第4章信道与噪声

换装置。 • 在讨论通信的一般原理时通常采用广义信道，为
叙述方便，常把广义信道简称为信道。
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二、信道的分类
• 从定义可看出，信道大致分成两大类：狭义信道和广 义信道。
• 狭义信道按具体媒介不同分为： 有线信道：同轴电缆、明线、光缆等，传输效率较高； 无线信道：短波、卫星中继等，传输效率较低，安全 性较差。
频率(Hz)
原因：感性负载、容性负载 如何引起畸变？
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信号由基波和三次 谐波组成，且幅度 比为2:1
传输后基波比 三次谐波衰减 得多，比值为
2:1
白：基波
从图中可看出信号不同频率分度畸变（即波形失真），若 传输的是数字信号则会引起相邻码元在时
红：信号（合成波） 间上相互重叠，即造成码间串扰。
• 广义信道按包含的功能不同分为调制信道和编码信道。
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狭义
编
调
发
收
解
解
码
制
转
媒
转
调
码
器
器
换 器
质
换
器
器
器
调制信道
编码信道
为了便于研究，不管信道过程做了什么变换，也不管用什
么传输媒质，我们只关心通过信道后的结果，即只关心输
出信号与输入信号的关系。
数学模型
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三、信道的数学模型
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③ 同轴电缆 ➢ 优点：具有良好的传输特性和屏蔽 特性，带宽高
➢ 传输信号类型：数字信号与模拟信 号均可
➢ 主要应用：有线电视系统、局域网
➢ 种类：基带同轴电缆（50欧，数 字）、宽带同轴电缆（75欧，模拟）
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2. 光纤信道
① 传输信号：光信号，用光脉冲的有无来代 表二进制数字。 ② 传输原理：全反射。
研究复杂问题的一般流程：
大量考察
总结特性
数学模型
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1. 调制信道模型
调制信道的主要特性： • 有一对（或多对）的输入端和一对（或
多对）的输出端； • 绝大多数是线性的； • 信号通过信道需要一定的迟延时间，且
会受到一定的损耗（固定或时变的）； • 即使没有信号输入，在信道的输出端仍
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3.无线电视距中继
➢ 工作在超短波（30~300M，米波）和微波 （300M~3G，分米波）波段。
➢ 电磁波基本沿视线传播，通信距离依靠中 继方式延伸。
终端站
中继
中继
终端站
例如：移动通信网，电力230M专网
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4.卫星中继信道
• 无线电中继信道的一种特殊形式。 • 同步卫星，距地面35860公里
由编码信道的特性所决定。
P(0/0) + P(1/0) = 1 P(1/1) + P(0/1) = 1
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第4章 信道与噪声
4.1 信道的定义、分类及模型 4.2 恒参信道及其对传输信号的影响 4.3 随参信道及其对传输信号的影响 4.4 信道的加性噪声 4.5 信道容量
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一、恒参信道举例
➢有线电信道 ➢光纤信道 ➢无线电视距中继 ➢卫星中继信道
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1. 有线电信道 ① 架空明线
➢ 优点：传输损耗低（与电缆相比）
➢ 缺点：易受气候影响，通信质量不 稳定，频带窄
➢ 传输信号类型：模拟信号
➢ 主要应用：电话系统（业务量较小 的次要传输线路）
普通高等教育“十五”国家级规划教 材
任课老师 温洪明
国防工业出版社
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第4章 信道与噪声
• 4.1 信道的定义、分类及模型 • 4.2 恒参信道及其对信号传输的影响 • 4.3 随参信道及其对信号传输的影响 • 4.4 信道的加性噪声 • 4.5 信道容量
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一、信道的定义
• 狭义信道：仅指信号的传输媒介。 • 广义信道：除包含传输媒介外，还包括有关的变
假定 f[ei(t)]＝ｋ(ｔ)ｅｉ(ｔ) 则 eo(t)=ｋ(ｔ)ei(t) + n(ｔ)
ｎ(ｔ)：加性噪声，独立于ｅｉ(ｔ) ｋ(ｔ)：乘性干扰，依赖于网络的特性，是由 于信道传输特性不理想造成的，它随着输入信 号的消失而消失。
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在研究信道时，根据k(t)的不同情况可把调制信 道分成两大类： • 恒参信道：ｋ(t)基本不随时间变化，即信道对信 号的影响是固定的或变化极为缓慢的。 • 随参信道（变参信道）：ｋ(t)随时间随机快变化 的信道。
缺点：传输时延大。
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• 低轨道卫星
优点：距离近，所需发射功率小，传输时延 比同步卫星小。
缺点：卫星天线覆盖区域小，地面天线必须 随时跟踪卫星。
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二、恒参信道对信号传输的影响
1. 幅频特性（ H(ω) ）
信道的幅频特性不理想会引起幅频畸 变（又称频率失真）。
衰 耗 (dB)
一般情况下，有线信道为恒参信道，无线信道为 随参信道。
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２.编码信道模型
• 编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换 （即编码），可看成数字信道。
• 编码信道模型可以用数字的转换概率来描述。
０
P(0/0)
０
图
P(1/0)
二进制编码
1
P(0/1) P(1/1)
信道模型
1
p(0/0)，p(1/0)，p(0/1)，p(1/1)为信道转换概率，
③种类：
➢ 多模：纤芯直径为50或62.5µm，可以存在 多条入射角不同的光线。
➢ 单模：纤芯直径为8~10µm（一个光波的波 长），光线不出现反射，直接向前传输。
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④ 优点： ➢ 频带宽； ➢ 抗雷击和电磁干扰； ➢ 保密性强； ➢ 传输损耗小； ➢ 重量轻。
⑤ 缺点：太细，精确连接两根光纤比较困难
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② 对称电缆 ➢ 分类：三类线、五类线、六类线 ➢ 优点：频带较明线宽，多线对采用双扭线， 减少了线对间的串扰 ➢ 缺点：容易受到外部高频电磁波干扰，且 线路本身会产生一定噪声，误码率较高 ➢ 传输信号类型：数字信号与模拟信号均可 ➢ 主要应用：局域网、电话系统
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有一定功率输出。
因此，可用一个二对端（或多对端）的时变线 性网络来替代调制信道。
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ei(t)
ei1(t) ei2(t) ein(t)
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… …
时变线 性网络
时 变 线 性 网 络
eo(t)
eo1(t) eo2(t) eom(t)
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对于二对端网络的信道模型可表示为： eo(t)=f[ei(t)] + n(ｔ)