通信原理信道素材学习教案

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1、会计学1通信原理通信原理(yunl)信道素材信道素材第一页，共78页。2信道(xn do)的分类第2页/共78页第二页，共78页。3第3页/共78页第三页，共78页。4第4页/共78页第四页，共78页。5第5页/共78页第五页，共78页。6第6页/共78页第六页，共78页。7屏蔽箔屏蔽双绞线非屏蔽双绞线图1 双绞线示意图第7页/共78页第七页，共78页。8第8页/共78页第八页，共78页。9铝制编织导体(屏蔽)内部绝缘体内部导体外部绝缘体(a) 一段同轴电缆(b) 一段与连接器相连的同轴电缆图2 同轴电缆(tn zhu din ln)结构示意图第9页/共78页第九页，共78页。10第10页/共

2、78页第十页，共78页。11第11页/共78页第十一页，共78页。12外套绝缘包层纤维芯图3 光纤结构(jigu)示意图第12页/共78页第十二页，共78页。13第13页/共78页第十三页，共78页。14地地 面面对流层对流层平流层平流层电离层电离层10 km60 km0 km第14页/共78页第十四页，共78页。15频率频率(GHz)(a) 氧气和水蒸气（浓度氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减）的衰减频率频率(GHz)(b) 降雨的衰减降雨的衰减衰减衰减(dB/km)衰减衰减 (dB/km)水蒸气水蒸气氧氧气气降雨率降雨率图图4-6 大气衰减大气衰减有线信道(xn do)和无线信道(

3、xn do)第15页/共78页第十五页，共78页。16传 播 路传 播 路径径地地 面面图图4-1 地波传播地波传播地地 面面信 号 传 播 路信 号 传 播 路径径图图 4-2 天波传播天波传播有线信道(xn do)和无线信道(xn do)第16页/共78页第十六页，共78页。17n中继通信：n卫星(wixng)通信：静止卫星(wixng)、移动卫星(wixng)n平流层通信：ddh接 收 天接 收 天线线发 射 天发 射 天线线传 播 途传 播 途径径D地面地面rr图图 4-3 视线传播视线传播图图4-4 无线电中继无线电中继50822DrDhmm505050508222DrDh有线信道(

4、xn do)和无线信道(xn do)第17页/共78页第十七页，共78页。18图图4-7 对流层散射通信对流层散射通信地球地球有效散射区域有效散射区域有线信道(xn do)和无线信道(xn do)第18页/共78页第十八页，共78页。19第19页/共78页第十九页，共78页。20第20页/共78页第二十页，共78页。21有线信道(xn do)和无线信道(xn do)第21页/共78页第二十一页，共78页。22第22页/共78页第二十二页，共78页。23第23页/共78页第二十三页，共78页。24第24页/共78页第二十四页，共78页。25传输介质发转换器收转换器解调器调制器调制信道编码信道编码

5、器输出译码器输入图 6调制信道(xn do)与编码信道(xn do)第25页/共78页第二十五页，共78页。26第26页/共78页第二十六页，共78页。27 信道(xn do)模型第27页/共78页第二十七页，共78页。28第28页/共78页第二十八页，共78页。29第29页/共78页第二十九页，共78页。30第30页/共78页第三十页，共78页。31二进制编码(bin m)信道模型 四进制编码(bin m)信道模型第31页/共78页第三十一页，共78页。32码的转移码的转移(zhuny)概率概率P(i/j)二进制数字编码信道二进制数字编码信道(xn do)发送(f sn)码元为j，而接收码元

6、为i的概率。0101发送端发送端接收端接收端P(0/0)P(1/0)P(1/1)P(0/1)P(0/0)+P(1/0)=1P(0/1)+P(1/1)=1P(0/1)、P(1/0)是是错误接收概率错误接收概率P(0/0)、P(1/1)是是正确接收概率正确接收概率系统的误码率是？系统的误码率是？系统的误码率系统的误码率 Pe=P(0)P(1/0)+ P(1)P(0/1)第32页/共78页第三十二页，共78页。33M进制数字编码信道进制数字编码信道(xn do)系统系统(xtng)误码率是？误码率是？P(0/0)P(1/0)P(M-1/0)P(2/0)P(0/1)P(1/1)P(2/1)P(M-1/

7、1)P(0/2)P(2/2)P(1/2)P(M-1/2)P(0/M-1)P(M-1/M-1)P(1/M-1)P(2/M-1)1010)/()(MiMijjeijPiPP01发发送送端端接接收收端端2M-1012M-1第33页/共78页第三十三页，共78页。34编码信道编码信道调制信道调制信道第34页/共78页第三十四页，共78页。35nn 信道数学模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)图图4-13 调制信道数学模型调制信道数学模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第35页/共78页第三十五页，共7

8、8页。36)()()()(tntetkteio第36页/共78页第三十六页，共78页。37相频特性第37页/共78页第三十七页，共78页。38( )K w( )( )dwwtw ()( )( )djwtwH wK w e第38页/共78页第三十八页，共78页。39第39页/共78页第三十九页，共78页。40第40页/共78页第四十页，共78页。41( )( )ddtwwdw ( )dtww( )ww第41页/共78页第四十一页，共78页。42第42页/共78页第四十二页，共78页。43第43页/共78页第四十三页，共78页。44第44页/共78页第四十四页，共78页。45 恒参信道恒参信道(x

9、n do)举例举例 光纤信道光纤信道(xn do)光源光源光调制器光调制器耦合器耦合器基带处理基带处理基带电信号基带电信号耦合器耦合器光检测器光检测器基带处理基带处理基带电信号基带电信号光纤线路光纤线路发发送送端端接接收收端端图图7光纤通信系统光纤通信系统 光纤与光缆光纤与光缆 光波长光波长 单模光纤与多模光纤单模光纤与多模光纤 光纤的衰耗光纤的衰耗(shui ho)与色散与色散光纤通信的优点光纤通信的优点 无中继传输距离长；无中继传输距离长； 系统频带宽、容量大；系统频带宽、容量大； 具有及强的抗电磁干扰能力。具有及强的抗电磁干扰能力。第45页/共78页第四十五页，共78页。46恒参信道恒参

10、信道(xn do)举例举例无线电视距传播无线电视距传播(chunb)信信道道无线电视距传播无线电视距传播无线电中继信道无线电中继信道第46页/共78页第四十六页，共78页。47 恒参信道恒参信道(xn do)举例举例 卫星卫星(wixng)中继信道中继信道卫星中继信道卫星中继信道通信卫通信卫星星通信卫通信卫星星第47页/共78页第四十七页，共78页。48( , )( , )( , )djwtwH wK we( )iX t( )oXt( )( )( )( )oiiXtK t X tn t( )K t( )in t第48页/共78页第四十八页，共78页。49第49页/共78页第四十九页，共78页。

11、50第50页/共78页第五十页，共78页。51随参信道随参信道(xn do)举例举例 短波短波(dunb)电离层反射信电离层反射信道道 随参信道是指信道的特性参数随时间快速变化的信道。短波电离层随参信道是指信道的特性参数随时间快速变化的信道。短波电离层反射信道、对流层散射信道、市区移动反射信道、对流层散射信道、市区移动(ydng)通信等信道都属于随参通信等信道都属于随参信道。信道。在一次通信过程中信道参数不固定。在一次通信过程中信道参数不固定。 短波：短波：指波长在指波长在100m 10m（对应信号载波频率（对应信号载波频率3MHz 30MHz）的）的无线电波。无线电波。 电离层：电离层：距离

12、地面高度为距离地面高度为60km 600km的大气层称为电离层。的大气层称为电离层。第51页/共78页第五十一页，共78页。52 短波电离层反射短波电离层反射(fnsh)信信道道1. 传播传播(chunb)路径路径4000kmDEF1F2反射层反射层吸收层吸收层 电离层：电离层： 各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化(binhu)。 一次或多次反射的距离也会发生变化一次或多次反射的距离也会发生变化(binhu)，且与入，且与入射角有关。射角有关。 不同层次（不同层次（F1、F2）的不同高度上都会产生反射。）的不同高度上都会产生反射。地球地

13、球地面高度为地面高度为60km 600km入射角入射角o第52页/共78页第五十二页，共78页。53 短波短波(dunb)电离层反射信道电离层反射信道2. 工作频率工作频率 最高可用频率与电离层的电子密度有关，与入射角有关。最高可用频率与电离层的电子密度有关，与入射角有关。oeooNfMUFsec8.80secmax 关于电离层反射信道的工作频率：关于电离层反射信道的工作频率： 电离层高度、厚度、电子密度是变化的，能够随电离层电离层高度、厚度、电子密度是变化的，能够随电离层变化调整工作频率、入射角才能满足变化调整工作频率、入射角才能满足(mnz)一定距离下的一定距离下的最佳通信。最佳通信。 夜

14、间夜间F2层电子密度低，须降低工作频率，否层电子密度低，须降低工作频率，否则信号会穿透电离层。则信号会穿透电离层。 夜间夜间D层消失，层消失，E层吸收减小，允许工作频率降低。层吸收减小，允许工作频率降低。第53页/共78页第五十三页，共78页。54短波短波(dunb)电离层反射信电离层反射信道道多径传播多径传播(chunb)DEF1F2反射层反射层吸收层吸收层 一次反射一次反射(fnsh)与两次反与两次反射射(fnsh)地球地球发送发送接收接收一次反射与两次反射一次反射与两次反射反射高度不同反射高度不同 反射高度不同反射高度不同 漫射现象（略）漫射现象（略） 寻常波与非寻常波（略）寻常波与非寻

15、常波（略）第54页/共78页第五十四页，共78页。55 短波电离层反射短波电离层反射(fnsh)信道信道4.电离层反射电离层反射(fnsh)信道特信道特点点 优点优点 要求功率小，设备成本低。要求功率小，设备成本低。 传播距离远。传播距离远。 受地形受地形(dxng)影响小。影响小。 不易受人为破坏。不易受人为破坏。 有一定的带宽或传输容量。有一定的带宽或传输容量。 缺点缺点 干扰电平高。干扰电平高。 存在快衰落和多径时延失真。存在快衰落和多径时延失真。 传输可靠性差。传输可靠性差。 需要经常改换工作频率，导致使用复杂。需要经常改换工作频率，导致使用复杂。第55页/共78页第五十五页，共78页

16、。56随参信道随参信道(xn do)举例举例 对流层散射对流层散射(snsh)信道信道 随参信道随参信道(xn do)是指信道是指信道(xn do)的特性参数随时间快速变化的信的特性参数随时间快速变化的信道道(xn do)。短波电离层反射信道。短波电离层反射信道(xn do)、对流层散射信道、对流层散射信道(xn do)、市区移动通信等信道市区移动通信等信道(xn do)都属于随参信道都属于随参信道(xn do)。 超视距传播信道：超视距传播信道：工作在超短波和微波波段，一跳距离约工作在超短波和微波波段，一跳距离约100km 500km。 对流层对流层：距离地面高度为距离地面高度为10km 1

17、2km的大气层称为对流层。的大气层称为对流层。 应用：应用： 长途干线上的无线电中继通信。长途干线上的无线电中继通信。 点对点通信。点对点通信。第56页/共78页第五十六页，共78页。57对流层散射对流层散射(snsh)信道信道地球地球(dqi)发送发送(f sn)接收接收共同照射区的不均匀散射气团共同照射区的不均匀散射气团图图8 对流层散射信道传播路径对流层散射信道传播路径第57页/共78页第五十七页，共78页。58 对流层散射对流层散射(snsh)信道信道主要特征主要特征 衰落衰落(shuilu)： 慢衰落慢衰落(shuilu) 快衰落快衰落(shuilu) 传播损耗：传播损耗： 自由空间

18、能量扩散自由空间能量扩散(kusn)损耗损耗 散射损耗散射损耗 多径传播多径传播： 多径传播引起信号的多径传播引起信号的时散时散，限制信道的带宽及传输频率。，限制信道的带宽及传输频率。 天线与媒体间的耦合损耗天线与媒体间的耦合损耗： 天线在自由空间的理论增益与在对流层散射信道上测得实际增益之天线在自由空间的理论增益与在对流层散射信道上测得实际增益之差。差。发送发送接收接收第58页/共78页第五十八页，共78页。59 随参信道特性及其对信号传输随参信道特性及其对信号传输(chun sh)的影响的影响 随参信道特性参数（衰耗与时延）随时间快速变化随参信道特性参数（衰耗与时延）随时间快速变化 随参信

19、道多存在随参信道多存在(cnzi)多径传播多径传播 随参信道是一种时变多径传播信道：随参信道是一种时变多径传播信道： 对信号的衰耗随时间而变化；对信号的衰耗随时间而变化； 传输的时延随时间而变化；传输的时延随时间而变化； 多径传播。多径传播。 时变线性网络时变线性网络H1（，t）时变线性网络时变线性网络H2（，t）时变线性网络时变线性网络Hi（，t）时变线性网络时变线性网络Hn（，t）发送信号 接收信号 s（t） r（t） Hi（，t）= | Hi（，t）|e-ji（，t） 时变多径传播信道时变多径传播信道第59页/共78页第五十九页，共78页。60第60页/共78页第六十页，共78页。61第

20、61页/共78页第六十一页，共78页。62第62页/共78页第六十二页，共78页。63第63页/共78页第六十三页，共78页。64第64页/共78页第六十四页，共78页。65第65页/共78页第六十五页，共78页。66第66页/共78页第六十六页，共78页。67第67页/共78页第六十七页，共78页。68第68页/共78页第六十八页，共78页。69第69页/共78页第六十九页，共78页。70声称为高斯白噪声。第70页/共78页第七十页，共78页。71连续信道的信道容量假设信道的带宽为B（HZ），信道输出的信号功率(gngl)为S（W)，输出加性带限高斯白噪声功率(gngl)为N(W).则该信道

21、的信道容量为：)/)(1 (log2sbitNSBC上式是信息论中具有重要意义的香农(shannon)公式,表明了当信号与作用在信道上的起伏(qf)噪声的平均功率给定时，在具有一定频带宽度B的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。信道容量的概念(ginin)第71页/共78页第七十一页，共78页。72由于噪声功率N与信道(xn do)带宽B有关。所以，若噪声单边功率谱密度为n0，N= n0 B因此、香农公式的另一种形式为：)1 (log02BnSBC当 或 信道容量00nSC意味着信道无噪声，或发送(f sn)功率无穷大，所以信道容量为无穷大，显然这在任何实际系统中都是无法实现的

22、信道容量的概念(ginin)第72页/共78页第七十二页，共78页。73但这个关系提示出：若要使信道容量加大，则可以通过(tnggu)减小n0或增大s在理论上是可行的，那么增大带宽，是否使信道容量趋于无穷呢？)1 (log)1 (log020002BnSSBnnSBnSBC信道容量的概念(ginin)第73页/共78页第七十三页，共78页。74)()1 (loglimlim0020nSBnSSBnCBB44. 1log)1 (log1lim220exxx02044. 1loglimnSenSCB说明，信噪比一定时，即使增加(zngji)信道带宽，信道容量也是有限的，因为带宽增加(zngji)时，噪声功率也增加(zngji)。 信道容量的概念(ginin)第74页/共78页第七十四页，共78页。75通常，把实现了上述极限信息速率的通信系统称为理想通信系统。香农定理只说明了理想系统的存在，没有给出这种通信系统的实现方法注意，以上讨论都是在信道噪声为高斯白噪声的前提下进行的，对于其他类型的噪声，香农公式需要(xyo)加以修正。 信道容量的概念(ginin)第75页/共78页第七十五页，共78页。76第76页/共78页第七十六页，共78页。77第77页/共78页第七十七页，共78页。感谢您的观看(gunkn)！第78页/共78页第七十八页，共78页。