通信原理 第3章.ppt

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1、3.1信道定義與數(shù)學(xué)模型3.2恒參信道及其傳輸特性3.3隨參信道及其傳輸特性3.4信道容量第3章通信信道返回主目錄3.1信道定義與數(shù)學(xué)模型3.1.1信道定義信道是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號通道。根據(jù)信道的定義，如果信道僅是指信號的傳輸媒質(zhì)，這種信道稱為狹義信道；如果信道不僅是傳輸媒質(zhì)，而且包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置，這種信道稱為廣義信道。狹義信道按照傳輸媒質(zhì)的特性可分為有線信道和無線信道兩類。有線信道包括明線、對稱電纜、同軸電纜及光纖等。線信道包括地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼、散射及移動

2、無線電信道等。狹義信道是廣義信道十分重要的組成部分，通信效果的好壞，在很大程度上將依賴于狹義信道的特性。因此，在研究信道的一般特性時(shí)，“傳輸媒質(zhì)”仍是討論的重點(diǎn)。今后，為了敘述方便，常把廣義信道簡稱為信道。廣義信道除了包括傳輸媒質(zhì)外，還包括通信系統(tǒng)有關(guān)的變換裝置，這些裝置可以是發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等等。這相當(dāng)于在狹義信道的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大了信道的范圍。它的引入主要是從研究信息傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，使通信系統(tǒng)的一些基本問題研究比較方便。廣義信道按照它包括的功能，可以分為調(diào)制信道、編碼信道等。信道的一般組成

3、如圖3-1所示。所謂調(diào)制信道是指圖3-1中從調(diào)制器的輸出端到解調(diào)器的輸入端所包含的發(fā)轉(zhuǎn)換裝置、媒質(zhì)和收轉(zhuǎn)換裝置三部分。當(dāng)研究調(diào)制與解調(diào)問題時(shí)，我們所關(guān)心的是調(diào)制器輸出的信號形式、解調(diào)器輸入端信號與噪聲的最終特性，而并不關(guān)心信號的中間變換過程。因此，定義調(diào)制信道對于研究調(diào)制與解調(diào)問題是方便和恰當(dāng)?shù)?。在?shù)字通信系統(tǒng)中，如果研究編碼與譯碼問題時(shí)采用編碼信道，會使問題的分析更容易。圖3–1調(diào)制信道和編碼信道在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果研究編碼與譯碼問題時(shí)采用編碼信道，會使問題的分析更容易。所謂編碼信道是指圖3-1中編碼器輸出端到譯碼

4、器輸入端的部分。即編碼信道包括調(diào)制器、調(diào)制信道和解調(diào)器。調(diào)制信道和編碼信道是通信系統(tǒng)中常用的兩種廣義信道，如果研究的對象和關(guān)心的問題不同，還可以定義其他形式的廣義信道。3.1.2信道的數(shù)學(xué)模型信道的數(shù)學(xué)模型用來表征實(shí)際物理信道的特性，它對通信系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)是十分方便的。下面我們簡要描述調(diào)制信道和編碼信道這兩種廣義信道的數(shù)學(xué)模型。1.調(diào)制信道模型調(diào)制信道是為研究調(diào)制與解調(diào)問題所建立的一種廣義信道，它所關(guān)心的是調(diào)制信道輸入信號形式和已調(diào)信號通過調(diào)制信道后的最終結(jié)果，對于調(diào)制信道內(nèi)部的變換過程并不關(guān)心。因此，調(diào)制信道可以用

5、具有一定輸入、輸出關(guān)系的方框來表示。通過對調(diào)制信道進(jìn)行大量的分析研究，發(fā)現(xiàn)它具有如下共性：（1）有一對（或多對）輸入端和一對（或多對）輸出端；（2）絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；（3）信號通過信道具有固定的或時(shí)變的延遲時(shí)間；（4）信號通過信道會受到固定的或時(shí)變的損耗；（5）即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的輸出（噪聲）。根據(jù)以上幾條性質(zhì)，調(diào)制信道可以用一個(gè)二端口(或多端口)線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)來表示，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)便稱為調(diào)制信道模型，如圖3-2所示。二端口的調(diào)制信道模型，其輸出與輸入的關(guān)系有r(t)=s

6、o(t)+n(t)=f［si(t)］+n(t)(3.1-1)圖3–2調(diào)制信道模型式中，si(t)為輸入的已調(diào)信號；so(t)為調(diào)制信道對輸入信號的響應(yīng)輸出波形；n(t)為加性噪聲，與si(t)相互獨(dú)立。f［si(t)］反映了信道特性，不同的物理信道具有不同的特性。有的物理信道f［si(t)］很簡單，有的物理信道f［si(t)］很復(fù)雜。一般情況，f［si(t)］可以表示為信道單位沖激響應(yīng)c(t)與輸入信號的卷積，即so(t)=c(t)*si(t)(3.1-2)或S(ω)=C(ω)Si(ω)(3.1-3)其中，C(ω)依

7、賴于信道特性。對于信號來說，C(ω)可看成是乘性干擾。如果我們了解c(t)與n(t)的特性，就能知道信道對信號的具體影響。通常信道特性c(t)是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，它可能包括各種線性失真、非線性失真、交調(diào)失真、衰落等。同時(shí)由于信道的遲延特性和損耗特性隨時(shí)間作隨機(jī)變化，故c(t)往往只能用隨機(jī)過程來描述。在我們實(shí)際使用的物理信道中，根據(jù)信道傳輸函數(shù)C(ω)的時(shí)變特性的不同可以分為兩大類：一類是C(ω)基本不隨時(shí)間變化，即信道對信號的影響是固定的或變化極為緩慢的，這類信道稱為恒定參量信道，簡稱恒參信道；另一類信道是傳輸函數(shù)C(

8、ω)隨時(shí)間隨機(jī)快變化，這類信道稱為隨機(jī)參量信道，簡稱隨參信道。在常用物理信道中，C(ω)的特性有三種典型形式。第一種形式C(ω)是常數(shù)，或在信號頻帶范圍之內(nèi)是常數(shù)。這種信道可以用加性噪聲信道數(shù)學(xué)模型來表示，如圖3-3所示。信號通過信道的輸出為r(t)=so(t)+n(t)=csi(t)+n(t)(3.1-4)式中，c是信道