吸收
衰
减
降雨率
(dB/km)
频率(GHz)
(b) 降雨的衰减
图4-6 大气衰减
5
第4章 信 道
电磁波的分类：
地波
频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离：数百或数千千米
天波
频率：2 ~ 30 MHz 特点：被电离层反射 一次反射距离：< 4000 km 寂静区：
传播路径 地面
图4-1 地波传播
地球大气层的结构
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
60 km
电离层 平流层
对流层
10 km
地面
0 km
4
第4章 信 道
电离层对于传播的影响
衰
反射
减
(dB/km)
散射
水蒸气
氧 气
大气层对于传播的影响
散射
频率(GHz) (a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减
有效散射区域
地球
图4-7 对流层散射通信
8
第4章 信 道
流星流星余迹散射
流星余迹
图4-8 流星余迹散射通信
流星余迹特点 － 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率 － 30 ~ 100 MHz 距离 － 1000 km以上 特点 － 低速存储、高速突发、断续传输
换,反映了物理信道的特性,当然不同物理信道有不同 的特性. 若设f[ei(t)]=k(t)*ei(t)<=>Eo(ω)= K(ω)Ei(ω)
则有eo(t)= k(t)*ei(t)+ n(t) K(ω)依赖于信道特性,可以看成是乘性噪声
18
3 讨论
1) 乘性干扰k(t)和加性干扰n(t)是调制信道的两种干 扰，如果我们了解k(t)与n(t)的特性，就能知道信道 对信号的具体影响
D2 D2 502 h 50 m
8r 50 50
增大视线传播距离的其他途径 ➢ 中继通信： ➢ 卫星通信：静止卫星、移动卫星 ➢ 平流层通信：
图 4-3 视线传播
图4-4 无线电中继 7
第4章 信 道
散射传播 电离层散射 机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上 对流层散射 机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km
1）加性噪声信道
eo(t)=kei(t)+n(t)
k是信道衰减因子， 通常可取k=1；
n(t)是加性噪声。
加性噪声n(t)通常是 一种高斯噪声，
该信道模型通常称为 加性高斯噪声信道。
20
2）带有加性噪声的线性滤波器信道
K(ω)在信号频带范围之内不是常数，但不随时间 变化，数学上表示为线性滤波器
通信原理
1
通信原理
第4章 信 道
2
第4章 信 道
信道分类：
无线信道 － 电磁波（含光波） 有线信道 － 电线、光纤
信道中的干扰：
有源干扰 － 噪声 无源干扰 － 传输特性不良
本章重点：
介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于 信号传输的影响。
3
第4章 信 道
4.1 无线信道
无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制
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，即满足叠加原理； 3）信号通过信道具有一定的迟延时间， 而且它还会受到(固定的或时变的)损耗； 4）即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一定的功
率输出(噪声)。
16
2 调制信道的模型
时变线
Si(t)
性网络
So(t)Biblioteka 二对端网络Si1(t)
时
变
Si2(t)
线
性
网
Sim(t)
络
（m对输入）
So1(t) So2(t) Som(t)
多对端网络
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对于二对端的信道模型，其输出与输入的关系应该有 eo(t)= f[ei(t)]+ n(t)其中， ei(t)为输入的已调信号；eo(t)为信道总输出波形； n(t)为加性噪声/干扰，且与 ei(t)相互独立。 f[ei(t)]表示已调信号通过网络所发生的(时变)线性变
2) 分析k(t)乘性干扰时，可将信道分为： 恒参信道：即k(t)随时间缓慢变化或不变 例：架空明线、电缆、光导纤维、超短波及微
波视跨传播、卫星中继等视为恒参信道 随参信道：即k(t)随机快变化 例:短波电离层反射信道、各种散射、超短波移
动通信信道等视为随参信道。
19
4、物理信道中的K(ω)的三种典型形式
信号传播路径
地面
图 4-2 天波传播
6
第4章 信 道
视线传播：
频率 > 30 MHz
距离: 和天线高度有关
h D2 D2 m 8r 50
d
发射天线
h
r
d D
传播途径 接收天线
r
地面
(4.1-3) 式中，D – 收发天线间距离(km)。 [例] 若要求D = 50 km，则由式(4.1-3)
n2 n1 折射率
多模光纤 (c)
单模光纤
单模阶跃折射率光纤
125
7～10
12
第4章 信 道
损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图4-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
13
第4章 信 道
4.3 信道的数学模型
信道模型的分类：
调制信道 编码信道
信 息 源
信 源 编
码
加 密
信 道 编
码
数 字 调
制
信道
数 字 解 调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
受 信 者
噪声源
调制信道 编码信道
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4.3.1 调制信道模型
ei (t)
f [ei(t)]
e0 (t)
eo (t) f [ei (t)] n(t)
n(t)
9
第4章 信 道
4.2 有线信道
明线
10
第4章 信 道
对称电缆：由许多对双绞线组成
导体 绝缘层
同轴电缆
图4-9 双绞线
实心介质 导体
金属编织网
保护层
图4-10 同轴线
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第4章 信 道
n2 n1 折射率
光纤
结构
(a)
纤芯 包层
n2 n1 折射率
按折射率分类 (b) 阶跃型
梯度型 按模式分类
式中
图4-13 调制信道数学模型
ei (t)－ 信道输入端信号电压；
eo (t)－ 信道输出端的信号电压；
n(t) － 噪声电压。
通常假设：
这时上式变为：f [ei (t)] k(t)ei (t)
eo (t) k(t)ei (t) n(t)－ 信道数学模型
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一、调制信道 1、 调制信道的共性