第一讲通信技术基础.ppt

（2）频带利用率的极限 当 C 时，由Shannon公式得： 上式为系统可能的最高频带利用率,即频带利用率极限。 （3）带宽与信噪比的互换 可见，当信道容量C保持不变时，带宽B与信噪比可以进行互换。 由于信道的噪声单边功率谱密度n0往往是给定的，所以上式也可写成 带宽较小的改变将会导致信号功率较大的改变。 带宽和信号功率的互换，通常可由编码和调制来实现。 例如： 设互换前信道带宽B1 3kHz，希望传输的信息速率为104b/s。为了保证这些信息能够无误地通过信道， 则要求信道容量至少要104b/s才行。 互换前，在3kHz带宽情况下，使得信息传输速率达到104 b/s，要求信噪比S1/N1≈9 倍。 如果将带宽进行互换， 设互换后的信道带宽B2 10kHz。这时，信息传输速率仍为104 b/s，则所需要的信噪比S2/N2 1 倍。 定义： 我们把实现了极限信息速率传输且能做到任意小差错率的通信系统，称为理想通信系统。 自从香农公式发表后，各种新的信号处理和调制的方法不断出现，其目的都是为了尽可能地接近香农公式所给出的传输速率极限。在实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。 4、数字信道的容量 典型的数字信道是平稳、对称、无记忆的离散信道。 离散：是指信道内传输的信号以码元为单位。 对称：是指任意码元正确传输和错误传输的概率同其它码元一样。 无记忆：是指第i个码元仅与发送的第i个码元有关，而与第i个码元以前的发送码元无关。 无噪声数字信道的容量为： C 2Blog2M bps 在这里奈氏准则的另一种表达方法是：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。 有噪声时二进制数字信道的容量为： C 2B[1+plog2p+qlog2q] bps p为正确传输的概率，q为错误传输的概率。显然p+q 1。 例： 已知彩色电视图象由5*105个像素组成，设每个像素有64种彩色度，每种彩色度有16个亮度等级，如果所有彩色度和亮度等级的组合机会均等，并统计独立。 1 试计算每秒传送100个画面所需的信道容量。 2 如果接收机信噪比为30dB，为了传送彩色图象所需信道带宽为多少？ （log2X 3.32lgX）。 解：1）信息量/象素 log2 64×16 10bit 信息量/每幅图 10×5×105 5×106bit 信息速率Rb 100×5×106 5×108bit/s 因为Rb必须小于或等于C ，所以信道容量 C Rb 5×108bit/s 2）信噪比S/N 1000 30dB Bmin C/ log2 1+S/N 5×108bit/3.32lg1001 ≈50MHz §1.5.2 传输损耗 信号在信道中面临许多损耗，其中最重要的是衰减、延迟畸变和噪声。 1、衰减 指信号的强度随距离的增加而降低的现象。 信号强度的减少，一般是对数式的。 由于衰减存在需考虑的问题 接收信号需有足够强度 S/N足够高 （对策） 衰减是频率的增函数 2、延迟畸变 指信号传播速度随频率变化而引起的畸变。 畸变对数字信号特别关键（它可以减低传码率，产生码间干扰） 群延时:若干频率组成的电磁波或光波，在有色散媒质中传播单位长度所需的时间称为单位长度的脉冲时延或群延时。 群延时差：若干频率组成的电磁波或光波，在有色散媒质中传播时，最高频率分量和最低频率分量之间的传播时间差。它将引起信号的失真。 3、噪声 噪声：从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯上常把周期性的、规律的有害信号称做干扰，而把其它有害的信号称做噪声。 它是通信系统性能受到限制的主要因素。 我们在计算中遇到的最多的是：白噪声和窄带高斯噪声。 噪声分类: 热噪声：来自电子的热扰动，均匀分布于频谱，称为“白噪声”，是固有的。 交调噪声：不同频率信号共用一传输媒质时交叉调制的情况。 串音：信号路径之间的有害耦合，如电话串音 加屏蔽 ，无线信道也有。 脉冲噪声：不规则的脉冲或噪声尖峰信号（闪电），对数据通信影响较大。 4、白噪声、窄带高斯噪声 热噪声、散弹噪声等内部噪声来源于通信系统的内部，它们在相当宽的频率范围内具有平坦的功率谱，且服从高斯分布，所以我们把它们定义为高斯白噪声。 由分析和测量表明在 1013Hz噪声电压的功率谱密度近似为一个恒定值，有 S w 2kTR W/Hz 式中k为玻耳兹曼常数 k＝1.38 * 10-23 J/K ； T为电阻的绝对温度 K ,R为电阻值 Ω 4、白噪声、窄带高斯噪声 （1）白噪声 白噪声是指它的功率谱密度在全频域 ﹣∞, ∞ 是常数，即因为这种噪声类似于光学中的白光，在全部可见光频谱范围内基本上是连续的和均匀的，白噪声由此引申而来。 它