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第三章 信道 ( 第一讲 )

•　　　多一份耕耘，•　　　多一份收获

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–通信系统中最重要的 , 不可缺少的环节–通信系统中噪声的主要来源

3.1 引言

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3.2 信道定义和分类定义：以传输媒质为基础的信号通道。

分类 : 广义信道、狭义信道

1. 狭义信道 : 仅指传输媒介。仅指传输媒介。可分为

无线信道

有线信道明线、对称电缆、同轴电缆及光缆等。

地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。

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• 2. 广义信道：信道除包括传输媒质外，还包括有关的变换装置。称这种扩大范围的信道为广义信道。

分类 : 通常有调制信道和编码信道

包含狭义信道

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调制信道 : 调制器输出端到解调器输入端。 编码信道 : 编码器输出端到译码器输入端。

±àÂëÆ÷

ÊäÈë µ÷

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3.3 信道数学模型

调制信道主要特性：(1) 为模拟信道 ,有一对 (或多对 )输入 ,输出端

(2)多为线性 (可用叠加原理 )；(3) 有传输延迟和损耗 (固定或时变 ) ；(4)没有信号输入时仍有输出 -噪声。

一．调制信道模型

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ÏßÐÔʱ±äÍøÂçs i ( t ) s o ( t )

时变线性网络

ei1(t)ei2(t)..

eim(t)

eo1(t)eo2(t)..

eom(t)

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• 1 ．二对端调制信道模型

ei t（ ）f[ .] eo(t)=f[e i (t)]+n(t)

n(t)

ÏßÐÔʱ±äÍøÂçs i ( t ) s o ( t )

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输出与输入的关系： )()]([ tntefte io

• 信道对信号的影响可归结为两点：一是乘性干扰 k(t) ，二是加性干扰 n(t) 。

输出信号 输入已调信号 加性干扰（独立）

)()()( tntetkte io

乘性干扰 加性干扰

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• k(t) 基本不随时间变化，称为恒定参量信道，简称恒参信道；

•k(t) 随时间随机快速变化， 称为随机参量信道，简称随参信道

2. 编码信道模型特点 : 为数字信道 , 有二进制或多进制 编码信道模型用转移概率描述 分为有记忆信道和无记忆信道．

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二进制无记忆编码信道模型 P (0/0)

0

1P (1/1)

P (0)

P (1)

P (1/0)

P (0/1)

0

1

• 输出的总的错误概率为)10()1()01()0( pppppe

P(0/1)= P(1/0) 二进制对称信道

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多进制无记忆编码信道模型

x 0

x1

¡­

xM £­1

y 0

y 1

¡­

y N £­1

£ûX £ý £ûY £ý

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至此，我们对信道已有了一个较全面的认识， 为了方便理解，把信道分类归纳如下：

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1. 明线：互相绝缘的平行架空裸线。特点 : 传输损耗低。易受天气 , 环境的影响 . 已逐渐淘汰

塑料外皮 双绞线（ 5对）

3.4 恒参信道举例

2. 对称电缆：在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线 , 每对的两跟线拧成扭绞状。 ( 又称双绞线 )

特点 : 传输特性稳定。 传输损耗大 ,

主要应用 : 用户电话接入线

绝大部分的有线信道可以认为是恒参信道

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3. 同轴电缆由同轴的两个导体构成 , 其间填充以介质。

特点 : 与外界间相互干扰小 ( 外导体接地 , 起屏蔽作用 ), 带宽大 . 但成本较高 .

ÂÁÖƱàÖ¯µ¼Ìå(ÆÁ±Î)

ÄÚ²¿¾øÔµÌå

ÄÚ²¿µ¼ÌåÍⲿ¾øÔµÌå

(a )­­Ò»¶ÎͬÖáµçÀ (b )­­Ò»¶ÎÓëÁ¬½ÓÆ÷ÏàÁ¬µÄͬÖáµçÀÂ

常用的有两种阻抗 :75 Ω, 如电视电缆 50Ω, 实验仪器用的信号电缆

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4. 光纤 (OpticalFiber)

• 以光导纤维为传输介质 , 光波为载波的信道。

• 优点 : 传输损耗小 ( 可长距离无中继传输 ),频带宽 (容量大 ) 重量轻 , 线径细 ,耐腐蚀 , 不受电磁干扰等 .

• 缺点 : 作为完整的通信系统 ,尚有些器件的技术问题还没有能够解决 .

• 主要应用 :目前长距离干线 .

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ÍâÌ× ¾øÔµ°ü²ã

ÏËάо

光纤结构示意图

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• 5. 无线电视距中继 ( 微波中继 )• 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 .

微波中继信道具有传输容量大、长途传输质量稳定、节约有色金属、 投资少、维护方便等优点。缺点 : 每隔 50Km设一个中继站

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微波中继信道的构成

地球

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• 6. 卫星中继信道• 是无线电中继的一种特殊形式• 由通信卫星、地球站、上行线路及下构成

行线路这种信道具有传输距离远。覆盖地域广、传播稳定可靠、传输容量大等突出的优点。缺点 :技术要求高 , 一次性投入大广泛用来传输多路电话、电报、数据和电视。

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3.5 恒参信道特性及其对信号传输的影响

• 网络的传输特性：幅频特性、相频特性

等效

恒参 --------- 参数恒定 ( 变化缓慢 )

恒参信道 线性时不变网络 采用 线性系统分析法

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djwtwj eKeKH 0

)(0)(

一 . 理想恒参信道特性

理想恒参信道就是理想的无失真传输信道其等效的线性网络传输特性为

其中 K0 为传输系数，td 为时间延迟，它们都是与频率无关的常数

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信道的相频特性通常还采用群迟延 -频率特性来衡量

群迟延 -频率特性是相位 -频率特性的导数

dtdw

wdw

)()(

幅频特性 : |H(ω)|=K0

相频特性 φ(ω)=ωtd

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理想信道的幅频特性、 相频特性和群迟延 -频率特性

O

K0

|H ( ) |

(a )

O

( )

td

(b )

O

td

(c )

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由此可见， 理想恒参信道对信号传输的影响是：

(1) 对信号在幅度上产生固定的衰减；

(2) 对信号在时间上产生固定的迟延。 这种情况也称信号是无失真传输。

理想恒参信道的冲激响应为 h(t)=K0δ(t-td)

若输入信号为 s(t) ， 则理想恒参信道的输出为 r(t)=K0s(t-td)

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wwH —)(

无失真传输条件

ww —)(

ww —)(

为一条水平直线

成线性关系

或者为一条水平直线

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二 .失真信道对信号传输的影响

如果信道的幅度 -频率特性在信号频带范围之内不是常数，则会使信号产生幅度 -频率失真；

如果信道的相位 -频率特性在信号频带范围之内不是 ω 的线性函数， 则会使信号产生相位 -频率失真。

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1.幅度 -频率失真 (幅度—频率畸变 )

信号中不同频率成分分别受到信道不同的衰减

2. 相位 -频率失真（畸变）

信号中不同频率成分分别受到信道不同的延迟两种畸变补偿措施：网络均衡

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3.6 随参信道举例• 一、短波电离层反射信道• 短波是指波长为 100—10m （频率为 3—3

0MHz ）的无线电波• 可沿地表面传播 ---- 地波传播• 可由电离层反射传播 ---- 天波传播

优点 : 可以利用天然不易推毁的中继层 , 传输距离远 ,受地形影响小 .缺点 : 传输可靠性差

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二 . 对流层散射信道• 是一种超视距的传播信道• 对流层是离地面 10—12Km 以下的大气

层• 在对流层中，由于大气湍流运动等原因产生了不均匀性，引起电波的散射

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