北邮通信原理课件 (2).pdf

第二章信道和噪声

2.1信道的定义和数学模型
2.2恒参信道及其对信号传输的影响
2.3随参信道及其对信号传输的影响
2.4信道内的噪声（干扰）
2.5随机信号分析
2.6通信中常见的几种噪声
2.7随机过程通过线性系统
2.8信道容量及香农公式
2.1信道的定义和数学模型

1.
信道是信号的传输媒质。具体地说，
信道是指由有线或无线线路提供的信号通
路；抽象地说，信道是指定的一段频带，
它让信号通过，同时又给信号以限制和损
害。信道的作用是传输信号。
①有一对（或多对）输入端，则必然
有一对（或多对）
②绝大部分信道是线性的，即满足叠

③信号通过信道需要一定的延迟时间；
④信道对信号有损耗（固定损耗或时
变损耗）
⑤即使没有信号输入，在信道的输出
端仍可能有一定的功率输出（噪声）。
（2）
编码信道是包括调制信道及调制器、
解调器在内的信道。它与调制信道模型有
明显的不同：即调制信道对信号的影响是
通过k（t）和n（t）使调制信号发生“模拟”
变化；而编码信道对信号的影响则是一种
数字序列的变换，即把一种数字序列变换
成另一种数字序列，故有时把编码信道看
成是一种数字信道。
2.2恒参信道及其对信
号传输的影响
1.
恒参信道对信号传输的影响不随时间
而变，或者随时间变化很缓慢，通常若在
数字信号中几个最长符号时间内，信道特
性基本不变即可认为此信道为恒参信道。
有线信道为典型的恒参信道，有代表
性的例子如下。

（1）
对称电缆是在同一保护套内有许多对
相互绝缘的双导线的传输媒质。
（2）
同轴电缆由同轴的两个导体构成，外
导体是一个圆柱形的空管（在可弯曲的同
轴电缆中，它可以由金属丝编织而成），
内导体是金属线（芯线）。
（3）
以光导纤维（简称光纤）为传输媒质、
光波为载波的光纤信道，可提供极大的传
输容量。
无线信道中的中、长波通信，超短波
及微波视距通信等基本上也属于恒参信道，
举例如下。
（1）
无线电视距中继是指工作频率在超短
波和微波波段时，电磁波基本上沿视线传
播，通信距离依靠中继方式延伸的无线电
线路。
（2）

人造卫星中继信道可视为无线电

中继信道的一种特殊形式。
2.恒参信道对信号传输的影响
恒参信道对信号传输的影响主要是线
性畸变，线性畸变是由于网络特性不理想
所造成的，具体从幅频特性和相频特性两
方面进行讨论。
（1）幅度-
幅度-频率畸变即幅频畸变，它是由于
信道幅频特性不理想造成的。
（2）相位-频率畸变（群迟延畸变）
相频畸变是由于信道相频特性不理想
造成的。理想的相频特性曲线是通过原点
的斜率为K的一条直线。
所谓相位-频率畸变，是指信道的相位
-频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
信道的相位—频率特性还经常用群迟
延-频率特性来衡量。
3.

相位-频率畸变（群迟延畸变）如同幅

频畸变一样，也是一种线性畸变。因此，

采取相位均衡技术也可以补偿群迟延畸变。
2.3随参信道及其对信
号传输的影响
1.
（1）
短波是指波长为100～10m（相应的频
率为3～30MHz）的无线电波。
在短波电离层反射信道中，多径传播
现象对信号传输的影响最大，引起多径传

①电波经电离层的一次反射和多次
反射；
②
③地球磁场引起的电磁波束分裂成

④电离层不均匀性引起的漫射现象；
（2）
对流层散射信道是一种超视距的传播
信道，其中一跳的传播距离约为100～
500km，可工作在超短波和微波波段。
①
散射信号电平是不断随时间变化的，
这些变化分为慢衰落（长期变化）和快衰
落（短期变化）。
a.慢衰落。
b.快衰落。
②
③
脉冲信号通过带限系统后，波形也被
展宽，而且系统频带越窄，波形展宽越多。
从这一角度来看，散射信道好像是一个带
限滤波器，其允许频带定义为

式中τm——最大多径时延差。
从以上两种典型的随参信道的例子可
以看出，随参信道的传输媒质具有以下三

①
②
③
2.随参信道对信号传输的影响
（1）一般衰落（频率弥散现象）
由于电离层反射、散射及对流层散射，
电波从发射点出发可能经多条路径到达接
收点，这种现象称“多径传播”。
若设发射信号为Acosωct,则经过n条
路径传播后的接收信号R（t）可用下式表
述：

式中，

ai（t）——总共n条多径信号中第i条

tdi（t）——第i条路径对应于它的延

υi（t）——相应的随机相位，即

υi（t）=-ωctdi（t）
其中a（t）是多径信号合成后的包络，即

而υ（t）是多径信号合成后的相位，即
由于ai（t）和υi（t）都是随机

过程，故aI（t）、aQ（t）、a（t）
和υ（t）也都是随机过程。
由式（2-8）可