西安电子科技大学：《现代通信原理与技术》课程电子教案（PPT课件讲稿）第三章 信道与噪声

第3章信道与噪声 3.1信道定义与数学模型 3.2恒参信道及其传输特性 3.3随参信道及其传输特性 3.4分集接收技术 3.5加性噪声 3.6信道容量的概念 返回主且录

3.1 信道定义与数学模型 3.2 恒参信道及其传输特性 3.3 随参信道及其传输特性 3.4 3.5 加性噪声 3.6 信道容量的概念 第 3 章 信道与噪声 返回主目录

第3章信道与噪声 3.1信道定义与数学模型 3.1.1信道定义 信道是指以传输媒质为基础的信号通道。根据信道的定义， 如果信道仅是指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道； 如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装 置，这种信道称为广义信道。 狭义信道按照传输媒质的特性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、同轴电缆及光纤等

第 3 章信 道 与 噪 声 3.1信道定义与数学模型 3.1.1信道定义 信道是指以传输媒质为基础的信号通道。根据信道的定义， 如果信道仅是指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道； 如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装 置，这种信道称为广义信道。 狭义信道按照传输媒质的特性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、同轴电缆及光纤等

线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波或微波 视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。狭义 信道是广义信道十分重要的组成部分，通信效果的好坏，在 很大程度上将依赖于狭义信道的特性。因此，在研究信道的 一般特性时，“传输媒质”仍是讨论的重点。今后，为了叙 述方便，常把广义信道简称为信道。 广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的 变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天 线、调制器、解调器等等。这相当于在狭义信道的基础上， 扩大了信道的范围。它的引入主要是从研究信息传输的角度 出发，使通信系统的一些基本问题研究比较方便。广义信道 按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等

线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波或微波 视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。狭义 信道是广义信道十分重要的组成部分，通信效果的好坏，在 很大程度上将依赖于狭义信道的特性。因此，在研究信道的 一般特性时， “传输媒质”仍是讨论的重点。今后，为了叙 述方便，常把广义信道简称为信道。 广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的 变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天 线、调制器、解调器等等。这相当于在狭义信道的基础上， 扩大了信道的范围。它的引入主要是从研究信息传输的角度 出发，使通信系统的一些基本问题研究比较方便。广义信道 按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等

信道的一般组成如图3·1所示。所谓调制信道是指图3 1中从调制器的输出端到解调器的输入端所包含的发转换装置、 媒质和收转换装置三部分。当研究调制与解调问题时，我们 所关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪 声的最终特性，而并不关心信号的中间变换过程。因此，定 义调制信道对于研究调制与解调问题是方便和恰当的。 在数字通信系统中，如果研究编码与译码问题时采用编 码信道，会使问题的分析更容易

信道的一般组成如图 3 - 1 所示。所谓调制信道是指图 3 - 1中从调制器的输出端到解调器的输入端所包含的发转换装置、 媒质和收转换装置三部分。 当研究调制与解调问题时，我们 所关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪 声的最终特性，而并不关心信号的中间变换过程。因此，定 义调制信道对于研究调制与解调问题是方便和恰当的。 在数字通信系统中， 如果研究编码与译码问题时采用编 码信道，会使问题的分析更容易

输 编码器 调制器 发转换器 媒 收转换器 解调器 译码器 出 质 调制信道 编码信道 1 图3-1调制信道和编码信道

图 3 –1 调制信道和编码信道 编 码 器 输 入 调 制 器 发 转 换 器 媒 质 收 转 换 器 解 调 器 译 码 器 输 出 编码信道 调制信道

在数字通信系统中，如果研究编码与译码问题时采用编 码信道，会使问题的分析更容易。 所谓编码信道是指图3·1中编码器输出端到译码器输入 端的部分。即编码信道包括调制器、调制信道和解调器。调 制信道和编码信道是通信系统中常用的两种广义信道，如果 研究的对象和关心的问题不同，还可以定义其他形式的广义 信道

在数字通信系统中，如果研究编码与译码问题时采用编 码信道，会使问题的分析更容易。 所谓编码信道是指图 3 - 1 中编码器输出端到译码器输入 端的部分。即编码信道包括调制器、调制信道和解调器。调 制信道和编码信道是通信系统中常用的两种广义信道，如果 研究的对象和关心的问题不同，还可以定义其他形式的广义 信道

3.1.2信道的数学模型 信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通 信系统的分析和设计是十分方便的。下面我们简要描述调制 信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。 1.调制信道模型 调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信 道，它所关心的是调制信道输入信号形式和已调信号通过调 制信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换过程并不关 心。因此，调制信道可以用具有一定输入、输出关系的方框 来表示。通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具有 如下共性： (1)有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； (2)绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理；

3.1.2 信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通 信系统的分析和设计是十分方便的。下面我们简要描述调制 信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。 1. 调制信道模型 调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信 道，它所关心的是调制信道输入信号形式和已调信号通过调 制信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换过程并不关 心。因此，调制信道可以用具有一定输入、输出关系的方框 来表示。通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具有 如下共性： （1） 有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； （2） 绝大多数的信道都是线性的， 即满足线性叠加原理；

(3)信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间： (4)信号通过信道会受到固定的或时变的损耗； (5)即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定 的输出（噪声）。 根据以上几条性质，调制信道可以用一个二端口（或多端 口)线性时变网络来表示，这个网络便称为调制信道模型，如 图3-2所示。 二端口的调制信道模型，其输出与输入的关系有 r(t)=so(t)+n(t)=f [si(t)]+n(t) (3.1-1)

（3） 信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间； （4） 信号通过信道会受到固定的或时变的损耗； （5） 即使没有信号输入， 在信道的输出端仍可能有一定 的输出（噪声）。 根据以上几条性质，调制信道可以用一个二端口(或多端 口)线性时变网络来表示，这个网络便称为调制信道模型， 如 图 3 - 2 所示。 二端口的调制信道模型， 其输出与输入的关系有 r(t)=so(t)+n(t)=f［si(t)］+n(t) (3.1 - 1)

s,() 线性时变网络 S 图3-2调制信道模型

图 3 – 2 调制信道模型 s i (t) 线 性 时 变 网 络 s o (t)

式中，s(①)为输入的已调信号；s,()为调制信道对输入信号 的响应输出波形；n()为加性噪声，与s()相互独立。f[s()] 反映了信道特性，不同的物理信道具有不同的特性。有的物理 信道f[s()门很简单，有的物理信道f[s()]很复杂。一般情 况，f[s()]可以表示为信道单位冲激响应c()与输入信号的 卷积，即 s(t)=c(t)*s;(t) (3.1-2) 或 S(o)=C(@)S(@) (3.1-3) 其中，C(o)依赖于信道特性。对于信号来说，C(o)可看成 是乘性干扰。如果我们了解c()与(t)的特性，就能知道信道对 信号的具体影响

式中，si (t)为输入的已调信号；so (t)为调制信道对输入信号 的响应输出波形；n(t)为加性噪声，与si (t)相互独立。f［si (t)］ 反映了信道特性，不同的物理信道具有不同的特性。有的物理 信道f［si (t)］很简单，有的物理信道f［si (t)］很复杂。一般情 况， f［si (t)］可以表示为信道单位冲激响应c(t)与输入信号的 卷积，即 so (t)=c(t)*si (t) (3.1 - 2) 或 S(ω)=C(ω)Si (ω) (3.1 - 3) 其中，C(ω)依赖于信道特性。对于信号来说，C(ω)可看成 是乘性干扰。 如果我们了解c(t)与n(t)的特性，就能知道信道对 信号的具体影响