第2講 信道和噪聲

1.4信道

1.4.0信道的定義：譯碼器輸入發(fā)轉(zhuǎn)換器媒質(zhì)收轉(zhuǎn)換器解調(diào)器調(diào)制器（調(diào)制）信道廣義（編碼）信道編碼器輸出1

1.4.1無線信道無線電通信的起源電磁波發(fā)射對波長的要求頻段（波長）劃分2頻段（波長）劃分

頻率范圍 名稱 典型應(yīng)用(kHz)3–30甚低頻(VLF)遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信 (10-100km) 聲納、授時30–300 低頻(LF) 導(dǎo)航、水下通信 (1-10km) 無線電信標(biāo)300–3000中頻(MF)廣播、海事通信、 (100-1000m) 測向、遇險求救、 海岸警衛(wèi)3頻段（波長）劃分頻率范圍 名稱 典型應(yīng)用(MHz)3–30高頻(HF) 遠(yuǎn)程廣播、電報、電話、飛機(jī) (10-100m) 與船只間通信、船－岸通信、 業(yè)余無線電30–300 甚高頻(VHF)電視、調(diào)頻廣播、陸地交通、 (米波） 空中交通管制、出租汽車、 警察、導(dǎo)航、飛機(jī)通信300–3000特高頻(UHF)電視、蜂窩網(wǎng)、微波鏈路、 (分米波） 無線電探空儀、導(dǎo)航、衛(wèi)星 通信、GPS、監(jiān)視雷達(dá)、 無線電高度計4頻段（波長）劃分

頻率范圍 名稱 典型應(yīng)用(GHz)

3–30超高頻(HF)

衛(wèi)星通信、無線電高度計、

（厘米波）微波鏈路、機(jī)載雷達(dá)、氣象 雷達(dá)、公用陸地移動通信

30–300 極高頻(VHF)

鐵路業(yè)務(wù)、雷達(dá)著陸系統(tǒng)、

（毫米波）實(shí)驗(yàn)用300–3000亞毫米波

實(shí)驗(yàn)用

（0.1–1mm）5頻段（波長）劃分頻率范圍 名稱 典型應(yīng)用(THz)

43–430 紅外線光通信系統(tǒng) (7–0.7m)

430–750可見光 光通信系統(tǒng) (0.7–0.4m)

750–3000 紫外線 光通信系統(tǒng) (0.4–0.1m)注：kHz=103Hz,MHz=106Hz,GHz=109Hz, THz=1012Hz,mm=10-3m,m=10-6m6對流層地球0~10km電離層60~300km平流層電磁波傳播：地波、天波、視線傳播7地波頻率：2MHz以下繞射：發(fā)生在波長～障礙物尺寸可比時通信距離：可達(dá)數(shù)百～數(shù)千km地球8天波電離層高度：60～300km單跳最大距離：4000km頻率：2～30MHz9頻率：>30MHz傳播距離:d2+r2=(h+r)2, 或 hD2/50(m)式中D－km視線傳播hr地面ddD10無線電中繼圖1.4.4無線電中繼11靜止衛(wèi)星中繼通信12平流層中繼通信HAPS(HighAltitudePlatformStation)13頻率(GHz)(a)氧氣和水蒸氣（濃度7.5g/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1.4.5大氣衰減大氣對電磁波傳播的影響14蜂窩網(wǎng)移動交換中心電話交換中心151.4.2有線信道明線對稱電纜同軸電纜圖1.4.8同軸電纜截面示意圖16有線電信道電氣特性信道類型通話容量（路）頻率范圍(kHz)傳輸距離(km)明線1+30.3～27300明線1+3+120.3～150120對稱電纜2412～10835對稱電纜6012～25212～18小同軸電纜30060～13008小同軸電纜96060～41004中同軸電纜1800300～90006中同軸電纜2700300～120004.5中同軸電纜10800300～600001.517光纖結(jié)構(gòu)損耗n1n2折射率折射率n1n22a光波波長（nm）1.55m1.31m0.7 0,9 1.1 1.3 1.5 1.7181.4.3信道模型調(diào)制信道模型:對于單“端對”信道

eo(t)=f[ei(t)]+n(t)式中ei(t)－輸入的已調(diào)信號；

eo(t)－輸出信號；

n(t)－加性噪聲，它與ei(t)相互獨(dú)立。

f[ei(t)]－與輸入有關(guān)的一個函數(shù),

表示信道對于信號的影響。ei(t)eo(t)時變線性網(wǎng)絡(luò)19通常，f[ei(t)]可以表示為：k(t)ei(t)， 此時，

eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)其中k(t)表示時變線性網(wǎng)絡(luò)的特性，稱為乘性干擾。

k(t)－一個復(fù)雜的函數(shù)，反映信道的衰減、線性失真、非線性失真、延遲…等。 最簡單情況：k(t)=常數(shù)，表示衰減。 當(dāng)k(t)=常數(shù)，稱為恒(定)參(量)信道 例如，同軸電纜

當(dāng)k(t)常數(shù)，稱為隨(機(jī))參(量)信道 例如，移動蜂窩網(wǎng)通信信道20編碼信道模型:二進(jìn)制信號、無記憶信道， 其中，P(0/0),P(1/1)－正確轉(zhuǎn)移概率

P(0/1),P(1/0)－錯誤轉(zhuǎn)移概率 轉(zhuǎn)移概率－

決定于編碼信道的特性

P(0/0)=1-P(1/0)

P(1/1)=1-P(0/1)0110P(0/0)P(0/1)P(1/1)P(1/0)211.4.4信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺?~非時變線性網(wǎng)絡(luò)振幅~頻率特性f(Hz)30030000衰耗(dB)理想特性典型音頻電話信道特性22相位~頻率特性: 理想特性:相位()=k; 群遲延()=d()/d=k 畸變的影響:波形失真（相位失真）、碼間串?dāng)_。線性失真:頻率失真和相位失真：屬于線性失真 可用“線性補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)”糾正，－“均衡”非線性失真:

振幅特性非線性、頻率偏移、相位抖動…

非線性失真－難以消除ω()0理想特