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1、第 4 章第四章 信 道 3.1 主要内容主要内容：信道的定义、分类信道的定义、分类信道数学模型信道数学模型恒参信道举例恒参信道举例恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响随参信道举例随参信道举例随参信道特性及其对信号传输的影响随参信道特性及其对信号传输的影响随参信道特性的改善随参信道特性的改善信道的加性噪声信道的加性噪声信信道道容容量量的的概概念念、香香农农公公式式（shannon formula）第 4 章4.2 信道定义1.信道定义信道定义：信号通道：信号通道.2.信道的分类信道的分类 狭义信道狭义信道：信号的传输媒质：信号的传输媒质.n有线信道：架空明线、双绞线
2、、同轴电缆、光缆有线信道：架空明线、双绞线、同轴电缆、光缆n无线信道：地波、短波、微波、卫星、散射无线信道：地波、短波、微波、卫星、散射广广义义信信道道：传传输输媒媒质质及及有有关关变变换换装装置置.(收收、发发转转换换器器,放放大大，频频率率变换，电变换，电电磁波，等。电磁波，等。)n编码信道编码信道n调制信道调制信道第 4 章第 4 章4.3 信道数学模型信道数学模型一一.调制信道模型调制信道模型传传输输已已调调信信号号，关关切切的的是是信信号号的的失失真真状状况况及及噪噪声声对对信信号号的的影影响响。已已调调信信号号的的瞬瞬时时值值是是连连续续变变更更的的，故故也也称称调调制制信信道道为
3、连续信道，甚至称为模拟信道。为连续信道，甚至称为模拟信道。共性：共性：有有一一对对（或或多多对对）输输入入端端和和一一对对（或或多多对）输出端；对）输出端；绝绝大大多多数数信信道道是是线线性性的的，即即满满足足迭迭加加原原理；理；信信号号通通过过信信道道具具有有确确定定的的拖拖延延时时间间，而而且会受到损耗；且会受到损耗；即即使使无无信信号号输输入入，在在信信道道输输出出端端仍仍有有功功率输出（噪声）率输出（噪声）第 4 章线性信道：线性信道：eo(t)=fei(t)+n(t)=h(t)*ei(t)+n(t)ei(t)：模拟已调信号或数字已调信号。：模拟已调信号或数字已调信号。f：线性失真，非
4、线性失真，损耗，时变特性等。：线性失真，非线性失真，损耗，时变特性等。n(t)：加性噪声加性噪声单输入单输出信道：单输入单输出信道：恒恒参参信信道道：假假如如信信道道参参数数不不随随时时间间t变变更更或或基基本本不不变变更更,则则称称恒恒参参信信道道;如电缆、光缆、无线视距信道、卫星中继信道等。如电缆、光缆、无线视距信道、卫星中继信道等。随随参参信信道道：假假如如信信道道参参数数是是随随机机快快变变更更的的,则则称称信信道道为为随随参参信信道道。如电离层反射信道、对流层散射信道。如电离层反射信道、对流层散射信道。ei（t）f.eo(t)=fei(t)+n(t)n(t)第 4 章 二编码信道模型
5、二编码信道模型调调制制信信道道对对信信号号的的影影响响是是通通过过h(t)和和n(t)使使已已调调信信号号发发生生模模拟拟性性变变更。更。-模拟信道模拟信道编编码码信信道道对对信信号号的的影影响响则则是是一一种种数数字字序序列列的的变变换换，即即将将一一种种数数字字序列变成另一种数字序列。序列变成另一种数字序列。-数字信道数字信道输输入入、输输出出都都是是数数字字信信号号，关关切切的的是是误误码码率率而而不不是是信信号号失失真真状状况况，但但误误码码与与调调制制信信道道有有关关，无无调调制制解解调调器器时时误误码码由由收收、发发滤滤波波器器设计不当及设计不当及n(t)引起。引起。编码信道模型是
6、用数字的转移概率来描述。编码信道模型是用数字的转移概率来描述。1.无记忆信道无记忆信道:(信道内只存在起伏噪声信道内只存在起伏噪声)特点：随意一个码元的差错与前后码元的差错不发生任何依靠关特点：随意一个码元的差错与前后码元的差错不发生任何依靠关系。系。2.有记忆信道有记忆信道:(信道内除起伏噪声外信道内除起伏噪声外,还存在衰落效应等还存在衰落效应等)特点：信号的传输与前后码元有依靠关系特点：信号的传输与前后码元有依靠关系,需用马尔科夫链描述。需用马尔科夫链描述。第 4 章例：二进制数值传输系统例：二进制数值传输系统 二进制无记忆信道二进制无记忆信道 二进制有记忆对称信道二进制有记忆对称信道 （
7、码元发生差错是相互独立的）（码元发生差错是相互独立的）（码元发生差错是非独立的）（码元发生差错是非独立的）p(0/0)p(0/0)p(0/1)p(0/1)p(1/0)p(1/0)p(1/1)p(1/1)0 01 10 01 1x xy y转移概率矩阵：转移概率矩阵：p(yj/xi)=p(0/0)p(1/0)p(0/1)p(1/1)pe=p(0)p(1/0)+p(1)p(0/1)010 01x xy ye e-1e e-1e eep(yj/xi)=11-pe=第 4 章4.4 恒参信道举例恒参信道举例 K(t)不随时间变更或基本不变更不随时间变更或基本不变更一、有线信道一、有线信道 明线：平行而
8、相互绝缘的架空裸线线路。明线：平行而相互绝缘的架空裸线线路。优点：传输损耗低优点：传输损耗低缺点：易受气候和天气影响，并对外界噪声干扰敏感。缺点：易受气候和天气影响，并对外界噪声干扰敏感。对称电缆：同一爱护套内多对相互绝缘双导线的传输媒质。对称电缆：同一爱护套内多对相互绝缘双导线的传输媒质。优点：传输特性比较稳定优点：传输特性比较稳定缺点：损耗比明线大。缺点：损耗比明线大。同同轴轴电电缆缆：由由同同轴轴的的两两个个导导体体构构成成，外外导导体体是是一一个个圆圆柱柱形形的的空管，内导体是金属线（芯线）空管，内导体是金属线（芯线）优点：外界噪声很少进入其内部优点：外界噪声很少进入其内部表表3-1
9、列列出出了了三三种种有有线线信信道道的的工工作作频频率率范范围围，通通话话路路数数及及增增音音段长度。段长度。光纤信道：以光纤为传输媒质、光波作为载波的信道光纤信道：以光纤为传输媒质、光波作为载波的信道 特特点点：损损耗耗低低、频频带带宽宽、线线径径细细、可可弯弯曲曲半半径径小小、不不怕怕腐腐蚀蚀、节约有色金属、不受电磁干扰。节约有色金属、不受电磁干扰。第 4 章二、无线信道二、无线信道无线电视距中继无线电视距中继 工作频率在超短波和微波波段的电磁波基本上沿视线传播，通信工作频率在超短波和微波波段的电磁波基本上沿视线传播，通信距离依靠中继方式延长。距离依靠中继方式延长。组成：终端站、中继站及各
10、站之间的电波传播路径。组成：终端站、中继站及各站之间的电波传播路径。特点：传输容量大，放射功率小，通信稳定牢靠特点：传输容量大，放射功率小，通信稳定牢靠应用：主要用于长途干线、移动通信网及某些数据收集系统。应用：主要用于长途干线、移动通信网及某些数据收集系统。第 4 章卫星中继信道卫星中继信道同步通信卫星，异步通信卫星同步通信卫星，异步通信卫星概念：卫星中继信道是无线电中概念：卫星中继信道是无线电中继信道的一种特殊形式。它是继信道的一种特殊形式。它是航天技术与通信技术相结合的航天技术与通信技术相结合的产物。产物。特点：传输距离远、覆盖地域广、特点：传输距离远、覆盖地域广、传播稳定牢靠、传输容量
11、大。传播稳定牢靠、传输容量大。用途：传输多路电话、电报、数用途：传输多路电话、电报、数据、电视等。据、电视等。构成：通信卫星、地球站、上行构成：通信卫星、地球站、上行线路、下行线路线路、下行线路第 4 章 恒恒参参信信道道对对信信号号传传输输的的影影响响是是确确定定的的或或者者变变更更极极其其缓缓慢慢的的，等等效效于一个非时变的线性网络。于一个非时变的线性网络。一数学描述一数学描述 4.5 恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响式中式中H（）是信道传输特性函数）是信道传输特性函数 第 4 章二、志向的恒参信道二、志向的恒参信道 传输特性：传输特性：幅度幅度-频率特性频
12、率特性H()；相位相位-频率特性频率特性()志向的恒参信道满足以下两个条件志向的恒参信道满足以下两个条件 1）、）、H()(常数常数)2）、）、群拖延群拖延()td(常数常数)志向信道传输函数志向信道传输函数:志向信道冲击响应：志向信道冲击响应：群拖延的含义：相位群拖延的含义：相位频频率特性的导数，即率特性的导数，即：若输入信号为若输入信号为ei(t),则理则理想恒参信道的输出为：想恒参信道的输出为：志向恒参信道对信号传输的影响是：志向恒参信道对信号传输的影响是：（1）对信号在幅度上产生固定的衰减；）对信号在幅度上产生固定的衰减；（2）对信号在时间上产生固定的拖延。）对信号在时间上产生固定的拖
13、延。第 4 章1、幅度、幅度-频率畸变频率畸变 H()k(常常数数)，产产生生幅幅频频畸畸变变。即即幅幅度度-频频率率特特性性的的不不志志向向引引起起的频率失真。的频率失真。30011002900 频率频率（HZ）衰耗衰耗dB典型的音频电话信道的相对衰耗典型的音频电话信道的相对衰耗对信号的影响：对信号的影响：不匀整衰耗使传输信号的幅度随频率发生畸变，引起信号波形不匀整衰耗使传输信号的幅度随频率发生畸变，引起信号波形失真。若是数字传输，引起相邻码元波形在时间上的重叠（码失真。若是数字传输，引起相邻码元波形在时间上的重叠（码间干扰）。间干扰）。三、实际信道特性第 4 章2、相位、相位-频率畸变频率
14、畸变信道的相位信道的相位-频率特性偏离线性关系所引起的畸变。频率特性偏离线性关系所引起的畸变。模拟语音通信：影响不大，人耳对相频畸变不太敏感。模拟语音通信：影响不大，人耳对相频畸变不太敏感。数字信号传输：引起严峻的码间干扰，造成误码数字信号传输：引起严峻的码间干扰，造成误码。数字滤波器数字滤波器 h(n)=h(N-1-n)用群拖延频率特性来描述相频特性：相频特性对频率的导数用群拖延频率特性来描述相频特性：相频特性对频率的导数()=d()/d，当，当()=-td时，无相频畸变。时，无相频畸变。工程设计时，应使工程设计时，应使 H()畸变范围及畸变范围及()误差范围符合要求。误差范围符合要求。第
15、4 章例：例：2ASK系统系统调制器调制器调制调制信道信道包络包络检波检波抽样抽样判决判决2ASK2ASKS Si i(t)(t)r(t)r(t)m mo o(t)(t)m m(t)(t)cp(t)cp(t)100m(t)m(t)2ASK2ASKS Si(t)(t)r(t)r(t)cp(t)cp(t)11 10mo(t)(t)门限门限ttttt 2ASK2ASK频谱范围无频谱范围无限，通过信道后失真限，通过信道后失真码间串扰码间串扰 收、发滤波器合收、发滤波器合理设计，可使码间串理设计，可使码间串扰为零。扰为零。第 4 章四、克服措施：四、克服措施：模拟通信：模拟通信：频域均衡，使信道、均衡器
16、联合频频域均衡，使信道、均衡器联合频率特性在信号频率范围内无畸变。率特性在信号频率范围内无畸变。数字通信：数字通信：合理设计收、发滤波器，消退信道合理设计收、发滤波器，消退信道产生的码间串扰。信道特性缓慢变更时，用时域产生的码间串扰。信道特性缓慢变更时，用时域均衡器，使码间串扰降到最小且可自适应信道特均衡器，使码间串扰降到最小且可自适应信道特性变更。性变更。例例例例3.13.1第 4 章4.6 随参信道举例随参信道举例随参信道是指信道传输特性随时间随机快速变更的信道。随参信道是指信道传输特性随时间随机快速变更的信道。随参信道有以下几种。随参信道有以下几种。1）短波电离层反射短波电离层反射2）超
17、短波流星余迹散射超短波流星余迹散射3）超短波及微波对流层散射超短波及微波对流层散射4）超短波电离层散射超短波电离层散射5）超短波超视距绕射等超短波超视距绕射等 第 4 章一、一、短波电离层反射信道短波电离层反射信道1、概念：短波是指波长为、概念：短波是指波长为10010m(相应的频率为相应的频率为330MHz)的的无线电波。无线电波。2、短波传播方式：既可沿地表面传播，称为地波传播；也可由电、短波传播方式：既可沿地表面传播，称为地波传播；也可由电离层反射传播，称为天波传播。离层反射传播，称为天波传播。3、传播路径、传播路径离地面高离地面高60600km的大气层称为电离层。电离层是由分子、原子、
18、的大气层称为电离层。电离层是由分子、原子、离子及自由电子组成的。离子及自由电子组成的。短波电磁波从电离层反射的传播路径如图短波电磁波从电离层反射的传播路径如图3.6-1所示。所示。在短波电离在短波电离层反射信道中，存在多径传播，引起多径传播的主要缘由如下。层反射信道中，存在多径传播，引起多径传播的主要缘由如下。1）电波经电离层的一次反射和多次反射；电波经电离层的一次反射和多次反射；2）几个反射层高度不同；几个反射层高度不同；3）电离层不匀整性引起的慢射现象；电离层不匀整性引起的慢射现象；4）地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非寻常波。地球磁场引起的电磁波束分裂成寻常波与非寻常波。第 4 章4
19、、特点、特点主要优点如下：主要优点如下：1）、要求的功率较小，终端设备的成本较低；）、要求的功率较小，终端设备的成本较低；(100W几几KW)2）、传播距离远；）、传播距离远；3）、受地形限制较小；）、受地形限制较小；4）、有适当的传输频带宽度；）、有适当的传输频带宽度；5）、不易受认为的破坏，该特点在军事上特别有用。）、不易受认为的破坏，该特点在军事上特别有用。主要缺点如下：主要缺点如下：1）、传输牢靠性差；电离层中的异样变更会引起较长时间的通信中）、传输牢靠性差；电离层中的异样变更会引起较长时间的通信中断。断。2）、须要常常更换工作频率，因而运用较困难；）、须要常常更换工作频率，因而运用较
20、困难；3）、存在快衰落与多径时延失真；）、存在快衰落与多径时延失真；4）、干扰电平大。）、干扰电平大。(100b/s)5、应用、应用短波电离层反射信道过去是、现在仍旧是远距离传输的重要信道之一。短波电离层反射信道过去是、现在仍旧是远距离传输的重要信道之一。问题：为什么远距离问题：为什么远距离HF无线电广播在太阳黑子活无线电广播在太阳黑子活动的动的高峰期时效果更好？高峰期时效果更好？第 4 章二、对流层散射信道二、对流层散射信道对流层能够不规则地散射无线电波对流层能够不规则地散射无线电波 1、概念：离地面概念：离地面1012km以下的大气层称为对流层。以下的大气层称为对流层。在对流层中，由于大气
21、对流层湍流运动等缘由产生了不匀整性，在对流层中，由于大气对流层湍流运动等缘由产生了不匀整性，故引起散射，如图故引起散射，如图3.6-2所示。所示。2、传播方式：对流层散射信道是一种超视距的传播信道，可工传播方式：对流层散射信道是一种超视距的传播信道，可工作在超短波和微波波段。其一跳的传播距离约为作在超短波和微波波段。其一跳的传播距离约为100500km。第 4 章3、对流层信道的特点对流层信道的特点1）、衰落）、衰落 散射信号电平是不断随时间变更的，这种变更称为衰落。散射信号电平是不断随时间变更的，这种变更称为衰落。衰落有两类：衰落有两类：慢衰落（长期变更），慢衰落取决与气象条件慢衰落（长期变
22、更），慢衰落取决与气象条件 快衰落（短期变更），快衰落是由多径传播引起的。快衰落（短期变更），快衰落是由多径传播引起的。2）、传播损耗）、传播损耗总损耗包括两个部分，总损耗包括两个部分，（1）自由空间的能量扩散损耗；自由空间的能量扩散损耗；（2）散射损耗。散射损耗。3）、信道的允许带宽）、信道的允许带宽散射信道是典型的多径信道。由于信源信号到达终端所经过的散射信道是典型的多径信道。由于信源信号到达终端所经过的路程不同，因而各路径信道到达接收点的时间也不相同，结果路程不同，因而各路径信道到达接收点的时间也不相同，结果信号脉冲被展宽，这种现象称为时间扩散简称多径时散。这样信号脉冲被展宽，这种现象称
23、为时间扩散简称多径时散。这样信道的允许带宽与最大多径时延的关系为信道的允许带宽与最大多径时延的关系为BBc（3）空间分集）空间分集 多幅处于不同位置的天线同时接收多幅处于不同位置的天线同时接收（天线阵）（天线阵）d3（4）时频分集）时频分集 (混合分集之一混合分集之一)（5）其它：角度分集，极化分集。）其它：角度分集，极化分集。3.8 随参信道特性的改善随参信道特性的改善第 4 章例如：四时四频分集例如：四时四频分集 信息代码信息代码 时频编码时频编码 00 f1、f2、f3、f4 将一个四进制码元宽度时间将一个四进制码元宽度时间Ts等分等分 01 f2、f1、f4、f3 为为4个时间段，分别
24、传输个时间段，分别传输4个载频，不个载频，不 10 f3、f4、f1、f2 同代码传输依次不同。在同代码传输依次不同。在Ts内只要能内只要能 11 f4、f3、f2、f1 正确接收到一个频率，就可推断在正确接收到一个频率，就可推断在Ts 内传输的信息代码。内传输的信息代码。第 4 章2 2合并方法合并方法 所所谓谓合合并并就就是是依依据据某某种种方方式式把把得得到到的的N N个个独独立立衰衰落落信信号号相相加加后后合并输出，从而获得分集增益。（中频、基带）合并输出，从而获得分集增益。（中频、基带）假假设设N N个个独独立立衰衰落落信信号号分分别别：r1(t)r1(t)、r2(t)r2(t)、r
25、N(t),rN(t),则则合合并并器输出为：器输出为：r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)+aN rN(t)r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)+aN rN(t)ai ai 第第i i 个信号的加权系数个信号的加权系数（1 1）最佳选择式）最佳选择式 选信噪比最好的一个作为接收信号。选信噪比最好的一个作为接收信号。（2 2）等增益相加）等增益相加 将各信号以相同增益放大、相加。将各信号以相同增益放大、相加。（3 3）最大比相加）最大比相加 将各信号以信噪比成正比地放大、相加。将各信号以信噪比成正比地放大、相加。效果：（效果：（3 3）最好，（）最好，（1 1）最差。）最差。第 4 章（
26、1 1）最最佳佳选选择择式式 选选信信噪噪比比最最好好的的一一个个作作为接收信号。为接收信号。接收机1接收机2二重分集选择式合并第 4 章（2 2）等等增增益益相相加加 将将各各信信号号以以相相同同增增益益放放大、相加。大、相加。接收机1接收机2第 4 章（3 3）最最大大比比相相加加 将将各各信信号号以以信信噪噪比比成成正正比比地放大、相加。地放大、相加。接收接收机机1接收接收机机2第 4 章 3.9 信道的加性噪声信道的加性噪声干扰：对有用信号有害的各种波形的总称。干扰：对有用信号有害的各种波形的总称。噪声：可用随机过程描述的干扰。不能精确预料其波形噪声：可用随机过程描述的干扰。不能精确预
27、料其波形一、加性噪声的来源一、加性噪声的来源1、人为噪声、人为噪声来源于无关的其他信号源。来源于无关的其他信号源。如：外台信号、接触不良的触点等，由不希望有的信号源引起如：外台信号、接触不良的触点等，由不希望有的信号源引起的。的。2.自然噪声自然噪声来自于大自然。由自然界存在的各种电磁波源引起。来自于大自然。由自然界存在的各种电磁波源引起。如：闪电、大气中的电暴、银河系噪声、大气干扰及宇宙噪声如：闪电、大气中的电暴、银河系噪声、大气干扰及宇宙噪声等。等。3.内部噪声内部噪声系统设备本身产生的各种噪声。系统设备本身产生的各种噪声。如：电阻中自由电子的热运动、半导体中载流子如：电阻中自由电子的热运
28、动、半导体中载流子(电子和空穴电子和空穴)的随机产生与复合等。是元器件内部固有的噪声。的随机产生与复合等。是元器件内部固有的噪声。第 4 章二、噪声的性质分类二、噪声的性质分类单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声。本章重点介绍起伏噪声。单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声。本章重点介绍起伏噪声。三、起伏噪声三、起伏噪声1、热噪声、热噪声1）、产生缘由：在电阻一类导体中自由电子的布郎运动引起的）、产生缘由：在电阻一类导体中自由电子的布郎运动引起的噪声。噪声。2）、特点：听从高斯分布，且具有匀整的功率谱密度。）、特点：听从高斯分布，且具有匀整的功率谱密度。2、散弹噪声、散弹噪声1）、产生缘由：真空电子管和半导体器
29、件中电子放射的不匀整）、产生缘由：真空电子管和半导体器件中电子放射的不匀整性引起。性引起。2）、特点：听从高斯分布）、特点：听从高斯分布3、.宇宙噪声宇宙噪声1）、产生缘由：天体辐射波对接收机形成的噪声。）、产生缘由：天体辐射波对接收机形成的噪声。2）、特点：）、特点：20 300MHz内，强度与频率的三次方成反比，听内，强度与频率的三次方成反比，听从高斯分布；具有平坦的功率谱密度。从高斯分布；具有平坦的功率谱密度。留意：通信系统模型中的噪声源是分散在通信系统各处的噪声留意：通信系统模型中的噪声源是分散在通信系统各处的噪声的集中表示。通常把加性噪声的主要代表的集中表示。通常把加性噪声的主要代表
30、起伏噪声理解成热噪起伏噪声理解成热噪 声、散弹噪声、宇宙噪声的集中表示。均为高斯白噪声。声、散弹噪声、宇宙噪声的集中表示。均为高斯白噪声。第 4 章n(t)：白噪声。：白噪声。双边带功率谱密度双边带功率谱密度Pn（f）单边带功率谱密度单边带功率谱密度Pn（f）n0/2ffn000N不不行行能能为为无无穷穷大大，故故白白噪噪声声的的频频率率范范围围应应是是有限的。有限的。第 4 章带通型噪声的功率谱密度：带通型噪声的功率谱密度：Bn为为等等效效噪噪声声带带宽宽，其其物物理理意意义义是是：白白噪噪声声通通过过实实际际带带通通滤滤波波器器的的效效果果与与通通过过宽宽度度为为Bn，高高为为Pni（f0
31、）的的矩矩形形滤波器的效果一样。滤波器的效果一样。第 4 章4.10 信道容量的概念信道容量的概念信道容量：信道的最大（极限）传输实力信道容量：信道的最大（极限）传输实力定定义义：信信道道无无差差错错传传输输信信息息的的最最大大信信息息速速率率称称为为信信道道容容量量，记记为为C。离散信道：输入输出为离散信号；离散信道：输入输出为离散信号；连续信道：输入输出为连续信号；连续信道：输入输出为连续信号；一、一、离散信道的信道容量离散信道的信道容量 信道模型用转移概率来表示。信道模型用转移概率来表示。如图如图3.10-1所示。所示。图中：图中：P(x)发送信道的概率；发送信道的概率；P(y)是接收信
32、号的概率；是接收信号的概率；P(yi/xi)是转移概率，是转移概率，i=1,2,n，它是发送为，它是发送为xi，而收到的是而收到的是yi的概率。的概率。第 4 章接收端接收到的信息量（信息论中称为互信息）为接收端接收到的信息量（信息论中称为互信息）为单位是单位是 比特比特/符号。符号。公式中：公式中：I ：接收端接收到的平均信息量；：接收端接收到的平均信息量；H（x）：未发送符号前对：未发送符号前对xi的不确定度；即每个符号的平均的不确定度；即每个符号的平均信息量。信息量。H(x/y)：收到符号：收到符号yi后对后对xi的不确定度；即输出符号已知时，的不确定度；即输出符号已知时，输入符号的平均
33、信息量，也即平均丢失信息量。输入符号的平均信息量，也即平均丢失信息量。信息传输速率信息传输速率R：是指信道在单位时间内所传输的平均信息量，：是指信道在单位时间内所传输的平均信息量，单位是单位是 比特比特/秒。秒。若码元传输速率是若码元传输速率是r，则，则R与与I的关系如下：的关系如下：例例例例3.43.4第 4 章探讨分析：探讨分析：明显明显R与与r、信息源的概率分布以及信道干扰的概率、信息源的概率分布以及信道干扰的概率分布有关。当对某个给定信道时，干扰的概率分布分布有关。当对某个给定信道时，干扰的概率分布应当认为是确定的，假如此时应当认为是确定的，假如此时r确定，则确定，则R仅与信息仅与信息
34、源的概率分布有关。源的概率分布有关。当无噪声时，当无噪声时，（3.10-3）当噪声很大时，当噪声很大时，（3.10-4）离散信道的信道容量定义：对于一切可能的信息源离散信道的信道容量定义：对于一切可能的信息源概率分布来说，信道传输信息的速率概率分布来说，信道传输信息的速率R的最大值称为的最大值称为信道容量，用信道容量，用C表示，即表示，即第 4 章二、二、连续信道的信道容量连续信道的信道容量香农（香农（Shannon）公式：连续信道中的信道容量）公式：连续信道中的信道容量C为为 式中：式中：B为信道的带宽；为信道的带宽；S为信号的功率；为信号的功率；N为信道加性高斯白噪声的功率。为信道加性高斯
35、白噪声的功率。物理意物理意义义：表示当信号与作用在信道上噪声的平均表示当信号与作用在信道上噪声的平均功率功率给给定定时时，信道，信道带宽为带宽为B B，理，理论论上上单单位位时间时间内可能内可能传输传输的信息量的极限的信息量的极限值值。（3.10-5)第 4 章当信道带宽为当信道带宽为B，噪声单边功率谱密度为，噪声单边功率谱密度为n0，则，则 N=n0 B (3.10-6)公式（公式（3.10-5)整理为：整理为：问题：无限制地增大问题：无限制地增大B，能够使，能够使C无穷大？无穷大？分析：分析：结论：即使传输带宽无穷大，此时的信道容量也是有结论：即使传输带宽无穷大，此时的信道容量也是有限的。
36、限的。缘由：此时的噪声功率也趋于无穷大。缘由：此时的噪声功率也趋于无穷大。例例例例3.53.5例例例例3.63.6第 4 章第4章 教学要求了解信道模型、分类了解信道模型、分类驾驭恒参信道特性及其对信号传输的影响驾驭恒参信道特性及其对信号传输的影响驾驭随参信道特性及其对信号传输的影响驾驭随参信道特性及其对信号传输的影响了解分集接收的作用了解分集接收的作用熟悉各种加性噪声熟悉各种加性噪声驾驭连续信道信道容量的概念驾驭连续信道信道容量的概念第 4 章例例例例3.13.1如图所示的信道，推断有无线性失真如图所示的信道，推断有无线性失真第 4 章例例3.20t t21t t1t t23)fcos(2)f(Ht tp p=f第 4 章例例3.3第 4 章例例3.4P00=5/6P11=5/61/6第 4 章H(x/y)=-(1/6log21/6+5/6log25/6)=0.21bit/符号符号1000(1-0.21)=790bit/s第 4 章例例例例3.53.5第 4 章例例3.6