信道中的噪聲、信道容量PPT演示文稿

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,3,3.4 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。,4,2.常見(jiàn)的隨機(jī)噪聲分

2、類(lèi) 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)?？梢灶A(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）。,5,加性噪

3、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。 ,6,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。,7,3.5 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

4、道可以分為：離散信道（編碼信道）和連續(xù)信道（調(diào)制信道）。,8,2. 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。,9,3. 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

5、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。,10,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2.25106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=2.251063.58=8.06106（bit） 信道容量 C =Blog2（1+ S/N)=3103log2（1+1000） =29.9103 （bit/s） 于是 Rbmax = C (一般 RbC） T= I圖象 /C = 8.06106/29.9103 = 0