现代通信技术概论第一章第六节

11.6通信信道信道是信号传输的通路，其传输特性描述的是不同频率的信号通过信道后能量幅度和相位变化的情况。信道带宽用以衡量一个信道的传输能力，带宽越大表明传输能力越强。信道容量则是用来衡量信道所能达到的最大传输能力的一个重要指标。信道复用是利用同一传输媒介同时传送多路信号且相互之间不产生干扰的通信技术。调制信道描述特征：根据研究对象来定义信道的范畴信道无记忆随参：天波、散射编码广义恒参：有线、视距有记忆信道定义：发送端与接收端之间的物理通道信道参数：信道带宽、容量、衰减、延迟、噪声信道分类狭义有线无线架空明线双绞线同轴电缆光纤电磁波(地波、天波、视距、散射)调制和编码信道模型离散信号调制信道编码信道连续信号发转换器媒质收转换器解调器译码器编码器调制器光纤：传输损耗小无线视距中继：超短波和微波，直线传输性能恒参信道平流层通信：高空平台电台(飞艇等)代替卫星作为基站，距地面17～22km卫星通信：UHF以上波段，穿透电离层，直线传输，距地面约3.6万公里1.有线2.无线架空明线、双绞线、同轴电缆适合传输的波长1.31μm、1.55μm有线电信道的性能线路类型通话路数频率范围（kHz）增音段长度(km)架空明线1+30.3~2.7300架空明线1+3+120.3~15080~120对称电缆2412~10835对称电缆6012~25212~18小同轴电缆30060~13008小同轴电缆96060~41004中同轴电缆1800300~90006中同轴电缆2700300~120004.5中同轴电缆10800300~600001.51.天波短波：频率3~30MHz传播路径：电离层反射电离层：距地面60~600km，分为D、E、F1、F2四层，其中D、F1夜间消失性能：功率小，距离远，合适的频宽，保密；但工作频率变，多径失真，干扰大。2.散射大气对流层：离地面10~12km对流层中大气湍流运动产生不均匀性，引起电磁波的散射，可提供12~240频分复用话路，传播距离约100~500km。散射传播路径反射传播路径随参信道对流层散射路径示意图ABCDabABCD为a、b站天线射束的相交区域信号频率范围为100MHz～4000MHz通信距离最大约为600km其性能用转移概率描述——误码率编码信道模型P(1/0)=1-P(0/0)P(0/1)=1-P(1/1)特征：离散、无记忆、有扰系统二进制0011)(ijxyp误码率：大量实验数据的统计分析结果错误转移概率模型四进制01230123101.6.1传输特性与带宽信道的传输特性即信道的频率响应特性，包括幅频特性和相频特性。OOF(f)fOF(f)fOP(f)fOP(f)f(a)理想信道幅频特性(c)实际信道幅频特性(b)理想信道相频特性(d)实际信道相频特性fh11信号带宽与信道带宽的匹配为了不失真地实现通信信号传输，信号的有效带宽必须和信道带宽相匹配。两者匹配最主要考虑的是频率范围（或频带）的匹配。信号与信道的关系等价于车与马路的关系。121.6.2传输媒介有线传输媒介：(a)同轴电缆(b)双绞线（c）光缆13光纤通信介质的三个可用窗口λ(nm)第一传输窗口第二传输窗口第三传输窗口OH-吸收瑞利散射损耗（dB/km)2.585013001500O14无线传输媒介表1-3无线电不同频段的划分及用途频段频率范围波长范围主要用途主要传播方式极低频（ELF）极长波30-3000Hz0.1-1000km远程通信、海上潜艇远程导航地波甚低频（TLF）超长波3-30KHz1000-10km低频（LF）长波30-300KHz10-1km中远程、地下通信、无线导航地波或天波中频（MF）中波300-3MHz1000-100m中波广播、业余无线电地波或天波高频（HF）短波3-30MHz100-10m短波通信、短波电台、航海通信天波甚高频（VHF）超短波30-300MHz10-1m电视、调频广播、电离层下散射视距波、散射波特高频（UHF）分米波0.3-3GHz10-1dm移动通信、遥测、雷达导航、蓝牙视距波、散射波超高频（SHF）厘米波3-30GHz10-1cm微波、卫星通信、雷达探测视距波极高频（EHF）毫米波30-300GHz10-1nm雷达、微波、射电天文通信视距波光波（近红外线）105-107GHz0.3-3×10-6cm光纤通信光导纤维151.6.3信道容量信道容量是指信息在信道中无差错传输的最大速率。在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，用香农公式计算信道容量（比特/秒）其中，B为信道带宽，S为信号平均功率，N为噪声平均功率，C是该信道理论最大传输速率。)1(log2NSBC16香农公式的意义香农公式表明：当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率S与N给定时，在具有一定频带宽度B的信道上，单位时间内可传输的信息量C是有限的。当且仅当传输速率≤C时，总可以找到一种信道编码方式，实现无差错传输。换句话说，在允许存在一定的差错率前提下，实际传输速率可以大于信道容量C，但此时不能保证无差错传输。17香农公式与扩频通信按照香浓公式：1）B一定时，S↗或N↘可令C↗，即通过提高信噪比可提高信道容量；2）S/N一定时，若B↗则C↗。结论：C、B和S/N可以通过相互提升或降低取得平衡。在扩频通信技术中，令B∞（很大），S、/N可以很小。例如，信道带宽3KHz，最大信息速率为10000bit/s。为了保证这些信息能够无误传输，要求至少S/N≈9。若10000bit/s不变，但信道带宽变为10kHz，信噪比S/N就可降低为1左右。。181.6.4信道的复用在发送端将若干个独立无关的分支信号合并为一个复合信号，然后送入同一个信道内传输，接收端再将复合信号分解开来，恢复原来的各分支信号，称为多路复用。多路复用目的是提高线路利用率。常用的多路复用技术：频分（FDM）时分（TDM）码分（CDM）19多路复用原理示意图多路复用器多路分路器1n21n220FDM原理示意图调制解调滤波器调制调制f2f3f1+滤波器滤波器解调解调f1f2f3f1f2f3f1f2f321TDM原理示意图T1T3T3T2T2T2T1时分多路复用