信道中的噪聲、信道容量.ppt

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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 雖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 內部噪聲 來源于信道本身所包含的各種電子器件 轉換器以及天線或傳輸線等 如 熱噪聲 散彈噪聲 電源哼聲等 2 常見的隨機噪聲分類從噪聲性質來區(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 占據頻帶寬 高頻衰減快 對模擬信號影響不大 對數字信號影響嚴重 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 無論從時域內還是頻域內 他們總是存在的 結論 起伏噪聲來自信道本身 對信號傳輸的影響不可避免 是通信系統(tǒng)最基本的噪聲源 影響通信質量的主要因素 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 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)計特性 分析時 皆看為高斯白噪聲 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 在 0及 0處分別有最大值Pn 0 及Pn 0 則該噪聲帶寬 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 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 調制信道 2 山農定理 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 理論上單位時間內可能傳輸的信息量的極限數值 3 關于山農公式的幾點討論 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 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