第三章 信道.ppt

第三章信道
          引言
信道是通信系统必不可少的组成部分,它是信号的传输媒质,可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光缆等;无线信道有地波传播、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通信等。信道的这种分类是直观的,称之为狭义信道;若把信道的范围扩大,除传输媒质外,还可以包括有关的变换装置(如:收发送设备、调制/解调器、馈线与天线等),这种扩大范围的信道称之为广义信道。
各种信道的含义如下:
有线信道:有可见传输线的信道。
无线信道:无可见传输线的信道。
调制信道(模拟信道):包含调制/解调器的信道。
恒参信道:信道的乘性噪声不随时间变化或基本不变。
随参信道:信道的乘性噪声是随时间变化的。
乘性噪声:对信号的干扰是与信号相乘的关系。通常乘性噪声是一个复杂的函数,它可能包括各种线性畸变、非线性畸变。
加性噪声:对信号的干扰是与信号叠加的关系。
编码信道(数字信道):包含编码/译码器的信道。
无记忆信道:解调器每个输出码元的差错发生是相互独立的,即一码元的差错发生与其前后码元是否发生差错无关。
有记忆信道:解调器每个输出码元的差错发生是非独立的,即一码元的差错发生与其前后码元发生差错是有关的。
恒参信道及其特性
恒参信道是指有架空明线、电缆、中长波地波传播,超短波及微波视距传播,人造卫星中继,光导纤维以及光波视距传播等媒质构成的信道(几种恒参信道实例的详细介绍见教材P37~42)。
恒参信道对信号传输的影响是确定的或是变化极其缓慢的。因此,可以认为它等效于一个非时变的线性网络。理论上说,只要得到了这个网络的传输特性,则利用信号通过线性系统的分析方法,就可求得已调信号通过恒参信道的变化规律。
网络的传输特性通常可以由幅度-频率特性和相位-频率特性来表征。
一、幅度-频率畸变
幅度-频率畸变是由信道的幅度-频率特性不理想所引起的,这种畸变由称为频率失真。
典型的音频电话信道的幅度-频率特性曲线如图3-1所示,由于信道对于不同频率的衰耗不同,必然使传输信号的幅度随频率发生畸变。此时,若传输的是数字信号,则会引起相邻码元波形在时间上相互重叠,即造成码间串扰。
为了减小幅度-频率畸变,在设计总的信道传输特性时,一般都要求把幅度-频率畸变控制在一个允许的范围内。一是改善信道中的滤波性能,二是增加线性补偿网络,使衰耗特性曲线变得平坦。后一措施称之为“(频率)均衡”。
二、相位-频率畸变
相位-频率畸变是信道的相位-频率特性的非线性引起的。相品畸变对模拟话音通信影响并不显著,这是因为人耳对相频畸变不太敏感;但对数字传输却不然,尤其当传输速率高时,相频畸变会引起严重的码间串扰,造成误码。
采用群延迟-频率特性可以衡量信道的相频特性。所谓群延迟-频率特性就是相频特性对频率的导数
(3-1)
式中——群延迟频率特性; ——相频特性。理想的相频特性和群延迟特性为线性关系,如图3-2所示。
但实际的信道特性总是偏离线性关系,例如典型的音频电话信道的群延迟特性如图3-3所示,可以看出,当不同的音频信号通过该信道时,不同的频率分量将有不同的群延迟,即它们到达受信端的时间不一致,
从而引起信号的畸变,其过程可以由图3-4说明。通过信道后,原信号的基波相移为,三次谐波的相移为,则其合成波形与原信号的波形出现了明显的差异,这个差异就是由于群延迟-频率特性不理想而造成的。
群延迟畸变也是一种线性畸变,因此,采用均衡措施可以得到补偿。当然,除此之外,还存在其它一些因素使信道的输出与输入产生差异(畸变),如:非线性畸变、频率偏移及相位抖动等。一般非线性畸变一旦产生,则难以消除,所以,在系统设计时要加以重视。
[例3-1]设某恒参信道可用图3-5所示的线性二端口网络来等效。试求它的传输函数H(ω),并说明信号通过该信道时会产生哪些失真。