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1、通信原理電子教案 廣東海洋大學(xué)信息學(xué)院 2012年 9月 通信原理 電子教案 授課班級(jí)：通信 1103班、通信 1104班 授課教師：廣東海洋大學(xué)信息學(xué)院 梁能 第 3章 信道與噪聲 通信原理 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)。 雖 獨(dú)立于 有用信號(hào)卻 始終干擾 有用信號(hào)。 1.噪聲的來源 （ 1） 人為噪聲 來源于無關(guān)的其他信號(hào)源。如：外臺(tái) 信號(hào)、開關(guān)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
2、及天線或傳輸線等。如：熱噪聲、散彈噪聲、 電源哼聲等。 第 3章 信道與噪聲 通信原理 2.常見的隨機(jī)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(tái)干擾。 特點(diǎn)： 干擾頻率是固定、帶寬很窄，在頻率軸上的位置可以實(shí)測(cè)。 可以預(yù)先設(shè)法防止或避開 （頻率、方向） 。 （ 2）脈沖干擾 ：在時(shí)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(diǎn)： 幅度大、持續(xù)時(shí)間短、間歇 期長、占據(jù)頻帶寬 （高頻衰減快） 。 對(duì)模擬信號(hào)影響不大，對(duì) 數(shù)字信號(hào)影響嚴(yán)重 （糾錯(cuò)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(diǎn)：
3、無論從時(shí)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(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懖豢杀苊猓?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 ） 。 第 3章 信道與噪聲 通信原理 3. 加性噪聲 n(t)的統(tǒng)計(jì)特性 通過對(duì)加性噪聲進(jìn)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)。 n(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。 起伏噪聲的統(tǒng)計(jì)特性： 分析時(shí)，皆看為高斯白噪聲。 高斯白噪聲 窄帶高斯噪聲 BPF 解調(diào)器 (功率譜密度如圖 ) 第 3章 信道與噪聲 通信原理 圖 3-26 帶通型噪聲的功率譜密度 等效噪聲帶寬
4、的概念 假設(shè) Pn()在 0及 -0處分別有最大值 Pn(0)及 Pn(-0)，則該 噪聲帶寬 0 00 ()() 2 ( ) ( ) nn n nn P d fP d f B PP Pn() fc -fc 0 f Bn Bn Pn(f0) Bn的意義 -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。 第 3章 信道與噪聲 通信原理 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(cuò)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）。 第 3章 信道與噪聲 通信
5、原理 2. 山農(nóng)定理 /公式 對(duì)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： 22 0 l o g 1 l o g 1 ( / )SSC B B b sN n B 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(hào)的平均功率 （ W）； S/N-存在于信道中的信噪比。 意義： 當(dāng)信道特性（ B、 S和 n0）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(shí)間內(nèi)可能傳輸?shù)?信息量的極限數(shù)值。 第 3章 信道與噪聲 通信原理 3. 關(guān)于山農(nóng)公式的幾點(diǎn)討論 （ 1）在給定
6、 B、 S/B的情況下，信道的極限傳輸能 力為 C，而且此時(shí)能夠做到無差錯(cuò)傳輸（即差錯(cuò)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。 2 00 l i m l o g 1 . 4 4 B SSCe nn 第 3章 信道與噪聲 通信原理 例： 設(shè)有一幅圖像，在電話線上實(shí)現(xiàn)傳真?zhèn)鬏?，大約需傳 2.25 106個(gè)象素，每個(gè)象素 12個(gè)亮度電平，電話線有 3KHz帶 寬、 30dB信噪比。 求 :在該標(biāo)準(zhǔn)電話線上傳一傳真圖片需最小 傳輸時(shí)間 T=？ 解： 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 RbC） 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 通信原理 第 3章 信道與噪聲 作業(yè)： P85習(xí)題 4-7 。
信道中的噪聲、信道容量
