通信原理第1章概论.ppt

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1、第第1章章 概论概论1.1 通信的发展及分类通信的发展及分类 1.2 消息、信息与信号消息、信息与信号 1.3 数字通信数字通信 1.4 信道信道 1.5 信道中的噪声信道中的噪声 1.6 信道容量信道容量2023/5/281湖南师范大学物信学院学习目标学习目标通信的发展历史、现状及趋势；通信的发展历史、现状及趋势；常用通信术语；常用通信术语；信号、信息与消息的区别；信号、信息与消息的区别；通信系统的组成和分类，通信方式；通信系统的组成和分类，通信方式；数字通信系统的主要特点；数字通信系统的主要特点；离散消息的信息量；离散消息的信息量；码元速率，信息速率，频带利用率，误码率；码元速率，信息速率

2、，频带利用率，误码率；信道的分类；信道的分类；典型的信道噪声；典型的信道噪声；2023/5/282湖南师范大学物信学院1.1 通信的发展及分类一、通信发展经历了五个阶段，其标志性事件：1、语言的产生，使人类有了比较完整的表达和交流形式。2、文字的产生，增大了交流的距离和流传的范围。3、印刷术的发明，使文明得以保存，世代相传，信息得以扩张。4、电报、电话、无线电等技术的发展，形成了通信理论和技术，形成了现代的通信产业。5、计算机技术、多媒体技术、有线及无线网络技术的发展，使信息交流达到了一个新的高度（3C融合：Computer、Communication、Consumer Electronic)

3、。2023/5/283湖南师范大学物信学院二、50年代以来通信技术的发展：50年代出现了同轴电缆和微波系统，使通信的容量大幅度增加，成本大幅度下降，促进了长途通信的发展。60年代使用了海底电缆和卫星通信，使国际通信得到迅速发展。70年代以来，大规模集成电路、光纤通信系统得到应用，数字通信进入全盛时期，包括语言、文本、数据、图像等信息，传输的综合业务数字网崛起，标志世界开始进入“信息时代”。2023/5/284湖南师范大学物信学院三、通信系统分类与通信方式1 按通信业务分类按通信业务分类通信系统可分为话务通信话务通信和非话务通信非话务通信。近年来，非话务通信发展迅速，未来的综合业务数字通信网中各

4、种用途的消息都能在一个统一的通信网中传输。2 按调制方式分类按调制方式分类通信系统分为基带传输基带传输和频带（调制）传输频带（调制）传输（见下表）。提示：重点理解“连续波调制”和“数字调制”的关系、“脉冲调制”和“模拟调制”的关系。2023/5/285湖南师范大学物信学院常见的调制方式常见的调制方式调制方式用途连续波调制线性调制常规双边带调幅广播抑制载波双边带调幅立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传残留边带调幅VSB电视广播、数传、传真非线性调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广播相位调制PM中间调制方式数字调制幅度键控ASK数据传输频率键控FSK数据传输2023/5/286湖南

5、师范大学物信学院续表（续表（2）调制方式用途脉冲调制数字调制相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM(PWM)IGBT控制等脉位调制PPM遥测、光纤传输脉冲数字调制脉码调制PCM市话、卫星、空间通信增量调制DM军用、民用电话差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码其他语言编码方式ADPCM、APC、LPC中低速数字电话2023/5/287湖南师范大学物信学院3 按信号特征分类按信号特征分类通信系统分成模拟通信系统模拟通信系统和数字通信系统数字通信系统。4 按传输媒质

6、分类按传输媒质分类通信系统可分为有线通信系统有线通信系统和无线通信系统无线通信系统。5 按工作波段分类按工作波段分类通信系统可分为长长波波通通信信、中中波波通通信信、短短波波通通信信、微微波波通信、通信、远红外线通信远红外线通信等。6 按信号复用方式分类按信号复用方式分类 主主要要有有三三种种：频频分分复复用用、时时分分复复用用、码码分分复复用用。另另外外还还有有空空分分复复用用SDMA、波波分分复复用用WDMA、极极化化波波分分复复用用PWDMA 2023/5/288湖南师范大学物信学院信息（或消息）的传输传输传输传输和交换交换交换交换。（研究的对象：信源信源信源信源与信道信道信道信道）信息

7、的物理表现形式。如语言、文字、数据或图像等。消息的内涵消息的内涵消息的内涵消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。消息出现的概率越小，消息消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。中包含的信息量就越大。P(x)1时，I0P(x)0时，I是利用电（电流或电波，包括光）来传递信息。现代通信一般均是指“电通信”。消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。通信通信:消息：消息：信息：信息：电通信：电通信：信号：信号：1.2 消息、信息与信号一、常用术语一、常用术语2023/5/289湖南师范大学物信学院重点理解以下几组术语的内涵和区别：（1）消息与信息：“

8、不确定度”或者“概率”例：“明天降雨量将有一毫米”-信息量小“明天降雨量将达到一米”-信息量大“明日太阳将从东方升起”-信息量为零（2）信号与信息：数字信息可以用模拟信号来传输。比如前面表格中提示“连续波调制”中的“数字调制”，“脉冲调制”和模拟调制”的关系。又如计算机数据，通过56Kbps的普通MODEM拨号上网，就是采用模拟传输的。但是ADSL则是采用数字信号方式传送，这取决于采用什么调制技术。（3）数字通信与数据通信：数字通信侧重于讲技术；而数据通信则侧重于和语言通信等区别；引申：图像与图象2023/5/2810湖南师范大学物信学院二、信息量的计算1.单个消息所含的信息量是它出现概率P(

9、x)的函数：I=loga1/P(x)=-logaP(x)这就是信息量信息量信息量信息量的定义。当a=2时，信息量的单位为“bit”；当a=10时，信息量的单位为“hartley”；当a=e时，信息量的单位为“nat”；例1:假设明天天晴的概率为1/2，则“明天会天晴”这则消息的信息量为：I=-log21/21bit例2：一个二进制的信号源（如电脑串口），等概率的发送0、1离散消息，求“0”和“1”所含的信息量。解析：0符号出现的概率是1/2，所以“0”所含的信息量为I=-log21/21bit。同理，“1”所含的信息量也是I=-log21/21bit。回最近回最近2023/5/2811湖南师范

10、大学物信学院2.信息量满足叠加性叠加性，前提是构成事件的消息互相独立例3：求例2中每个符号（在波形上讲就是“码元”）的信息量。解析1：因为每个符号不是等于0就是等于1，两者只能取其一，所以I=符号“1”的信息量或者符号“0”的信息量1bit思考：求M进制等概率离散信源每个码元的信息量。3.信源平均信息量信源平均信息量信源平均信息量信源平均信息量定义：每个符号所含信息量的统计平均值。对于数字波形传输的信号来讲，它的值也等于每个码元（符号）的信息量的统计平均值，即每个符号所含的平均信息量。H(x)因为H同热力学中的熵形式一样，故通常又称它为信息源的熵，其单位为bit/符号（注意单位的不同与内涵的一

11、致！注意单位的不同与内涵的一致！）.例4：求例2信源的平均信息量解析：H(x)1/2log21/(1/2)1/2log21/(1/2)=1/2+1/2=1bit/符号回最近回最近2023/5/2812湖南师范大学物信学院例4：一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8,1/4,1/4,1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。(2)每个符号的算术平均信息量为(3)若用熵的概念来计算，由式（1.3-5）得解析：(1)此消息中，0出现23次，1出现

12、14次，2出现13次，3出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量为2023/5/2813湖南师范大学物信学院可见，两种算法的结果有一定误差，但当消息很长时，用熵的概念来计算比较方便。而且随着消息序列长度的增加，两种计算误差将趋于零。【思考】模拟连续信号的信息量怎么计算？对于连续消息，抽样定理告诉我们：一个频带受限的连续信号，可以用每秒一定数目的抽样值代替。而每个抽样值可以用若干个二进制脉冲序列来表示。因此，以上信息量的定义和计算同样适用于连续信号。2023/5/2814湖南师范大学物信学院1.3数字通信1.3.1基本概念基本概念 模拟信号：取值连续，例如语音模拟信号：取值连续，例如语音 数字

13、信号：取值离散，例如数据数字信号：取值离散，例如数据模拟信模拟信号号数字信数字信号号t tt tt tt t码元2023/5/2815湖南师范大学物信学院两类通信系统两类通信系统两类通信系统两类通信系统 模拟通信系统模拟通信系统模拟通信系统模拟通信系统要求要求要求要求 高保真度高保真度高保真度高保真度准则准则准则准则 信号噪声功率（电压）比信号噪声功率（电压）比信号噪声功率（电压）比信号噪声功率（电压）比手段手段手段手段 参量估值方法参量估值方法参量估值方法参量估值方法 数字通信系统数字通信系统数字通信系统数字通信系统要求要求要求要求 正确正确正确正确准则准则准则准则 错误率错误率错误率错误率

14、手段手段手段手段 统计判决理论统计判决理论统计判决理论统计判决理论2023/5/2816湖南师范大学物信学院1.3.2 数字通信的优点数字通信的优点（1）抗干扰性强：一是采用整形技术；二是采用纠错检）抗干扰性强：一是采用整形技术；二是采用纠错检错等信道编码技术错等信道编码技术（2）保密性好：因为可采用高性能数字加密技术）保密性好：因为可采用高性能数字加密技术（3）便于处理、存储和处理）便于处理、存储和处理（4）易于设备的集成化）易于设备的集成化(a)失真的数字信号失真的数字信号(b)恢复的数字信号恢复的数字信号 数字信号波形的失真和恢复数字信号波形的失真和恢复2023/5/2817湖南师范大学

15、物信学院数字通信系统模型数字通信系统模型发送端接收端信源信道编码调制信道压缩编码解调信宿保密解码信道解码压缩解码保密编码噪声同步信源编码信源解码1.3.3 通信模型通信模型通信的基本目的通过通信的基本目的通过信道信道由由信源信源向向信宿信宿传送消息。传送消息。一、数字通信系统模型一、数字通信系统模型2023/5/2818湖南师范大学物信学院信信源源：顾名思义，指信息产生的源头，可以是人或设备。其发出的信息也可以是多种多样的，如语音、文字、图像、数据等。这些信息可以是离散的，也可以是连续的。信信源源编码的基本部分是压压缩缩编编码码和保保密密通通信信。分别是提高通信的有有效效性性（即在相同的速率下

16、传输更多有用的信息）和安全性安全性。典型的有低速率语音通信技术，从64kbps的普通PCM、32kbps移动通信语音编码（线性激励预测编码）一直到只有1kbps的军事语音通信。通信安全性（详见第14章），主要有私钥和公钥两大类。（互联网上典型的PGP软件软件）2023/5/2819湖南师范大学物信学院信信道道编码的是提高可靠性。方式是增加冗余信息（如奇偶校验位）。索引：微机原理课程中讲的串口通信中，每个字节最后一位是校验位，所以只有七位信息位。调制。调制。（1 1）目的是使信号特性与信道特性相适应）目的是使信号特性与信道特性相适应(也包括复用也包括复用)。（2）基带调调制制和带通调调制制(广义

17、上的)，对应为基带传输和频带传输。典型的数字基带传输：串口通信典型的数字频带传输：手机的蓝牙接口、红外接口2023/5/2820湖南师范大学物信学院信道信道（1）有线和无线（2）基带信道（双绞线）和带通信道（无线电信道）噪声噪声（1）噪声的存在是绝对的。噪声的干扰实际存在于整个通信系统中，为便于分析，并考虑到信道上的干扰最为严重，故通信模型把噪声干扰集中在信道上表示为n(t)。（2）噪声的分类，重点是加性噪声（因为混频器等非线性的乘性噪声，一般不考虑）2023/5/2821湖南师范大学物信学院解调解调在接收端将收到的数字频带信号还原成数字基带信号。（1）信道解码信道解码（2 2）信源解码）信源

18、解码（3 3）信宿）信宿 同步。如：（1）电信业务语音交换机中的铯原子钟同步（2）时钟信号的提取2023/5/2822湖南师范大学物信学院二、模拟通系统信模型二、模拟通系统信模型信源调 制信道解调信宿噪声源模拟通信系统模型n(t)该通信模型示意图是原理性的，表面上描述的是一个一对一的单向通信系统，但它却是适于各种通信系统的一个抽象模型，概括地反映了各种通信系统实际应用中的共性。实际应用中通信系统往往是双向的，而且可能是多个信源与多个信宿间的通信。如DCE到DCE，一般不是简单的点对点的关系，而是涉及比较复杂的网络结构，包含交换技术、路由选择等内容。另外对于同步，也只是一种时间上协调的会意性描述

19、。2023/5/2823湖南师范大学物信学院1.3.4 主要性能指标主要性能指标衡量一个通信系统优劣的主要性能指标是系统的有有效效性性和可可靠靠性性。有效性是指在给定时间内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度的大小”或者“同等速度下有效信息的多少”问题；而可靠性是传输的“质量”问题。这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常可以互换可以互换。一、模拟通信系统的衡量指标提示：补充内容提示：补充内容（1）有效性可用有有效效传传输输频频带带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。（2）可靠性用接收端最终输输出出信信噪噪比比来度量。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的

20、信噪比是不同的。矛盾与统一：如调频信号抗干扰能力比调幅好，但调频信号所需传输频带却宽于调幅。2023/5/2824湖南师范大学物信学院二、数字通信系统的（1）有效性可用传输速率传输速率来衡量（2）可靠性可用差错率（错误率）差错率（错误率）来衡量。1.传输速率：传输速率：核心是核心是核心是核心是波特率波特率波特率波特率和和和和比特率比特率比特率比特率(1)码元传输速率码元传输速率RB 简称传码率传码率，又称符号速率、波特率等。定义：它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。注意：数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关（物理上的概念）:

21、其它：串口通信等常用波特率来描述。2023/5/2825湖南师范大学物信学院例如码元速率为1200B，采用八进制（M=8）时，信息速率为3600b/s；采用二进制（M=2）时，信息速率为1200b/s，可见，二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为数码率。或(2)信息传输速率信息传输速率Rb简称传信率简称传信率，又称比特率等。定义：表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s，或bps。每个码元或符号通常都含有一定bit数的信息量。一般M进制的一个码元可以用log2M个二进制码元去表示。回顾回顾2023/5/2826湖南师范大学物信学院（3）

22、消息速率(RM)比如传送文字时“字/S”。但是一般要加奇偶校验位、起始位/结束位（异步通信）或者同步位(同步通信)。（4）频带利用率真正衡量数字通信系统传输效率的应当是单位频带内的码元传输速率或者信息速率：数字信号的传传输输带带宽宽B B取取决决于于码码元元速速率率R RBB，而码元速率和信息速率Rb有着确定的关系。（5）能量利用率（略）2023/5/2827湖南师范大学物信学院2.差错率差错率衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误码率和误比特率表示。(1)误误码码率率（码码元元差差错错率率）Pe是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的

23、概率，即(2)误误比比特特率率（误误信信率率）Pb是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例（错误接收的信息量在传输信息总量中所占的比例），即显然，在二进制中有（3）误字率Pw=错误接收字数/总传输字数2023/5/2828湖南师范大学物信学院1.4 信信 道道 1.4.1 信道的定义信道的定义信道：以传输媒质为基础的信号通道。狭义信道：物理上的概念，信号传输媒质：无线信道和有线信道广义信道：不仅是传输媒质，而且包括通信系包括通信系 统中的一些转换装统中的一些转换装置置。译码器译码器译码器译码器输输输输 入入入入发发转转换换器器 媒媒 质质收收转转换换器器 解解 调调 器器 调调 制制 器

24、器（调（调（调（调 制）制）制）制）信信信信 道道道道（编码）信道（编码）信道（编码）信道（编码）信道编码器编码器编码器编码器输输输输 出出出出2023/5/2829湖南师范大学物信学院有线信道，如电缆光纤等无线信道，如中短波、微波信道等恒参信道随参信道有记忆信道无记忆信道广义信道狭义信道调制信道编码信道信道2023/5/2830湖南师范大学物信学院广义信道与通信系统有关的变换装置可以是发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。有线信道-明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。狭义信道按照传输媒质的特性可分为：无线信道-地波传播、短波

25、电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。2023/5/2831湖南师范大学物信学院1.4.2 无线信道无线信道无线电通信的起源无线电通信的起源电磁波发射对波长的要求电磁波发射对波长的要求频段（波长）划分频段（波长）划分电磁波传播：地波、天波、视线传播对流层对流层地球地球010 km电离层电离层60300 km平流层平流层2023/5/2832湖南师范大学物信学院-微波中继通信微波中继通信在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合，特别是通信距离很远，敷设电缆或光纤既昂贵又费时，若利用无线电波等无线传输介质在自由空间传播，就会有较大的机动灵活性，可以轻松实现多种通信。

26、无线电数字微波通信系统在长途大容量的数据通信中占有及其重要的地位，其频率范围为300MHz300GHz。微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。2023/5/2833湖南师范大学物信学院-卫星通信卫星通信 短波通信容量小，不稳定，微波中继通信不能越洋，海底电缆费用太高。如在远离地球35800公里的赤道上空的同步卫星上设置一个“微波中继站”，则通信距离可长达18000公里，范围覆盖地球表面的三分之一以上。在地球赤道上空均匀地分布三颗卫星，基本上可实现全球范围的通信。卫星通信最大特点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。卫星通信的缺点是：传播时延较长。其发展方向也是数字调制、时分多

27、路及向更高频段发展。地面系统的发展趋势是小型化。2023/5/2834湖南师范大学物信学院-红外线和激光通信红外线和激光通信 红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。-移动通信移动通信 公用移动通信（移动电话、无线寻呼）和专用移动通信（导航、卫星定位等）近几年发展迅速。移动通信发展方向是数字化、微型化和标准化。人类对新技术的追求是无止境的，对新的通信系统和通信技术的研究仍在不断进行，新的通信系统和通信技术也将会不断服务于人类。2023/5

28、/2835湖南师范大学物信学院1.4.3 有线信道有线信道明线明线对称电缆对称电缆同轴电缆同轴电缆架空明线、对称电缆工作频率：3Hz300KHz同轴电缆工作频率：300KHz60MHz与架空明线相比同轴电缆抗干扰能力强，容量大，（能传送数千乃致万路载波），是长途干线的主要通信手段。同轴电缆有逐渐被光纤电缆取代的趋势。典型的同轴电缆（CoaxialCable）由一根内导体铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图所示。2023/5/2836湖南师范大学物信学院-光纤通信光纤通信光纤通信70年代开始发展，工作频率：105107GHz。容量大，成本低，不受电

29、磁干扰。每路光纤通话路数可达百万路，且由于其低损耗性，中继距离将超过100公里。发展方向是长波长光纤通信，大容量数字传输技术和相干光通信。只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（MultimodeFiber），如图所示。2023/5/2837湖南师范大学物信学院广义上的信道有广义上的信道有调制信道模型调制信道模型和和编码信道模型编码信道模型两种。两种。1.调制信道模型调制信道模型 分为分为随参信道（变参）随参信道（变参）和和恒参信道恒参信道两种。两种。调制信道模型调制信道模型:对于单对于单“

30、端对端对”信道信道e eo o(t t)=)=f f e ei i(t t)+)+n n(t t)式中式中式中式中 e ei i(t t)输入的已调信号；输入的已调信号；输入的已调信号；输入的已调信号；e eo o(t t)输出信号；输出信号；输出信号；输出信号；n n(t t)加性噪声，它与加性噪声，它与加性噪声，它与加性噪声，它与e ei i(t t)相互独立。相互独立。相互独立。相互独立。f f e ei i(t t)与输入有关的一个函数与输入有关的一个函数与输入有关的一个函数与输入有关的一个函数,表示信道对于信号的影响。表示信道对于信号的影响。表示信道对于信号的影响。表示信道对于信号的

31、影响。e ei i(t t)e eo o(t t)时变线性时变线性网络网络1.4.4 信道模型信道模型2023/5/2838湖南师范大学物信学院f f e ei i(t t)一般为乘积项。一般为乘积项。一般为乘积项。一般为乘积项。具体表达式为：具体表达式为：eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)其中其中k(t)表示时变线性网络的特性表示时变线性网络的特性，称为乘性干扰。，称为乘性干扰。k(t)一个复杂的函数，反映信道的衰减、线性失真、一个复杂的函数，反映信道的衰减、线性失真、非线性失真、延迟非线性失真、延迟 等。等。最简单情况：最简单情况：k(t)=常数，表示衰减。常数，表示衰减。当当k(t

32、)=常数，称为恒常数，称为恒(定定)参参(量量)信道信道例如，同轴电缆例如，同轴电缆当当k(t)常数，称为随常数，称为随(机机)参参(量量)信道信道例如，移动蜂窝网通信信道例如，移动蜂窝网通信信道2023/5/2839湖南师范大学物信学院 编码信道模型编码信道模型编码信道模型编码信道模型:编码信道包括调制信道、调制器和解调器，是一种数字信道或离散信道。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，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。二进制信号、无记忆信道，二进制信号、无记忆信道，二进制信号、无记忆信道，二进制信号、无记忆信道，其中，其中，其中，其中，P P(0

33、/0),(0/0),P P(1/1)(1/1)正确转移概率正确转移概率正确转移概率正确转移概率 P P(0/1),(0/1),P P(1/0)(1/0)错误转移概率错误转移概率错误转移概率错误转移概率 转移概率转移概率转移概率转移概率 决定于编码信道的特性决定于编码信道的特性决定于编码信道的特性决定于编码信道的特性 P P(0/0)=1-(0/0)=1-P P(1/0)(1/0)P P(1/1)=1-(1/1)=1-P P(0/1)(0/1)0 01 11 10 0P P(0/0)(0/0)P P(0/1)(0/1)P P(1/1)(1/1)P P(1/0)(1/0)2023/5/2840湖南

34、师范大学物信学院1.4.5 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响1.恒参信道恒参信道:(1)是一个是一个非时变线性网络非时变线性网络(2)主要传输特性可以幅频和相频特性描述主要传输特性可以幅频和相频特性描述(3)线性失真线性失真(可以均衡可以均衡)和非线性失真和非线性失真2.随参信道随参信道(1)3个共同特点个共同特点:传输衰减随时间而变；传输衰减随时间而变；传输时延随时间而变；传输时延随时间而变；传输路径多条，且每条长度和衰减都随时间而变，即存在多传输路径多条，且每条长度和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象；径传播现象；(2)典型：移动通信中的瑞利衰减、多普勒频率调制等典型：移

35、动通信中的瑞利衰减、多普勒频率调制等2023/5/2841湖南师范大学物信学院1.5 信道中的噪声信道中的噪声一、两大类：一、两大类：加性噪声：绝大多数都是的，如热噪声等加性噪声：绝大多数都是的，如热噪声等(Added noise)乘性噪声：一般是非线性畸变乘性噪声：一般是非线性畸变二、按照来源分类（加性噪声）：二、按照来源分类（加性噪声）：人为噪声：电火花、家用电器人为噪声：电火花、家用电器自然噪声：闪电、大气噪声、热噪声自然噪声：闪电、大气噪声、热噪声（注意：有些书中也把（注意：有些书中也把“热噪声热噪声”等等“内部噪声内部噪声”归为一类）归为一类）按照性质分类（加性噪声）：按照性质分类（

36、加性噪声）：脉冲噪声脉冲噪声窄带噪声（有些叫做单频噪声）窄带噪声（有些叫做单频噪声）起伏噪声（通常被认为是近似高斯白噪声，如热噪声等）起伏噪声（通常被认为是近似高斯白噪声，如热噪声等）今后讨论通信系统时主要涉及：今后讨论通信系统时主要涉及：白噪声白噪声 热噪声是一种典型白噪声。热噪声是一种典型白噪声。2023/5/2842湖南师范大学物信学院信道容量(Channelcapacity)是指信道中信息无差错传输的最大速率。这里只讨论连续信道的信道容量。1.香农公式香农公式(Shannonschannelcodingtheorem)2.假设信道的带宽为B（Hz）,信道的输出功率为S（W）3.及输出加

37、性带限高斯白噪声功率为N（W），则该信道4.的信道容量（理论上单位时间内可能传输的信息量的极5.限值）为1.6 信道容量信道容量2023/5/2843湖南师范大学物信学院香农公式表明的是当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值极限数值。只要传输速率小于等于信道容量，则总总可可以以找到一种信道编码方式，实现无差错传输；若传输速率大于信道容量，则不可能实现无差错传输。若噪声n(t)的单单边边功功率率谱谱密密度度为n0，则在信道带宽B内的噪声功率N=n0B。因此，香农公式的另一形式为2023/5/2844湖南师范大学物信

38、学院由香农公式可得以下结论：(2)(1)(3)2023/5/2845湖南师范大学物信学院2.香农公式的应用香农公式的应用由香农公式可以看出：对于一定的信道容量C来说，信道带宽B、信号噪声功率比S/N之间可以互相转换。如果信道容量C给定，互换前的带宽和信号噪声功率比分别为B1和S1/N1，互换后的带宽和信号噪声功率比分别为B2和S2/N2，则有给定n0时2023/5/2846湖南师范大学物信学院例：某信道的频率范围处于3MHz4MHz之间，信噪比为24dB，求该信道的信息传输速率。分析：实际信道一般达不到香农公式计算出来的C值，因为每条信道中都有许多没有考虑的衰减因素，该公式只是提供了信道信息传输速率的理论上限。2023/5/2847湖南师范大学物信学院本章作业本章作业习习 题：题：1.3 1.4 1.52023/5/2848湖南师范大学物信学院