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* 通信原理 长安大学信息工程学院 * 通信原理 第4章信道*第4章信道信道分类:无线信道 - 电磁波(含光波)有线信道 - 电线、光纤信道中的干扰:有源干扰 - 噪声无源干扰 - 传输特性不良本章重点:介绍信道传输特性和噪声的特性,及其对于信号传输的影响.

* 第4章信道4.1 无线信道无线信道电磁波的频率 - 受天线尺寸限制地球大气层的结构对流层:地面上

0 ~

10 km平流层:约10 ~

60 km电离层:约60 ~

400 km 地面对流层 平流层 电离层

10 km

60 km

0 km * 电离层对于传播的影响反射散射大气层对于传播的影响散射吸收 频率(GHz)(a) 氧气和水蒸气(浓度7.5 g/m3)的衰减 频率(GHz)(b) 降雨的衰减 衰减 (dB/km) 衰减 (dB/km) 水蒸气 氧气 降雨率 图4-6 大气衰减 第4章信道*传播路径 地面图4-1 地波传播 地面信号传播路径 图4-2 天波传播 第4章信道电磁波的分类:地波频率 <

2 MHz有绕射能力距离:数百或数千千米 天波频率:2 ~

30 MHz特点:被电离层反射一次反射距离:<

4000 km寂静区: * 视线传播:频率 >

30 MHz距离: 和天线高度有关(4.1-3) 式中,D C 收发天线间距离(km).[例] 若要求D =

50 km,则由式(4.1-3)增大视线传播距离的其他途径中继通信:卫星通信:静止卫星、移动卫星平流层通信: d d h 接收天线 发射天线 传播途径 D 地面 r r 图4-3 视线传播 图4-4 无线电中继 第4章信道m*图4-7 对流层散射通信 地球 有效散射区域 第4章信道散射传播电离层散射机理 - 由电离层不均匀性引起频率 -

30 ~

60 MHz距离 -

1000 km以上对流层散射机理 - 由对流层不均匀性(湍流)引起频率 -

100 ~

4000 MHz最大距离 <

600 km * 第4章信道流星流星余迹散射流星余迹特点 - 高度80 ~

120 km,长度15 ~

40 km 存留时间:小于1秒至几分钟频率 -

30 ~

100 MHz距离 -

1000 km以上特点 - 低速存储、高速突发、断续传输 图4-8 流星余迹散射通信 流星余迹 * 第4章信道4.2 有线信道明线 * 第4章信道对称电缆:由许多对双绞线组成同轴电缆 图4-9 双绞线 导体 绝缘层 导体 金属编织网 保护层 实心介质 图4-10 同轴线 * 第4章信道光纤结构纤芯包层按折射率分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤单模光纤 折射率 n1 n2 折射率 n1 n2 7~10

125 折射率 n1 n2 单模阶跃折射率光纤 图4-11 光纤结构示意图 (a) (b) (c) * 损耗与波长关系损耗最小点:1.31与1.55 ?m 第4章信道0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 光波波长(?m) 1.55 ?m 1.31 ?m 图4-12光纤损耗与波长的关系 * 第4章信道4.3 信道的数学模型信道模型的分类:调制信道编码信道 编码信道 调制信道 * 第4章信道4.3.1 调制信道模型式中 - 信道输入端信号电压;

- 信道输出端的信号电压;

噪声电压.通常假设:这时上式变为: - 信道数学模型 f [ei(t)] e0(t) ei(t) n(t) 图4-13 调制信道数学模型 * 第4章信道因k(t)随t变,故信道称为时变信道.因k(t)与e i (t)相乘,故称其为乘性干扰.因k(t)作随机变化,故又称信道为随参信道.若k(t)变化很慢或很小,则称信道为恒参信道.乘性干扰特点:当没有信号时,没有乘性干扰. * 第4章信道4.3.2 编码信道模型 二进制编码信道简单模型 - 无记忆信道模型P(0 / 0)和P(1 / 1) - 正确转移概率P(1/ 0)和P(0 / 1) - 错误转移概率P(0 / 0) =

1 C P(1 / 0)P(1 / 1) =

1 C P(0 / 1) P(1 / 0) P(0 / 1)