1、3.1 引言 3.2 信道定义 与分类3.3 信道 数学模型3.4 恒参信道 特性 及其对信号传输的影响3.5 随参信道 及其对信号传输的影响3.6 加性噪声3.7 信道容量第 3 章 信道与噪声返回主目录带悉砧忱跳郧疑顶豆瞩咱喳敛溶斤选舒稻鉴眨膀潜魂益创蛰树南表孺凳罪号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信在通信系统模型中，信道是通信系统必不可少的组成部分。一般来说 ,实际信道都不是理想的，信道中往往有噪声 。首先，这些信道具有非理想的频率响应特性；另外，还有噪声和其他干扰在信号通过信道传输时搀杂了进去。信道
2、的频率特性及噪声和干扰将影响信息传输的有效性和可靠性。3.1 引言初瞳捡投贱应变溯简漠映芥管幌即易逾衬辫凉洛戒彼戮蝶阑震尊啤俞聘垣号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信在此，信道和噪声都是一个抽象名词，是对信道和噪声的一般特性的分析与描述，而不是针对某种实际信道详细研究每一信道的特征和各种噪声的统计特性，而是研究具有普遍意义的信道，分析其一般特性和对信号传输的影响。西粪趁湾咬么炒棚椿足期鲍梳囱跨堪你斌顽啃污泛齿摧章烟做悲舀捌悍浆号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参
3、信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信1、定义：信道是信号传输的媒质。或信道是以传输媒质为基础的信号通道。2、分类：根据信道的定义，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，这种信道称为广义信道。 狭义信道：按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。3.2 信道定义与分类郊剁打晕亮蕉象线健沏膜滋自克揩缄沸贯膏翌椭鞘鳖英帐耽浴骄坚我锰晨号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信狭义信道 有线信道 明线 对称电缆 同轴电缆 光导纤维等等
4、无线信道地波传播电离层反射 无线 视距中继 卫星通信 超短波及微波对流层散射等等丝膛多陈游左狸薄翘皮憎对唆斑妄褂沪氰斟煤何菩转桐雹须式歌弹袒噬撒号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信地波传播短波是指波长为 10010m（频率330MHz）的无线电波。它可沿地表面传播，称为地波传播；也可由电离层反射传播，称为天波传播。地波传播一般是近距离的，可传几十千米。而天波传播借助于电离层的一次或多次反射可传输几千千米或上万千米。凶浚憨郭韶泵抽俞徊蜕粒咏埃慌掌奈哲浚粟瞩仲淌虞晕言搂瞪贞拴胺酗案号传输的影响35随参信道及其对
5、信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信短波电离层反射离地面 60600km的大气层称为电离层。实际观察表明，电离层可分为 D、 E、 F1、 F2四层。 F2是反射层，其高度为 250300km，故一次反射的最大距离约为 4000km，如果通过两次反射，通信距离可达 8000km。同曹洋义鞭雁触辛爵汕勺潜浑守猿瞄梁埂孟菇遣纳矗误兴疟尚旬鹏兢腹酗号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信超短波及微波对流层散射信道离地面1012km以下的大气层称为对流层，对流层
6、散射信道是一种超视距的传播信道，其一跳的传播距离约为100500km。故陕泛柴谆紊具浦恩蠕端隐扬汝俺秋肄河履蚤整忻抨牢钱电婿侮禽穆驶央号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信各种无线传输方式的频率分布类 别 频 率 波 长无 线电 ，中波 3003000kHz 1001000m无 线电 ，短波 330MHz 10100m无 线电 ，超短波 301000MHz 0.310m微波 1300GHz 300.1cm亚 毫米波 3003000GHz 10.1mm红 外波 7504105GHz 0.47.510-4mm可
7、见 光 4105 7.5 105 GHz7.510-44 10-4 mm贴柒浚酬梆铣上娄连阁拆苞晕诸以崔怠首搞吃甭忘嫡胆匪杂锄万折硝埠蕴号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信狭义信道是广义信道十分重要的组成部分，通信效果的好坏，在很大程度上将依赖于狭义信道的特性即传输媒质的特性。因此，在研究信道的一般特性时， “传输媒质 ”仍是讨论的重点。今后，为了叙述方便，常把广义信道简称为信道。泪炉蝶晶总招龄佃避痪亩季浙轩幂川台蚊珍群归椿葛蝴搪拴壬槐井股渡坡号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号
8、传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信 广义信道：除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。这相当于在狭义信道的基础上， 扩大了信道的范围。它的引入主要是从研究信息传输的角度出发，使通信系统的一些基本问题研究比较方便。广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。如图 3 - 1 所示。 罢被瑟吝电柱猎怜嗣涅准硬恩恳粤交煤牢馅撅资爷逼隅官勋织姐损村眺碗号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信图 3 1 调制
9、信道和编码信道篷下株芯埃冲搐敞琉弓栅录献半贸挫烽吐馋左拍池局部悲捉肥佬课悄希秧号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信调制信道：是从研究调制与解调的角度定义的。其 范围从调制器的输出端至解调器 的输入端。所谓调制信道是指图 3 - 1中从调制器的输出端到解调器的输入端所包含的发转换装置、 媒质和收转换装置三部分。 当研究调制与解调问题时，我们所关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性，而并不关心信号的中间变换过程。因此，定义调制信道对于研究调制与解调问题是方便和恰当的。 臣妨山日凉税役碎饵
10、韭县嗓坛眩隅说械社猾祟抉亦额傍吉馁釉枷僧墒米肃号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信编码信道：是从研究编码和解码的角度定义的。在数字通信系统中，采用编码信道，会使问题的分析更容易。 所谓编码信道是指图 3 - 1 中编码器输出端到译码器输入端的部分。即编码信道包括调制器、调制信道和解调器。调制信道和编码信道是通信系统中常用的两种广义信道，广义信道的划分不是唯一的，如果研究的对象和关心的问题不同，还可以定义其他形式的广义信道。 铺睫柞莽辉傍忘殷鄂剃龚胶赢喘露介繁粹妹章仁祭排芜鸿褐音料川勿衙圈号传输的影响35随参
11、信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。 1. 调制信道模型 调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信道，它所关心的是调制信道输入信号形式和已调信号通过调制信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换过程并不关心。因此，调制信道可以用具有一定输入、输出关系的方框来表示。通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具有如下共性：3.3 信道的数学模型 贩卧颖漓置缝巍滔可毅珠约挖瞧签姆迅稻纱溪咎认
12、疼态竞虑悯瓷教泄洽阁号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信（ 1） 有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； （ 2） 绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加原理；（ 3） 信号通过信道具有一定的延迟和损耗 (固定的或时变的 ) ； （ 4）即使没有信号输入， 在信道的输出端仍可能有一定的输出（噪声）。 根据以上几条性质，调制信道可以用一个二端口 (或多端口 )线性时变网络来表示，这个网络便称为调制信道模型， 如图 3 - 2 所示。 样忠仪也砷鞠肚乾铀崩瑟往典妆酪牧哄砷食葫篮襄炮忽余经煮规筏慨拎汐号传输
13、的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信图 3 2 调制信道模型(a)二对端 (b)多对端 院爬绘把丫侵煮盏尼卫冯辱径肿桔笛殴狮卞敖低卖扬叛泼药合痊书支问返号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关系式可表示成 式中， ei(t) 输入的已调信号； eo(t) 信道输出波形； n(t) 信道加性噪声 (或称信道加性干扰 )； f ei(t) 表示网络 (信道 )对输入信号 ei(t)进行的
14、 (时变 )线性变换。定便格峨适蜂煎砸怂丙违攻捎拦晰陪桓惕叙尖乏令减续沂靠赖芦妖策瘤便号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信显然 “f”不满足无失真传输条件，网络会使 ei(t) 发生畸变。由于 f ei(t)形式是个高度概括的结果，作为数学上的一种简洁，令： f ei(t) =k(t)ei(t)。其中 k(t)依赖于网络特性，对 ei(t)来说是一种乘性干扰。 n(t)为加性干扰。由于信道的延迟和损耗特性是随时间随机变化的，所以 k(t)是随机过程。因此：ei(t) eo(t)n(t)k(t)韵璃爱宛道镶惹
15、玩臀烤频户馅灶陷夯板皂骆珍逃法羚蒙箍怔腻碘访慌铬蚕号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信讨论：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)。分析信道对信号的影响，只要了解 k(t)和 n(t)的特性即可。2 分析乘性干扰 k(t)的影响时，可把调制信道分为两类：恒参信道：乘性干扰 k(t)随时间缓慢变化的信道。乘性干扰基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道。包括：明线、电缆、光纤、超短波及微波视距传播、卫星中继等。（ P3
16、7 3.4节）褂肯伙址液衷侨述忌孟掷皑实瘪渔取眉羞绕媚烟凶颈阳币挞捂征沤效溪江号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信恒参信道模型 :H()= H() e j () eo(t)=ei(t) h(t) +n(t)H（ ）ei(t)eo(t)n(t)H()为线性时不变系统烁汐髓顶迪奈矩峡蓑好寄佛条虚懒誊赐聂淌枕嫡宽鄂哆幢碉批站缠侩智砷号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信随参信道：乘性干扰 k(t)随机快变化的信道。这类信道称为随
17、机参量信道，简称随参信道。包括：短波电离层反射信道、各种散射信道、超短波移动通信信道等。（P44 3.6节）随参信道模型H（ , t ）ei(t)eo(t)n(t)H(,t)= H(,t) e j (,t) eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)竖布渠击宅上攀绦刊涯必硅觉稻迫擎掂郧凑护龟侈呈咯强塑畸肠碳蔗腰揭号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信2. 编码信道模型编码信道的输入为数字序列，如二进制数字 0，当正确接收时，经编码信道后，输出也为 0。由于信道中有干扰，使信道输出也可能不是 0，而是 1。故：编
18、码信道的特性用转移概率（条件概率）来描述。调制信道也称为模拟信道：信道对信号的影响是通过 k(t)和 n(t)使已调信号发生模拟变化。编码信道也称数字信道：信道对信号的影响是把一种数字序列变为另一种数字序列。悟眶馋雀账硅琢隧彤实隔疮糯嘘杯义在奔藕谴酋莹滩笺鹤岔稳囚味掘稠疙号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信图 3-2 二进制无记忆编码信道模型 诚缩明箕凄扦钡趣迪撬碳谓嵌醛略庙免柞池湛兵里氮数头烘节详湍缓疾拧号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的
19、影响36加性噪声37信在这个模型里， P(0)和 P(1)分别是发送 “0”符号和 “1”符号的先验概率，把 P(0/0)、 P(1/0)、 P(0/1)、 P(1/1)称为信道转移概率，具体地把 P(0/0)和 P(1/1)称为正确转移概率，而把 P(1/0)和P(0/1)称为错误转移概率。信道噪声越大将导致输出数字序列发生错误越多，错误转移概率 P(1/0)与 P(0/1)也就越大；反之，错误转移概率 P(1/0)与 P(0/1)就越小。输出的总的错误概率为 Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1) (3.1 - 10)逢评膏忠乒狸御断栖蕉昏抿源糕贿榜科衫趴围哄阀浮雨胳锑丫倘坚立鹿
20、刽号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信假定编码信道是无记忆的，即一码元的差错与其前后码元是否发生差错无关，每个输出码元的差错发生是相互统计独立的。根据概率性质可知 ：由二进制无记忆编码信道模型，可以容易地推广到多进制无记忆编码信道模型。图 3-4 为四进制无记忆编码信道模型。球邀挛尹檬简饵界荚杠榔袄我万乎逝市欲柏谁荡柬哮捞友睛秸掖蚁幅妄特号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信0 0123123图 3-4 四进制无记忆编码信
21、道模型。锭侯享荫闪惺伯哺标纤删爹联沦党忱距害矽楚氢偶似财勋笆妹否绽酷礁淌号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信如果编码信道是有记忆的， 即信道噪声或其他因素影响导致输出数字序列发生错误是不独立的，则编码信道模型要比图 3 - 6 或图 3 - 7 所示的模型复杂得多，信道转移概率表示式也将变得很复杂。不再讨论。 编码信道具体转移概率是多少，要由具体信道特性决定，一个特定的编码信道有确定的转移概率，通过对实际信道的大量统计分析得到。碰抉慕款译倒淖树摩谈往掳邱祟少泛琳床灿苹镇蜗扬女叁冯躬县链哼仍泛号传输的影响35
22、随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信信道分类表调制信道编码信道有线信道无线信道恒参信道随参信道有记忆信道无记忆信道狭义信道广义信道信道何财誉锚穗寅橡氦抱危奋摇萌等牌陕专俺洁娘撒吾亩波陈驶冕痕骚蕴舀偶号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信3.4 恒参信道 及其对信号传输的影响恒参信道：乘性干扰 k(t)基本不随时间变化或随时间缓慢变化的信道。信道特性主要由传输媒质所决定，如果传输媒质是基本不随时间变化的， 所构成的广义信道通常属于恒参信道；如果传输媒质随时间随机快变化，则构成的广义信道通常属于随参信道。常见恒参信道：架空明线、电缆、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。 P37孩股戊免藩月舰坑篓诲睹灸悯勤蝎逆眠掠绢胆粪镇煮辣绅寺骏瞩神镇格萤号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信号传输的影响35随参信道及其对信号传输的影响36加性噪声37信
