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1、狭义信道狭义信道:假如信道仅是指信号的传输媒质，这种信道称假如信道仅是指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道。为狭义信道。广义信道广义信道:假如信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统假如信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这些装置可以是发送设备、接收设中的一些转换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等。这种信道称为广备、馈线与天线、调制器、解调器等。这种信道称为广义信道。义信道。无线信道利用电磁波在空间的传播来传播信号；有线信道无线信道利用电磁波在空间的传播来传播信号；有线信道利用导线、波导、光纤等媒质来传播信号。利用导线、波导、光纤等媒质来传播信
2、号。常把广义信道简称为信道。常把广义信道简称为信道。1.5 信道信道l信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比方。一种形象比方。l对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，想象两者之间有一个看不与接收端之间的工作，想象两者之间有一个看不见的道路连接，把这条连接通路称为信道。见的道路连接，把这条连接通路称为信道。l信
3、道具有确定的频率带宽，正如马路有确定的宽信道具有确定的频率带宽，正如马路有确定的宽度一样。度一样。1.5.1 1.5.1 无线信道无线信道l电磁波传播主要分为地波、天波和视线传播三种。电磁波传播主要分为地波、天波和视线传播三种。l地波：频率在地波：频率在2MHz以下，电磁波沿大地与空气的分以下，电磁波沿大地与空气的分界面传播。传播时无线电波可随地球表面的弯曲而界面传播。传播时无线电波可随地球表面的弯曲而变更传播方向。在传播途中的衰减大致与距离成正变更传播方向。在传播途中的衰减大致与距离成正比。地波的传播比较稳定，不受昼夜变更的影响，比。地波的传播比较稳定，不受昼夜变更的影响，所以长波、中波和中
4、短波可用来进行无线电广播。所以长波、中波和中短波可用来进行无线电广播。l依据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物依据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。地面的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本事很差。长过短，绕过障碍物的本事很差。由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高损失越大，因此中波和中
5、短波的传播距离不大，一高损失越大，因此中波和中短波的传播距离不大，一般在几百千米范围内，收音机在这两个波段一般只能般在几百千米范围内，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。长波沿地面传播的距收听到本地或邻近省市的电台。长波沿地面传播的距离要远得多，但放射长波的设备浩大，造价高，所长离要远得多，但放射长波的设备浩大，造价高，所长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等。导航等。天波：天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而天波：天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的，频率范围在传播的，频率范围在230MHz。天
6、波是短波的主要。天波是短波的主要传播途径。短波信号由天线发出后，经电离层反射回传播途径。短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以多次反射，因而地面，又由地面反射回电离层，可以多次反射，因而传播距离很远传播距离很远(可上万公里可上万公里)，而且不受地面障碍物阻，而且不受地面障碍物阻挡。但天波传播的最大弱点是信号很不稳定的，处理挡。但天波传播的最大弱点是信号很不稳定的，处理不好会影响通信效果。不好会影响通信效果。天波的传播天波的传播地波的传播地波的传播l电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性。波长短于性。波长短于10m(30M
7、Hz)的微波能穿过电离的微波能穿过电离层，波长超过层，波长超过3000km的长波，几乎会被电离的长波，几乎会被电离层全部吸取。对于中波、中短波、短波，波长层全部吸取。对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸取得越少而反射得越多。越短，电离层对它吸取得越少而反射得越多。因此，短波最适宜以天波的形式传播。因此，短波最适宜以天波的形式传播。l但是，电离层是不稳定的，白天受阳光照射时但是，电离层是不稳定的，白天受阳光照射时电离程度高，夜晚电离程度低。因此夜间它对电离程度高，夜晚电离程度低。因此夜间它对中波和中短波的吸取减弱，这时中波和中短波中波和中短波的吸取减弱，这时中波和中短波也能以天波的形式
8、传播。收音机在夜晚能够收也能以天波的形式传播。收音机在夜晚能够收听到很多远地的中波或中短波电台，就是这个听到很多远地的中波或中短波电台，就是这个原因。原因。l视线传播：频率高于视线传播：频率高于30MHz的电磁波将穿透电离的电磁波将穿透电离层，不能被反射回来，它只能作视线传播，即直层，不能被反射回来，它只能作视线传播，即直线传播。典型的是微波通信，利用微波接力站。线传播。典型的是微波通信，利用微波接力站。天线越高，传播距离越远。天线越高，传播距离越远。视线传播：频率视线传播：频率 30 MHz。距离和天线高度。距离和天线高度有关：有关：mddh接收天线发射天线传播途径D地面rrl利用利用三颗同
9、步地球卫星三颗同步地球卫星(高度高度35800km)，可实现，可实现全球通信。全球通信。l中、低轨道卫星主要用于移动通信，一般距地面中、低轨道卫星主要用于移动通信，一般距地面1000km，由于卫星的轨道高度低，卫星形成的，由于卫星的轨道高度低，卫星形成的覆盖小区在地球表面快速移动，绕地球一周约需覆盖小区在地球表面快速移动，绕地球一周约需两小时。传输延时短，路径损耗小，若干数量的两小时。传输延时短，路径损耗小，若干数量的卫星组成空间移动通信网，在任一时间和地球上卫星组成空间移动通信网，在任一时间和地球上的任一地点，都有至少一颗卫星可以覆盖。的任一地点，都有至少一颗卫星可以覆盖。l卫星之间实行空间
10、交换，以保证陆地、海洋乃至卫星之间实行空间交换，以保证陆地、海洋乃至空中的移动通信不间断地进行。空中的移动通信不间断地进行。低轨道卫星系统低轨道卫星系统同步卫星同步卫星地球大气层的结构l对流层：地面上 0 10 kml平流层：约10 60 kml电离层：约60 400 km地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 kml有线信道是利用人造的有线信道是利用人造的传导电或光信号的媒体传导电或光信号的媒体来传输信号。来传输信号。l构成有线信道的传输媒构成有线信道的传输媒质包括架空明线、对称质包括架空明线、对称（平衡）电缆、同轴电（平衡）电缆、同轴电缆、光缆、波导管等。缆、光缆、波导管等。以适应
11、各种不同的通信以适应各种不同的通信方式及不同容量的须要。方式及不同容量的须要。1.5.1.5.有线信道有线信道架空线路架空线路l架空明线主要优点是架设比较简洁，建设较快，传架空明线主要优点是架设比较简洁，建设较快，传输衰耗比较小。主要缺点是随频率上升辐射损耗快输衰耗比较小。主要缺点是随频率上升辐射损耗快速增加，线对间串话也急剧增加。此外受环境影响速增加，线对间串话也急剧增加。此外受环境影响大，保密性差，维护工作量较大。大，保密性差，维护工作量较大。l对称电缆由若干对双绞线组成。对称电缆的通信容对称电缆由若干对双绞线组成。对称电缆的通信容量比架空明线大，每条电路投资比明线低，电气性量比架空明线大
12、，每条电路投资比明线低，电气性能比较稳定，平安保密性好。能比较稳定，平安保密性好。对称电缆对称电缆l同轴电缆是将电磁波封闭在同轴管内，内导体多同轴电缆是将电磁波封闭在同轴管内，内导体多为实心导线，外导体为一根空心导电管或金属编为实心导线，外导体为一根空心导电管或金属编织网。即使工作频率较高，同轴电缆之间电磁波织网。即使工作频率较高，同轴电缆之间电磁波的相互干扰也较小，因此适用于高频段、大容量的相互干扰也较小，因此适用于高频段、大容量载波电话（电报）通信。载波电话（电报）通信。同轴电缆同轴电缆l光在高折射率的媒质中光在高折射率的媒质中具有聚焦特性，把折射具有聚焦特性，把折射率高的媒质做成芯线，率
13、高的媒质做成芯线，折射率低的媒质做成芯折射率低的媒质做成芯线的包层，就构成光纤，线的包层，就构成光纤，光纤集中在一起构成光光纤集中在一起构成光缆。光纤可以传输光信缆。光纤可以传输光信号。光缆通信通信容量号。光缆通信通信容量极大、传输损耗微小、极大、传输损耗微小、没有串话现象、不受电没有串话现象、不受电磁感应干扰。磁感应干扰。光缆光缆0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波长（m）1.55 m1.31 m图4-12光纤损耗与波长的关系光纤损耗耗与波长关系：光纤损耗耗与波长关系：损耗最小点：损耗最小点：1.31与与1.55 m，这是目前应用最广的波长。，这是目前应用最广的波长。l光线的
14、传播模式是指光线传播的路径。光线的传播模式是指光线传播的路径。l多模光纤是指光波在光纤中的光线有多条传播路径。多模光纤是指光波在光纤中的光线有多条传播路径。用发光二极管作光源，光源不是单色的，包含多个频用发光二极管作光源，光源不是单色的，包含多个频率成分。各路径传输时延不同，存在色散现象，造成率成分。各路径传输时延不同，存在色散现象，造成波形失真，带宽低。波形失真，带宽低。l单模光纤是指光波在光纤中只有一种传播模式。激光单模光纤是指光波在光纤中只有一种传播模式。激光器作光源，单色波传播，只有一种传播模式，频带宽。器作光源，单色波传播，只有一种传播模式，频带宽。l单模光纤传输接受激光器，成本高，
15、用作远距离传输；单模光纤传输接受激光器，成本高，用作远距离传输；多模光纤接受发光二极管，成本低，用作近距离传输。多模光纤接受发光二极管，成本低，用作近距离传输。1.5.3 1.5.3 信道的数学模型信道的数学模型l调制信道：调制器输出端到解调器输入端的部分。从调制调制信道：调制器输出端到解调器输入端的部分。从调制和解调的角度来看，调制器输出端到解调器输入端的全部和解调的角度来看，调制器输出端到解调器输入端的全部变换装置及传输媒质，不论其过程如何，只不过是对已调变换装置及传输媒质，不论其过程如何，只不过是对已调信号进行某种变换。信号进行某种变换。l编码信道：编码器输出端到译码器输入端的部分。编码
16、信道：编码器输出端到译码器输入端的部分。l调制信道是为探讨调制与解调问题所建调制信道是为探讨调制与解调问题所建立的一种广义信道，它所关切的是调制立的一种广义信道，它所关切的是调制信道输入信号形式和已调信号通过调制信道输入信号形式和已调信号通过调制信道后的最终结果，对于调制信道内部信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换过程并不关切。的变换过程并不关切。时变线性网络时变线性网络M对输入Si(t)So(t)Si1(t)Si2(t)Sim(t)So1(t)So2(t)Som(t)二对端网络二对端网络多对端网络多对端网络1.1.调制信道模型调制信道模型调制信道的共性：调制信道的共性：有一对有一对(或多
17、对或多对)输入端和一对输入端和一对(或多对或多对)输出端；输出端；绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加原理；绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加原理；信号通过信道具有确定的拖延时间，而且它还会受到信号通过信道具有确定的拖延时间，而且它还会受到(固定的或时变的固定的或时变的)损耗；损耗；即使没有信号输入，在信道的输出端仍有确定的功率即使没有信号输入，在信道的输出端仍有确定的功率输出输出(噪声噪声)。l对于二对端的信道模型对于二对端的信道模型(一对输入端和一对输出端一对输入端和一对输出端)，其，其输出与输入的关系应当有输出与输入的关系应当有 其中，其中，为输入的已调信号；为输入的已调信号；为信道总
18、输出波形；为信道总输出波形；为加性噪声为加性噪声/干扰，且与干扰，且与 相互独立。相互独立。表示已调表示已调信号通过网络所发生的信号通过网络所发生的(时变时变)线性变换。线性变换。若设若设 ，则有，则有l对于信号来说，假如我们了解对于信号来说，假如我们了解k(t)与与n(t)的特性，就能知的特性，就能知道信道对信号的具体影响。道信道对信号的具体影响。l信道的作用相当于对输入信号乘了一个系数信道的作用相当于对输入信号乘了一个系数k(t)。上式。上式为调制信号的一般数学模型。为调制信号的一般数学模型。l加性干扰加性干扰 n(t)n(t)l乘性干扰乘性干扰k(t)k(t)l通常乘性干扰是一个困难的函
19、数，包括各种线性通常乘性干扰是一个困难的函数，包括各种线性畸变、非线性畸变，同时由于信道的拖延特性和畸变、非线性畸变，同时由于信道的拖延特性和损耗特性随时间作随机变更，往往用随机过程来损耗特性随时间作随机变更，往往用随机过程来表述。表述。l在分析乘性干扰时，可以把信道粗略分为两大类：在分析乘性干扰时，可以把信道粗略分为两大类：l 恒参信道：恒参信道：k(t)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；l 随参信道：随参信道：k(t)k(t)随机快变更。随机快变更。l当没有信号输入时，加性干扰也存在，但没有乘当没有信号输入时，加性干扰也存在，但没有乘性干扰输出。性干扰输出。2.2
20、.编码信道模型编码信道模型l编码信道输入是离散的时间信号，输出也是离散的时间编码信道输入是离散的时间信号，输出也是离散的时间信号，对信号的影响则是将输入数字序列变成另一种输信号，对信号的影响则是将输入数字序列变成另一种输出数字序列。由于信道噪声或其他因素的影响，将导致出数字序列。由于信道噪声或其他因素的影响，将导致输出数字序列发生错误，输出数字序列发生错误，因此输入、输出数字序列之因此输入、输出数字序列之间的关系可以用一组转移概率来表征。间的关系可以用一组转移概率来表征。l编码信道模型可以用数字的转移概率来描述，模型中，编码信道模型可以用数字的转移概率来描述，模型中，把把P(0/0)、P(1/
21、0)、P(0/1)、P(1/1)称为信道转移概率。称为信道转移概率。以以P(1/0)为例，其含义是为例，其含义是“经信道传输，把经信道传输，把0转移为转移为1的概率的概率”，这是一种错误转移概率。，这是一种错误转移概率。l编码信道是无记忆的信道，即前后码元发生的错误是相编码信道是无记忆的信道，即前后码元发生的错误是相互独立的。互独立的。信道噪声越大将导致输出数字序列发生信道噪声越大将导致输出数字序列发生错误越多，错误转移概率错误越多，错误转移概率P(1/0)与与P(0/1)也就越大；反之，错误转移概率也就越大；反之，错误转移概率P(1/0)与与P(0/1)就越小。输出的总的错就越小。输出的总的
22、错误概率为误概率为 Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)正确转移概率正确转移概率错误转移概率错误转移概率概率关系：概率关系：二进制编码信道模型二进制编码信道模型四进制编码信道模型四进制编码信道模型4、恒参信道对信号的影响、恒参信道对信号的影响幅度幅度-频率畸变频率畸变 由有线信道的幅度由有线信道的幅度-频率特性的不志向引起。如书：频率特性的不志向引起。如书：P16P16页图。页图。信号经过恒参信道时，若信道的幅度特性在信信号经过恒参信道时，若信道的幅度特性在信号频带内不是常数，则信号的各频率重量通过信号频带内不是常数，则信号的各频率重量通过信道后将产生不同的幅度衰减，从而引起信号波
23、形道后将产生不同的幅度衰减，从而引起信号波形的失真，我们称这种失真为幅频失真；幅频的失真，我们称这种失真为幅频失真；幅频失真对模拟通信影响较大，导致信噪比下降。失真对模拟通信影响较大，导致信噪比下降。相位-频率畸变 群拖延畸变若信道的相频特性在信号频带内不是频率的线性函数，则信号的各频率重量通过信道后将产生不同的时延，从而引起波形的群时延失真，我们称这种失真为相频失真。相频失真对语音通信影响不大（因为人的耳朵对相频不太敏感)，但对数字通信影响较大，会引起严峻的码间干扰，造成误码。3、削减畸变措施：均衡技术（减小幅度-频率畸变）相位均衡技术（补偿群拖延畸变）4.4.随参信道特性对信号传输的影响随
24、参信道特性对信号传输的影响l随参信道是指信道是时变的，如电离层密度的变随参信道是指信道是时变的，如电离层密度的变更；对流层气团的变更。更；对流层气团的变更。随参信道特点：随参信道特点：对信号的衰减随时间变更而变更对信号的衰减随时间变更而变更。传输时延随时间变更传输时延随时间变更。多径传播多径传播。l多径传播是指由放射点动身的电波可能经过多条多径传播是指由放射点动身的电波可能经过多条路径到达接收点。以下重点介绍多径传播。路径到达接收点。以下重点介绍多径传播。对流层多径传播对流层多径传播电离层多径传播电离层多径传播l由于每条路径对信号的衰减和时延都随电离层和由于每条路径对信号的衰减和时延都随电离层
25、和对流层的机理变更而变更，所以接收信号将是衰对流层的机理变更而变更，所以接收信号将是衰减和时延随时间变更的各路径信号的合成。减和时延随时间变更的各路径信号的合成。多径效应的影响：多径效应的影响：l多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减小码多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减小码间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。因为，若间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。因为，若码元速率降低，则信号带宽也将随之减小，多径效应码元速率降低，则信号带宽也将随之减小，多径效应的影响也随之减轻。的影响也随之减轻。随随参参信信道道的的衰衰落落，将将会会严严峻峻地地影影响响系系统统的的性性能能。为为了了抗抗
26、快快衰衰落落，通通常常可可接接受受多多种种措措施施，例例如如，各各种种抗抗衰衰落落的的调调制制解解调调技技术术、抗抗衰衰落落接接收收技技术术及及扩扩频频技技术术等等，其其中中较较为为有有效效且常用的抗衰落措施是分集接收技术。且常用的抗衰落措施是分集接收技术。衰落信道中接收的信号是到达接收机的各路径重量的合成，假如在接收端同时获得几个不同的合成信号，把这些信号适当合并构成总的接收信号，这样就能大大减小衰落的影响，这就是分集接收的基本思想。“分集”两字就是把代表同一信息的信号分散传输，以求在接收端获得若干衰落样式不相关的复制品，然后用适当的方法加以集中合并，从而达到以强补弱的效果。获得不相关衰落信
27、号的方法是将分散得到的几个合成信号集中（合并）。只要被分集的几个信号之间是统计独立的，经适当的合并后就能大大改善系统的性能。信道中的噪声信道中的噪声 我我们们将将信信道道中中不不须须要要的的电电信信号号统统称称为为噪噪声声。通通信信系系统统中中没没有有传传输输信信号号时时也也有有噪噪声声，噪噪声声恒恒久久存存在在于于通通信信系系统统中中。由由于于这这样样的的噪噪声声是是叠叠加加在在信信号号上上的的，所所以以有有时时将将其其称称为为加加性性噪噪声声。噪噪声声对对于于信信号号的的传传输输是是有有害害的的，它它能能使使模模拟拟信信号号失失真，使数字信号发生错码，并随之限制着信息的传输速率。真，使数字
28、信号发生错码，并随之限制着信息的传输速率。一、依据来源分类一、依据来源分类噪声可以分为人为噪声和自然噪声两大类。噪声可以分为人为噪声和自然噪声两大类。1、人人为为噪噪声声。它它是是由由人人类类的的活活动动产产生生的的，例例如如电电钻钻和和电电气气开开关关瞬瞬态态造造成成的的电电火火花花、汽汽车车点点火火系系统统产产生生的的电电火火花花、荧荧光光灯灯产产生生的的干干扰扰、其其它它电电台台和和家家电电用用具具产产生生的的电电磁磁波波辐辐射等。射等。影响2、自自然然噪噪声声。它它是是自自然然界界中中存存在在的的各各种种电电磁磁波波辐辐射射，例例如如闪闪电电、大大气气噪噪声声，以以及及来来自自太太阳阳
29、和和银银河河系系等等的的宇宇宙宙噪噪声声。此此外外还还有有一一种种很很重重要要的的自自然然噪噪声声，即即热热噪噪声声。热热噪噪声声来来自自一一切切电电阻阻性性元元器器件件中中电电子子的的热热运运动动。例例如如，导导线线、电电阻阻和和半半导导体体器器件件等等均均会会产产生生热热噪噪声声。所所以以热热噪噪声声无处不在，不行避开地存在于一切电子设备中。无处不在，不行避开地存在于一切电子设备中。二、依据性质分类二、依据性质分类噪声可以分为脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声三类。噪声可以分为脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声三类。1、脉脉冲冲噪噪声声。它它是是突突发发性性地地产产生生的的幅幅度度很很大大、持持续续时
30、时间间很很短短、间间隔隔时时间间很很长长的的干干扰扰。由由于于其其持持续续时时间间很很短短，故故其其频频谱谱较较宽宽，可可以以从从低低频频始始终终分分布布到到甚甚高高频频，但但是是频频率率越越高高其其频频谱谱的的强强度度越越小小。电电火火花花就就是是一一种种典典型型的的脉脉冲冲噪声。噪声。2、窄窄带带噪噪声声。它它可可以以看看作作是是一一种种非非所所需需的的连连续续的的已已调调正正弦弦波波，或或简简洁洁地地就就是是一一个个幅幅度度恒恒定定的的单单一一频频率率的的正正弦弦波波。通通常常它它来来自自相相邻邻电电台台或或其其它它电电子子设设备备。窄窄带带噪声的频率位置通常是确知的或可以测知的。噪声的
31、频率位置通常是确知的或可以测知的。3、起起伏伏噪噪声声。它它是是在在时时域域和和频频域域内内都都普普遍遍存存在在的的随随机机噪噪声声。热热噪噪声声、电电子子管管内内产产生生的的散散弹弹噪噪声声和和宇宇宙宙噪噪声等都属于起伏噪声。声等都属于起伏噪声。上上述述各各种种噪噪声声中中，脉脉冲冲噪噪声声不不是是普普遍遍地地、持持续续地地存存在在的的，对对于于话话音音通通信信的的影影响响也也较较小小，但但是是对对于于数数字字通通信信可可能能有有较较大大影影响响。同同样样，窄窄带带噪噪声声也也是是只只存存在在于于特特定定频频率率、特特定定时时间间和和特特定定地地点点，所所以以它它的的影影响响也也是是有有限限
32、的的。只只有有起起伏伏噪噪声声无无处处不不在在。所所以以，在在探探讨讨噪噪声声对对于于通通信信系系统统的的影影响响时时，主主要要是是考考虑虑起起伏伏噪噪声声（特特殊殊是是热热噪声），噪声），它是通信系统最基本的噪声源。它是通信系统最基本的噪声源。依据大量的实践证明，起伏噪声是一种高斯噪声，且依据大量的实践证明，起伏噪声是一种高斯噪声，且在相当宽的频率范围内其频谱是匀整分布的，似乎白在相当宽的频率范围内其频谱是匀整分布的，似乎白光的频谱在可见光的频谱范围内匀整分布那样，所以光的频谱在可见光的频谱范围内匀整分布那样，所以起伏噪声又常称为白噪声。因此，通信系统中的噪声起伏噪声又常称为白噪声。因此，通
33、信系统中的噪声常常被近似地表述成高斯白噪声。在探讨通信系统性常常被近似地表述成高斯白噪声。在探讨通信系统性能受噪声的影响时，我们主要分析的就是高斯白噪声能受噪声的影响时，我们主要分析的就是高斯白噪声的影响。的影响。4.窄带高斯噪声窄带高斯噪声l起伏噪声是最基本的噪声来源，但经过接收机带通滤起伏噪声是最基本的噪声来源，但经过接收机带通滤波器的过滤后，白噪声成为窄带噪声，即变成一种低波器的过滤后，白噪声成为窄带噪声，即变成一种低通型噪声或带限白噪声。通型噪声或带限白噪声。低通滤波器示例：低通滤波器示例：信道容量的概念信道容量的概念 信信道道容容量量是是指指信信道道中中信信息息无无差差错错传传输输的
34、的最最大大速速率率。在在信信道道模模型型中中，我我们们定定义义了了两两种种广广义义信信道道：调调制制信信道道和和编编码码信信道道。调调制制信信道道是是一一种种连连续续信信道道，可可以以用用连连续续信信道道的的信信道道容容量量来来表表征征；编编码码信信道道是是一一种种离离散散信信道道，可可以以用用离离散散信信道道的的信信道道容容量量来来表表征征。在在此此处处，我我们们只只探探讨讨连连续续信信道道的的信信道道容量。容量。1.香农公式香农公式 带带宽宽为为B(Hz)的的连连续续信信道道，其其输输入入信信号号为为x(t)，信信道道加加性高斯白噪声为性高斯白噪声为n(t)，则信道输出为，则信道输出为 上
35、上式式就就是是著著名名的的香香农农(Shannon)信信道道容容量量公公式式，简简称称香香农农公公式式。香香农农公公式式表表明明的的是是当当信信号号与与信信道道加加性性高高斯斯白白噪噪声声的的平平均均功功率率给给定定时时，在在具具有有确确定定频频带带宽宽度度的的信信道道上上，理理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。只只要要传传输输速速率率小小于于等等于于信信道道容容量量，则则总总可可以以找找到到一一种种信信道道编编码码方方式式，实实现现无无差差错错传传输输；若若传传输输速速率率大大于于信信道道容容量量，则不行能实现无差错传输。则不行能实现无差错传
36、输。若若噪噪声声n(t)的的单单边边功功率率谱谱密密度度为为n0，则则在在信信道道带带宽宽B内的噪声功率内的噪声功率N=n0B。因此，香农公式的另一形式为。因此，香农公式的另一形式为 由香农公式可得以下结论：由香农公式可得以下结论：(1)增增大大信信号号功功率率S可可以以增增加加信信道道容容量量，若若信信号号功功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大，即率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大，即 (2)减减小小噪噪声声功功率率N(或或减减小小噪噪声声功功率率谱谱密密度度n0)可可以以增增加加信信道道容容量量，若若噪噪声声功功率率趋趋于于零零(或或噪噪声声功功率率谱谱密度趋于零密度趋于零)，则信道容
37、量趋于无穷大，即，则信道容量趋于无穷大，即 (3)增增大大信信道道带带宽宽B可可以以增增加加信信道道容容量量，但但不不能能使使信信道道容容量量无无限限制制增增大大。信信道道带带宽宽B趋趋于于无无穷穷大大时时，信信道容量的极限值为道容量的极限值为 若信息速率若信息速率Rt，则理论上可实现无误差（随意，则理论上可实现无误差（随意小的差错率）传输。小的差错率）传输。若若RCt，则不行能实现无误传输。，则不行能实现无误传输。若若R=Ct，则称为志向通信系统。，则称为志向通信系统。例题：计算电视中视频图像信号传输的带宽。设每帧例题：计算电视中视频图像信号传输的带宽。设每帧电视图像有电视图像有300000
38、（30万）个像素组成，每个像素用万）个像素组成，每个像素用10个亮度电平表示。个亮度电平表示。假设对于任何像素，假设对于任何像素，10个亮度电同等概出现。个亮度电同等概出现。每秒发送每秒发送 30帧图像，要求信噪比帧图像，要求信噪比S/N=1000(即即30dB)，计算传播信号所须要的最小带宽。，计算传播信号所须要的最小带宽。解：每个像素的信息量解：每个像素的信息量=每帧图像信息量每帧图像信息量=每秒传送的每秒传送的(30帧帧)信息量信息量=为了传输为了传输29.9Mb的电视图像，信道容量的电视图像，信道容量必需必需 Ct 29.9Mb/s已知：已知：图像通信系统的带宽约须要图像通信系统的带宽约须要3MHz