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1、第三章第三章 信道信道山东大学信息学院山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 引言引言?3.2 信道定义信道定义?3.3信道数学模型信道数学模型?3.4恒参信道举例恒参信道举例?3.5恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响?3.6随参信道举例随参信道举例?3.7随参信道特性及其对信号传输的影响随参信道特性及其对信号传输的影响?3.8随参信道的改善随参信道的改善 分集接收分集接收?3.9信道加性噪声与干扰信道加性噪声与干扰?3.10信道容量的概念信道容量的概念山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.1 引言引言?信道是通信系统的重要组
2、成部分，信道的特性往往影响通信系统的分析和设计；?信道是影响通信系统性能的决定性因素之一；山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.1 引言引言本章讨论信道的传输特性及其对信号传输的影响，并简单介绍信道容量的基本概念本章讨论信道的传输特性及其对信号传输的影响，并简单介绍信道容量的基本概念山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 引言引言?3.2 信道定义信道定义?3.3信道数学模型信道数学模型?3.4恒参信道举例恒参信道举例?3.5恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响?3.6随参信道举例随参信道举例?3.7随参信道特性及其对信号传输的
3、影响随参信道特性及其对信号传输的影响?3.8随参信道的改善随参信道的改善 分集接收分集接收?3.9信道加性噪声与干扰信道加性噪声与干扰?3.10信道容量的概念信道容量的概念山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 狭义信道-信号的物理传输媒质。?分类：分类：有线信道(有形而看得见,摸得着!)无线信道(无形而看不见,摸不着！)2广义信道-信号的传输通道（传输系统）?定义: 传输媒介（狭义信道）+ 有关转换器?分类：调制信道；编码信道我们这里讨论的信道是狭义信道。大部分的信道可以用LTI系统建模，一些不能直接建模为LTI系统的时变信道，也往往可以用LTI系统分段建模，而不能建模为LT
4、I系统的非线性信道，往往可以建模为LTI系统和一个非线性滤波器级联，因此研究基于LTI系统模型的信道具有重要意义。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 信道定义和分类信道定义和分类?信道分类从信道的物理形态来分，可将信道分为有线信道和无线信道；从信道的特征来分，可将信道分为恒参信道和随参信道；在信道中传输的信号特点，将信道划分为调制信道和编码信道。从信道的物理形态来分，可将信道分为有线信道和无线信道；从信道的特征来分，可将信道分为恒参信道和随参信道；在信道中传输的信号特点，将信道划分为调制信道和编码信道。常称调制信道为连续信道，编码信道为离散信道山东大学通信原理课程山东大学通
5、信原理课程(http:/ 引言引言?3.2 信道定义信道定义?3.3信道数学模型信道数学模型?3.4恒参信道举例恒参信道举例?3.5恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响?3.6随参信道举例随参信道举例?3.7随参信道特性及其对信号传输的影响随参信道特性及其对信号传输的影响?3.8随参信道的改善随参信道的改善 分集接收分集接收?3.9信道加性噪声与干扰信道加性噪声与干扰?3.10信道容量的概念信道容量的概念山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 调制信道模型. 调制信道模型?调制信道的调制信道的共性：共性：（1）有一对(或多对)输入和输出端（1）有一对
6、(或多对)输入和输出端（2）绝大部分信道是线性的，满足叠加定理（2）绝大部分信道是线性的，满足叠加定理（3）具延迟作用和损耗（3）具延迟作用和损耗（4）无输入时（0输入）也有输出（4）无输入时（0输入）也有输出噪声噪声? 模型模型时变线性网络时变线性网络时变线性网络时变线性网络ei（t）eO（t）时变线性网络时变线性网络ei1（t）ei2（t）ei3（t）eim（t）eO1（t）eO2（t）eO3（t）eOn（t）山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.3.2 调制信道分类调制信道分类调制信道分类调制信道分类据k（t）分:据k（t）分:? 恒参信道恒参信道-k(t) 不随时
7、间变化(或变化缓慢)-k(t) 不随时间变化(或变化缓慢)? 随参信道随参信道-k(t)随时间随机变化-k(t)随时间随机变化山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.3.3 编码信道模型及分类编码信道模型及分类编码信道模型及分类编码信道模型及分类特点:特点:编码信道编码信道编码信号（数字序列）译码器输出（另一种序列）编码信号（数字序列）译码器输出（另一种序列）?无记忆编码信道（模型见教材）无记忆编码信道（模型见教材）?有记忆编码信道有记忆编码信道山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 引言引言?3.2 信道定义信道定义?3.3信道数学模型信道数学模型?3.4
8、恒参信道举例恒参信道举例?3.5恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响?3.6随参信道举例随参信道举例?3.7随参信道特性及其对信号传输的影响随参信道特性及其对信号传输的影响?3.8随参信道的改善随参信道的改善 分集接收分集接收?3.9信道加性噪声与干扰信道加性噪声与干扰?3.10信道容量的概念信道容量的概念山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ White Gaussian Noise (AWGN)，加性Gaussian白噪声信道；这是一种理想信道模型，信号通过信道后仅仅受到WGN噪声的加性干扰，如果忽略掉噪声，信道是无失真传输系统；这是通信系统中最
9、重要、最基本的一种信道，是学习通信系统的基础。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ )()( )r ts ttn t=+( )( )( )r ts tn t=+山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ )h t( )H f( )( )( )( )r ts th tn t=+山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ )h t山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 组成：组成：解调电信号解调电信号基带电信号（原始电信号）基带电信号（原始电信号）基带电信号（原始电信号）基带电信号（原始电信号）基带处理基带处理光源光源光调制器光调制器光纤线
10、路光纤线路光检测器光检测器基带处理基带处理产生载波光产生载波光山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3 3 3）无线视距中继信道）无线视距中继信道）无线视距中继信道）无线视距中继信道超短波、微波超短波、微波超短波、微波超短波、微波如微波视距通信，卫星中继通信。如微波视距通信，卫星中继通信。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 引言引言?3.2 信道定义信道定义?3.3信道数学模型信道数学模型?3.4恒参信道举例恒参信道举例?3.5恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响?3.6随参信道举例随参信道举例?3.7随参信道特性及其对信号传输
11、的影响随参信道特性及其对信号传输的影响?3.8随参信道的改善随参信道的改善 分集接收分集接收?3.9信道加性噪声与干扰信道加性噪声与干扰?3.10信道容量的概念信道容量的概念山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.5 恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响（1）模型与特性模型）模型与特性模型-线性非时变网络特性（从系统的观点）线性非时变网络特性（从系统的观点）-幅频、相频特性幅频、相频特性0fH（）（）（）（）f0无失真传输条件无失真传输条件无失真传输近似条件无失真传输近似条件cfH（）（）（）（）fc山东大学通信原
12、理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.5 恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响（2 2） 影响影响影响影响幅-频畸变幅-频畸变?由来:幅频特性不理想造成由来:幅频特性不理想造成例:电话线传输特性：例:电话线传输特性：? 影响影响 模拟信号波形失真模拟信号波形失真 数字信号产生ISI数字信号产生ISI?解决方法解决方法 控制畸变、使用畸变较小区域控制畸变、使用畸变较小区域 均衡（收端加线性补偿网络-特性补偿）均衡（收端加线性补偿网络-特性补偿）衰减特性衰减特性实际的幅频特性3001100山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(
13、http:/ 3.5 恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响 相相相相频畸变频畸变频畸变频畸变? 由来:相频特性不理想造成由来:相频特性不理想造成? 影响？影响？? 特性的衡量特性的衡量 用群迟延特性衡量用群迟延特性衡量-()=（）（） 迟延不一定引起ISI迟延不一定引起ISI三次谐波基波合成波不同延迟 减小相频畸变减小相频畸变（群延迟畸变）（群延迟畸变）措施？措施？-时域均衡-时域均衡（数字通信时）（数字通信时）)(f实际实际()f理想理想山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.5 恒参信道对被传信号的影响恒参信道
14、对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响恒参信道对被传信号的影响 其它畸变其它畸变其它畸变其它畸变?非线性畸变：非线性畸变：信道部件非线性特性不理想造成信道部件非线性特性不理想造成不易消除不易消除?频率偏移（指载频（射频）的随机漂移）频率偏移（指载频（射频）的随机漂移）? 相位抖动（随机抖动）相位抖动（随机抖动）山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 引言引言?3.2 信道定义信道定义?3.3信道数学模型信道数学模型?3.4恒参信道举例恒参信道举例?3.5恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响?3.6随参信道举例随参信道举例?3.7随参信道特性及其对信
15、号传输的影响随参信道特性及其对信号传输的影响?3.8随参信道的改善随参信道的改善 分集接收分集接收?3.9信道加性噪声与干扰信道加性噪声与干扰?3.10信道容量的概念信道容量的概念山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.6 随参信道随参信道?随参信道随参信道的信道参数随时间推移而变化，而且这种变化往往具有显著的随机性。一般来说，随参信道可以用时变线性（Linear Time-Variant, LTV）系统建模。其冲击响应表示为，在数值上，等于系统对时刻的输入冲击的响应，注意这里的参数t是表示时变的参数，而才相当于LTI系统里的表示时延扩展的参数。( ; )h tt山东大学通
16、信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.6 随参信道随参信道?随参信道分析比恒参信道要复杂得多，许多问题至今也没有很好的解决方法。?由于信道的时变特性，即使输入LTV系统包络恒定的信号，例如输入单频正弦波，输出信号的包络也不再恒定，而是包络出现起伏，这种现象称为衰落（Fading）。?除了时散特性外，LTV信道还具有频散或色散特性。频散特性是指信号能量在频域的扩散。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.6 随参信道随参信道?时延扩展像恒参信道一样，随参信道也存在时延扩展，然而，随参信道的支撑区间一般随时间变化而变化，其长度也是一个随机变量，随参信道的时延扩展一般定义为其支撑区间长度的某种统计平均（定义不唯一）；随参信道的时延扩展同样也引起信道的频率选择性，由于这种频率选择性随时间变化，一般称为时间选择性衰落。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 3.6 随参信道随参信道?Doppler扩展Doppler扩展是信道对信号产生的频域上的扩散，因此称为色散；Doppler扩展一般是收发两端的相对运动造成的Doppler效应引起的，描述信道特性
