通信原理信道電學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1通信通信(tng xn)原理信道電原理信道電第一頁(yè)，共50頁(yè)。2地 面對(duì)流層平流層電離層10 km60 km0 km第2頁(yè)/共50頁(yè)第二頁(yè)，共50頁(yè)。3頻率(GHz)(a) 氧氣和水蒸氣（濃度7.5 g/m3）的衰減頻率(GHz)(b) 降雨的衰減衰減(dB/km)衰減 (dB/km)水蒸氣氧氣降雨率圖4-6 大氣衰減第3頁(yè)/共50頁(yè)第三頁(yè)，共50頁(yè)。4傳 播 路徑地 面圖4-1 地波傳播地 面信號(hào)傳播路徑圖 4-2 天波傳播第4頁(yè)/共50頁(yè)第四頁(yè)，共50頁(yè)。5n中繼通信：n衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星n平流層通信：ddh接 收 天線發(fā) 射 天線傳 播 途徑D地面rr圖 4-3 視線傳

2、播圖4-4 無(wú)線電中繼50822DrDhmm505050508222DrDh第5頁(yè)/共50頁(yè)第五頁(yè)，共50頁(yè)。6圖4-7 對(duì)流層散射通信地球有效散射區(qū)域第6頁(yè)/共50頁(yè)第六頁(yè)，共50頁(yè)。7圖4-8 流星余跡散射通信流星余跡第7頁(yè)/共50頁(yè)第七頁(yè)，共50頁(yè)。8第8頁(yè)/共50頁(yè)第八頁(yè)，共50頁(yè)。9圖4-9 雙絞線導(dǎo)體絕緣層導(dǎo)體金屬編織網(wǎng)保護(hù)層實(shí)心介質(zhì)圖4-10 同軸線第9頁(yè)/共50頁(yè)第九頁(yè)，共50頁(yè)。10n折射率n1n2折射率n1n27101 25折射率n1n2單模階躍折射率光纖單模階躍折射率光纖圖4-11 光纖結(jié)構(gòu)示意圖(a)(b)(c)第10頁(yè)/共50頁(yè)第十頁(yè)，共50頁(yè)。110.7 0.9 1

3、.1 1.3 1.5 1.7光波波長(zhǎng)（m）1 . 5 5 m1 . 3 1 m圖4-12光纖損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系第11頁(yè)/共50頁(yè)第十一頁(yè)，共50頁(yè)。12編碼信道調(diào)制信道第12頁(yè)/共50頁(yè)第十二頁(yè)，共50頁(yè)。13nn這時(shí)上式變?yōu)椋哼@時(shí)上式變?yōu)椋簄 信道數(shù)學(xué)信道數(shù)學(xué)模型模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)圖4-13 調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第13頁(yè)/共50頁(yè)第十三頁(yè)，共50頁(yè)。14)()()()(tntetkteio第14頁(yè)/共50頁(yè)第十四頁(yè)，共50頁(yè)。15nP(1/ 0)和

4、和P(0 / 1) 錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率nP(0 / 0) = 1 P(1 / 0)nP(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0 / 0)P(1 / 1)圖4-13 二進(jìn)制編碼信道模型發(fā)送端接收端第15頁(yè)/共50頁(yè)第十五頁(yè)，共50頁(yè)。1601233210接收端發(fā)送端第16頁(yè)/共50頁(yè)第十六頁(yè)，共50頁(yè)。17n左圖為典型電話信道特性nn用插入損耗便于(biny)測(cè)量(a) 插入損耗頻率特性第17頁(yè)/共50頁(yè)第十七頁(yè)，共50頁(yè)。18頻率(kHz)（ms）群延遲(b) 群延遲頻率特性dd)(0相位頻率特性第18頁(yè)/共50頁(yè)第十八頁(yè)，共50頁(yè)。19n

5、頻率偏移、相位抖動(dòng)非線性關(guān)系直線關(guān)系圖4-16 非線性特性輸入電壓輸出電壓第19頁(yè)/共50頁(yè)第十九頁(yè)，共50頁(yè)。20即存在多徑傳播現(xiàn)象。n下面重點(diǎn)分析多徑效應(yīng)(xioyng)第20頁(yè)/共50頁(yè)第二十頁(yè)，共50頁(yè)。21n上式中的n都是隨機(jī)變化的。tA0cosniniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()()(ti)(ti)()(0ttii)(),(),(tttiii第21頁(yè)/共50頁(yè)第二十一頁(yè)，共50頁(yè)。22接收信號(hào)的相位niniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()(緩慢隨機(jī)(su j)變化振幅緩慢隨機(jī)(su j)變化振幅niniiiiitttt

6、tttR1100sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc)()()(22tXtXtVsc)()(tan)(1tXtXtcs第22頁(yè)/共50頁(yè)第二十二頁(yè)，共50頁(yè)。23另外一種衰落：慢衰落 由傳播條件引起的。第23頁(yè)/共50頁(yè)第二十三頁(yè)，共50頁(yè)。24n設(shè)f (t)的傅里葉變換（即其頻譜）為F()：n)()(Ftf第24頁(yè)/共50頁(yè)第二十四頁(yè)，共50頁(yè)。25 和信號(hào)頻率有關(guān)的復(fù)因子，其模為)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeAFtAf)1 ()()()(000jjeeAFtAftAf)1 ()()

7、1 ()()(00jjjjeAeFeeAFH0je)1 (je2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第25頁(yè)/共50頁(yè)第二十五頁(yè)，共50頁(yè)。26圖4-18 多徑效應(yīng)2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第26頁(yè)/共50頁(yè)第二十六頁(yè)，共50頁(yè)。27圖4-18 多徑效應(yīng)第27頁(yè)/共50頁(yè)第二十七頁(yè)，共50頁(yè)。28第28頁(yè)/共50頁(yè)第二十八頁(yè)，共50頁(yè)。29第29頁(yè)/共50頁(yè)第二十九頁(yè)，共50頁(yè)。30nnR 阻值（）；nB 帶寬（Hz）。n性質(zhì)：高斯白噪聲)V(4kTRBV 第30頁(yè)/共50頁(yè)第三十頁(yè)，共50頁(yè)。31n討論噪聲對(duì)于通信系統(tǒng)的影響時(shí)，主要是考慮起伏噪

8、聲，特別是熱噪聲的影響。第31頁(yè)/共50頁(yè)第三十一頁(yè)，共50頁(yè)。32dffPPnn)(第32頁(yè)/共50頁(yè)第三十二頁(yè)，共50頁(yè)。33n在后面討論通信系統(tǒng)的性能時(shí)，n可以認(rèn)為窄帶噪聲的功率譜密度在帶寬Bn內(nèi)是恒定的。圖4-19 噪聲功率譜特性 Pn(f)()()(2)(000fPdffPfPdffPBnnnnnPn (f0)接收(jishu)濾波器特性噪聲等效(dn xio)帶寬第33頁(yè)/共50頁(yè)第三十三頁(yè)，共50頁(yè)。34n兩者之間可以互換第34頁(yè)/共50頁(yè)第三十四頁(yè)，共50頁(yè)。35x1x2x3y3y2y1接收端發(fā)送端xn。ym圖4-20 信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym

9、/xn)P(yj)第35頁(yè)/共50頁(yè)第三十五頁(yè)，共50頁(yè)。36nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(第36頁(yè)/共50頁(yè)第三十六頁(yè)，共50頁(yè)。37nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(niiixPxPxH12)(log)()(mjnijijijyxPyxPyPyxH112)/(log)/()()/(第37頁(yè)/共50頁(yè)第三十七頁(yè)，共50頁(yè)。38)1 (log)1 (log)(22H圖4-21 二進(jìn)制信源的熵H()第38頁(yè)/共50頁(yè)第三十八頁(yè)，共

10、50頁(yè)。39平均信息量為H(x)H(x/y)。這再次說明H(x/y)即為因噪聲而損失的平均信息量。x1x2x3y3y2y1接收端發(fā)送端。yn圖4-22 無(wú)噪聲信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第39頁(yè)/共50頁(yè)第三十九頁(yè)，共50頁(yè)。40)/()(max)(yxHxHCxP)/()(max)(yxHxHrCxPt第40頁(yè)/共50頁(yè)第四十頁(yè)，共50頁(yè)。410011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) = 1/128P(0/1) = 1/128發(fā)送端圖4-23 對(duì)稱信道模型接收端第41頁(yè)/共50頁(yè)第四十一頁(yè)，共50頁(yè)。42121l

11、og2121log21)(log)()(1222niiixPxPxH)/(log)/()/(log)/()()/(log)/()/(log)/()()/(log)/()()/(2222221221212212112111112yxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyPyxHmjnijijij第42頁(yè)/共50頁(yè)第四十二頁(yè)，共50頁(yè)。43信道容量Ct等于：045. 0055. 001. 0)7()128/1 (01. 0)128/127()128/1 (log)128/1 ()128/127(log)128/127()/(log)/()/(log)/()/(22122

12、1211211yxPyxPyxPyxPyxH符號(hào)）（比特 /955. 0)/()(max)(yxHxHCxP)/(955955. 01000)/()(max)(sbyxHxHrCxPt第43頁(yè)/共50頁(yè)第四十三頁(yè)，共50頁(yè)。44n由上式可見，連續(xù)信道(xn do)的容量Ct和信道(xn do)帶寬B、信號(hào)功率S及噪聲功率譜密度n0三個(gè)因素有關(guān)。)/(1log2sbNSBCt)/(1log02sbBnSBCt第44頁(yè)/共50頁(yè)第四十四頁(yè)，共50頁(yè)。45)/(1log02sbBnSBCtxtxnSBnSSBnnSC/12002001log1log1)1ln(lim/10 xxxaealnloglog22020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB第45頁(yè)/共50頁(yè)第四十五頁(yè)，共50頁(yè)。46020/120044. 1log)1 (loglimlimnSenSxnSCxxtB圖4-24 信道容量和帶寬關(guān)系S/n0S/n0BCt1.44(