信道中的噪聲、信道容量

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1、通信原理電子教案廣東海洋大學信息學院2012年9月《通信原理》電子教案授課班級：通信1103班、通信1104班授課教師：廣東海洋大學信息學院梁能3.4信道的加性噪聲●前述研究乘性干擾k(t),下面討論信道中的加性噪聲n(t)?！耠m獨立于有用信號卻始終干擾有用信號。1.噪聲的來源（1）人為噪聲－－來源于無關的其他信號源。如：外臺信號、開關接觸噪聲、電火花等。（2）自然噪聲－－指自然界存在的各種電磁波源。如：閃電、大氣中磁暴、銀河系噪聲及其他宇宙噪聲等。（4）內(nèi)部噪聲－－來源于信道本身所包含的各種電子器件、轉(zhuǎn)換器以及天線或傳輸線等。如：熱噪聲、

2、散彈噪聲、電源哼聲等。2.常見的隨機噪聲分類從噪聲性質(zhì)來區(qū)分可有：（1）單頻噪聲：是一種連續(xù)波干擾，如外臺干擾。特點：干擾頻率是固定、帶寬很窄，在頻率軸上的位置可以實測。可以預先設法防止或避開（頻率、方向）。（2）脈沖干擾：在時間上無規(guī)則的突發(fā)的噪聲。如電火花、天電干擾中的雷電。特點：幅度大、持續(xù)時間短、間歇期長、占據(jù)頻帶寬（高頻衰減快）。對模擬信號影響不大，對數(shù)字信號影響嚴重（糾錯編碼解決）。（3）起伏噪聲：是以熱噪聲熱噪聲、散彈噪聲、和宇宙噪聲為代表的噪聲。特點：無論從時域內(nèi)還是頻域內(nèi)，他們總是存在的。結(jié)論：起伏噪聲來自信道本身，對信號傳

3、輸?shù)挠绊懖豢杀苊?，是通信系統(tǒng)最基本的噪聲源（影響通信質(zhì)量的主要因素）。加性噪聲n(t)的統(tǒng)計特性通過對加性噪聲進行分析，可歸納如下特性：●n(t)是分散在通信系統(tǒng)各處的噪聲的集中表現(xiàn)?！駈(t)的主要代表是起伏噪聲。也是散彈噪聲、熱噪聲、宇宙噪聲的集中表示?！衿鸱肼暤慕y(tǒng)計特性：分析時，皆看為高斯白噪聲?！窀咚拱自肼曊瓗Ц咚乖肼旴PF解調(diào)器(功率譜密度如圖)圖3-26帶通型噪聲的功率譜密度●等效噪聲帶寬的概念假設Pn(ω)在ω0及-ω0處分別有最大值Pn(ω0)及Pn(-ω0)，則該噪聲帶寬Pn(ω)fc-fc0fBnBnPn(f0)Bn的意

4、義----圖中虛線下的面積等于功率譜密度曲線下的面積。注：此定義適用于今后常見的窄帶高斯噪聲。3.5信道容量的概念1.信道容量的定義在信息論中，稱信道無差錯傳輸信息的最大信息速率為信道容量，記之為C。信道可以分為：離散信道（編碼信道）和連續(xù)信道（調(diào)制信道）。2.山農(nóng)定理/公式對于連續(xù)信道，如果信道帶寬為B（Hz）并且受到加性高斯白噪聲的干擾，則其信道容量C的理論公式為：其中：n0---高斯白噪聲的功率譜密度（W/Hz）；N---白噪聲的平均功率（W）；S---信號的平均功率（W）；S/N---存在于信道中的信噪比。意義：當信道特性（B、S和n

5、0）給定以后，上式表示在具有一定頻帶寬度的信道中，理論上單位時間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。3.關于山農(nóng)公式的幾點討論（1）在給定B、S/B的情況下，信道的極限傳輸能力為C，而且此時能夠做到無差錯傳輸（即差錯率為零）。（2）提高信噪比，可提高信道容量。（3）增加信道帶寬，也可有限的增加信道的容量。但（4）信道容量可以通過系統(tǒng)帶寬與信噪比的互換而保持不變。例：設有一幅圖像，在電話線上實現(xiàn)傳真?zhèn)鬏?，大約需傳2.25×106個象素，每個象素12個亮度電平，電話線有3KHz帶寬、30dB信噪比。求:在該標準電話線上傳一傳真圖片需最小傳輸時間T=？解

6、：象素信息量I象素=log212=3.58（bit）圖片信息量I圖象=2.25×106×3.58=8.06×106（bit）信道容量C=Blog2（1+S/N)=3×103log2（1+1000）=29.9×103（bit/s）于是Rbmax=C(一般Rb≤C）T=I圖象/C=8.06×106/29.9×103=0.269×103s=4.5（分）小同軸：B＝3MHz→T=0.27s大同軸：B＝60MHz→T=0.013s＝13ms作業(yè)：P85習題4-7。