第四章—信道与噪声.ppt
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1、第四章 信道与噪声 主要内容o1 信道的定义与分类o2 信道的数学模型o3 信道举例o4 信道特性及其对信号 传输的影响 o5 信道的加性噪声o6 信道容量21 信道的定义与分类 o 信道的定义与分类n 定义:信号的通道n 分类:可分为狭义信道和广义信道w 狭义信道:狭义信道:仅指传输媒质。可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括架空明线、对称电缆、同轴电缆以及光导纤维;无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波、微波无线电视距传输、卫星中继以及各种散射信道。w 广义信道:广义信道:除了传输媒质外,还包括有关的转换设备,如发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。这种范围扩大了的
2、信道称为广义信道。按照广义信道包含的功能,它可分为调制信道和编码信道两类。如图所示。31 信道的定义与分类(续)o 调制信道与编码信道调制器中含发滤波器,解调器中含收滤波器 收、发转换器:放大,频率变换等功能图 调制信道与编码信道4信道的定义与分类(续)o 调制信道与编码信道n 调制信道:调制信道是从研究调制与解调角度定义的,其范围从调制器的输出至解调器的输入端。调制信道传输已调信号,关心的是信号的失真情况及噪声对信号的影响,其中已调信号的瞬时值是连续变化的。因此,调制信道可看成为模拟信道n 编码信道:编码信道是从研究编码和解码的角度定义的,其范围从编码器输出端到解码器输入端。编码信道输入、输
3、出都是数字信号,关心的是误码率而不是信号失真情况,但误码是由调制信道造成的。因此,编码信道可看成为数字信道52 信道的数学模型 o 调制信道数学模型n 调制信道的共性w 一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端;w 绝大多数的信道都是线性的,即满足叠加原理;w 信号通过信道具有一定的迟延,而且还会受到(固定的或时变的)损耗;w 即使无信号输入,在信道输出端仍有一定功率输出(噪声)。n 调制信道模型(以二对端的信道模型为例)其中,是输入的已调信号;是信道总的输出;是加性噪声(或称加性干扰);是线性失真,时变损耗等 ei(t)f.eo(t)=fei(t)+n(t)n(t)图 二对端调制信道模型6
4、2 信道的数学模型(续)o 二对端(单输入单输出)调制信道模型n 输出与输入的关系为n 信道对信号的影响可归结到两点:w 一是乘性干扰 k(t)w 二是加性干扰n(t)n 根据乘性干扰特性,可把调制信道分为两类:一类是恒参信道,即 随时间缓变或不变;另一类是随参信道,即 随机快变化 可写为72 信道的数学模型(续)o 信道数学模型n 编码信道的特性w 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换,也就是说把一种数字序列变成另一种数字序列w 编码信道模型用数字转移概率来描述w 由于编码信道包含调制信道,故它要受调制信道的影响w 编码信道可分成有记忆和无记忆两类(根据输出码元的差错发生是否相互独立确
5、定)。82 信道的数学模型(续)o 编码信道数学模型(以二进制编码信道为例)无记忆的含义:解调器每个输出码元的差错发生是相互独立的。P(00)、P(l0)、P(01)及P(11)称为信道转移概率。P(00)与P(11)是正确转移的概率;P(l0)、P(01)是错误转移概率;P(00)=l P(10)P(11)=l P(01)p(0/0)p(0/1)p(1/0)p(1/1)0101xy0101xye-1e-1ee图 二进制无记忆信道 二进制无记忆对称信道93 信道举例o 明线w 最早发展和使用的传输介质。它是由电线杆支持,架设在地面的平行而相互绝缘裸线线路,其导线采用钢、铝或铜线,线径为3-4m
6、m。w 明线易受气候影响和外界电磁扰的影响,通信质量不稳定,且衰耗大,容量小。w 它的优点是敷设技术简单、价格便宜。103 信道举例(续)o 双绞线w 双绞线由绞合在一起的一对导线组成,具有较强的抗干扰能力。双绞线的主要缺点是不适于远距离传输。w 双绞线分为两类:屏蔽双绞线(STP)和无屏蔽双绞线(UTP)。w 许多对位于同一保护套内相互绝缘的双绞线可以构成对称电缆。w 对称电缆的传输损耗比明线大得多,但其传输特性比较稳定。113 信道举例(续)o 双绞线 123 信道举例(续)o 同轴电缆w 同轴电缆共有四层。它的内部共有两层导体排列在同一轴上,所以称为“同轴”。w 外导体是一个圆柱形的空管
7、(在可弯曲的同轴电缆中,它可以由金属丝编织而成),内导体是金属线(芯线)。它们之间填充着介质。w 几根同轴线管往往套在一个大的保护套内,另外还装入一些二芯扭绞线对或四芯线组,作为传输控制信号之用。133 信道举例(续)o 同轴电缆143 信道举例(续)o 同轴电缆的分类n 根据内导体外径和外导体内径尺寸的不同,同轴电缆分为:w 中同轴(2.69.5mm)w 小同轴(1.24.4mm)w 微同轴(0.72.9mm)编码n 按用途而分,同轴电缆分为基带与宽带n 常见的同轴电缆线有以下几种:w 中RG58A/u(50细缆)w RG11(50粗缆)w RG59u(75电视电缆)w RG62u(93)1
8、53 信道举例(续)o 光纤的结构w 60年代,发明激光器,1966年高锟博士提出以光导纤维为传输介质。1000dB/Km衰减很大。涂敷层包层(含磷等掺杂剂的SiO2)纤芯(含氟或硼的SiO2)163 信道举例(续)o 光纤的优点w 通信容量大 Hz,语言 Hz 750亿w 损耗低,传输距离长w 不受电磁干扰,通信质量w 尺寸小、重量轻,便于施工w 原料为SiO2,很丰富密集波分复用DWDM商用水平为320Gb/s,DWDM实验室水平:Tb/s173 信道举例(续)o 光纤通信系统(点对点)光源:LED LD光探测器:半导体PIN光电二极管 雪崩光电二极管APD183 信道举例(续)o 超短波
9、及微波视距传播信道(微波通信)n 微波通信定义:数字微波是用微波作载波传送数字信号的通信手段,微波指频率为300MHz300GHz范围内的电磁波。n 微波通信的特点w 微波波段的载波工作频率高w 在微波波段,电磁波的传播是直线视距的传播方式。要进行远距离通信,需要用中继通信方式,即每隔50km左右设置一个中继站,将前一站的信号接收下来,经过放大再向下一站传输下去。n 微波中继信道的构成:由终端站、中继站及各站间的电波传播路径所构成。w 终端站是可以分出和插入传输信号的站,站上配有多路复接和调制解调设备。w 中继站是不分出和插入传输信号的站,只起信号发送和转接作用的站。n 微波通信的用途:被广泛
10、用来传输多路电话及电视。193 信道举例(续)图 微波中继信道203 信道举例(续)o 卫星中继信道(卫星通信)n 卫星通信的定义:利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电波,在两个或多个地球站之间进行通信的技术。卫星中继可视为无线电中继信道的一种特殊形式。n 中继通信卫星包括:低轨道卫星(LEO);中、高轨道卫星(MEO)、同步静止卫星(GEO)n 卫星中继信道由通信卫星、地球站、上行线路及下行线路构成。其中上行与下行线路是地球站至卫星及卫星至地球站的电波传播路径。213 信道举例(续)图 卫星中继信道图 静止卫星通信示意图223 信道举例(续)o 卫星通信的特点n 通信距离远,费用与通
11、信距离无关n 覆盖面积大,便于实现多址联结通信n 通信频率宽,传输容量大,能传输的业务类型多n 机动灵活,便于实现移动通信n 通信线路稳定可靠,传输质量高233 信道举例(续)o 举例:卫星通信用于移动通信业务 最具代表性的就是“铱”系统(Iridium System)。这是由Motorola公司开发的全球移动卫星通信系统,“铱”系统利用低轨道卫星群来实现全球(卫)星际移动通信。整个系统主要由卫星、地面测控设备与关口站,以及用户终端三部分组成。“铱”系统的主体由66颗在低轨道上运行的卫星群构成,卫星分别配置在11个极地轨道平面上,每个轨道平面有11颗工作卫星和1颗备用星(轨道高度780km),
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