數(shù)字通信技術(shù)及應(yīng)用模塊二

1、數(shù)字通信技術(shù)及應(yīng)用2.1 信道的分類信道的分類2.3 無線信道無線信道2.4 信道傳輸特性信道傳輸特性 2.4.1 恒參信道傳輸特性 2.4.2 隨參信道傳輸特性2.2 有線信道有線信道 2.2.1 明線 2.2.2 雙絞線 2.2.3 同軸電纜 2.2.4 光纖2.5 信道加性噪聲信道加性噪聲 2.5.1 噪聲分類 2.5.2 主要噪聲2.6 信道容量信道容量 2.6.1 連續(xù)信道容量 2.6.2 離散信道容量目目 錄錄模塊二 通信信道認(rèn)知 2.1 信道的分類信道的分類 信道是指以傳輸媒介(質(zhì))為基礎(chǔ)的信號(hào)通道。具體地說，信道是指由有線或無線電線路提供的信號(hào)通路。抽象地說，信道是指定的一段頻

2、帶，它讓信號(hào)通過，同時(shí)又給信號(hào)以限制和損害（失真、干擾、噪聲等）。 信道可以分為狹義信道和廣義信道。一、狹義信道： 是指發(fā)送端和接收端之間用以傳輸信號(hào)的傳輸媒質(zhì)或途徑。 根據(jù)媒質(zhì)的不同,可分為有線信道和無線信道。具有通信信道特性的某些物理存儲(chǔ)介質(zhì)也可以認(rèn)為是狹義信道,如光盤磁盤等二、廣義信道： 是一種邏輯信道，是對(duì)狹義信道范圍的擴(kuò)大，把包含傳輸設(shè)備在內(nèi)的整個(gè)信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ婪Q為廣義上的信道。即除了傳輸媒質(zhì)外，還包括有關(guān)轉(zhuǎn)換設(shè)備，如饋線與天線、功放、調(diào)制器與解調(diào)器等。 廣義信道分為調(diào)制信道和編碼信道。 1.調(diào)制信道：發(fā)送端調(diào)制器輸出和接收端解調(diào)器輸入之間所有變換裝置與傳輸媒質(zhì)組成的信道。其又分為:

3、 恒參信道-傳輸特性恒定不變或變化緩慢。 隨參信道-傳輸特性隨時(shí)間不斷變化。 2.編碼信道：編碼器輸出端到譯碼器輸入端之間的部分。其又分為： 無記憶編碼信道 有記憶編碼信道 調(diào)制信道和編碼信道示意圖如下：2.2.1 2.2.1 明線明線 明線是由電桿支持、架設(shè)在地面上的 一種平行而相互絕緣的裸線通信線路,用于傳送電報(bào)、電話、傳真等。 明線具有如下特點(diǎn)： 有線信道是通信網(wǎng)中最常用的信道，也是最早使用的信道。其主要傳輸媒質(zhì)有明線、雙絞線、同軸電纜、光纖等，它們分別可以適應(yīng)不同的通信系統(tǒng)要求。 明線的特點(diǎn)： 1.設(shè)備簡(jiǎn)單，易架設(shè)和拆除， 易修理。 2.與電纜相比，傳輸損耗小。 3.易受天氣、自然災(zāi)害

4、及外界 電磁場(chǎng)的影響,對(duì)外界噪聲干 擾較敏感,通信質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 4.線路容量較小。 5.通頻帶在0.3-27kHz之間， 較窄，不能傳輸寬頻帶和高速數(shù)字信號(hào)。 因此,明線已逐漸被淘汰,只有通信業(yè)務(wù)量較小的農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)采用。2.2.2 2.2.2 雙絞線雙絞線 雙絞線是由若干對(duì)且每對(duì)有兩條相互絕緣的銅導(dǎo)線按一定規(guī)則絞合而成。每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消。從而抵御一部分外界電磁波干擾和減少對(duì)鄰近線對(duì)的電磁干擾。為了進(jìn)一步提高雙絞線的抗電磁干擾能力，還可以在雙絞線的外層再加上一個(gè)用金屬絲編織而成的屏蔽層。一、雙絞線的扭鉸l 它是由多對(duì)雙絞線一起包在一個(gè)絕緣電纜套管里的

5、。l 典型的雙絞線有四對(duì)的，也有更多對(duì)雙絞線放在一個(gè)電纜套管里的，稱之為雙絞線電纜。l 在雙絞線電纜內(nèi)，不同線對(duì)具有不同的扭絞長度，一般扭絞長度為38.1mm-14cm，按逆時(shí)針方向扭絞。相鄰線對(duì)的扭絞長度在12.7mm以上，一般扭絞的越密其抗干擾能力就越強(qiáng)。二、雙絞線的制作線序12345678568A綠白綠橙白藍(lán)藍(lán)白橙棕白棕568B橙白橙綠白藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕 先按前面表格中的線序?qū)⑵渑藕?，再按如下過程制作： 三、雙絞線的傳輸l 雙絞線既可用于模擬信號(hào)的傳輸，也可用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。雙絞線的帶寬取決于銅線的粗細(xì)和傳輸距離。其通信距離一般為幾到十幾千米。導(dǎo)線越粗，通信距離越遠(yuǎn)，但導(dǎo)線價(jià)格也越高。l

6、 用于傳輸模擬信號(hào)時(shí)，每隔5-6km需要一個(gè)放大器，在一根雙絞線上可以使用頻分多路復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)24路音頻通道，每個(gè)通道的帶寬為4kHz。l 用于傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，每隔2-3km需要一個(gè)中繼器，數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)1.5Mbps，采用特殊技術(shù)可達(dá)1Gbps甚至更高，但會(huì)受到傳輸距離的影響。四、雙絞線的分類 根據(jù)導(dǎo)體性能和扭絞密度，雙絞線可分為1類-5類、超5類、6類和7類等。常見的有3類、5類、超5類和6類。l 一類線： 主要用于傳輸語音（一類標(biāo)準(zhǔn)主要用于八十年代初之前的電話線纜），不用于數(shù)據(jù)傳輸。l 二類線： 傳輸頻率為1MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見于使用4Mbps規(guī)

7、范令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌網(wǎng)。l 三類線： 指目前在EIA/TIA568標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜，該電纜的傳輸頻率16MHz，用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10Base-T。 l 四類線： 傳輸頻率為20MHz,用于語音傳輸和最高傳輸速率為16Mbps，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10Base-T/100Base-T。l 五類線： 傳輸頻率為100MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100Base-T和10Base-T網(wǎng)絡(luò)。l 超五類線：傳輸頻率為100MHz，傳輸速率高達(dá)1Gbps，可以用于快速以太網(wǎng)及千兆位以太網(wǎng)。l 六類線：傳輸頻率為2

8、50MHz，用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用，主要用于10Base-T/100Base-T/1000Base-T網(wǎng)絡(luò)。l 擴(kuò)展六類線：傳輸頻率為500MHz，主要用于10Base-T。l 七類線： 傳輸頻率大于600MHz-1.2GHz，傳輸速率為10Gbps。 根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，雙絞線還可分為非屏蔽型和屏蔽型兩種：銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STPl 非屏蔽型(UTP)：優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、重量輕、容易彎曲，價(jià)格便宜，容易安裝和維護(hù)。缺點(diǎn)：抗干擾能力較弱，傳輸距離比較短，非常適合于樓宇內(nèi)部的結(jié)構(gòu)化布線。l 屏蔽型(STP)：在雙絞線與外層絕緣封套

9、之間有一個(gè)金屬絲網(wǎng)屏蔽層。優(yōu)點(diǎn)：線徑粗、輻射減少、抗干擾性強(qiáng)，防止信息被竊聽，傳輸速率高。缺點(diǎn)：安裝不合適有可能引入外界干擾。雙絞線一般用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連線，由于電磁耦合和趨膚效應(yīng)的影響，線對(duì)的傳輸衰減隨頻率的增高而增大，呈低通特性。在低頻傳輸時(shí)，其抗干擾能力相當(dāng)于或高于同軸電纜。但頻率超過10-100kHz時(shí),同軸電纜性能明顯優(yōu)越。2.2.32.2.3 同軸電纜同軸電纜 同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)線銅質(zhì)芯線(單股實(shí)心線或多股絞合線)、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護(hù)塑料外層所組成。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)使其具有高帶寬和較好的抗干擾特性，并且可在共享通信線路上支持更多的點(diǎn)。其傳輸信號(hào)的頻率范圍是100kHz

10、-500MHz。鋁制編織導(dǎo)體(屏蔽)內(nèi)部絕緣體內(nèi)部導(dǎo)體外部絕緣體(a) 一段同軸電纜(b) 一段與連接器相連的同軸電纜多芯同軸電纜一、同軸電纜的分類 按用途不同(按特性阻抗數(shù)值的不同)分l 基帶同軸電纜(50): 又稱網(wǎng)絡(luò)同軸電纜，分為粗細(xì)兩種。一條基帶同軸電纜只支持一個(gè)信道，它能夠以10Mbps的速率把基帶數(shù)字信號(hào)傳輸幾千米。所謂基帶數(shù)字信號(hào)傳輸是指按數(shù)字信號(hào)位流形式進(jìn)行的傳輸，無需任何調(diào)制。它是局域網(wǎng)中廣泛使用的一種信號(hào)傳輸技術(shù)。l 寬帶同軸電纜(75)：又稱視頻同軸電纜，是CATV系統(tǒng)中使用的標(biāo)準(zhǔn)，它支持的帶寬為300450MHz，可用于寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，傳輸距離可達(dá)幾十千米。所謂寬帶

11、數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸是指可利用多路復(fù)用技術(shù)在寬帶介質(zhì)上進(jìn)行多路數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。它既能傳輸數(shù)字信號(hào)，也能傳輸諸如話音、視頻等模擬信號(hào)，是綜合服務(wù)寬帶網(wǎng)的一種理想介質(zhì)。細(xì)同軸電纜粗同軸電纜 按電纜直徑不同分l 粗同軸電纜(75)：直徑為1.27cm，傳輸距離長，可達(dá)500m；可靠性高，安裝時(shí)不需要切斷電纜，但必須安裝收發(fā)器電纜，安裝難度大，造價(jià)高。一般用于大型局域網(wǎng)的干線。l細(xì)同軸電纜(50)：直徑為0.26cm，傳輸距離為185m；安裝較容易，造價(jià)較低，但安裝過程要切斷電纜，兩頭須裝上基本網(wǎng)絡(luò)連接頭(BNC)，然后接在T型連接器兩端，所以當(dāng)接頭多時(shí)容易產(chǎn)生不良隱患。二、同軸電纜的特點(diǎn) l優(yōu)點(diǎn)：可以在相對(duì)

12、長的無中繼器的線路上支持高帶寬通信。l缺點(diǎn)：體積大；不能承受纏結(jié)、壓力和嚴(yán)重的彎曲；成本高2.2.2.2.4 4 光纖光纖光纖、光纜的組成光纖信道是以光導(dǎo)纖維為傳播媒質(zhì)、以光波為載波的信道。光纖是一種能引導(dǎo)光束的細(xì)且柔軟的橫截面為圓形的介質(zhì)，由纖芯、包層、護(hù)套等組成包層纖芯折射角入射角 包層（低折射率的媒體） 包層（低折射率的媒體）纖芯是光纖最中心的部分，是光的通路，它由一條或多條非常細(xì)的玻璃或塑料纖維線構(gòu)成，每根纖維線都有它自己的封套。由于這一玻璃或塑料封套涂層的折射率比芯線低，因此可使光波保持在芯線內(nèi)。環(huán)繞一束或多束有封套纖維的外套由若干塑料或其它材料層構(gòu)成，以防止外部的潮濕氣體侵入，并可

13、防止磨損或擠壓等傷害。 光纜是由若干對(duì)光纖、外加填充物和護(hù)套組成外 套絕 緣包 層纖 維 芯二、分類：按光在其中的傳輸模式不同分l單模光纖: 指光在光纖中的傳播沒有反射，而沿直線一直向前傳播。這種光纖的直徑非常細(xì)，一般為9m或10m， 只能傳輸一種模式的光，因其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通信l多模光纖: 指光在光纖中可能有多條不同角度入射的光線在一條光纖中同時(shí)傳播。這種光纖所含纖芯的直徑較粗。一般為50m或62.5m,因其模間色散較大，限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的速率，且色散隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重，適用于近距離通信，一般只有幾公里吸 收 護(hù) 套纖 芯包 層(a) 多 模(b) 單 模吸收護(hù)套纖芯包層(a

14、) 多模(b) 單模按纖芯和包層折射率不同分l階躍型光纖: 它的纖芯折射率和包層折射率都是均勻的，且前者略高于后者，使得輸入的光能在纖芯-包層交界面上不斷產(chǎn)生全反射而前進(jìn)l漸變型光纖: 它的纖芯折射率中心最大，沿纖芯半徑方向逐漸減小，包層折射率分布與階躍型光纖一樣是均勻的，可使光波按正弦形式傳播項(xiàng)目傳輸距離速率光源信號(hào)衰減端接造價(jià)單模光纖長高激光小較難高多模光纖短較低發(fā)光二極管大較易低單模光纖與多模光纖的比較三、損耗： 光纖的工作波長在近紅外區(qū)內(nèi)，有短波長0.85m(損耗為2.5dB/km)、長波長1.31m(損耗為0.35dB/km)和1.55m(損耗為0.2dB/km)三個(gè)低損耗工作窗口。

15、其損耗隨波長增加而減小，隨距離增加而增大。為了增大傳輸距離，利用摻餌光纖放大器作為接收機(jī)的前置放大器，或在光纖中作為中繼器，可使傳輸距離達(dá)到數(shù)百千米四、特點(diǎn)： l優(yōu)點(diǎn):不受外界電磁波干擾。信號(hào)衰減小。傳輸頻帶寬。線徑細(xì)、質(zhì)量輕，不怕腐蝕，代替電纜可節(jié)省有色金屬。l缺點(diǎn):價(jià)格相對(duì)較高，安裝比較困難光波波長（nm）1.55 m1.31 m0.7 0,9 1.1 1.3 1.51.7無線信道是利用電磁波(無線電波)和光波在空間的傳播來傳輸信號(hào)。它具有頻率高、容量大的特點(diǎn)，是帶通型信道。它包括微波通信、衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信等。 無線信道根據(jù)電磁波的波長和頻率范圍分為長波信道、中波信道、短波信道、超短波信

16、道和微波信道。 無線信道從電磁波的傳播方式來看有地波傳播信道、天波傳播信道、視距傳播信道、無線電視距中繼信道、衛(wèi)星中繼信道、對(duì)流層散射信道、流星余跡散射信道等。 為了合理、充分地利用無線電頻率資源，根據(jù)頻率高低的不同(波長的不同)，人們將無線電波分為9個(gè)大波段。見下表：頻率資源劃分表 一、地波傳播信道： 即頻率在2MHz以下的無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?。地波在傳播過程中,其場(chǎng)強(qiáng)因大地吸收會(huì)衰減,頻率愈高則衰減愈大;長波、中波由于頻率低,加上繞射能力強(qiáng)，因此利用這種傳播可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信,通信距離遠(yuǎn)。地波傳播受季節(jié)、晝夜變化影響小,信號(hào)傳輸比較穩(wěn)定。l頻率: 2MHzl距離：通信距離達(dá)數(shù)百數(shù)千kml

17、優(yōu)點(diǎn): 傳播損耗小，作用距離遠(yuǎn)。受電離層擾動(dòng)小，傳輸穩(wěn)定。有較強(qiáng)的穿透能力，能夠穿過建筑物、海水和土壤。l缺點(diǎn): 大氣噪聲電平高，工作頻帶窄。二、天波傳播信道： 天波傳播是利用電離層對(duì)電波的一次或多次反射進(jìn)行的遠(yuǎn)距離傳播，是短波的主要傳播方式。中波只有在夜間才能以天波形式傳播。天波傳播存在著嚴(yán)重的信號(hào)衰落現(xiàn)象。所謂電離層是大氣中具有離子和自由電子的導(dǎo)電層。l頻率: 230MHzl高度：電離層高度：60 300 kml距離：?jiǎn)翁畲缶嚯x：4000 kml優(yōu)點(diǎn): 傳播損耗小。設(shè)備簡(jiǎn)單?？衫眯」β蔬M(jìn)行遠(yuǎn)距離通信l缺點(diǎn): 會(huì)因電離層騷動(dòng)和暴變而極不穩(wěn)定，甚至完全中斷通信。三、視距傳播信道： 由發(fā)射天

18、線輻射的電波像光線一樣按直線傳播,直接傳到接收點(diǎn)，這種傳播方式稱為直射波傳播。另外，還有由發(fā)射天線發(fā)射、經(jīng)地面反射到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式，稱為大地反射波傳播。視距傳播是這兩種傳播方式的統(tǒng)稱，在接收點(diǎn)所接收的電波一般是直射波與大地反射波的合成。主要用于超短波及微波通信。l頻率: 30MHzl距離：2050kml類型: 地面上的視距傳播。地面與空中目標(biāo)之間的視距傳播?？臻g飛行體之間的視距傳播。l特點(diǎn): 無論地面還是還是地空之間視距傳播，其傳播途徑至少有一部分是在對(duì)流層中，必然要受到對(duì)流層的影響，因此，當(dāng)電波在低空大氣層中傳播時(shí)，可能受到地球表面或人為障礙物的影響，引起地波的反射、散射、繞射現(xiàn)象。無線

19、電視距中繼信道： 它工作在超短波和微波波段，利用定向天線實(shí)現(xiàn)視距直線傳播l頻率: 30MHz300GHzl距離：相鄰中繼站距離4050kml特點(diǎn): 傳播條件穩(wěn)定。傳輸容量大。發(fā)射功率小。 通信可靠穩(wěn)定。圖1.4.4 無線電中繼五、衛(wèi)星中繼信道： 它是利用衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)地球站之間的通信。l類型:l頻率:l距離：同步衛(wèi)星距離地面35860kml范圍: 18000km范圍內(nèi)多點(diǎn)通信l特點(diǎn): 傳播特性穩(wěn)定可靠。傳輸距離遠(yuǎn)。容量大。 覆蓋地域廣。六、對(duì)流層散射信道： 它是 利用對(duì)流層介質(zhì)中的不均勻體對(duì)無線電波的散射作用而進(jìn)行的傳播。l頻率: 100MHz4GHzl距離：傳播距離約60

20、0kml特點(diǎn): 它具有較強(qiáng)的方向性，散射能量主要集中在前方，故稱“前向散射”。七、流星余跡散射信道： 由于流星經(jīng)過大氣層時(shí)產(chǎn)生了很強(qiáng)的電離余跡，它會(huì)對(duì)電磁波進(jìn)行散射。l頻率: 30100MHzl距離：傳播距離達(dá)1000kml特點(diǎn): 流星余跡持續(xù)時(shí)間短，但出現(xiàn)頻繁，可用于建立瞬間通信，只能用于低速存儲(chǔ)和高速突發(fā)的斷續(xù)方式傳輸數(shù)據(jù)。 前面我們已經(jīng)講到恒參信道和隨參信道： 。恒參信道的主要傳輸特性通常可以用其振幅-頻率特性和相位-頻率特性來描述。隨參信道主要具有對(duì)信號(hào)的傳輸衰減隨時(shí)間而變化、信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間而變化、多徑傳播三個(gè)特性。2.4.1 2.4.1 恒參信道傳輸特性恒參信道傳輸特性 恒參信

21、道包括衛(wèi)星鏈路和某些視距傳輸鏈路等，它們具有如下一些傳輸特性，且隨時(shí)間變化小。 一、幅頻特性： 無失真?zhèn)鬏斠蠓l特性與頻率無關(guān)，即理想的幅頻特性曲線是一條水平直線。但實(shí)際幅頻特性曲線不可能是這種理想形式，總會(huì)產(chǎn)生一定的幅度-頻率畸變，這種現(xiàn)象稱為頻率失真。 由于這種失真是線性失真，則由失真引起的相鄰碼元波形之間發(fā)生部分重疊，造成的碼間串?dāng)_，可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)采用均衡技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。f (Hz)30030000衰耗 (dB)理想特性典型音頻電話信道特性H(f )Ko 二、相頻特性： 其傳輸群時(shí)延與頻率無關(guān)，等于常數(shù)，即理想的相頻特性是一條過原點(diǎn)的直線。但實(shí)際相頻特性曲線也不可能是這種理想形式，總

22、會(huì)產(chǎn)生一定的相位-頻率畸變，這種現(xiàn)象稱為相位失真。 對(duì)模擬信號(hào)來說,人的聽覺對(duì)相位的反應(yīng)不靈敏,所以相位失真對(duì)傳輸模擬信號(hào)沒有太大的影響,而幅度失真的影響卻比較大。但對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)來說，正與此相反，幅度失真的影響不大，相位失真對(duì)數(shù)字傳輸?shù)奈：Ρ容^大，不但波形失真，還會(huì)帶來碼間干擾。 這種失真也是線性失真，則由失真引起的碼間串?dāng)_，也可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。 ()0理想特性理想特性 ()0實(shí)際特性實(shí)際特性相頻特性群時(shí)延-頻率特性三、其他特性： 如非線性失真、頻率偏移、相位抖動(dòng)等，這些因素產(chǎn)生的信號(hào)失真一旦出現(xiàn)，就難以消除。l非線性失真：信道輸入輸出信號(hào)的振幅關(guān)系不是直線關(guān)系，是由信道中的元器

23、件特性不理想造成的，它使信號(hào)產(chǎn)生新的諧波分量，造成諧波失真。l頻率偏移：是由發(fā)送端和接收端中用于調(diào)制解調(diào)或頻率變換的振蕩器的頻率誤差引起的，它是指信道輸入信號(hào)的頻譜經(jīng)過信道傳輸后產(chǎn)生了平移。l相位抖動(dòng)：也是由這些振蕩器的頻率不穩(wěn)定產(chǎn)生的，對(duì)信號(hào)產(chǎn)生了附加調(diào)制。2.4.2.4.2 2 隨隨參信道傳輸特性參信道傳輸特性 隨參信道一般是無線信道，如依靠天波、地波傳播的無線電信道、某些視距傳輸信道和各種散射信道等。隨參信道的傳輸特性“時(shí)變”的，這是由于其傳輸媒介是“時(shí)變”的原因。一般來說具有以下共同特性：l信號(hào)的傳輸衰減隨時(shí)間而變化。l信號(hào)的傳輸時(shí)延隨時(shí)間而變化。l多徑傳播。指信號(hào)經(jīng)過幾條路徑到達(dá)接收

24、端，且每條路徑的長度（時(shí)延）和衰減都隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象。它對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量的影響（多徑效應(yīng)）很大。 信號(hào)包絡(luò)因傳播有了起伏的現(xiàn)象稱為衰落。通 常把由多徑效應(yīng)引起的衰落稱為快衰落。 即使沒有多徑效應(yīng)，僅有一條無線電路徑傳播時(shí)，由于路徑上季節(jié)、日夜、天氣等的變化，也會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生衰落現(xiàn)象。這種衰落起伏周期較長，稱為慢衰落。 在通信系統(tǒng)中，總會(huì)存在一些不需要但不可能完全避免的信號(hào)，它隨機(jī)變化，對(duì)正常通信起干擾作用，這就是噪聲。 噪聲可以理解為通信系統(tǒng)中對(duì)有用信號(hào)有害的各種干擾的總稱，分為加性噪聲和乘性噪聲。 加性噪聲加性噪聲：以相加的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行干擾，沒有傳輸信號(hào)時(shí)依然存在。 乘性噪聲乘性噪聲：以相乘

25、的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行干擾，伴隨信號(hào)的存在而存在，信號(hào)消失干擾消失。 噪聲對(duì)信號(hào)的干擾體現(xiàn)為：使模擬信號(hào)失真。數(shù)字信號(hào)發(fā)生誤碼。限制信號(hào)的傳輸速率。2.2.5.15.1 噪聲分類噪聲分類一、按來源分 1.外部噪聲：-由信道引入。l自然噪聲。來自于大自然。由自然界存在的各種電磁波源引起。如：閃電、大氣中的電暴、銀河系噪聲、大氣干擾及宇宙噪聲等。l人為噪聲。來源于人類活動(dòng)造成的其他信號(hào)源。如：電臺(tái)信號(hào)、接觸不良的觸點(diǎn)等，由不希望有的信號(hào)源引起的。 2.內(nèi)部噪聲：-通信系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生。l熱噪聲。在導(dǎo)體中電子受熱隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的噪聲。 通常用電壓源表示： l散彈噪聲。真空電子管和半導(dǎo)體器件中電子發(fā)射的不均勻

26、性引起。 通常用電流源表示：kTBRVN4BqIIN02二、按性質(zhì)分 1.窄帶噪聲：是占有頻率很窄的連續(xù)波噪聲，只存在于特定頻率、特定時(shí)間、特定地點(diǎn)，它的影響有限，可以測(cè)量和防止。 2.脈沖噪聲：是突發(fā)性地產(chǎn)生幅度很大、持續(xù)時(shí)間很短、間隔時(shí)間很長的干擾。其特點(diǎn)是：突發(fā)性。持續(xù)時(shí)間短。出現(xiàn)頻率低。所占頻譜寬，但隨頻率升高能量降低。因此，對(duì)話音通信的影響較小，但對(duì)數(shù)字通信影響較大。 3.起伏噪聲:是以熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲為代表的噪聲。其特點(diǎn)是無論是在時(shí)域還是頻域內(nèi)它們都是普遍存在和不可避免的，是影響通信質(zhì)量的主要因素之一。2.2.5.25.2 主要噪聲主要噪聲一、白噪聲 指功率譜密度在整個(gè)頻

27、域內(nèi)均勻分布的噪聲。實(shí)際處理中，只要一個(gè)噪聲過程所具有的頻譜寬度遠(yuǎn)大于其作用的系統(tǒng)的帶寬，且在該帶寬中其頻譜密度基本為常數(shù)，就可以把它當(dāng)白噪聲看待。 理想白噪聲的雙邊功率密度可以表示為： 單位是 W/Hz)(2)(0nPn二、高斯噪聲：指它的概率密度函數(shù)服從正態(tài)分布。 用數(shù)學(xué)式表示為： 正態(tài)概率分布函數(shù)經(jīng)常表示成與誤差函數(shù)相聯(lián)系的形式，誤差函數(shù)的定義式為： 函數(shù)的定義式為： 222exp21)(axxPdzexerfxz022)(dzexerfxerfcxz22)(1)(三、高斯白噪聲 指噪聲的概率密度函數(shù)滿足正態(tài)分布，且功率譜密度為常數(shù)。 熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲都可近似為高斯白噪聲。 在

28、分析計(jì)算通信系統(tǒng)的抗噪聲性能時(shí)，經(jīng)常假定系統(tǒng)信道中的噪聲為高斯白噪聲，原因是：它可以用具體表達(dá)式表示，便于分析、計(jì)算。它確實(shí)反映了具體信道中的噪聲情況，比較真實(shí)地代表了信道噪聲的特性。 四、窄帶高斯噪聲 當(dāng)高斯噪聲通過窄帶系統(tǒng) （指系統(tǒng)的頻帶寬度B比起中心頻率來小很多的通信系統(tǒng)， 即 Bfc=c/2）時(shí)，就形成窄帶高斯噪聲。它的特點(diǎn)是頻譜局限在中心附近很窄的范圍內(nèi)，其包絡(luò)和相位都在作緩慢的隨機(jī)變化，即：)(cos)()(tttAtnc信道容量是指單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?，有連續(xù)信道和離散信道之分。2.2.6.16.1 連續(xù)信道容量連續(xù)信道容量 連續(xù)信道是傳輸連續(xù)消息的信道，其容量由香農(nóng)公式給出，是信息論的基本定理，揭示了信道傳輸信息的能力。 設(shè)加性高斯白噪聲功率N(W)，信道帶寬為B(Hz)，信號(hào)功率為S(W)，則通過這種信道無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾剩葱诺廊萘浚?： 由香農(nóng)公式可以得出以下結(jié)論：bpsNSBC)1(log2香農(nóng)公式香農(nóng)公式1.若能提高信噪比S/N，