第三章信道 3.1 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
第三章 信道 3.1 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
狭义信道∫有线信道:明线、对称电缆、同轴电缆等 无线信道:地波传播、短波电离层反射、 超短波或、徼波视距中继、人造卫星中 信道 继、各种散射通信等 广义信道∫调制信道:恒参信道、随参信道 编码信道:无记忆编码信道、 有记忆编码信道 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
有记忆编码信道 编码信道：无记忆编码信道、 调制信道：恒参信道、随参信道 广义信道 继、各种散射通信等 超短波或、微波视距中继、人造卫星中 无线信道：地波传播、短波电离层反射、 有线信道：明线、对称电缆、同轴电缆等 狭义信道 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[:对信号的干扰是与信号相乘 的把e()=kD)eO 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O:对信号的干扰是与信号叠加 的(O)=m)+e( 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
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。 k(t) e (t) k(t)e (t) o = i n(t) e (t) n(t) e (t) o = + i
32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
3.2 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
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,必然便传 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。 衰耗 300 11002900频率/Hz 图3-1典型音频电话的幅频特性
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。 釆用群延迟-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
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
d(() z(O) (3-1) 0 式中团z()群延迟频率特性;贝(O)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之所 0(0) rO KO K 图3一2理想的相频特性和群延迟-频率特性
（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。 d d ( ) ( ) = () () 0 图 3－2 理想的相频特性和群延迟-频率特性 () = K 0 () K
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, T(O/ms 其过程可以由图3-4说明 1.0 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 0 1.6 f/KHz 群延迟-频率特性不理想而图3-3典型音频话音信道的 造成的 群延迟-频率特性
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， 2 图 3－3 典型音频话音信道的 群延迟-频率特性 0 ()/ m s f / KHz 1.0 1.6 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
合成波 合成波 十基波谐波 基波 谐波 (a)原合成波形 (b)通过信道后的合成波形 图3-4群延迟产生畸变的示例 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
0 t 合成波 基波 谐波 0 合成波 基波 谐波 图 3-4 群延迟产生畸变的示例 ( a) 原合成波形 ( b) 通过信道后的合成波形 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),并说明信号通 过该信道时会产生哪些失真 解:B()=~P JaRO r+ 1+ jORC ORC H(O 输入 输出 1+(oRC)2 R P(o)=arctan ORC 图3-5例3-1图 do(a RC (0 1+(ORC 因为其幅频特性不是常数,所以信号通过该信道会有 幅度-频率畸变:又因为群延迟-频率特性不是常数,所 以信号通过该信道会有相频畸变(即群延迟畸变)
[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。 以信号通过该信道会有相频畸变（即群延迟畸变） 幅度 频率畸变；又因为群延迟 频率特性不是常数，所 因为其幅频特性不是常数，所以信号通过该信道会有 解： − − + = = − = + = + = + = 2 2 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) arctan 1 ( ) ( ) 1 1 ( ) RC RC d d RC RC RC H j RC j RC j C R R H 图 3-5 例 3-1 图 R C 输入 输出