信道中的噪声、信道容量.ppt

通信原理电子教案 广东海洋大学信息学院2012年9月 通信原理 电子教案 授课班级 通信1103班 通信1104班授课教师 广东海洋大学信息学院梁能 3 4信道的加性噪声 前述研究乘性干扰k t 下面讨论信道中的加性噪声n t 虽独立于有用信号却始终干扰有用信号 1 噪声的来源 1 人为噪声 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 2 自然噪声 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 4 内部噪声 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 电源哼声等 2 常见的随机噪声分类从噪声性质来区分可有 1 单频噪声 是一种连续波干扰 如外台干扰 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 可以预先设法防止或避开 频率 方向 2 脉冲干扰 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 特点 幅度大 持续时间短 间歇期长 占据频带宽 高频衰减快 对模拟信号影响不大 对数字信号影响严重 纠错编码解决 3 起伏噪声 是以热噪声热噪声 散弹噪声 和宇宙噪声为代表的噪声 特点 无论从时域内还是频域内 他们总是存在的 结论 起伏噪声来自信道本身 对信号传输的影响不可避免 是通信系统最基本的噪声源 影响通信质量的主要因素 加性噪声n t 的统计特性通过对加性噪声进行分析 可归纳如下特性 n t 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 宇宙噪声的集中表示 起伏噪声的统计特性 分析时 皆看为高斯白噪声 图3 26带通型噪声的功率谱密度 等效噪声带宽的概念假设Pn 在 0及 0处分别有最大值Pn 0 及Pn 0 则该噪声带宽 Bn的意义 图中虚线下的面积等于功率谱密度曲线下的面积 注 此定义适用于今后常见的窄带高斯噪声 3 5信道容量的概念 1 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为信道容量 记之为C 信道可以分为 离散信道 编码信道 和连续信道 调制信道 2 山农定理 公式对于连续信道 如果信道带宽为B Hz 并且受到加性高斯白噪声的干扰 则其信道容量C的理论公式为 其中 n0 高斯白噪声的功率谱密度 W Hz N 白噪声的平均功率 W S 信号的平均功率 W S N 存在于信道中的信噪比 意义 当信道特性 B S和n0 给定以后 上式表示在具有一定频带宽度的信道中 理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值 3 关于山农公式的几点讨论 1 在给定B S B的情况下 信道的极限传输能力为C 而且此时能够做到无差错传输 即差错率为零 2 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 但 4 信道容量可以通过系统带宽与信噪比的互换而保持不变 例 设有一幅图像 在电话线上实现传真传输 大约需传2 25 106个象素 每个象素12个亮度电平 电话线有3KHz带宽 30dB信噪比 求 在该标准电话线上传一传真图片需最小传输时间T 解 象素信息量I象素 log212 3 58 bit 图片信息量I图象 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图象 C 8 06 106 29 9 103 0 269 103s 4 5 分 小同轴 B 3MHz T 0 27s大同轴 B 60MHz T 0 013s 13ms 作业 P85习题4 7