黑大《通信原理》第四章

1、41無線信道無線信道42 有線信道有線信道43 信道的數(shù)學(xué)模型信道的數(shù)學(xué)模型44 信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懶诺捞匦詫π盘杺鬏數(shù)挠绊?5 信道中的噪聲信道中的噪聲46 信道容量信道容量按照傳輸媒質(zhì)的不同按照傳輸媒質(zhì)的不同信道信道無線無線（ wirelesswireless）信道）信道有線有線（wiredwired）信道）信道利用利用電磁波電磁波在空間中的傳播來在空間中的傳播來傳輸信號傳輸信號利用利用人造人造的傳導(dǎo)電或光信號的傳導(dǎo)電或光信號的媒體來傳輸信號的媒體來傳輸信號噪聲噪聲有源有源干擾干擾信道本身信道本身的傳輸特的傳輸特性不良性不良無源干擾通信的電磁波頻率都比較通信的電磁波頻率都比較高高電磁

2、波的傳播電磁波的傳播地波地波(ground wave)天波天波(sky wave)（或稱電離層反射波（或稱電離層反射波(ionosphere reflection wave)視線視線(line of sight) 1)地波地波 頻率較低（大約頻率較低（大約2MHz以下）的電磁波以下）的電磁波趨于沿彎曲的地球趨于沿彎曲的地球表面表面?zhèn)鞑?，傳播，有一定的有一定的繞射繞射能力。能力。這種傳播方式稱為地波傳播，這種傳播方式稱為地波傳播， 在在低頻低頻和和甚低頻甚低頻段，地波能夠傳播超過數(shù)百千米或數(shù)千千米。段，地波能夠傳播超過數(shù)百千米或數(shù)千千米。2)天波天波 頻率較高（頻率較高（2MHz30MHz）的電

3、磁波稱為）的電磁波稱為高頻高頻(high frequency)電磁波，電磁波，它能夠被它能夠被電離層電離層反射。反射。 電離層位于地面上電離層位于地面上60km400km之間，之間，它是因太陽的紫外線和宇宙射線輻射使大氣電離的結(jié)果。它是因太陽的紫外線和宇宙射線輻射使大氣電離的結(jié)果。電離層電離層D層層E層層F層層F1層層F2層層60km80km100km120km200km250km400km只有較高頻只有較高頻率能夠穿過率能夠穿過能夠反射能夠反射反射反射高頻高頻夜晚消失夜晚消失夜晚消失夜晚消失 反射反射高頻高頻電磁波的主要是電磁波的主要是F層層。電磁波經(jīng)過電磁波經(jīng)過F層的層的一次一次反射距離最

4、大可以達(dá)到約反射距離最大可以達(dá)到約4000km。經(jīng)過經(jīng)過多次多次反射，電磁波可以傳播反射，電磁波可以傳播 10000km以上以上利用電離層反射的傳播方式稱為天波傳播。利用電離層反射的傳播方式稱為天波傳播。電離層反射波到達(dá)地面的區(qū)域可能是電離層反射波到達(dá)地面的區(qū)域可能是不連續(xù)不連續(xù)的的覆蓋區(qū)覆蓋區(qū)寂靜區(qū)寂靜區(qū)3) 視線視線頻率高于頻率高于30MHz的電磁波將穿透電離層，的電磁波將穿透電離層，不能被反射回來。不能被反射回來。它只能類似光波那樣作視線傳播。它只能類似光波那樣作視線傳播。 為了能增大其在地面上的傳播距離，提升天線的高度從而增為了能增大其在地面上的傳播距離，提升天線的高度從而增大視線距離

5、大視線距離設(shè)收發(fā)天線的高度相等，均等于設(shè)收發(fā)天線的高度相等，均等于h，地球的半徑地球的半徑r等于等于 6370km222)(rhrdrhrhhd222設(shè)設(shè)D為兩天線間的距離為兩天線間的距離22)2(dDrh8rDh82km)m(502取DDa)無線電中繼無線電中繼b)衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信4)大氣大氣對在其中傳輸?shù)碾姶挪ǖ挠绊憣υ谄渲袀鬏數(shù)碾姶挪ǖ挠绊懷鯕庋鯕馑魵馑魵饨邓邓瘴蘸秃蜕⑸渖⑸潆姶挪?，電磁波，使頻率在使頻率在 1GHz以上的電磁波的傳播以上的電磁波的傳播衰減衰減顯著顯著增加增加。頻率越頻率越高高，傳播，傳播衰減衰減越越嚴(yán)重嚴(yán)重。23GHz180GHz350GHz62GHz120

6、GHz對于對于 10GHz以上的電磁波有以上的電磁波有較大較大的影響的影響5)散射方式傳播。散射方式傳播。電離層散射電離層散射對流層散射對流層散射流星余跡散射流星余跡散射明線明線(open wire)對稱電纜對稱電纜(symmetrical cable)同軸電纜同軸電纜(coaxial cable)傳輸傳輸電信號電信號傳輸傳輸光信號光信號 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維(光纖光纖)1)按纖芯按纖芯折射率折射率變化不同光纖變化不同光纖階躍階躍型光纖型光纖梯度梯度型光纖型光纖傳輸路徑逐漸傳輸路徑逐漸彎曲彎曲的的折射率沿軸向變化是有嚴(yán)格要求的，折射率沿軸向變化是有嚴(yán)格要求的，故其制造難度大故其制造難度大2)按光纖

7、傳輸按光纖傳輸模式模式多模多模光纖光纖單模單模光纖光纖有有多多條傳播路徑條傳播路徑發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）為光源為光源包含許包含許多多頻率成分頻率成分直徑較直徑較粗粗存在存在色散色散現(xiàn)象現(xiàn)象限制了傳限制了傳輸帶寬輸帶寬多模光纖中的色散多模光纖中的色散材料色散材料色散模式色散模式色散波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散只有只有一一種傳輸模式種傳輸模式激光器激光器為光源為光源單一單一頻率頻率直徑較直徑較小小傳輸帶寬傳輸帶寬 寬寬光纖相光纖相接接時(shí)時(shí)不易不易對準(zhǔn)對準(zhǔn)激光器的激光器的價(jià)格價(jià)格比比LED貴貴傳輸損耗傳輸損耗低低，易受天氣和環(huán)境的影，易受天氣和環(huán)境的影，對外界噪聲干擾較敏感對外界噪聲干擾較敏感end 由

8、若干對叫做芯線的雙導(dǎo)線放在由若干對叫做芯線的雙導(dǎo)線放在一根保護(hù)套內(nèi)制造成的。一根保護(hù)套內(nèi)制造成的。為了減小各對導(dǎo)線之間的干擾，每一對為了減小各對導(dǎo)線之間的干擾，每一對導(dǎo)線都做成扭絞形狀的，稱為導(dǎo)線都做成扭絞形狀的，稱為雙絞線雙絞線 損耗較明線損耗較明線大大， 性能較性能較穩(wěn)定穩(wěn)定。end由于外導(dǎo)體通常接地，由于外導(dǎo)體通常接地，所以它同時(shí)能夠很好所以它同時(shí)能夠很好地起到電屏蔽作用。地起到電屏蔽作用。end21nn光纜光纜光纖損耗與光波波長的關(guān)系光纖損耗與光波波長的關(guān)系1.4m附近的損耗附近的損耗高峰高峰水分子的吸收造成的水分子的吸收造成的單模光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸速率已超過單模光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸速率

9、已超過10Gb/s。傳輸損耗可達(dá)傳輸損耗可達(dá)0.2dB/km以下。以下。無中繼的直接傳輸距離可達(dá)上百千米。無中繼的直接傳輸距離可達(dá)上百千米。已經(jīng)建成經(jīng)過海底的跨洋遠(yuǎn)程光纖傳輸信道。已經(jīng)建成經(jīng)過海底的跨洋遠(yuǎn)程光纖傳輸信道。調(diào)制調(diào)制信道信道包括放大器、變頻器和天包括放大器、變頻器和天線等裝置線等裝置編碼編碼信道信道4 43 31 1 調(diào)制信道模型調(diào)制信道模型一對輸入端和一對輸出端一對輸入端和一對輸出端輸入輸入輸出輸出噪聲噪聲)()()(tntefteio 1)加性加性噪聲或加性干擾噪聲或加性干擾n(t)是疊是疊加加在信號上的，在信號上的，而且無論有無信號，而且無論有無信號，n(t)是是始終始終存在

10、的存在的)()()()(tntetkteio2)乘性乘性干擾干擾k(t)反映反映信道信道的特性的特性當(dāng)當(dāng)沒沒有輸有輸入入信號時(shí)，信道輸出端也信號時(shí)，信道輸出端也沒沒有有乘性干擾乘性干擾輸出輸出它會(huì)使信號產(chǎn)生各種它會(huì)使信號產(chǎn)生各種失真失真失真失真線性失真線性失真非線性失真非線性失真時(shí)間延遲時(shí)間延遲衰減等衰減等調(diào)調(diào)制制信信道道隨機(jī)參量信道隨機(jī)參量信道(隨參隨參信道信道)恒定參量信道恒定參量信道(恒參恒參信道信道)信道特性隨機(jī)變化信道特性隨機(jī)變化k(t)只能用隨機(jī)過程表述只能用隨機(jī)過程表述信道特性基本上信道特性基本上不不隨時(shí)間隨時(shí)間變變化，化，或變化極慢極小或變化極慢極小k(t) 用常數(shù)表示用常數(shù)表

11、示4.3.2 編碼信道編碼信道模型模型編碼信道的輸入和輸出信號是數(shù)字序列編碼信道的輸入和輸出信號是數(shù)字序列序列中的數(shù)字發(fā)生錯(cuò)誤。序列中的數(shù)字發(fā)生錯(cuò)誤。用用錯(cuò)誤概率錯(cuò)誤概率來描述編碼信道的特性來描述編碼信道的特性(轉(zhuǎn)移概率轉(zhuǎn)移概率) 。正確正確轉(zhuǎn)移概率轉(zhuǎn)移概率)1/1()0/0(PP錯(cuò)誤錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率轉(zhuǎn)移概率)1/0()0/1(PP1)0/1()0/0( PP1)1/0()1/1( PP 一、恒參信道時(shí)信號傳輸?shù)挠绊懸?、恒參信道時(shí)信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺缹?shí)質(zhì)上就是一個(gè)非時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)恒參信道實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)非時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò) 無失真無失真?zhèn)鬏敆l件傳輸條件 a)a)振幅特性與頻率無關(guān)振幅特性與頻率無關(guān)( (即

12、其振幅即其振幅頻率特性曲線是一條水平直線頻率特性曲線是一條水平直線) )； b)b)相位特性是一條通過原點(diǎn)的直線相位特性是一條通過原點(diǎn)的直線( (或者等效地要求其傳輸群時(shí)延與頻率無關(guān)，等于常數(shù)或者等效地要求其傳輸群時(shí)延與頻率無關(guān)，等于常數(shù)) )。 1)1)線性線性失真失真 a)頻率失真頻率失真 信道的振幅信道的振幅頻率特性不理想頻率特性不理想，則信號發(fā)生的失真稱為則信號發(fā)生的失真稱為頻率失真頻率失真。信號的頻率失真會(huì)使信號的波形產(chǎn)生畸變。信號的頻率失真會(huì)使信號的波形產(chǎn)生畸變。 在傳輸在傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)字信號時(shí)，波形畸變可引起相鄰碼元波形之間發(fā)信號時(shí)，波形畸變可引起相鄰碼元波形之間發(fā)生部分重疊，造成生

13、部分重疊，造成碼間串?dāng)_碼間串?dāng)_。 可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。 b)相位失真相位失真 信道的信道的相位相位特性不理想將使信號產(chǎn)生相位失真。特性不理想將使信號產(chǎn)生相位失真。 在模擬話音信道中，相位失真對通話的影響不大在模擬話音信道中，相位失真對通話的影響不大 相位失真對于相位失真對于數(shù)字?jǐn)?shù)字信號的傳輸則影響很大，信號的傳輸則影響很大，因?yàn)樗矔?huì)引起因?yàn)樗矔?huì)引起碼間串?dāng)_碼間串?dāng)_，使誤碼率增大。，使誤碼率增大。 相位失真也是一種線性失真，相位失真也是一種線性失真，所以也可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。所以也可以用一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。 2）非線性失真非線性失真 是指信道輸入

14、和輸出信號的振幅關(guān)系不是直線關(guān)系是指信道輸入和輸出信號的振幅關(guān)系不是直線關(guān)系 將使信號產(chǎn)生新的諧波分量，造成所謂諧波失真。將使信號產(chǎn)生新的諧波分量，造成所謂諧波失真。由于信道中的元器件特性不理想造成的。由于信道中的元器件特性不理想造成的。 3)頻率偏移頻率偏移 是指信道輸入信號的頻譜經(jīng)過信道傳輸后產(chǎn)生了是指信道輸入信號的頻譜經(jīng)過信道傳輸后產(chǎn)生了平移平移。主要是由于發(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主要是由于發(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。頻率誤差引起的。 4)相位抖動(dòng)相位抖動(dòng) 是由于這些振蕩器的頻率不穩(wěn)定產(chǎn)生的。是由于這些振蕩器的頻率不穩(wěn)定產(chǎn)生的。

15、相位抖動(dòng)的結(jié)果是對信號產(chǎn)生附加調(diào)制。相位抖動(dòng)的結(jié)果是對信號產(chǎn)生附加調(diào)制。2）-4）這些因素產(chǎn)生的信號失真一旦出現(xiàn)，很難消除。）這些因素產(chǎn)生的信號失真一旦出現(xiàn)，很難消除。二、二、隨參隨參信道對信號傳輸?shù)挠绊懶诺缹π盘杺鬏數(shù)挠绊戨S參隨參信道的特性是信道的特性是“時(shí)變時(shí)變”的。的。共同特性共同特性信號的傳輸信號的傳輸衰減衰減隨時(shí)間而變；隨時(shí)間而變；信號的傳輸信號的傳輸時(shí)延時(shí)延隨時(shí)間而變；隨時(shí)間而變；存在存在多徑傳播多徑傳播(multipath propagation)現(xiàn)象現(xiàn)象 多徑傳播對信號的影響稱為多徑傳播對信號的影響稱為多徑效應(yīng)多徑效應(yīng).信號經(jīng)過信號經(jīng)過幾條幾條路徑到達(dá)接收端，路徑到達(dá)接收端，而

16、且每條路徑的而且每條路徑的長度長度（時(shí)延）和（時(shí)延）和衰減衰減都隨時(shí)間而變都隨時(shí)間而變 1)單一頻率的單一頻率的幅恒定幅恒定正弦波經(jīng)過多傳播引起的正弦波經(jīng)過多傳播引起的衰落衰落設(shè)設(shè)發(fā)射發(fā)射信號為信號為tA0cos經(jīng)過經(jīng)過n條路徑條路徑傳播到接收端，傳播到接收端，接收信號為接收信號為)(cos)()(10ttttRinii)(cos)(10tttinii)()(0ttii)(),(),(tttiii都是都是隨機(jī)變化隨機(jī)變化的的)(tRtttniii01cos)(cos)(tttniii01sin)(sin)(niiictttX1)(cos)()(niiistttX1)(sin)()()(tRtt

17、XttXsc00sin)(cos)()(),(ttii隨時(shí)間變化很隨時(shí)間變化很緩慢緩慢)(),(tXtXsc緩慢緩慢隨機(jī)變化隨機(jī)變化的的)()()(22tXtXtVsc包絡(luò)包絡(luò)相位相位)()(arctan)(tXtXtcs緩慢緩慢隨機(jī)變化的隨機(jī)變化的)(cos)(0tttV發(fā)射信號發(fā)射信號接收信號接收信號振幅振幅恒定恒定包絡(luò)有了包絡(luò)有了起伏起伏單一單一頻率頻率頻率有了擴(kuò)展，成為頻率有了擴(kuò)展，成為窄帶窄帶信號信號信號信號包絡(luò)包絡(luò)因傳播有了因傳播有了起伏起伏的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為衰落衰落(fading)。多徑傳播使信號包絡(luò)產(chǎn)生的起伏雖然比多徑傳播使信號包絡(luò)產(chǎn)生的起伏雖然比信號信號的周期的周期緩慢緩慢

18、衰落衰落快快衰落衰落慢慢衰落衰落衰落的衰落的周期周期(秒或秒以下的數(shù)量級秒或秒以下的數(shù)量級)和數(shù)字信號的和數(shù)字信號的一個(gè)碼元周期相一個(gè)碼元周期相比較比較僅有一條無線電路徑傳播時(shí)，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，由于路徑上季節(jié)、日夜、天氣等的變化，也會(huì)使信號產(chǎn)生衰落現(xiàn)象。也會(huì)使信號產(chǎn)生衰落現(xiàn)象。這種衰落的起伏周期可能較長這種衰落的起伏周期可能較長(若干天或小時(shí)）若干天或小時(shí)） 2）多傳播引起的快衰落現(xiàn)象之一（）多傳播引起的快衰落現(xiàn)象之一（頻率選擇性頻率選擇性衰落）衰落） a）只有）只有兩條兩條路徑，路徑，具有具有相同相同的的衰減衰減，但是時(shí)延但是時(shí)延不同不同發(fā)射發(fā)射

19、信號為信號為f(t)其頻譜為其頻譜為F()，它經(jīng)過兩條路徑傳播后到達(dá)它經(jīng)過兩條路徑傳播后到達(dá)接收端接收端分別為分別為Af(t-0)和和Af(t- 0-)兩條路徑的兩條路徑的相對相對時(shí)延差時(shí)延差)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeAFtAf接收接收信號信號jjeeAFtAftAf1)()()(000此多徑信道的此多徑信道的傳輸函數(shù)傳輸函數(shù))(1)()(0FeeAFHjjjjeAe10je1sincos1j22sin)cos1(2cos2模與角頻率關(guān)系曲線模與角頻率關(guān)系曲線最大值取整數(shù))(2nn0)(12最小值取整數(shù)）（nn 曲線的最大和最小值位置決定于兩條路徑的相對時(shí)延差

20、曲線的最大和最小值位置決定于兩條路徑的相對時(shí)延差。而而是隨時(shí)間變化的，是隨時(shí)間變化的，所以對于給定頻率的信號，使信號的強(qiáng)度隨時(shí)間而變，所以對于給定頻率的信號，使信號的強(qiáng)度隨時(shí)間而變，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為衰落現(xiàn)象衰落現(xiàn)象。 由于這種衰落和頻率有關(guān)，故常稱其為由于這種衰落和頻率有關(guān)，故常稱其為頻率選擇性頻率選擇性衰落。衰落。 若信號帶寬大于若信號帶寬大于(1/)Hz，則信號頻譜中則信號頻譜中不同頻率不同頻率分量的幅度之間必然出現(xiàn)強(qiáng)烈的分量的幅度之間必然出現(xiàn)強(qiáng)烈的差異差異。 (1/)Hz稱為此兩條路徑信道的稱為此兩條路徑信道的相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬(correlation bandwidth) b）多

21、徑信道中通常有）多徑信道中通常有不止不止兩條路徑，兩條路徑，并且每條路徑的信號并且每條路徑的信號衰減衰減一般也一般也不不相相同同 曲線曲線不不會(huì)出現(xiàn)的會(huì)出現(xiàn)的零零點(diǎn)。點(diǎn)。但是，接收信號的但是，接收信號的包絡(luò)包絡(luò)肯定會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)肯定會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)起伏起伏 設(shè)設(shè)m為多徑中最大的為多徑中最大的相對時(shí)延差相對時(shí)延差，將將(1/ m ) Hz定義為此多徑信道的定義為此多徑信道的相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬。 要求信號的帶寬要求信號的帶寬小于小于多徑信道的多徑信道的相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬。 多徑效應(yīng)會(huì)使數(shù)字信號的多徑效應(yīng)會(huì)使數(shù)字信號的碼間串?dāng)_碼間串?dāng)_增大。增大。 為了減小碼間串?dāng)_的影響，為了減小碼間串?dāng)_的影響，要要降低降低碼元傳

22、輸速率。碼元傳輸速率。 若碼元速率降低，若碼元速率降低，則信號帶寬也將隨之減小，則信號帶寬也將隨之減小，多徑效應(yīng)的影響也隨之減輕。多徑效應(yīng)的影響也隨之減輕。經(jīng)過經(jīng)過信道信道傳輸傳輸后的后的數(shù)字?jǐn)?shù)字信號信號確知確知信號信號接收端能夠接收端能夠準(zhǔn)確準(zhǔn)確知道其碼元波形的信號知道其碼元波形的信號理想情況理想情況隨機(jī)相位信號隨機(jī)相位信號（隨相信號隨相信號）信號的信號的相位相位由于傳輸由于傳輸時(shí)延的不確定而帶有時(shí)延的不確定而帶有隨機(jī)隨機(jī)性性即使是經(jīng)過恒參信道傳輸，即使是經(jīng)過恒參信道傳輸，也可能有這種情況也可能有這種情況起伏起伏信號信號接收信號的接收信號的包絡(luò)包絡(luò)隨機(jī)隨機(jī)起起伏伏、相位相位也隨機(jī)也隨機(jī)變化變

23、化。通過多徑信道傳輸?shù)耐ㄟ^多徑信道傳輸?shù)男盘柖季哂羞@種特性信號都具有這種特性 將信道中存在的將信道中存在的不需要不需要的電信號統(tǒng)稱為的電信號統(tǒng)稱為噪聲噪聲(noise)。 通信系統(tǒng)中的噪聲是通信系統(tǒng)中的噪聲是疊加疊加在信號上的，在信號上的，稱為稱為加性加性干擾，干擾，噪聲對于噪聲對于信號的傳信號的傳輸是輸是有害有害使模擬信號使模擬信號失真失真使數(shù)字信號使數(shù)字信號發(fā)生發(fā)生錯(cuò)碼錯(cuò)碼，并并限制限制信息的傳輸信息的傳輸速率速率1、按照來源噪聲分、按照來源噪聲分人為人為噪聲噪聲自然自然噪聲噪聲電鉆電鉆電氣開關(guān)瞬態(tài)造成的電火花電氣開關(guān)瞬態(tài)造成的電火花汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花熒光燈產(chǎn)

24、生的干擾熒光燈產(chǎn)生的干擾其他電臺(tái)其他電臺(tái)家電產(chǎn)生的電磁波輻射等。家電產(chǎn)生的電磁波輻射等。閃電閃電大氣噪聲大氣噪聲來自太陽和銀河系等的宇宙噪聲來自太陽和銀河系等的宇宙噪聲熱噪聲熱噪聲 熱噪聲熱噪聲來自一切電阻性元器件中電子的熱運(yùn)動(dòng)。來自一切電阻性元器件中電子的熱運(yùn)動(dòng)。自由電子因具有熱能而不斷運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)為布朗運(yùn)動(dòng)自由電子因具有熱能而不斷運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)為布朗運(yùn)動(dòng) 熱噪聲熱噪聲均勻分布均勻分布在大約從接近零頻率開始，直到在大約從接近零頻率開始，直到1012Hz。在一個(gè)阻值為在一個(gè)阻值為R()的電阻兩端，在頻帶寬度為的電阻兩端，在頻帶寬度為B(Hz)的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，產(chǎn)生的熱噪聲電壓有效值為產(chǎn)生的熱噪聲電

25、壓有效值為)V(4kTRBV 玻耳茲曼常數(shù)玻耳茲曼常數(shù)k=1.38 10-23(J/K), T為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度(K) 在通信系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)熱噪聲的頻譜是均勻分布的，在通信系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)熱噪聲的頻譜是均勻分布的，熱噪聲又常稱為白噪聲。熱噪聲又常稱為白噪聲。 由于熱噪聲是由大量自由電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，由于熱噪聲是由大量自由電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，其統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布，其統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布，將熱噪聲稱為將熱噪聲稱為高斯白噪聲高斯白噪聲2、 按照噪聲性質(zhì)分按照噪聲性質(zhì)分脈沖脈沖噪聲噪聲窄帶窄帶噪聲噪聲起伏起伏噪聲噪聲突發(fā)性，突發(fā)性，幅度很大，幅度很大，其持續(xù)時(shí)間短。其持續(xù)時(shí)間短。其頻譜

26、較寬，其頻譜較寬，但是頻率越高其頻譜的但是頻率越高其頻譜的強(qiáng)度越小。強(qiáng)度越小。電火花電火花不是普遍地持續(xù)地存在的，不是普遍地持續(xù)地存在的，對于話音通信的影響也較小，對于話音通信的影響也較小，但是對于數(shù)字通信可能有較大影響但是對于數(shù)字通信可能有較大影響來自相鄰電臺(tái)或來自相鄰電臺(tái)或其他電子設(shè)備其他電子設(shè)備只存在于特定頻率、只存在于特定頻率、特定時(shí)間和特定地點(diǎn)，特定時(shí)間和特定地點(diǎn)，它的影響是有限的它的影響是有限的熱噪聲熱噪聲電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲宇宙噪聲等宇宙噪聲等無處不在無處不在 熱噪聲熱噪聲本身是白色的。本身是白色的。經(jīng)過接收機(jī)帶通濾波器的過濾，經(jīng)過接收機(jī)帶通濾波器的過濾，

27、成為了窄帶噪聲成為了窄帶噪聲(帶限白噪聲帶限白噪聲）。）。 由于濾波器是一種線性電路，由于濾波器是一種線性電路，高斯過程通過線性電路后，仍為一高斯過程，高斯過程通過線性電路后，仍為一高斯過程，故此窄帶噪聲又常稱為故此窄帶噪聲又常稱為窄帶高斯噪聲窄帶高斯噪聲。經(jīng)過接收濾波器后的噪聲雙邊功率譜密度為經(jīng)過接收濾波器后的噪聲雙邊功率譜密度為Pn(f)噪聲的功率噪聲的功率dffPPnn)(噪聲功率譜密度曲噪聲功率譜密度曲線的線的最大值最大值等效帶寬等效帶寬保持噪聲功率保持噪聲功率不變不變dffPPnn)()(20fPBnn信道容量是指信道能夠傳輸?shù)男诺廊萘渴侵感诺滥軌騻鬏數(shù)淖畲笞畲笃骄畔⑺俾?。平均信?/p>

28、速率。461離散離散信道容量信道容量度量單位度量單位 用用每個(gè)符號每個(gè)符號(symbol)能夠傳輸?shù)钠骄畔⒘孔畲竽軌騻鬏數(shù)钠骄畔⒘孔畲笾当硎拘诺廊萘恐当硎拘诺廊萘緾； 用用單位時(shí)間單位時(shí)間（秒）內(nèi)能夠傳輸?shù)钠骄畔⒘孔畲螅耄﹥?nèi)能夠傳輸?shù)钠骄畔⒘孔畲笾当硎拘诺廊萘恐当硎拘诺廊萘緾t。一、一、離散信道模型離散信道模型信源的熵信源的熵(entropy)niiixPxPxH12)(log)()(損損失失熵熵mjnijijijyxPyxPyPyxH112)/(log)/()()/(噪噪聲聲熵熵nimjijijixyPxyPxPxyH112)/(log)/()()/()1(log)1(log)(2

29、2H收到一個(gè)符號時(shí)獲得的平均信息量收到一個(gè)符號時(shí)獲得的平均信息量)/()(平均信息量/符號yxHxH a)二進(jìn)二進(jìn)制信源，制信源，設(shè)發(fā)送設(shè)發(fā)送“1”的概率的概率P(1)=，則發(fā)送則發(fā)送“0”的概率的概率P(0)=1- 信源的熵信源的熵出現(xiàn)概率出現(xiàn)概率相等相等時(shí)信源的時(shí)信源的熵熵最最大大值值 b）無噪聲無噪聲信道，信道，發(fā)送符號和接收符號有一一對應(yīng)關(guān)系發(fā)送符號和接收符號有一一對應(yīng)關(guān)系0)/(yxH)/()(xyHyH0)/(xyH二、二、信道容量信道容量C)b/()/()(max)(符號yxHxHCxP若信道中的噪聲若信道中的噪聲極大極大，則，則)()/(xHyxH信道容量為信道容量為零零 設(shè)單位時(shí)間內(nèi)信道傳輸?shù)姆枖?shù)為設(shè)單位時(shí)間內(nèi)信道傳輸?shù)姆枖?shù)為r(符號符號/s)，則信道信息傳輸速率則信道信息傳輸速率)b/s()/()()/()(xyHyHryxHxHrR容量容量Ct)b/s()/()(max)(yxHxHrC