取S/N的降低；反之亦然。

若S/N不變，增加B，可以換取t的減少。應(yīng)用：【例如】通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程pptC一定時(shí)，信道帶寬B、信噪比S/N、傳輸時(shí)間t三者之間香農(nóng)公式進(jìn)一步改寫：每比特能量每比特持續(xù)時(shí)間信號(hào)的平均功率表明（1）為了得到給定的信道容量，可以增大帶寬B以換取Eb的減小；（2）在接收功率受限的情況下，有Eb=STb，知，可以增大Tb以減少S來(lái)保持Eb和信道容量C的不變通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt香農(nóng)公式進(jìn)一步改寫：每比特能量表明（1）為了得到給定的信道容通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教30dB每個(gè)像素的信息量一幅圖片的信息量解：例通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt30dB每個(gè)像素的信息量一幅圖片的信息量解：例通信原理培訓(xùn)講在二進(jìn)制系統(tǒng)中，由于只有0、1兩種符號(hào)，由概率論知識(shí)可得下列關(guān)系：傳輸0碼的正確轉(zhuǎn)移概率：傳輸1碼的正確轉(zhuǎn)移概率：當(dāng)無(wú)記憶二進(jìn)制編碼信道的差錯(cuò)發(fā)生統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，且具有對(duì)稱的條件概率時(shí)錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率：正確轉(zhuǎn)移概率：該信道稱為二進(jìn)制對(duì)稱信道（BinarySymmetricChannel，BSC）通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt在二進(jìn)制系統(tǒng)中，由于只有0、1兩種符號(hào)，由概率論知識(shí)可得下列

通信原理（第7版）樊昌信曹麗娜編著

信道第4章通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))通信原理（第7版）樊昌信曹麗娜編著信道的定義通信系統(tǒng)中的信道是指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，是通信系統(tǒng)的重要組成部分信道的定義通信系統(tǒng)中的信道是指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳輸信道分類信道模型恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懶诺涝肼曅诺廊萘?/p>

本章內(nèi)容:

第4章信道

信道分類本章內(nèi)容:第4章信道無(wú)線信道——自由空間或大氣層有線信道——明線、電纜、光纖

概述按照傳輸媒介的不同按照系統(tǒng)模型中研究對(duì)象的不同：

調(diào)制信道——研究調(diào)制/解調(diào)問(wèn)題編碼信道——研究編碼/譯碼問(wèn)題信道的定義與分類按照信道中沖擊響應(yīng)是否隨時(shí)間變化恒參信道——特性參數(shù)變化緩慢，視為恒定值隨參信道——特性參數(shù)隨時(shí)間變化概述按照傳輸媒介的不同按照系統(tǒng)模型中研究對(duì)象的不同：無(wú)線信道§4.1利用電磁波在空間的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線信道§4.1利用電磁波在空間的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)的對(duì)流層平流層電離層10km60km0km對(duì)流層：約

0~10km平流層：約10~60km電離層：約60~400

km地球大氣層的結(jié)構(gòu)：對(duì)流層平流層電離層10km60km0km對(duì)流層：約地波ground-wave頻率：<2MHz特性：有繞射能力距離：數(shù)百或數(shù)千千米用于：調(diào)幅（AM）廣播天波sky-wave頻率：2~30MHz特性：被電離層反射距離：<4000km（一次反射距離）用于：遠(yuǎn)程、短波通信傳播路徑

地波傳播方式傳播路徑天波傳播方式無(wú)線信道電磁波的傳播方式：地波ground-wave天波sky-wave傳播路

頻率：>30MHz特性：直線傳播、穿透電離層用途：衛(wèi)星和外太空通信超短波及微波通信距離：與天線高度有關(guān)

ddh接收天線發(fā)射天線傳播途徑Drr視線傳播方式視線傳播line-of-sight無(wú)線信道D

為收發(fā)天線間距離(km)

設(shè)收發(fā)天線的架設(shè)高度均為40m，則最遠(yuǎn)通信距離為：

D=44.7km例如（1）不能被電離層反射（2）沿地面繞射能力也很小頻率：>30MHzddh接收發(fā)射傳播途徑Drr視線傳微波中繼（微波接力）衛(wèi)星中繼（靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星）平流層通信微波中繼（微波接力）無(wú)線信道微波中繼無(wú)線信道微波中繼無(wú)線信道衛(wèi)星中繼地面站地面站地球無(wú)線信道衛(wèi)星中繼地面站地面站地球?qū)α鲗由⑸渫ㄐ诺厍蛴行⑸鋮^(qū)域無(wú)線信道散射通信對(duì)流層散射通信地球有效散射區(qū)域無(wú)線信道散射通信流星余跡無(wú)線信道流星余跡散射特性:

高度80~120km，長(zhǎng)度15~40km

存留時(shí)間：小于1秒至幾分鐘頻率:

30~100MHz距離:

1000km以上用途:低速存儲(chǔ)、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸流星余跡無(wú)線信道流星余跡散射特性:高度80~120有線信道§4.2利用人造的傳導(dǎo)或光信號(hào)的媒介來(lái)傳輸信號(hào)；e.g.明線對(duì)稱電纜同軸電纜光纖有線信道§4.2利用人造的傳導(dǎo)或光信號(hào)的媒介來(lái)傳輸信號(hào)；明線平行架設(shè)在電線桿上的架空線路易受天氣和外界干擾的影響明線平行架設(shè)在電線桿上的架空線路屏蔽雙絞線(STP)（可減少噪聲干擾）非屏蔽雙絞線(UTP)（便宜、易彎曲、易安裝）由多對(duì)雙絞線組成有線信道對(duì)稱電纜屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)由多對(duì)有有線信道同軸電纜信道頻帶在幾百M(fèi)Hz至1GHz左右主要應(yīng)用：長(zhǎng)途通信干線，有線電視等有線信道同軸電纜信道頻帶在幾百M(fèi)Hz至1GHz左右

寬帶（射頻）同軸電纜：75Ω，用于傳輸模擬信號(hào)多用于有線電視（CATV）系統(tǒng)傳輸距離可達(dá)幾十千米

基帶同軸電纜：50Ω，多用于數(shù)字基帶傳輸速率可達(dá)10Mb/s傳輸距離<幾千米有線信道寬帶（射頻）同軸電纜：基帶同軸電纜：有線信道單模階躍折射率光纖

光纖結(jié)構(gòu)示意圖有線信道光纖光作為一種特殊的電磁波，在人造介質(zhì)（光纖）中傳播，實(shí)現(xiàn)大容量，高可靠性的通信主要應(yīng)用：電信網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的骨干網(wǎng)單模階躍折射率光纖光纖結(jié)構(gòu)示意圖有線信道光纖缺點(diǎn)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)有線信道缺點(diǎn)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)有線信道信道數(shù)學(xué)模型§4.3按照系統(tǒng)模型中研究對(duì)象的不同：

調(diào)制信道——研究調(diào)制/解調(diào)問(wèn)題編碼信道——研究編碼/譯碼問(wèn)題信道數(shù)學(xué)模型§4.3按照系統(tǒng)模型中研究對(duì)象的不同：

模型：有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和輸出端大多數(shù)信道都滿足線性疊加原理對(duì)信號(hào)有固定或時(shí)變的延遲和損耗無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，仍可能有輸出（噪聲）共性：疊加有噪聲的線性時(shí)變/時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)：基本模型：§4.3.1調(diào)制信道模型調(diào)制信道：發(fā)送信號(hào)：接收信號(hào)：加性高斯白噪聲：信道的沖激響應(yīng)模型：有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和輸出端共性：疊加有噪聲的線性信號(hào)輸入輸出關(guān)系：時(shí)域表達(dá)式：頻域表達(dá)式：傅里葉變換特性，卷積→乘積加性噪聲始終存在調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響程度取決于H(w)與n(t)的特性導(dǎo)致的結(jié)果：會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生失真、延時(shí)和衰落信號(hào)輸入輸出關(guān)系：時(shí)域表達(dá)式：頻域表達(dá)式：傅里葉變換特性，卷調(diào)制信道分為：（依據(jù)沖激響應(yīng)隨時(shí)間變化的情況）恒參信道——信道的沖激響應(yīng)隨時(shí)間變化緩慢，或者不變（等效為線性是不變?yōu)V波器）隨參信道——信道的沖激響應(yīng)隨時(shí)間較快變化（等效為線性時(shí)變率濾波器）不同的物理信道具有不同的特性H()=常數(shù)（可取1）加性高斯白噪聲信道模型即：描述通信信號(hào)只有加性噪聲影響的實(shí)際物理信道，是一種理想信道若恒參信道，隨參信道的特性不理想，會(huì)影響信號(hào)的無(wú)失真?zhèn)鬏斦{(diào)制信道分為：不同的物理信道具有不同的特性H()=常數(shù)§4.3.2編碼信道模型編碼信道是一種數(shù)字信道或離散信道，其輸入和輸出都是離散信號(hào)（數(shù)字序列）編碼信道+=1二進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道模型+=1P(0/0)

P(1/1)

正確P(1/0)

P(0/1)

錯(cuò)誤

模型：用條件轉(zhuǎn)移概率來(lái)描述誤碼率：衡量該信道優(yōu)劣的重要參數(shù)指標(biāo)：§4.3.2編碼信道模型編碼信道是一種數(shù)字信道或離散信01233210接收端發(fā)送端四進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道

模型：注意：從上述編碼信道模型可以看出，數(shù)字序列的傳輸有時(shí)是不可靠的。因此，如何在不可靠的信道中實(shí)現(xiàn)高效的可靠通信是通信理論研究的一個(gè)主要內(nèi)容。01233210接收端發(fā)送端四進(jìn)制模型：注意：從上述編碼信恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?.4恒參/隨參信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?.4特點(diǎn)：傳輸特性隨時(shí)間緩變或不變。舉例：各種有線信道、衛(wèi)星信道…

線性時(shí)不變系統(tǒng)

恒參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懺诓豢紤]噪聲的前提下，理想恒參信道是一種特殊類型的信道，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)失真?zhèn)鬏敚?）只有幅度大小和出現(xiàn)先后的不同（2）波形沒(méi)有畸變發(fā)送設(shè)備恒參信道接收設(shè)備發(fā)送端接收端s(t)0t發(fā)送信號(hào)恒參信道作用r(t)0t接收信號(hào)發(fā)送信號(hào)——接收信號(hào)的關(guān)系為：表達(dá)式：特點(diǎn)：傳輸特性隨時(shí)間緩變或不變。線性時(shí)不變系統(tǒng)恒參信道特理想恒參信道的傳遞函數(shù)

1.

傳輸特性幅頻特性相頻特性假設(shè)由得

恒參信道特性

2.無(wú)失真?zhèn)鬏敚ê銋⑿诺溃┓l特性相頻特性理想恒參信道的傳遞函數(shù)1.傳輸特性幅頻特性相頻特性恒參信道群遲延——頻率特性幅頻特性相頻特性恒參信道對(duì)發(fā)送信號(hào)的不同頻率分量的衰減是一樣的表明恒參信道相頻特性在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)是頻率的線性函數(shù)群時(shí)延特性在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)是常數(shù)；即恒參信道對(duì)發(fā)送信號(hào)不同頻率分量的時(shí)延是一樣的恒參信道群遲延——頻率特性幅頻特性相頻特性恒參信道對(duì)發(fā)送信

若輸入信號(hào)為s(t)，則理想恒參信道的輸出:恒參信道固定的遲延固定的衰減——這種情況稱為無(wú)失真?zhèn)鬏斃硐牒銋⑿诺李l時(shí)域表達(dá)式:頻域表達(dá)式：時(shí)域表達(dá)式：IFT即：此時(shí)信道的沖激響應(yīng)也是沖激函數(shù)，只是強(qiáng)度變化了K倍，延遲了時(shí)間td恒參信道固定的遲延固定的衰減——這種情況稱為無(wú)失真?zhèn)鬏斃硐?/p>

3.失真影響措施恒參信道

幅頻失真：即幅頻特性在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)不是常數(shù)

相鄰碼元之間發(fā)生重疊幅頻無(wú)失真信道幅頻失真信道即：接收信號(hào)發(fā)生畸變3.失真影響措施恒參信道幅頻失真：

3.失真影響措施恒參信道群遲延失真:

相頻失真：相頻無(wú)失真信道相頻失真信道接收信號(hào)同樣發(fā)生畸變3.失真影響措施恒參信道群遲延失真:相頻失真：無(wú)論幅頻失真、相頻失真均屬于線性失真，可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。此外還存在非線性失真，頻率偏移、相位抖動(dòng)等失真因素，會(huì)引起信號(hào)的非線性碼間干擾，使得模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的解調(diào)性能下降，對(duì)高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能影響比較大。恒參信道

恒參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憻o(wú)論幅頻失真、相頻失真均屬于線性失真，可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行指?jìng)鬏斕匦噪S時(shí)間隨機(jī)快變的信道。隨參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懚滩婋x層反射信道指?jìng)鬏斕匦噪S時(shí)間隨機(jī)快變的信道。隨參信道特性及其對(duì)隨參信道

衰減隨時(shí)間變化時(shí)延隨時(shí)間變化

多徑傳播無(wú)線通信信道是隨參信道的典型實(shí)例：無(wú)線信道的衰落分為大尺度衰落和小尺度衰落衰落特性可以描述為：大尺度衰落，隨時(shí)間和位移緩慢變化小尺度衰落，隨時(shí)間和位移快速變化信道的衰落因子隨參信道衰減隨時(shí)間變化無(wú)線通信信道是隨參信道的典型實(shí)例：大

3.多徑效應(yīng)—

多經(jīng)傳播的影響發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)反射、散射、繞射傳播到接收機(jī)，這些經(jīng)不同途徑的信號(hào)在接收機(jī)處疊加，導(dǎo)致接收信號(hào)發(fā)生劇烈變化——多徑效應(yīng)3.多徑效應(yīng)—多經(jīng)傳播的影響發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)反射、散射、繞

3.多徑效應(yīng)第i條路徑接收信號(hào)振幅經(jīng)過(guò)n條路徑傳播（各路徑有時(shí)變的衰落和傳輸時(shí)延），且經(jīng)過(guò)各條路徑到達(dá)接收端的信號(hào)相互獨(dú)立，—

多經(jīng)傳播的影響傳輸時(shí)延則接收信號(hào)為

設(shè)發(fā)送信號(hào)為幅度恒定頻率單一3.多徑效應(yīng)第i條路徑經(jīng)過(guò)n條路徑傳播（各路徑有時(shí)變的衰根據(jù)概率論中心極限定理：當(dāng)n足夠大時(shí)，x(t)和y(t)趨于正態(tài)分布。

同相~正交形式包絡(luò)~相位形式瑞利分布均勻分布多徑效應(yīng)包絡(luò)相位隨機(jī)緩變的窄帶信號(hào)根據(jù)概率論中心極限定理：當(dāng)n同相~正交形式包絡(luò)~波形發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)頻譜結(jié)論波形發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)頻譜結(jié)論我們更關(guān)心的問(wèn)題：多徑效應(yīng)我們更關(guān)心的問(wèn)題：多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)傳輸衰減均為K

傳輸時(shí)延分別為1和2發(fā)射信號(hào)接收信號(hào)設(shè)兩條路徑的信道為f(t)fo(t)=Kf(t-1)+

Kf(t-2

)信道傳輸函數(shù)fo(t)

=2-1相對(duì)時(shí)延差則接收信號(hào)為常數(shù)衰減因子確定的傳輸時(shí)延因子與信號(hào)頻率有關(guān)的復(fù)因子多徑效應(yīng)傳輸衰減均為K發(fā)射信號(hào)接收信號(hào)設(shè)兩條路徑的信道對(duì)信號(hào)不同的頻率成分，將有不同的衰減?！l率選擇性衰落如何減??？信道幅頻特性即：信道對(duì)不同f

的信號(hào)分量的衰減大小不同，且隨時(shí)間變化.曲線最大和最小值的位置取決于相對(duì)時(shí)延t信道對(duì)信號(hào)不同的頻率成分，將有不同的衰減?！l率選信道相關(guān)帶寬：定義為相鄰傳輸零點(diǎn)的頻率間隔

，工程經(jīng)驗(yàn)公式：即平坦衰落，此時(shí)信號(hào)所經(jīng)歷的衰減基本相同

4.減小頻率選擇性衰落的措施△f

△f

＝1/應(yīng)使信號(hào)帶寬Bs

＝(1/3~1/5)△f數(shù)字信號(hào)的碼元寬度:從而降低多徑效應(yīng)對(duì)傳碼率的影響Ts

＝(3~5)→RB↓mmBs

<△f信道相關(guān)帶寬：歸納

隨參信道特性

多徑效應(yīng)

減小衰落的措施歸納隨參信道特性多徑效應(yīng)減小衰落的措施信道噪聲§4.5（1）任何實(shí)際的物理信道中都存在噪聲和干擾（2）對(duì)通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào)造成限制和損傷（3）導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能下降，e.g.SNR下降，誤碼率上升等信道噪聲§4.5（1）任何實(shí)際的物理信道中都存在噪聲和干擾1.何謂噪聲

按噪聲來(lái)源

2.噪聲類型人為噪聲自然噪聲內(nèi)部噪聲

（如熱噪聲）脈沖噪聲

窄帶/單頻噪聲

起伏噪聲（熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲）

按噪聲性質(zhì)通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt1.何謂噪聲2.噪聲類型人為噪聲脈沖噪聲

2.噪聲類型——按噪聲來(lái)源人為噪聲：由人類的活動(dòng)產(chǎn)生的，e.g.汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花，微波爐產(chǎn)生的電場(chǎng)波等自然噪聲：自然界中存在的各種電磁波輻射，e.g.大氣噪聲、宇宙噪聲等內(nèi)部噪聲：主要由系統(tǒng)內(nèi)部電子器件和導(dǎo)體中的自由電子的布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，又稱熱噪聲

通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt2.噪聲類型——按噪聲來(lái)源人為噪聲：由人類的活動(dòng)產(chǎn)生的

2.噪聲類型——按噪聲性質(zhì)脈沖噪聲：是突發(fā)性地產(chǎn)生，幅度較大，頻譜較寬，e.g.電火花不是普遍持續(xù)存在的，對(duì)話音通信影響較小，但對(duì)數(shù)字通信影響可能較大。窄帶噪聲：來(lái)自相鄰電臺(tái)或其他電子設(shè)備，其頻譜或頻率位置通常是確知的或者可以測(cè)知的，可以看作是一種非所需的連續(xù)已調(diào)正弦波（只存在特點(diǎn)頻率、時(shí)間、地點(diǎn)，影響有限）起伏噪聲：遍布在時(shí)域和頻域內(nèi)的隨機(jī)噪聲，包括熱噪聲、散彈噪聲、宇宙噪聲等.（始終存在）通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt2.噪聲類型——按噪聲性質(zhì)脈沖噪聲：是突發(fā)性地產(chǎn)生，幅熱噪聲：

式中

k=1.3810-23（J/K）－波茲曼常數(shù)T－熱力學(xué)溫度（K）R－阻值（）

B

－帶寬（Hz）熱噪聲電壓有效值：討論噪聲對(duì)通信系統(tǒng)的影響時(shí)，主要考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt熱噪聲：式中熱噪聲電壓有效值：討論噪聲對(duì)通信系統(tǒng)的影響時(shí)，歸納信道加性噪聲n(t):獨(dú)立于信號(hào)始終存在，會(huì)使模擬信號(hào)失真，數(shù)字信號(hào)發(fā)生錯(cuò)碼，限制信息的傳輸速率代表：起伏噪聲（熱噪聲等）

性質(zhì)：高斯白噪聲信號(hào)解調(diào)時(shí)，熱噪聲經(jīng)過(guò)接收機(jī)帶通濾波器的濾波，變成帶限白噪聲，即窄帶噪聲n(t)?BPF?窄帶高斯噪聲通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt歸納信道加性噪聲n(t):獨(dú)立于信號(hào)始終存在，會(huì)使模擬信平均功率：噪聲等效帶寬：噪聲等效帶寬

Pn(f)接收濾波器特性通過(guò)寬度為Bn的矩形濾波器的噪聲功率

=通過(guò)實(shí)際接收濾波器的噪聲功率。

物理

意義窄帶高斯噪聲

:Pn(f0)雙邊噪聲功率譜：通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt平均功率：噪聲等效帶寬：噪聲等效帶寬Pn(f)接信道容量§4.6——指信道能夠無(wú)差錯(cuò)傳輸時(shí)的最大平均信息速率通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt信道容量§4.6——指信道能夠無(wú)差錯(cuò)傳輸時(shí)的最大平均信息速式中，P(xi)：發(fā)送符號(hào)xi的概率（i=1,2,3,?,n）（1）信源發(fā)送的平均信息量（熵）（2）因信道噪聲而損失的平均信息量式中，P(yj)：收到y(tǒng)j的概率（j=1,2,3,?,m）；P(xi/yj)：收到y(tǒng)j后判斷發(fā)送的是xi的轉(zhuǎn)移概率§4.6.1離散信道容量通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt式中，P(xi)：發(fā)送符號(hào)xi的概率（i=1,2,3,?,（3）信息傳輸速率R

——信道每秒傳輸?shù)钠骄畔⒘縖H(x)–H(x/y)]

?是接收端得到的平均信息量

r

?信道每秒傳輸?shù)姆?hào)數(shù)為（符號(hào)速率）——最大信息傳輸速率：對(duì)一切可能的信源概率分布，求R的最大值：含義：每個(gè)符號(hào)能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⒘浚?）信道容量Ct

等價(jià)式：通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt（3）信息傳輸速率R——信道每秒傳輸?shù)钠骄畔⒘縖H(當(dāng)輸入符號(hào)等概率分布，即而條件熵表示為：解：二進(jìn)制對(duì)稱信道的信道容量計(jì)算其中，錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率為p，則正確轉(zhuǎn)移概率為1-p，x1=0，x2=1，y1=0，y2=1則此信源的平均信息量（熵）為通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt當(dāng)輸入符號(hào)等概率分布，即而條件熵表示為：解：二進(jìn)制對(duì)稱信道的條件熵表示為：解：二進(jìn)制對(duì)稱信道的信道容量計(jì)算由貝葉斯公式（后驗(yàn)概率用先驗(yàn)概率表示）當(dāng)輸入符號(hào)等概率分布，即單位時(shí)間內(nèi)的信道容量ct為：每個(gè)符號(hào)的信道容量c為：通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)ppt教程管理課件教程ppt通信原理培訓(xùn)講義(PPT66頁(yè))培訓(xùn)課件培訓(xùn)講義培訓(xùn)