通信原理信道汇.ppt

* 第4章 信 道 接收信号的分类 确知信号：接收端能够准确知道其码元波形的信号 随相信号：接收码元的相位随机变化 起伏信号：接收信号的包络随机起伏、相位也随机变化。 通过多径信道传输的信号都具有这种特性 * 第4章 信 道 4.5 信道中的噪声 噪声 信道中存在的不需要的电信号。 又称加性干扰。 按噪声来源分类 人为噪声 － 例：开关火花、电台辐射 自然噪声 － 例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声 * 第4章 信 道 热噪声 来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。 频率范围：均匀分布在大约 0 ～ 1012 Hz。 热噪声电压有效值： 式中 k = 1.38 ? 10-23（J/K） － 波兹曼常数； T － 热力学温度（oK）； R － 阻值（?）； B － 带宽（Hz）。 性质：高斯白噪声 * 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 － 指信道能够无失真传输的最大信息速率。 4.6.1 离散信道容量 * 第4章 信 道 4.6.2 连续信道容量 可以证明 式中 S － 信号平均功率 （W）； N － 噪声功率（W）； B － 带宽（Hz）。 设噪声单边功率谱密度为n0，则N = n0B； 故上式可以改写成： 由上式可见，连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。 * 第4章 信 道 当S ? ?，或n0 ? 0时，Ct ? ?。 但是，当B ? ?时，Ct将趋向何值？ 令：x = S / n0B，上式可以改写为： 利用关系式 上式变为 * 第4章 信 道 上式表明，当给定S / n0时，若带宽B趋于无穷大，信道容量不会趋于无限大，而只是S / n0的1.44倍。这是因为当带宽B增大时，噪声功率也随之增大。 Ct和带宽B的关系曲线： 图4-24 信道容量和带宽关系 S/n0 S/n0 B Ct 1.44(S/n0) * 第4章 信 道 上式还可以改写成如下形式： 式中 Eb －每比特能量； Tb = 1/B － 每比特持续时间。 上式表明，为了得到给定的信道容量Ct，可以增大带宽B以换取Eb的减小；另一方面，在接收功率受限的情况下，由于Eb = STb，可以增大Tb以减小S来保持Eb和Ct不变。 * 第4章 信 道 【例4.6.2】已知黑白电视图像信号每帧有30万个像素；每个像素有8个亮度电平；各电平独立地以等概率出现；图像每秒发送25帧。若要求接收图像信噪比达到30dB，试求所需传输带宽。 【解】因为每个像素独立地以等概率取8个亮度电平，故每个像素的信息量为 Ip = -log2(1/ 8) = 3 (b/pix) (4.6-18) 并且每帧图像的信息量为 IF = 300,000 ? 3 = 900,000 (b/F) (4.6-19) 因为每秒传输25帧图像，所以要求传输速率为 Rb = 900,000 ? 25 = 22,500,000 = 22.5 ? 106 (b/s) (4.6-20) 信道的容量Ct必须不小于此Rb值。将上述数值代入式： 得到 22.5 ? 106 = B log2 (1 + 1000) ? 9.97