《通信原理》-樊昌信-曹丽娜-编著第六版-第4章-信道50素材.ppt

* 第4章 信 道 按噪声性质分类 脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花就是一种典型的脉冲噪声。 窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波。 起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等。 讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响。 * 第4章 信 道 窄带高斯噪声 带限白噪声：经过接收机带通滤波器过滤的热噪声 窄带高斯噪声：由于滤波器是一种线性电路，高斯过程通过线性电路后，仍为一高斯过程，故此窄带噪声又称窄带高斯噪声。 窄带高斯噪声功率： 式中 Pn(f) － 双边噪声功率谱密度 * 第4章 信 道 噪声等效带宽： 式中 Pn(f0) － 原噪声功率谱密度曲线的最大值 噪声等效带宽的物理概念： 以此带宽作一矩形 滤波特性，则通过此 特性滤波器的噪声功率， 等于通过实际滤波器的 噪声功率。 利用噪声等效带宽的概念， 在后面讨论通信系统的性能时， 可以认为窄带噪声的功率谱密度在带宽Bn内是恒定的。 图4-19 噪声功率谱特性 Pn(f) Pn (f0) 接收滤波器特性 噪声等效带宽 * 第4章 信 道 4.6 信道容量 信道容量 － 指信道能够传输的最大平均信息速率。 4.6.1 离散信道容量 两种不同的度量单位： C － 每个符号能够传输的平均信息量最大值 Ct － 单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值 两者之间可以互换 * 第4章 信 道 计算离散信道容量的信道模型 发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号： y1，y2，y3，…，ym P(xi) = 发送符号xi 的出现概率 ， i ＝ 1，2，…，n； P(yj) = 收到yj的概率， j ＝ 1，2，…，m P(yj/xi) = 转移概率， 即发送xi的条件下收到yj的条件概率 x1 x2 x3 y3 y2 y1 接收端 发送端 xn 。。。。 。。。。 。 ym 图4-20 信道模型 P(xi) P(y1/x1) P(ym/x1) P(ym/xn) P(yj) * 第4章 信 道 计算收到一个符号时获得的平均信息量 从信息量的概念得知：发送xi时收到yj所获得的信息量等于发送xi前接收端对xi的不确定程度（即xi的信息量）减去收到yj后接收端对xi的不确定程度。 发送xi时收到yj所获得的信息量 = -log2P(xi) - [-log2P(xi /yj)] 对所有的xi和yj取统计平均值，得出收到一个符号时获得的平均信息量： 平均信息量 / 符号 ＝ * 第4章 信 道 平均信息量 / 符号 ＝ 式中 －为每个发送符号xi的平均信息量，称为信源的熵。 －为接收yj符号已知后，发送符号xi的平均信息量。 由上式可见，收到一个符号的平均信息量只有[H(x) – H(x/y)]，而发送符号的信息量原为H(x)，少了的部分H(x/y)就是传输错误率引起的损失。 * 第4章 信 道 二进制信源的熵 设发送“1”的概率P(1) = ?， 则发送“0”的概率P(0) ＝ 1 - ? 当? 从0变到1时，信源的熵H(?)可以写成： 按照上式画出的曲线： 由此图可见，当? ＝ 1/2时， 此信源的熵达到最大值。 这时两个符号的出现概率相等， 其不确定性最大。 图4-21 二进制信源的熵 H(?) * 第4章 信 道 无噪声信道 信道模型 发送符号和接收符号 有一一对应关系。 此时P(xi /yj) = 0； H(x/y) = 0。 因为，平均信息量 / 符号 ＝H(x) – H(x/y) 所以在无噪声条件下，从接收一个符号获得的平均信息量为H(x)。而原来在有噪声条件下，从一个符号获得的平均信息量为[H(x)－H(x/y)]。这再次说明H(x/y)即为因噪声而损失的平均信息量。 x1 x2 x3 y3 y2 y1 接收端 发送端 。。。 。。。 。 yn 图4-22 无噪声信道模型 P(xi) P(y1/x1) P(yn/xn) P(yj) xn * 第4章 信 道 容量C的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值 (比特/符号) 当信道中的噪声极大时，H(x / y) = H(x)。这时C = 0，即信道容量为零。 容量Ct的定义： (b/s) 式中 r － 单位时间内信道传输的符号数 * 0 0 1 1 P(0/0) = 127/128 P(1/1)