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(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 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(lái)源 1 人為噪聲 來(lái)源于無(wú)關(guān)的其他信號(hào)源 如 外臺(tái)信號(hào) 開(kāi)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(lái)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 散彈噪聲 電源哼聲等 2 常見(jiàn)的隨機(jī)噪聲分類從噪聲性質(zhì)來(lái)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(kāi) 頻率 方向 2 脈沖干擾 在時(shí)間上無(wú)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(zhǎng) 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) 無(wú)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(lái)自信道本身 對(duì)信號(hào)傳輸?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(jì)特性通過(guò)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 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(shè)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(jiàn)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(wú)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 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 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)男畔⒘康臉O限數(shù)值 3 關(guān)于山農(nóng)公式的幾點(diǎn)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(shí)能夠做到無(wú)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(guò)系統(tǒng)帶寬與信噪比的互換而保持不變 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(xí)題4 7