信道中的噪声、信道容量

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1、通信原理电子教案广东海洋大学信息学院2012年9月《通信原理》电子教案授课班级：通信1103班、通信1104班授课教师：广东海洋大学信息学院梁能3.4信道的加性噪声●前述研究乘性干扰k(t),下面讨论信道中的加性噪声n(t)。●虽独立于有用信号却始终干扰有用信号。1.噪声的来源（1）人为噪声－－来源于无关的其他信号源。如：外台信号、开关接触噪声、电火花等。（2）自然噪声－－指自然界存在的各种电磁波源。如：闪电、大气中磁暴、银河系噪声及其他宇宙噪声等。（4）内部噪声－－来源于信道本身所包含的各种电子器件、转换器以及天线或传输线等。如：热噪声、

2、散弹噪声、电源哼声等。2.常见的随机噪声分类从噪声性质来区分可有：（1）单频噪声：是一种连续波干扰，如外台干扰。特点：干扰频率是固定、带宽很窄，在频率轴上的位置可以实测。可以预先设法防止或避开（频率、方向）。（2）脉冲干扰：在时间上无规则的突发的噪声。如电火花、天电干扰中的雷电。特点：幅度大、持续时间短、间歇期长、占据频带宽（高频衰减快）。对模拟信号影响不大，对数字信号影响严重（纠错编码解决）。（3）起伏噪声：是以热噪声热噪声、散弹噪声、和宇宙噪声为代表的噪声。特点：无论从时域内还是频域内，他们总是存在的。结论：起伏噪声来自信道本身，对信号传

3、输的影响不可避免，是通信系统最基本的噪声源（影响通信质量的主要因素）。加性噪声n(t)的统计特性通过对加性噪声进行分析，可归纳如下特性：●n(t)是分散在通信系统各处的噪声的集中表现。●n(t)的主要代表是起伏噪声。也是散弹噪声、热噪声、宇宙噪声的集中表示。●起伏噪声的统计特性：分析时，皆看为高斯白噪声。●高斯白噪声窄带高斯噪声BPF解调器(功率谱密度如图)图3-26带通型噪声的功率谱密度●等效噪声带宽的概念假设Pn(ω)在ω0及-ω0处分别有最大值Pn(ω0)及Pn(-ω0)，则该噪声带宽Pn(ω)fc-fc0fBnBnPn(f0)Bn的意

4、义----图中虚线下的面积等于功率谱密度曲线下的面积。注：此定义适用于今后常见的窄带高斯噪声。3.5信道容量的概念1.信道容量的定义在信息论中，称信道无差错传输信息的最大信息速率为信道容量，记之为C。信道可以分为：离散信道（编码信道）和连续信道（调制信道）。2.山农定理/公式对于连续信道，如果信道带宽为B（Hz）并且受到加性高斯白噪声的干扰，则其信道容量C的理论公式为：其中：n0---高斯白噪声的功率谱密度（W/Hz）；N---白噪声的平均功率（W）；S---信号的平均功率（W）；S/N---存在于信道中的信噪比。意义：当信道特性（B、S和n

5、0）给定以后，上式表示在具有一定频带宽度的信道中，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。3.关于山农公式的几点讨论（1）在给定B、S/B的情况下，信道的极限传输能力为C，而且此时能够做到无差错传输（即差错率为零）。（2）提高信噪比，可提高信道容量。（3）增加信道带宽，也可有限的增加信道的容量。但（4）信道容量可以通过系统带宽与信噪比的互换而保持不变。例：设有一幅图像，在电话线上实现传真传输，大约需传2.25×106个象素，每个象素12个亮度电平，电话线有3KHz带宽、30dB信噪比。求:在该标准电话线上传一传真图片需最小传输时间T=？解

6、：象素信息量I象素=log212=3.58（bit）图片信息量I图象=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图象/C=8.06×106/29.9×103=0.269×103s=4.5（分）小同轴：B＝3MHz→T=0.27s大同轴：B＝60MHz→T=0.013s＝13ms作业：P85习题4-7。