信号与通信信道
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第二章信道信号传输必须经过信道。
信道是任何一个通信系统必不可少的组成部分,信道特性将直接影响通信的质量。
研究信道和噪声的目的是为了提高传输的有效性和可靠性。
2.1 信道的定义和分类它可以分为狭义信道和广义信道。
1.狭义信道:仅只信号的传输媒质。
例如架空明线、电缆、光纤、波导、电磁波等等。
2.广义信道:除了传输媒介外,还包括有关的部件和电路,如天线与馈线、功率放大器、滤波器、混频器、调制器与解调器等等。
在模拟通信系统中,主要是研究调制和解调的基本原理,其传输信道可以用调制信道来定义。
调制信道的范围是从调制器的输出端到解调器的输入端。
在数字通信系统中,我们用编码信道来定义。
编码信道的范围是从编码器的输出端至译码器的输入端。
调制信道和编码信道的划分如图所示。
无论何种信道,传输媒质是主要的。
通信质量的好坏,主要取决于传输媒质的特性。
2.2 信道模型一、 信道模型1.调制信道模型 调制信道具有以下特性:(1) 它们具有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端。
(2) 绝大多数的信道是线性的,即满足叠加原理。
(3) 信道具有衰减(或增益)频率特性和相移(或延时)频率特性。
(4) 即使没有信号输入,在信道的输出端仍有一定的功率输出(噪声)。
因此,调制信道可以看成一个输出端叠加有噪声的时变线性网络,如图所示。
网络的输入与输出之间的关系可以表示为,式中,e i (t)是输入的已调信号,e 0(t)是信道的输出,n(t)为加性噪声(或称加性干扰),它与e i (t)不发生依赖关系。
f [e i (t)]由网络的特性确定,它表示信号通过网络时,输出信号与输入信号之间建立的某种函数关系。
作为数学上的一种简洁,令f[e i (t)]=k(t)*e i (t)。
其中,k(t)依赖于网络特性,它对e i (t)来说是一种乘性干扰。
因此上式可以写成)()()()()]([)(t n t e t K t n t e f t e +=+=e i)(])([)(0t n t e f t e i +=讨论:(1)调制信道对信号的干扰有两种:乘性干扰k(t)和加性干扰n(t)。
附录A带通信号和信道的表示通信系统中的许多信号都是实带通信号,其频域表达以载波频率c f 为中心,覆盖一个窄的带宽2B ,2c B f <<,如图A1所示。
由于带通信号是实的,故它们的频域表达具有共轭对称性,即,带通信号,其()s t ()()S f S f =−,。
然而,带通信号不必一定在其信号带宽内关于载频()()S f S f ∠=−∠−c f 共轭对称,也就是说,当f B ≤时,我们可以有()(c c S f f S f f +≠−))c 或者。
这种不对称性参见图A1。
基带信号用载波调制,确定信号或者随机信号用带通滤波器滤波,都可以产生带通信号。
带通信号的带宽()(c S f f S f f ∠+≠−∠−2B 大致为c f 周围信号幅度不被忽略的频率范围。
带通信号通常用作通信系统中发送信号和接收信号的模型。
由于传输电路只能产生实的正弦函数,信道对实传输信号只能引入幅度和相位的变化,因而它们是实信号。
我们用下述形式表示一个载频为c f 的带通信号:()s t ()()cos(2)()sin(2)I c Q s t s t f t s t f t c ππ=−, (A.1)其中,和是带宽()I s t ()Q s t c B f <<的低通(基带)信号。
这是带通信号的一个通常的表示。
实际上,诸如MPSK 和MQAM 这样的调制,通常用这个表达形式描述。
我们称为的同相分量,为的正交分量。
定义复信号()I s t ()s t ()Q s t ()s t ()()()I Q u t s t js t =+,于是,。
是一个带宽为(){()}I s t u t =ℜ(){()}Q s t u t =ℑ()u t B 的复低通信号。
通过上述定义,可以得到:2(){()}cos(2){()}sin(2){()}c j f t c c s t u t f t u t f t u t e πππ=ℜ−ℑ=ℜ (A.2)方程右边的表达式,称为带通信号的复数低通表达,基带信号称为的等效低通信号或者复包络。
5g中的信道和信号-回复5G中的信道和信号作为下一代移动通信技术的代表,5G通信系统在无线通信领域带来了巨大的革新。
在5G中,信道和信号是关键要素之一,它们在实现高速、高质量的无线通信中发挥着重要作用。
本文将一步一步回答有关5G中的信道和信号的问题。
1. 什么是信道?信道是指无线通信中的信息传输介质,包括空气介质和传输设备。
在5G中,信道是无线通信系统中传输数据的媒介,负责将发送方发送的信号传输给接收方。
2. 5G中有哪些常见的信道类型?5G中常见的信道类型包括下行信道和上行信道。
下行信道是从基站发送到终端设备的信道,用于传输各种数据和媒体内容。
上行信道是从终端设备发送到基站的信道,用于上传用户数据和进行反馈。
3. 5G信道中的多天线技术有何作用?多天线技术是5G中的重要技术之一,它通过在发送和接收设备上使用多个天线来增强无线信号的传输效果。
多天线技术可以提高无线传输速率、信号覆盖范围和抗干扰能力,从而提升用户的通信体验。
4. 5G信号中的毫米波是什么?在5G中,毫米波是一种高频段的无线信号,其频率通常在30 GHz 到300 GHz之间。
相比传统的微波信号,毫米波信号具有更高的频率和更宽的频谱,可以支持更高的数据传输速率。
然而,毫米波信号的传输距离相对较短,容易受到障碍物的阻挡。
5. 5G中的波束赋形技术有何意义?波束赋形技术是5G中的一项关键技术,它通过对信号进行定向发射和接收,将无线能量集中在用户所在的方向上。
这种技术可以提高传输速率和信号质量,并减少与其他用户之间的干扰,从而为用户提供更稳定、更高效的网络连接。
6. 5G信号中的大规模天线阵列有何优势?大规模天线阵列是5G中的另一项重要技术,它通过在基站和终端设备上使用大量的天线来实现多天线通信。
大规模天线阵列可以实现更精确的波束赋形和更高的信号增益,提供更广阔的信号覆盖范围和更高的数据传输速率。
7. 5G中的小区间干扰如何解决?在5G中,小区间干扰是一个较为普遍的问题,指不同小区之间的频率相互干扰的现象。
第1章习题答案1.1试述信息、信号、信源、信道的概念。
答:信息:消息中的有效内容,消息内容的含量用信息量衡量。
信号:在通信系统中为传送消息而对其变换后传输的某种物理量,如电信号、声信号、光信号等。
信号是消息的载体。
信源:消息的来源,是消息的产生者或接收者,提供消息的可以是人或机器。
信道:通信系统中的信道是物理信道,是指信号发送设备与信号接收设备之间传送信号的通道。
1.2简述点对点通信系统模型中的各组成部分及其功能。
答:要实现信息从一端向另一端的传递,必须包括5个部分:信息源、发送设备、信道、接收设备、受信者,参见通信系统的基本模型图。
图1-1 通信系统的基本模型信息源:即信息的来源,它的作用是将原始信息转换为相应的电信号,即基带信号。
发送设备:对基带信号进行各种变换和处理,比如放大,调制等,使其适合于在信道中传输。
信道:发送设备和接收设备之间用于传输信号的媒介。
接收设备:对接收信号进行必要的处理和变换,以便恢复出相应的基带信号。
其功能与发送设备相对应。
受信者:信息的接收者,与信源相对应,其作用是将恢复出来的基带信号转换成相应的原始信号。
噪声源:噪声源是指系统内各种干扰影响的等效结果。
1.3简述现代通信系统模型功能中的各组成部分及其功能。
答:从通信网络的系统组成角度,可将其分为4个功能模块。
(1)接入功能模块接入(access)功能模块(有线接入或无线接入)将消息数字化并变换为适于网络传输的信号,即进行信源编码;其发信者和接收者可为人或机器,所接入的消息形式可为语音、图像或数据。
(2)传输功能模块传输(transmission)功能模块(有线传输或无线传输)将接入的信号进行信道编码和调制,变为适于传输的信号形式,并满足信号传输要求的可靠性指标。
(3)控制功能模块控制(control)功能模块由信令网、交换设备和路由器等组成,完成用户的鉴权、计费与保密,并满足用户对通信的质量指标要求。
(4)应用功能模块应用(application)功能模块为网络运营商提供业务经营,包括智能网业务、话音、音视频的各种服务以及娱乐、游戏、短信、移动计算、定位信息和资源共享等。
通信系统中的信号传输与传播特性随着科技的发展和互联网的普及,通信系统在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色。
而在通信系统中,信号的传输和传播特性起着至关重要的作用。
本文将介绍通信系统中信号传输的基本概念和传播特性,并探讨其对通信质量的影响。
一、信号传输的基本概念在通信系统中,信号是信息的载体,其传输是指将信号从发送端通过信道传输到接收端的过程。
信号传输的基本概念包括以下几个方面:1.1 发送端与接收端发送端是指信号的发出地,也就是信息的来源;接收端是指信号的接收地,也就是信息的目的地。
在信号传输过程中,发送端将信息编码成信号后发送到信道,而接收端则从信道接收信号并将其解码成原始信息。
1.2 信号编码和解码信号编码是指将原始信息转换为可传输的信号的过程,常用的编码方式包括模拟信号与数字信号。
模拟信号是连续的信号,而数字信号是离散的信号。
在信号传输过程中,模拟信号常通过调制的方式转换为数字信号进行传输。
1.3 信道和噪声信道是指信号从发送端到接收端的传输媒介,可以是导线、光纤、无线电波等不同的媒介。
而噪声是指信号传输过程中产生的干扰信号,会对信号的质量产生影响。
为了保证信号传输的质量,需要采取一定的信号处理技术来降低噪声的影响。
二、信号传播特性信号在传输过程中会受到各种因素的影响,从而导致信号的失真和衰减。
因此,了解信号的传播特性对于优化通信系统的设计和性能提升具有重要意义。
以下是常见的信号传播特性:2.1 衰减信号在传输过程中会遇到各种衰减现象,如传输媒介的阻抗、传输距离和信号频率等因素会导致信号的衰减。
衰减会使信号的幅度减小,影响信号的可靠性和传输距离。
2.2 延迟信号在传输过程中会产生一定的传播延迟,即信号从发送端到接收端的时间间隔。
延迟会导致时序失真,影响信号的准确性和实时性。
在某些应用场景中,如实时语音通话和视频传输中,需要控制延迟在可接受的范围内。
2.3 多径效应多径效应是指信号在传播过程中由于经过不同路径导致的多次反射、散射和干涉等现象。
第4章信道信道是指以传输媒质为基础的信号通道,是将信号从发送端传送到接收端的通道。
如果信道仅是指信号的传输媒质,这种信道称为狭义信道。
如果信道不仅是传输媒质,而且包括通信系统中的一些转换装置,这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等。
这种信道称为广义信道。
无线信道利用电磁波在空间的传播来传播信号;有线信道利用导线、波导、光纤等媒质来传播信号。
常把广义信道简称为信道。
4.1 无线信道信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻。
对于无线电波而言,它从发送端传送到接收端,其间并没有一个有形的连接,它的传播路径也有可能不只一条,但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作,想象两者之间有一个看不见的道路衔接,把这条衔接通路称为信道。
信道具有一定的频率带宽,正如公路有一定的宽度一样。
电磁波传播主要分为地波、天波和视线传播三种。
地波:频率在2MHz以下,电磁波沿大地与空气的分界面传播。
传播时无线电波可随地球表面的弯曲而改变传播方向。
在传播途中的衰减大致与距离成正比。
地波的传播比较稳定,不受昼夜变化的影响,所以长波、中波和中短波可用来进行无线电广播。
根据波的衍射特性,当波长大于或相当于障碍物的尺寸时,波才能明显地绕到障碍物的后面。
地面上的障碍物一般不太大,长波可以很好地绕过它们。
中波和中短波也能较好地绕过,短波和微波由于波长过短,绕过障碍物的本领很差。
由于地波在传播过程中要不断损失能量,而且频率越高,损失越大,因此中波和中短波的传播距离不大,一般在几百千米范围内,收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。
长波沿地面传播的距离要远得多,但发射长波的设备庞大,造价高,所以长波很少用于无线电广播,多用于超远程无线电通信和导航等。
天波:天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的,频率范围在2~30MHz。
天波是短波的主要传播途径。
短波信号由天线发出后,经电离层反射回地面,又由地面反射回电离层,可以多次反射,因而传播距离很远(可上万公里),而且不受地面障碍物阻挡。