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1、通信原理电子教案通信原理电子教案广东海洋大学信息学院广东海洋大学信息学院2012年年9月月通信原理通信原理电子教案电子教案 授课班级：通信授课班级：通信1103班、通信班、通信1104班班 授课教师：广东海洋大学信息学院授课教师：广东海洋大学信息学院 梁能梁能第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声通信原理3.3.4 4 信道的加性噪声信道的加性噪声前述研究乘性干扰前述研究乘性干扰k(t),下面讨论信道中的加性噪声下面讨论信道中的加性噪声n(t)。虽虽独立于独立于有用信号却有用信号却始终干扰始终干扰有用信号。有用信号。1.1.噪声噪声的来源的来源 （1）人为噪声人为噪声来源于无关的其他信号源。如：
2、外台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。信号、开关接触噪声、电火花等。 （2）自然噪声自然噪声指自然界存在的各种电磁波源。如：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。闪电、大气中磁暴、银河系噪声及其他宇宙噪声等。 （4）内部噪声内部噪声来源于信道本身所包含的各种电子器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、散弹噪声、件、转换器以及天线或传输线等。如：热噪声、散弹噪声、电源哼声等。电源哼声等。第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声通信原理2 2. .常见的随机噪声分类常见的随机噪声分类从从噪声性质噪声
3、性质来区分可有：来区分可有： （1）单频噪声单频噪声：是一种连续波干扰，如外台干扰。是一种连续波干扰，如外台干扰。特点：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。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可以预先设法防止或避开（频率、方向）（频率、方向）。 （2）脉冲干扰脉冲干扰 ：在时间上无规则的突发的噪声。如电火：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。花、天电干扰中的雷电。特点：特点：幅度大、持续时间短、间歇幅度大、持续时间短、间歇期长、占据频带宽期长、占据频带宽（高频衰减快）（高频衰减快）。对模拟信号影响不大，对对模拟信号
4、影响不大，对数字信号影响严重数字信号影响严重（纠错编码解决）（纠错编码解决）。 （3）起伏噪声：起伏噪声：是以热噪声是以热噪声热噪声、散弹噪声、热噪声、散弹噪声、和和宇宙宇宙噪声为代表的噪声为代表的噪声。噪声。特点：特点：无论从时域内还是频域内，他们无论从时域内还是频域内，他们总是存在的。总是存在的。 结论：结论：起伏噪声起伏噪声来自信道本身，对信号传输的影响不可避免，来自信道本身，对信号传输的影响不可避免，是通信系统最基本的噪声源是通信系统最基本的噪声源（影响通信质量的主要因素影响通信质量的主要因素）。第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声通信原理3.3.加性噪声加性噪声 n(t)的统计特性的
5、统计特性通过对加性噪声进行分析，可通过对加性噪声进行分析，可归纳归纳如下特性：如下特性： n(t)是分散在通信系统各处的噪声的集中表现。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。宙噪声的集中表示。起伏噪声的统计特性：起伏噪声的统计特性：分析时，皆看为高斯白噪声。分析时，皆看为高斯白噪声。 高斯白噪声高斯白噪声窄带高斯噪声窄带高斯噪声BPF解调器解调器( (功率谱密度如图功率谱密度如图) )第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声通信原理图图3-26 3-26 带通型噪声的功率谱密度带
6、通型噪声的功率谱密度等效噪声带宽的概念等效噪声带宽的概念假设假设 Pn()在在0及及-0处分别有最大值处分别有最大值 Pn(0)及及Pn(-0)，则该则该噪声带宽噪声带宽Pn()fc-fc0fBnBnPn(f0)Bn的意义的意义-图中虚线下的面积等于功率谱密度曲线下的面积。图中虚线下的面积等于功率谱密度曲线下的面积。注注：此此定义适用于定义适用于定义适用于定义适用于今后常见的窄带高斯噪声。今后常见的窄带高斯噪声。第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声通信原理3.3.5 5 信道容量的概念信道容量的概念 1. 1. 信道容量的定义信道容量的定义 在信息论中，称信道无差错传输信息的最大信息速率在信息
7、论中，称信道无差错传输信息的最大信息速率为为信道容量信道容量，记之为，记之为C。 信道可以分为：信道可以分为：离散信道（编码信道）离散信道（编码信道）和连续信道和连续信道（调制信道）。（调制信道）。第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声通信原理 2. 2. 山农定理山农定理/ /公式公式对于对于连续信道连续信道，如果信道带宽为，如果信道带宽为B（Hz）并且受到加性高并且受到加性高斯白噪声的干扰，则其斯白噪声的干扰，则其信道容量信道容量C的理论公式为：的理论公式为：其中：其中：n0 -高斯白噪声的功率谱密度高斯白噪声的功率谱密度（W/Hz）；）；N-白噪声的平均功率白噪声的平均功率（W）；）；S-
8、信号的平均功率信号的平均功率（W）；）；S/N-存在于信道中的信噪比。存在于信道中的信噪比。意义：意义：当信道特性（当信道特性（B、 S和和n0）给定以后，上式表示在具给定以后，上式表示在具有有一定频带宽度一定频带宽度的信道中，理论上单位时间内可能传输的的信道中，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。信息量的极限数值。第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声通信原理 3. 3. 关于山农公式的几点讨论关于山农公式的几点讨论 （1）在给定在给定B、S/B的情况下，信道的极限传输能的情况下，信道的极限传输能力为力为C，而且此时能够做到无差错传输（即差错率为零）而且此时能够做到无差错传输（即差错率
9、为零）。 （2）提高信噪比，可提高信道容量。）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。）增加信道带宽，也可有限的增加信道的容量。但但 （4）信道容量可以通过系统带宽与信噪比的互换而保）信道容量可以通过系统带宽与信噪比的互换而保持不变。持不变。第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声通信原理例：例：例：例：设有一幅图像，在电话线上实现传真传输，大约需传设有一幅图像，在电话线上实现传真传输，大约需传2.25106个象素，每个象素个象素，每个象素12个亮度电平，电话线有个亮度电平，电话线有3KHz带宽、带宽、30dB信噪比。信噪比。求求求求: :在该标准电话线上传一传
10、真图片需最小传输在该标准电话线上传一传真图片需最小传输时间时间T=？解：解：解：解：象素信息量象素信息量 I象素象素 =log212 =3.58 （bit）图片信息量图片信息量 I图象图象=2.251063.58=8.06106（bit） 信道容量信道容量 C =Blog2（1+ S/N) )=3103log2（1+1000） =29.9103 （bit/s）于是于是 Rbmax = C (一般一般 RbC） T= I图象图象 /C = 8.06106/29.9103 = 0.269103s = 4.5（分）分）小同轴：小同轴：B3MHz T= 0.27s 大同轴：大同轴：B60MHz T= 0.013s13ms通信原理第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声作业：作业： P85习题习题4-7 。
