信道的加性噪声
加性高斯白噪声信道的最佳接收机
加性高斯白噪声具有连续的功率 谱密度，且功率谱密度与频率无 关，具有恒定的幅度和随机相位 。
信噪比
定义
信噪比（SNR）是指信号功率与噪声 功率的比值，用于衡量信号在传输过 程中受到的干扰程度。
影响
信噪比是影响通信系统性能的重要参 数，信噪比越高，信号质量越好，通 信系统的误码率越低。信号的传输方式 Nhomakorabea05
CATALOGUE
最佳接收机的实现方式
基于模拟信号的处理方式
模拟滤波器
通过设计一个匹配滤波器，使其输出信号的频谱与发送信号的频谱相匹配，从而最大化信号的信噪比 。
相干解调
利用发送信号的相位信息进行解调，需要知道发送信号的调制方式和载波频率。
基于数字信号的处理方式
数字滤波器
通过数字信号处理技术设计一个滤波器，对 接收到的信号进行滤波处理，以减小噪声的 影响。
最大似然解调
最大似然解调是一种基于概率统计的解调方法，它通过最大 化接收信号与可能的发送信号之间的似然函数来恢复原始信 息。在加性高斯白噪声信道中，最大似然解调能够最小化误 码率，达到最佳接收效果。
最大似然解调通过比较接收信号与所有可能的发送信号，选 择具有最大概率的发送信号作为解调结果。这种方法在信噪 比较高时具有较好的性能，但在低信噪比情况下性能下降。
率。
理论值计算
在加性高斯白噪声信道下，最佳接 收机的误码率可以通过香农定理计 算得出，为$2^{-N}$，其中N为 信道容量。
实际应用
在实际应用中，由于信道条件和传 输系统的限制，误码率可能会高于 理论值。
信噪比性能
1 2
信噪比
衡量信号与噪声功率之比，表示信号质量的好坏 。
最佳接收机性能
《信道和噪声》课件
信道分析
1
信道容量
2
信道容量是指在特定条件下能够通过信
道传输的最大信息速率。了解信道容量
有助于确定系统的极限性能和优化策略。
3
信道模型
通过建立数学模型来描述信道，例如传 输特性、传播损耗和多径效应等。这有 助于我们理解和预测信号传输的行为。
信道编码
通过使用纠错编码和调制技术，可以提 高信号传输的可靠性和效率。了解不同 类型的信道编码对系统设计至关重要。
总结和展望
通过学习《信道和噪声》课程，您已经了解了信道和噪声的基本概念、重要性以及在通信系统中的应用。希望 这些知识可以帮助您更好地理解和优化信号传输，并为未来的研究和工作奠程中的各种干扰源，如热噪声、系统噪声和外部干扰等。理 解噪声来源有助于采取相应的抑制和补偿策略。
2 噪声的特性
噪声可以呈现出不同的统计特性，如高斯噪声、白噪声和脉冲噪声等。了解噪声特性有 助于设计抗干扰技术和优化信号处理算法。
3 信噪比
信噪比是衡量信号质量和噪声水平之间关系的重要指标。提高信噪比可以改善信号传输 的可靠性和有效性。
《信道和噪声》PPT课件
欢迎来到《信道和噪声》PPT课件。在本课程中，我们将探索信道和噪声的概 念以及它们在通信系统中的重要性，以便更好地理解和优化信号传输。
什么是信道和噪声
信道是指信息传输过程中的通信介质，它决定了信息能够以何种方式被传送 和接收。噪声是干扰信号的非期望信号源，对通信系统性能有重要影响。
应用案例
无线通信系统中的信道和 噪声
在无线通信系统中，信道和噪声 对数据传输的质量产生重要影响。 了解信道特性和噪声情况有助于 优化系统性能。
如何优化信号传输
通过选择合适的调制方案、信道 编码技术和抗噪声算法，可以提 高信号传输的可靠性和效率。
AWGN信道中的信噪比估计算法
AWGN信道中的信噪比估计算法一、本文概述本文旨在探讨和分析在加性白高斯噪声（AWGN）信道中的信噪比（SNR）估计算法。
AWGN信道是一种理想的通信信道模型，其中噪声是加性的、白色的，并且服从高斯分布。
在实际的无线通信系统中，SNR是一个关键的参数，它直接影响到通信系统的性能和可靠性。
因此，准确地估计SNR对于优化系统性能、提高通信质量和实现可靠的数据传输至关重要。
本文将首先介绍AWGN信道的基本概念和特性，包括噪声的统计特性和其对信号的影响。
随后，将详细讨论几种常用的SNR估计算法，如基于统计特性的估计算法、基于信号处理的估计算法以及基于机器学习的估计算法等。
这些算法各有优缺点，适用于不同的应用场景和信道条件。
本文还将对这些SNR估计算法的性能进行评估和比较，包括它们的估计精度、计算复杂度以及鲁棒性等方面。
通过仿真实验和理论分析，我们将揭示各种算法在不同SNR水平和信道条件下的表现，并为实际应用中的SNR估计提供有益的参考和指导。
本文还将探讨SNR估计算法在无线通信系统中的应用，如信道编码、调制解调、信号检测等方面。
通过合理的SNR估计，可以有效地提高通信系统的性能，实现更可靠的数据传输和更高的频谱效率。
本文将对AWGN信道中的SNR估计算法进行全面而深入的探讨，旨在为无线通信领域的研究和实践提供有益的参考和启示。
二、AWGN信道中的信噪比估计方法概述在加性白高斯噪声（AWGN）信道中，信噪比（SNR）估计是一项关键任务，它对于无线通信系统的性能优化、错误控制以及信号恢复等方面具有重要影响。
SNR估计的准确性直接影响到接收机的性能，因此，开发高效、准确的SNR估计算法一直是无线通信领域的研究热点。
在AWGN信道中，SNR通常定义为信号功率与噪声功率的比值。
由于噪声是白噪声，即其功率谱密度在所有频率上都是恒定的，因此SNR可以简化为信号幅度与噪声幅度的比值。
然而，在实际通信系统中，由于信号受到多种干扰和失真的影响，准确估计SNR变得十分困难。
什么是噪声,白噪声,加性噪声,乘性噪声
什么是噪声,⽩噪声,加性噪声,乘性噪声什么是噪声,⽩噪声,加性噪声,乘性噪声噪声:不期望接收到的信号(相对于期望接收到的信号⽽⾔)---------------------⽩噪声(⽩杂讯)，是⼀种功率频谱密度为常数的随机信号或随机过程，是功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。
此信号在各个频段上的功率是⼀样的，由于⽩光是由各种频率（颜⾊）的单⾊光混合⽽成，因⽽此信号的这种具有平坦功率谱的性质被称作是“⽩⾊的”，此信号也因此被称作⽩噪声。
相对的，其他不具有这⼀性质的噪声信号(功率谱密度不均匀分布)被称为有⾊噪声。
---------------------⼀个噪声过程所具有的频谱宽度远远⼤于它所作⽤系统的带宽。
理想的⽩噪声具有⽆限带宽，因⽽其能量是⽆限⼤，这在现实世界是不可能存在的。
实际上，我们常常将有限带宽的平整讯号视为⽩噪⾳，因为这让我们在数学分析上更加⽅便。
然⽽，⽩噪声在数学处理上⽐较⽅便，因此它是系统分析的有⼒⼯具。
⼀般，只要⼀个噪声过程所具有的频谱宽度远远⼤于它所作⽤系统的带宽，并且在该带宽中其频谱密度基本上可以作为常数来考虑，就可以把它作为⽩噪声来处理。
例如，热噪声和散弹噪声在很宽的频率范围内具有均匀的功率谱密度，通常可以认为它们是⽩噪声。
-------------------------------加性噪声⼀般指热噪声、散弹噪声等，它们与信号的关系是相加，不管有没有信号，噪声都存在。
⽽乘性噪声⼀般由信道不理想引起，它们与信号的关系是相乘，信号在它在，信号不在他也就不在。
⼀般通信中把加性随机性看成是系统的背景噪声；⽽乘性随机性看成系统的时变性（如衰落或者多普勒）或者⾮线性所造成的。
信道中的噪声
信道中的噪声
目录
01
02
加性噪声
常见噪声
01. 加性噪声
（1）无线电噪声 它来源于各种用途的外台无线电发射机。这类噪声的频率范 围很宽广，从甚低频到特高频都可能有无线电干扰存在，并且干 扰的强度有时很大。不过，这类干扰有个特点，就是干扰频率是
固定的，因此可以预先设法防止或避开。特别是在加强了无线电
01. 加性噪声
（3）天电噪声
它来源于闪电、大气中的磁暴、太阳黑子以及宇宙射线（天 体辐射波）等。可以说整个宇宙空间都是产生这类噪声的根源。 因此它的存在是客观的。由于这类自然现象和发生的时间、季节、 地区等很有关系，因此受天电干扰的影响也是大小不同的。例如，
夏季比冬季严重，赤道比两极严重，在太阳黑子发生变动的年份
01. 加性噪声
1）单频噪声 它主要指无线电干扰。因为电台发射的频谱集中在比较窄的频
率范围内，因此可以近似地看作是单频性质的。另外，像电源交流
电，反馈系统自激振荡等也都属于单频干扰。它的特点是一种连续 波干扰，并且其频率是可以通过实测来确定的，因此在采取适当的 措施后就有可能防止。
01. 加性噪声
天电干扰更为加剧。这类干扰所占的频谱范围很宽，并且不像无 线电干扰那样频率是固定的，因此对它所产生的干扰影响很难防 止。
01. 加性噪声
（4）内部噪声 它来源于信道本身所包含的各种电子器件、转换器以及天线
或传输线等。例如，电阻及各种导体都会在分子热运动的影响下
产生热噪声，电子管或晶体管等电子器件会由于电子发射不均匀 等产生散弹噪声。这类干扰的特点是由无数个自由电子作不规则 运动所形成的，因此它的波形也是不规则变化的，在示波器上观 察就像一堆杂乱无章的茅草一样，通常称之为起伏噪声。由于在 数学上可以用随机过程来描述这类干扰，因此又可称为随机噪声， 或者简称为噪声。
新通信原理第5章第8讲
f
4.6 信道容量 所谓离散信道就是输入与输出信号都是取值离散的时间 所谓离散信道就是输入与输出信号都是取值离散的时间 离散信道 函数，也就是广义信道中的编码信道 其信道模型用转 函数，也就是广义信道中的编码信道 其信道模型用转 移概率来表示 移概率来表示 所谓连续信道就是输入与输出信号都是取值连续的时 所谓连续信道就是输入与输出信号都是取值连续的时 连续信道 间函数，也就是广义信道中的调制信道 间函数，也就是广义信道中的调制信道 。其信道模型 时变线性网络来表示 用时变线性网络来表示 信道容量是指单位时间内信道上所能无差错传输的最 信道容量是指单位时间内信道上所能无差错传输的最 大信息量
由香农公式可以得到以下结论: 由香农公式可以得到以下结论 (1)增大信号功率S可以增加信道容量. (1)增大信号功率S可以增加信道容量. S →∞ 增大信号功率
lim C = lim B log 2 (1 +
S →∞
S )→∞ n0 B
减小噪声功率N(减小噪声功率谱密度)可以增加信道容量. N(减小噪声功率谱密度 (2) 减小噪声功率N(减小噪声功率谱密度)可以增加信道容量.
高斯噪声,高斯白噪声,加性高斯白噪声.
⾼斯噪声,⾼斯⽩噪声,加性⾼斯⽩噪声. ----头⼤!White Gaussian noise (AWGN)功率谱密度函数在整个频域内是常数，即服从均匀分布。
之所以称它为“⽩”噪声，是因为它类似于光学中包括全部可见光频率在内的⽩光.所谓⽩噪声是指它的功率谱密度函数概率密度函数的⾼斯⽩噪声，是指噪声的概率密度函数满⾜正态分布统计特性，同时它的功率谱密度函数是常数的⼀类噪声。
这⾥值得注意的是，⾼斯型⽩噪声同时涉及到噪声的两个不同⽅⾯，即概率密度函数的功率谱密度函数均匀性，⼆者缺⼀不可。
正态分布性和功率谱密度函数均匀性正态分布性Additive white Gaussian noise (AWGN)/加性⾼斯⽩噪声加性⾼斯⽩噪声（AWGN）从统计上⽽⾔是随机⽆线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。
⾄于叫“⾼斯”，是因为所以有的噪声都被看作了⼀种随机过程，⽽⾼斯噪声服从⾼斯分布，“⽩”是因为其功率Additive white Gaussian noise (AWGN)is a channel model in which the only impairment（损害）to communication is a linear addition of wideband or white noisewith a constant（定常数）spectral density (expressed as watts per hertz<⽡特/赫兹>of bandwidth) and a Gaussian distribution of amplitude. The model does not account for fading, frequency selectivity, interference, nonlinearity or dispersion. However, it produces simple and tractable(可驯服的)mathematical models which areuseful for gaining insight into the underlying behavior of a system before these other phenomena are considered.Wideband Gaussian noise comes from many natural sources, such as the thermal vibrations(热⼒学震动)of atoms in conductors (referred to as thermal noise or Johnson-Nyquist noise), shot noise, black body radiation from the earth and other warm objects, and from celestial(天体)sources such as the Sun.The AWGN channel is a good model for many satellite and deep space communication links. It is not a good model for most terrestrial links because of multipath,terrain blocking, interference, etc. However, for terrestrial path modeling, AWGN is commonly used to simulate background noise of the channel under study, inaddition to multipath, terrain blocking, interference, ground clutter and self interference that modern radio systems encounter in terrestrial operation.。
第三章信道与噪声
第三章信道与噪声通信原理电子教案第3章信道与噪声学习目标：信道的数学描述方法；恒参信道/随参信道及其传输特性；加性高斯白噪声；信道容量的概念。
重点难点：调制信道模型；编码信道模型；恒参信道对信号传输的影响；加性高斯白噪声；Shannon信道容量公式。
随参信道对信号传输的影响；起伏噪声；噪声等效带宽；连续信道的信道容量“三要素”。
随参信道特性的改善。
课外作业： 3-5，3-11，3-16，3-19，3-20本章共分4讲《通信原理》第九讲知识要点：信道等义、广义信道、狭义信道，调制信道和编码信道。
§3.1 信道定义与数学模型1、信道定义信道是指以传输媒质为基础的信号通道。
信道即允许信号通过，又使信号受到限制和损害。
研究信道的目的：建立传播预测模型；为实现信道仿真器提供基础。
狭义信道仅指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道；广义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，这种信道称为广义信道。
狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。
有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。
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。
图3-1 调制信道和编码信道2、信道的数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。
下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。
1. 调制信道模型图3-2 调制信道模型二端口的调制信道模型其输出与输入的关系有一般情况下，可表示为信道单位冲击响应与输入信号的卷积，即或其中，依赖于信道特性。
对于信号来说，可看成是乘性干扰，而为加性干扰。
在实际使用的物理信道中，根据信道传输函数的时变特性的不同可以分为两大类：一类是基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道；另一类信道是传输函数随时间随机快变化，这类信道称为随机参量信道，简称随参信道。
4-3 信道中的噪声与干扰
信道中的噪声和干扰 （二）复杂电磁环境下战场通信面临的主要问题
二、信道中的干扰
② 敌方施放的恶意干扰 包括： z 定频式干扰 z 瞄准式干扰 z 阻塞式干扰 z 扫频式干扰
8
信道中的噪声和干扰
通常将加性噪声Ν (ｔ)分为自然噪声和人为干扰两类 信道噪声和干扰降低了接收信号的信干比，从而影响了 接收机的正常工作，导致模拟通信产生失真、数字通信产生 误码
3
信道中的噪声和干扰
一、信道中的噪声
① 自然噪声包括自然界辐射的噪声和接收机内部的热噪 声
② 热噪声是任何温度高于绝对零度的电子设备所固有 的。热噪声来自电阻性元器件中电子的热运动。
自然噪声的影响
大气噪声
太阳噪声
银河噪声
影响频段
主要对超短波低端的 是一个宽带噪声，辐射强 频率较高，是超短波波段
无线电通信系统产生 干 扰 ， 30 ～ 100MHz
度随频率升高而增大，宽 带通信系统比窄带Байду номын сангаас信系
干扰的重要来源，据测 量，在18~160 MHz波段
内的干扰电平和频率的立
频段，干扰强度有限 统受太阳噪声影响严重
方成正比
6
_《__通__信__原__理__》____国__防__科__技__大__学__电__子__科__学__与__工__程__学__院_____马__东__堂___
信道中的噪声和干扰 （二）复杂电磁环境下战场通信面临的主要问题
二、信道中的干扰
① 己方和民用设备造成的干扰 包括： z 同频干扰；邻频干扰 z 互调干扰；杂散辐射干扰 z 谐波辐射干扰
4
_《__通__信__原__理__》____国__防__科__技__大__学__电__子__科__学__与__工__程__学__院_____马__东__堂___
噪 声
信号与噪声
(6)宇宙噪声 在银河系和其它星系中存在许多象太阳一样的高温星球，它 们也辐射噪声。 (7)多径干扰 在无线电通信中，电波将以直射波、反射波和散射波等多种 方式沿不同的传播路径从发射天线传到接收天线，多路信号到达 接收端时的幅度、相位各不相同，使得信号发生衰减就称为多径 效应。多径效应相当于在信号上叠加了一个噪声而造成的信号衰 落。
信号与统内部的电子元器件产生的各种噪声， 包括传导互扰、热噪声、散粒噪声和接触噪声。 (1)传导互扰 传导互扰是电子设备各部件之间通过电场偶合、磁场偶合、 传导偶合和公共阻抗偶合等方式形成的干扰和噪声。 (2)热噪声 热噪声来源于电阻器中电子、原子和分子的快速而随机的骚 动。一般来说，热噪声比较小。 (3)散粒噪声 散粒噪声存在与真空管和半导体器件中。在电子管中，散粒噪 声是由电子从阴极随机发射引起的。在半导体器件中，它是由少 数载流子的随机扩散和空穴—电子对的随机产生和复合引起的。
信号与噪声
按噪声的功率谱分类，可分为白噪声和有色噪声。白噪声 的功率谱密度函数在整个频率上是均匀分布的。若该噪声的概 率密度函数同时服从高斯分布，则称为高斯白噪声。
按噪声的波形可分为单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声。单 频噪声是一种连续波干扰，频谱集中在某个频率附近很窄的范 围内。脉冲噪声是时间上无规则的突发性干扰，波形持续时间 短促，突法的时间间隔较长，频谱较宽。起伏噪声是时间上连 续的无规则干扰，无论在在时域内还是在频域内，总是普遍存 在不可避免，是影响通信质量的主要因素。
通信原理(Ⅱ)信道噪声
窄带噪声：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。下面讨论热噪声和窄带噪声.
2
4.5 信道中的噪声
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。
一、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
1
4.5 信道中的噪声
二、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。例如电火花.
Pn (f0)
Pn(f0) － 原噪声功率谱密度曲
线的最大值
接收滤波器特性
Pn(f)
噪声等 效带宽
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
图4-19 噪声功率谱特性
的功率谱密度在带宽Bn内是恒定的。
5
1. 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：
V 4kTRB
(V)
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）。
Pn(f) － 双边噪声功率谱密度
4
4.5 信道中的噪声
3.噪声等效带宽
Bn
Pn ( fቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)df 2Pn ( f0 )
通信原理第6章第5节
而PCM的每一个误码会造成较大的误差。
由此可见，M 允许用于误码率较高的信道条件，这是 M 与 PCM比较起来最为重要的优势。
5. 设备复杂度
PCM系统的特点是多路信号统一编码,一般采用8位编码(对语音 信号),编码设备复杂,但质量较好。PCM一般用于大容量的干线(多 路)通信。
△M系统的特点是单路信号独用一个编码器,设备简单,单路应用 时,不需要收发同步设备。但在多路应用时,每路独用一套编译码器, 所以路数增多时设备成倍增加。△M一般适用于小容量支线通信,话 路上、下方便灵活。
因此一般来说: BM BPCM
3. 量化信噪比
比较两者曲线可看出，若PCM系统的编码 位数N＜4（码率较低）时，ΔM的量化信噪 比高于PCM系统。
PCM
S0 dB Nq 40
30
****
20 *
△M
10
4. 信道误码的影响
1 2 34 5 6 N
在M 系统中, 每一个误码代表造成一个量阶的误差，所以它对 误码不太敏感。故对误码率的要求较低。
同时考虑量化噪声和信道加性噪声时，PCM系统输出端的 总信噪功率比为：
S0 S0 N0 Nq Ne
S0 SO / Nq 22N N0 1 Ne / Nq 1 4Pe 22N
由上可知:
Nq Ne , SO SO NO Nq
Nq Nc , SO SO NO Ne
应当指出,以上公式是在自然码、均匀量化以及输入信号为均匀 分布的前提下得到的。
原理图
本地译码器由积分器和脉冲产生器组成， 它的作用是根据c(t)， 形成预测信号m1(t)，并送到相减器与m(t)进行幅度比较。
接收端译码电路由译码器和低通滤波器组成。其中，译码器的电
浅谈无线通信信道噪声的特点
的组合干扰 ，是一种随时间缓慢变化 的随机干扰 ，其 功
率谱密度（Ｓ ） Ｐ Ｄ 随频率增加而减小 。 （ ）与 工 频 同步 的 周期 性 脉 冲噪 声 。主要是 电 ２ 力设 备按 ５ ｚ ０Ｈ 频率 工作产 生的脉 冲 ，重复率 为５ ０Ｈｚ 或 １０Ｈｚ ０ 。持续 时 间很 短 ，功率 谱 幅度 随频率增 加而
（ 作者 单 位 ：桂 林 电 子科 技 大 学信 息 与 通信 学 院 ）
９ ２
信息系统工程 Ｉ ０ ２ ． １． ２ ２ １０
（） ６ 内部 噪声 。源 于信 道本身所 包含的各种 电子器 件 、转换器及运输线或者天线 。 （） ７窄带 噪声 。这是一 种频带很 窄的噪声 ，主要是
安静期 ，故对模拟话音信 号的影 响不大 ；起伏 噪声既不
能避免 ，且始终存在 ；因此 ，一般来说 ，它是影响通信 质量 的主要因素之一 。因此 ，今后在研 究噪声对通信系 统 的影响时 ，应 以起伏噪声为重点 。脉冲噪声虽然对模 拟话音信号的影 响不大 ，但是在数字通信中 ，它 的影 响 是不容忽视的。一旦 出现突发脉 冲，由于它的幅度大 ， 将会导致一连 串的误码 ，对通信造成严重的危害 。 麟
会产生脉冲噪声 ，每个脉冲噪声都会影响很宽的频带 。脉 冲噪声的功率谱密度有时会 比背景噪声高出５ｄ 。 ０Ｂ 背 景噪声包 括有 色噪声 和窄带 噪声 。背 景噪声 的 主要 特性是 低功 率的噪声 源 ，随频 率的增 大而减小 ，
［】 ２熊礼 霞， 曹雪虹 ． 广东通信技 术Ⅱ． 东省通信 学会 ， ０ （） 】 广 ２ ５７． ０
种噪声 可以理解为 ：其统计特性不 随时间变化 的噪声称
通信原理-第2章 信道与噪声
p( y1/ x1 ) p ( y 1 / x2 ) P( y j / xi ) ... p( y1/ xl )
p( y 2 / x1 ) p ( y 2 / x2 ) ... p( y 2 / xl )
... p( yM / x1 ) ... p( y M / x2 ) ... ... ... p( y M / xl )
11/66
（5）依据乘性噪声对信号的影响是否随时间变化而 将信道分为恒参信道和随参信道。
v i (t)
H( , t )
n(t)
v 0 (t)
(a)变参信道
v i (t)
H( )
n(t)
v 0 (t)
(b)恒参信道
12/66
（6）对于恒参信道而言，信道传输函数 H (, t ) 可以简 化为： H ( ) H ( ) e j ( )（传输函数和时间无关） 恒参信道的输出表达式为：
10/66
一、调制信道模型
（1）研究信道主要是研究输入信号和输出信道之间
的关系。
（2）影响输入输出关系的因素归结为两点：一是乘 性干扰（乘性噪声）；二是加性噪声。 （3）乘性噪声是信道设备或器件特性不理想产生的， 随信号的消失而消失。
（4）加性噪声是外界干扰叠加在信道上的，不因传
输信号的有无而始终存在。
信道的幅－频失真是一种线性失真，可以 用一个线性网络进行补偿。若此线性网络的频 率特性与信道的幅－频特性之和，在信号频谱 占用频带内，为一条水平直线，则此补偿网络 就能够完全抵消信道产生的幅－频失真。信道 的相－频失真也是一种线性失真，所以也可以 用一个线性网络进行补偿。
二. 随参信道对信号传输的影响
无线通信技术基础_03 噪声和干扰
频率（MHz）
第3.3节、邻频干扰
3、接收机的邻频选择性。 可以从两个不同的方面来减小邻频干扰的影响：减小发射机的邻频辐射
和提高接收机的邻频选择性，得到的实际效果是相同的。
接收机邻频选择性是指接收机抑制邻频干扰的能力，它主要由接收机中 频滤波器的带外抑制度决定。 如果接收机具有良好的邻频选择性，能够最大程度地衰减发信机边带扩 展落到被干扰接收机阻带区域的干扰，就可以有效减轻邻频干扰的影响。 接收机中频滤波器的阻带衰减对远离接收机通带的干扰也要进行抑制， 这种带外干扰往往比较强，滤波器的阻带衰减必须可以提供足够的隔离 度，来抑制带外干扰。
第3.1节、噪声
Ta（ºK） 3×108 3×107 3×106 3×105 3×104 3×103 60 Fa（dB） 大气噪声 夏天 冬天 郊区人为噪声
50
40
市区人为噪声
30 典型的接收机热噪声 银河噪声
20
10 太阳噪声 （安静期） f（MHz） 50 100 1000 10000
To=290 3×10
人为噪声可以忽略不计。。
Fa（ dB），相对于kT0BN 100 城市商业区
80
城市居民区
60
郊区
40 农村 银河噪声
20
0
0.1
1
10
100
1000
频率（MHz
第3.1节、噪声
3、发射机的噪声辐射 人为噪声可能来自通信系统的外部，也可能来自通信系统的内部。在通
信系统内部，除了接收机的内部噪声以外，发射机的噪声辐射也会直接
的关系是相加，不管有没有信号，噪声都存在。加性噪声（简称噪声）的来
源是多方面的，一般分为：内部噪声和外部噪声（也称环境噪声）。 内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如，电阻类导体中电子的 热运动所引起的热噪声，半导体中载流子的起伏变化所引起的散弹噪声， 还有电源噪声和自激振荡产生的噪声等等。电源噪声等可以采取技术手 段消除，但热噪声和散弹噪声一般无法避免，而且它们的准确波形不能 预测，这种不能预测的噪声统称为随机噪声。 外部噪声包括自然噪声和人为噪声，它们也属于随机噪声。在无线通信 系统中，无线信号是在空间开放传输的，因此外部噪声的影响较大。在 实际的通信工程中，我们最关心外部噪声主要是人为噪声。
加性噪声与乘性噪声
加性噪声的存在虽独立于有用信号(携带信号的信号)，但它却始终干扰有用信号，因而就不可避免地对通信造成危害。
倍道中加性噪声(简称噪声)的来源是多方面的，一殷可以分为三方面：(1)人为噪声；(2)自然噪声；(3)内部噪声。
人为噪声来源于无关的其它信号源，例如：外台信号、开关接触噪声、工业的点火辐射及荧光灯干扰等。
自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、大气中的电暴、银河系噪声及其他各种宇宙噪声等。
内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：在电阻一类的导体中自由电子的热运动(常称为热噪声)、真空管中电子的起伏发射和半导体中载流子的起伏变化(常称为散弹噪声）及电源哼声等。
然而，某些类型的噪声是可以消除的，例如接触不良、电源哼声、自激振荡、各种内部的谐波干扰等。
虽然消除这些噪声不一定很容易，但至少在原理上可设法消陈或基本消除。
另一些噪声则往往无法避免，而且它们的准确波形不能预测。
这种不能预测的噪声统称为随机噪声。
常见的和基本的随机噪声又可分为单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声三类。
单频噪声是一种连续波的干扰(如外台信号)，它可视为一个正弦波，但其幅度、频率或相位是事先不能预知的。
这种噪声的主要特点是占有极窄的频带，但在频率轴上的位置可以实测。
因此，单频噪声并不是在所有通信系统中都存在。
脉冲噪声是在【时间上无规则地时而安静时而突发的噪声】，例如，工业的点火辐射、闪电及偶然的碰橙和电气开关通断等产生的噪声。
这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大，但单个突发脉冲持续时间短，且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。
从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的额谱(从甚低频到高颜)，但频率越高，其频谱成分就越小。
起伏噪声是以热噪声、散弹噪声及宇亩噪声为代表的噪声。
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∞ 0
)df =
∞
∫ P (ω
n 0
0
)df
2 Pn (ω 0 )
Pn (ω 0 )
f0
∴ Bn • Pn (ω 0 ) = ∫ Pn (ω 0 )df
0
在分析中 Bn下的功率谱密度可以认为平坦 在Bn下的功率谱密度可以认为平坦
信道分为离散信道、 信道分为离散信道、连续信道来研究 一、离散信道的容量 设P(xi)为发送xi的概率，P(yi)为收到符号yi的概率，P(xi/yi) 为发送x 的概率， 为收到符号y 的概率， 为转移概率
3-13
C = B log 2 (1 + S 45.5M ) = 6.5M log 2 (1 + ) = 19.5Mbit / s n0 B 6 .5 M
习 题
3-14 理想信道差错率为0 理想信道差错率为0
S C = B log 2 (1 + ) = 4k log 2 (1 + 63) = 24kbit / s N 3-15 一个像元的信息量： 2 12 = 3.585bit log
平均信息量/符号=[发送 的平均信息量] 平均信息量/符号=[发送Xi的平均信息量]-[ 发xi收到yi的平均信息量] 发送X 收到y 的平均信息量]
= −∑ P( xi ) log 2 P( xi ) − [−∑ P( y i )∑ P( xi / y i ) log 2 P ( xi / y i )]
H ( x) = −∑ Pi ( xi ) log 2 Pi ( xi ) = 1bit ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 符号
n
例
信息源发送的速率（无噪）
i =1
H r ( x) = rH ( x) = 1000bit / s 经过传输，在有噪情况下的平均条件信息量 条件概率为： 0(1)——0(1)概率：0.99 0(1)——0(1)概率：0.99 0(1)——1(0)概率：0.01 0(1)——1(0)概率：0.01
eo (t ) = k (t )ei (t ) + n(t )
信 道 的 加 性 噪 声
一、来源 1．人为噪声 对数字系统影响大 2．自然噪声 3．内部噪声：如热噪声 内部噪声： 二、分类 确知噪声 单频噪声
突发幅度大 时间短 频谱宽
频带窄 位置可测 可防止
随机（不确知） 随机（不确知）噪声
脉冲噪声
普遍存在 不可避免
起伏噪声
1．热噪声
（1）定义 布朗运动引起的， 布朗运动引起的，其交流成分即为热噪声 （2）服从高斯分布 Hz以内 微波） 以内（ 在1013Hz以内（微波） 其功率谱密度为P(w)=2kTG 其功率谱密度为P(w)=2kTG （3）电阻噪声的表示 均方根值
(三 ) 常 见 的 起 伏 噪 声
2．散弹噪声
（1）定义 由电子发射不均匀引起的噪声 单位时间内电子数是随机的， （2）单位时间内电子数是随机的，但总电流是一个高斯过程
3．宇宙噪声
（1）定义 天体辐射波对接收机形成的噪声 20-300M内 其强度和频率的3 （2）20-300M内，其强度和频率的3次方成正比 （3）服从高斯分布
起 伏 噪 声 的 共 同 特 性
若单位时间传送r个符号， 若单位时间传送r个符号，则
H t ( x) = rH ( x)
H t ( x / y ) = rH ( x / y )
噪声系统中：R = r[ H ( x) − H ( x / y )] ∴ 无噪系统中：R = rH ( x)
3．信道容量
C=Max(R)，最大传输速率=Max[H (x)C=Max(R)，最大传输速率=Max[Ht(x)-Ht(x/y)]
信 道 容 量
1．在噪声系统中信息量
[发xi收到yi的信息量]=[发xi的信息量]-[发xi收到yi的条件条件信息量] 收到y 的信息量]=[发 的信息量] 收到y 的条件条件信息量]
=I(xi)-I(yi/xi)
= − log 2 P( xi ) + log 2 P( xi / yi )
所以： 所以： 每符号的平均信息量： 每符号的平均信息量：
∴ H ( x / y ) = ∑ Pi ( xi / yi ) log 2 Pi ( xi / yi )
i =1 n
= −(0.99 log 2 0.99 + 0.01 log 2 0.01) = 0.081bit / 符号
所以，单位时间内丢失的信息量为：
H r ( x / y ) = rH ( x / y ) = 81bit / 符号
例
一帧的信息量 一秒的信息量 996000× 996000×30=29.9 ×106bit
300000 × 3.32 = 996000 bit
C
6
29.9 × 10 B= = = 3.02 × 10 6 Hz S log 2 (1 + ) log 2 1000 N
3-12
Pr (ω ) = 2kT1 R + 2kT2 R = 2kR(T1 + T2 ) = 1.9327 × 10 −17 V 2 / Hz
每帧数据：.25 × 10 6 × 3.585 = 8.066 × 10 6 bit 2 C = 8.066 × 10 6 bit / 3 min = 4.48 × 10 4 bit / s 4.48 × 10 4 bit / s 由B = = = 4.49 × 10 3 Hz S log 2 (1 + 1000) log 2 (1 + ) N C
连 续 信 道
电视有300,000个像元，每个像元10个亮度电平（等概）， 电视有300,000个像元，每个像元10个亮度电平（等概）， 每秒30帧图像，要求S/N为30dB，求传输所用带宽。 每秒30帧图像，要求S/N为30dB，求传输所用带宽。 解： 一个像元的信息量
log 2 10 = 3.32bit
只有0 符号的信息源，消息传输率1000符号/ 只有0、1符号的信息源，消息传输率1000符号/秒，且两 符号等概。传输中每100个符号有一个符号不正确。求传 符号等概。传输中每100个符号有一个符号不正确。求传 输信息的速率。若发任何符号，接受端出现0 输信息的速率。若发任何符号，接受端出现0、1的概率都 为1/2，求传输信息的速率。 1/2，求传输信息的速率。 解： （1）信息源的平均信息量：
（1）是高斯噪声 （2）有平坦的功率谱密度 （3）可近似为高斯白噪声 通过P.F.后为窄带高斯噪声 通过P.F.后为窄带高斯噪声 调制信道（通过滤波器后） ∴调制信道（通过滤波器后）的加性噪声可近似为 ——窄带高斯噪声 ——窄带高斯噪声
P(w)
Bn
噪声带宽≌ 噪声带宽≌Bn
∞
Bn =
−∞
∫ P (ω
∴传输的信息速率为R = H r ( x) − H r ( x / y ) = 919bit / s
(2)
∴ H ( x / y ) = ∑ Pi ( xi / yi ) log 2 Pi ( xi / yi )
i =1 n
= −(0.5 log 2 0.5 + 0.5 log 2 0.5) = 1bit / 符号
i =1 j =1 i =1
n
m
n
= H ( x) − H ( x / y ) H(x)： H(x)：为发每个符号的平均信息量 H(x/y)： H(x/y)：为平均丢失的信息量
2．传输速率
传信息的能力：定义为单位时间内所传平均信息量 传信息的能力：
R = H t ( x) − H t ( x / y )
∴传输的信息速率为R = H r ( x) − H r ( x / y ) = 0bit / s
信道容量公式
(二 )
S C = B log 2 (1 + )bit / s N
N为加性高斯白噪声功率 B为信道带宽 S为信号功率 若噪声单边带功率谱密度为n 若噪声单边带功率谱密度为n0，则N= n0B