通信原理第三章 信道以及噪声
通信原理信道与讲义噪声第3章
通信中常见的几种噪声
所谓白噪声是指它的功率谱密度函数在整个频率域(-∞＜ω ＜+∞)内是常数，即服从均匀分布。我们称它为白噪声，因为它 类似于光学中包括全部可见光频率在内的白光。
理想的白噪声功率谱密度通常被定义为
Pn
()def
n0 2
( )
式中n0的单位是W/Hz 。
通常，若采用单边频谱，即频率在0到无穷大范围内时， 白噪声的功率谱密度函数又常写成
在通信理论分析中，常常通过求其自相关函数或方差来计算噪 声的功率。
高斯分布的密度函数
正态概率分布函数还经常表示成与误差函数相联系的形 式，所谓误差函数，它的定义式为
互补误差函数
er(fx) 2 xez2dz
π0
er(x f)c1er(xf)2 xez2dz
高斯型白噪声
所谓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。
(a) 一对输入端， 一对输出端； (b) m对输入端，n对输出端
对于二对端的信道模型来说，它的输入和输出之间的关系 式可表示成
eo(t)f[ei(t) ]n(t)
式中， ei(t)——输入的已调信号； eo(t)——信道输出波形； n(t)——信道噪声(或称信道干扰)； f［ei(t)］——表示信道对信号影响(变换)的某种函数关系
通信原理信道与噪声第3章
精品jin
3.1 信道特性
信道的定义 通俗地说，信道是指以Байду номын сангаас输媒介(质)为基础的信号通路。
具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路；抽 象地说，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时又给信 号以限制和损害。 信道的作用是传输信号。
现代通讯原理第三单元
频率范围 /MHz
1~100
信号衰减 高
电磁干扰 一般
STP电缆 1~150
高
小
同轴电缆 1~1000
低
小
机械工业出版社 2004年1月
11
3.1.2微波中继信道
微波频段的频率范围一般在几百兆赫至几十吉 赫，其传输特点是在自由空间沿视距传输。由 于受地形和天线高度的限制，两点间的传输距 离一般为30~50 km，当进行长距离通信时，需 要在中间建立多个中继站图
机械工业出版社 2004年1月
2
第3章 信道
本章的讨论思路：通过介绍实际信道的 例子，在此基础上归纳信道的特性阐述 信道的数学模型，最后简介了信道容量 的概念。
要求：注重了解各种实际信道的特点， 掌握信道的数学模型，简单运用信道容 量公式解决实际问题。
机械工业出版社 2004年1月
3
第3章的主要内容
通信原理
机械工业出版社 2004年1月
1
第3章 信道
本章教学目的：了解各种实际信道、信道的数 学模型和信道容量的概念。
说明：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。 它与发送设备、接收设备一起组成通信系统。 没有信道，通信就无法进行；信道的好坏直接 影响通信的质量。因此，有必要研究信道，根 据信道的特点，正确地选用信道，合理地设计 收发信设备，使通信系统达到最佳。
n
ai (t) cos wc[t i (t)]
i 1
式中， ai(t)为从第i条路径到达接收端的信号振幅，τi(t)为第 i条路径的传输时延。传输时延可以转换为相位的形式， 即源自r(t)= n式中
i1 ai (t) cφoi(st[)w=c-(ωt)cτi(t)(t)]
现代通信原理与技术第二版第3章答案张辉 曹丽娜
sIuJ tpIuJ oIuJ dIuKJHtjIuJ oIuJ 在 通 信 系 统 中 K绝 大 部 分 实 际 信 道 可 以 用 以 上 三 种 信 道 模 型 来 表 征
IJ
图
带 有 加 性 噪 声 的 线 性 时 变 滤 波 器 信 道 图
内 容 提 要
信 道 的 定 义 和 分 类
信 道 是 指 以 传 输 媒 质 为 基 础 的 信 号 通 道 K有 狭 义 信 道 和 广 义 信 道 之 称
狭义信道
狭义信道仅指传输媒质分为有线信道和 无 线 信 道 两 类有 线 信 道 包 括 明 线 对 称 电 缆 同轴电缆及光纤等无线信道 包 括 地 波 传 播 短 波 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
相 频 特 性 的 导 数 K即
IJ
eIJ e
ue
它 表 示 对 信 号 的 不 同 频 率 成 分 具 有 相 同 的 迟 延 K如 图
IdJ所 示
IJ
由式I
图
理想信道的幅频特性 相频特性和群迟延 频率特性
J可 得 理 想 恒 参 信 道 的 冲 激 响 应 为
iIuJ L Iu ueJ
论何种广义信道K传输媒质是其主要部分K通 信 效 果 的 好 坏K在 很 大 程 度 上 将 依 赖 于 传 输 媒质的特性
信 道 的 数 学 模 型
建立信道模型的目的是为了描述实际物理信
道 的 特 性 K它 有 助 于 通 信 系 统 的 分 析 和 设 计
调制信道模型 调制信道是为研究调制与解调问题而定义的
二 进 制 编 码 信 道 模 型
通信原理 ----噪声
通信原理-----噪声噪声，从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯上把周期性的、规律的有害信号称为干扰，而把其他有害的信号称为噪声。
噪声可以笼统的称为随机的，不稳定的能量。
它分为加性噪声和乘性噪声，乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。
在这里我们主要讨论加性噪声。
一、信道中加性噪声的来源，一般可以分为三方面：1 人为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、工业的点火辐射等，这些干扰一般可以消除，例如加强屏蔽、滤波和接地措施等2 自然噪声自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、雷击、太阳黑子、大气中的电暴和各种宇宙噪声等，这些噪声所占的频谱范围很宽，并不像无线电干扰那样频率是固定的，所以这种噪声难以消除。
3 内部噪声内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：电阻中自由电子的热运动和半导体中载流子的起伏变化等。
内部噪声是由无数个自由电子做不规则运动形成的，它的波形变化不规则，通常又称起伏噪声。
在数学上可以用随即过程来描述这种噪声，因此又称随机噪声。
随机噪声的分类常见的随机噪声可分为三类:（1）单频噪声单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号），它可视为一个已调正弦波，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。
(2)脉冲噪声脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。
这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，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频谱（从甚低频到高频），但频率越高，其频谱强度就越小。
脉冲噪声主要来自机电交换机和各种电气干扰，雷电干扰、电火花干扰、电力线感应等。
数据传输对脉冲噪声的容限取决于比特速率、调制解调方式以及对差错率的要求。
脉冲噪声由于具有较长的安静期，故对模拟话音信号的影响不大,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。
现代通信原理与技术第三版课后_思考题答案
第一章1.1 以无线广播和电视为例，说明图 1-1 模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么？在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。
收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波1.2 何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么？数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。
他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的。
1.3 何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点？传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点： 1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5. 设备便于集成化、微机化。
数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。
设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6. 便于构成综合数字网和综合业务数字网。
采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。
另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。
一路模拟电话的频带为 4KHZ 带宽，一路数字电话约占64KHZ。
1.4 数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么？数字通行系统的模型见图1-4 所示。
第5讲 无线信道、有线信道
第3章 信道与噪声
3.1
信道的基本概念
3.1.1 信道的定义 通俗地说，信道是指以传输媒介为基础的信号通路； 具体地说，信道是由有线或/和无线电线路提供的信号通路； 抽象地讲，信道是指定的一段频带，它让信号通过，同时 又给信号以限制和损害。 常用的传输媒质： （1）架空明线、电缆、光导纤维（光缆）、波导传播； （2）中长波地表波传播、短波电离层反射、对流层散射、 超短波及微波视距传播（含卫星中继）、光波视距传播。
(a)
n2 n1 折射率
n2 n1 折射率
(b)
n2 n1 折射率
125
7～10
(c)
单模阶跃折射率光纤
图3-10 光纤结构示意图 通信原理
第3章 信道与噪声
• 损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
0.7
0.9
1.1 1.3 光波波长（m）
1.5
1.7
图3-11 光纤损耗与波长的关系
– 损耗最小点：1.31与1.55 m 。
通信原理
第3章 信道与噪声
3.1.3
信道的数学模型
1.调制信道模型
调制信道的范围是从调制器输出端到解调器输入端。 （1）定义：传输已调信号的信道。 研究的问题：信道输出信号与输入信号之间的关系。 （2）通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它们有如 下共性 : ● 有一对(或多对)输入端，一对（或多对）输出端; ●绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理； ●信号通过信道需要一定的迟延时间； ●信道对信号有损耗（固定损耗或时变损耗）； ●即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的 功率输出（噪声）。
通信原理
第3章 信道与噪声
• 有线信道
通信原理各章重要知识
第一部 各章重要习题及详细解答过程第1章 绪论1—1 设英文字母E 出现的概率为0.105，x 出现的概率为0.002。
试求E 及x 的信息量。
解：英文字母E 的信息量为105.01log 2=E I =3.25bit 英文字母x 的信息量为002.01log 2=x I =8.97bit 1—2 某信息源的符号集由A 、B 、C 、D 和E 组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、l/8、l/8/、3/16和5/16。
试求该信息源符号的平均信息量。
解：平均信息量，即信息源的熵为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-163log 1632-165log 1652- =2.23bit/符号1—3 设有四个消息A 、BC 、D 分别以概率1/4、1/8、1/8和l/2传送，每一消息的出现是相互独立的，试计算其平均信息量。
解：平均信息量∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-21log 212-=1.75bit/符号1—4 一个由字母A 、B 、C 、D 组成的字。
对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A ，01代替B ，10代替C ，11代替D ，每个脉冲宽度为5ms 。
(1)不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率。
(2)若每个字母出现的可能性分别为P A =l/5，P B =1/4，P C =1/4，P D =3/10 试计算传输的平均信息速率。
解：(1)不同的字母是等可能出现，即出现概率均为1／4。
每个字母的平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 4142⨯-=2 bit/符号因为每个脉冲宽度为5ms ，所以每个字母所占用的时间为 2×5×10-3=10-2s每秒传送符号数为100符号／秒 (2)平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=51log 512-41log 412-41log 412-103log 1032-=1.985 bit/符号平均信息速率为 198.5 比特/秒1—5 国际莫尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，划用持续3单位的电流脉冲表示，点用持续1个单位的电流脉冲表示；且划出现的概率是点出现概率的l/3；(1)计算点和划的信息量；(2)计算点和划的平均信息量。
现代通信原理答案(_罗新民)
解：（1）对二进制，
（2）对十六进制，
1-17一个多进制数字通信系统每隔0.8 ms向信道发送16种可能取的电平值中的一个。试问：
每个电平值所对应的比特数是多少？
符号率（波特）为多少？
比特率为多少？
解题思路： 考查信息量的定义； 、 分别考查传码率和传信率的定义。
解题思路：仍然考查的是对 的理解。
解：信源平均信息量为
由 可以得到
所以，至少应以0.603符号/秒的速率发送数字，才能达到2比特/秒的信息速率。
1-9 假设计算机的终端键盘上有110个字符，每个字符用二进制码元来表示。问每个字符需要用几位二进制码元来表示？
在一条带宽为300Hz，信噪比（SNR）为20dB的电话线路上，能以多快的速度（字符/秒）发送字符？
阶越函数 ：
( 为符号函数， )
指数函数 ：
复指数函数 ：
2-3证明一个偶周期性函数的指数傅立叶级数的系数是实数，而一个奇周期函数的指数傅立叶级数的系数是虚数。
解题思路：题目所要证明的奇、偶函数均指实函数。对于复函数 ，如果它满足 ，称其为共轭对称函数。当 是实函数时，它就是偶函数。同样，对于复函数 ，如果它满足 ，称其为共轭反对称函数。当 是实函数时，它就是奇函数。因此可以运用偶函数和奇函数的上述共轭对称性质和共轭反对称性质证明。
解题思路：考查平均信息量及信息量叠加的概念。每个符号有四种等概电平可能，因此先用 计算其平均信息量。整个消息的总信息量是12个符号的各自平均信息量（相等）的和。
解：（1） ， 。
每个符号的平均信息量为 比特/符号，则由12个符号组成的一组消息的信息量为
（2）每秒传输10组消息，则一分钟传输10×60组信息，因此信息传输速率为10×60×24比特/分钟＝14400比特/分钟
通信原理 第3章 习题解答
习题解答3-1、 填空题（1） 在模拟通信系统中，有效性与已调信号带宽的定性关系是（ 已调信号带宽越小，有效性越好），可靠性与解调器输出信噪比的定性关系是（解调器输出信噪比越大，可靠性越好）。
（2） 鉴频器输出噪声的功率谱密度与频率的定性关系是（功率谱密度与频率的平方成正比），采用预加重和去加重技术的目的是（提高解调器输出信噪比）。
（3） 在AM 、DSB 、SSB 、FM 等4个通信系统中，可靠性最好的是（FM ），有效性最好的是（SSB ），有效性相同的是（AM 和DSB ），可靠性相同的是（DSB 、SSB ）。
（4） 在VSB 系统中，无失真传输信息的两个条件是：（相干解调）、（系统的频率特性在载频两边互补对称）。
（5） 某调频信号的时域表达式为)10sin 5102cos(1036t t ππ+⨯，此信号的载频是（106）Hz ，最大频偏是（2500）Hz ，信号带宽是（6000）Hz ，当调频灵敏度为5kHz/V 时，基带信号的时域表达式为（t π310cos 5.0）。
3-2、 根据题3-2图（a ）所示的调制信号波形，试画出DSB 及AM 信号的波形图，并比较它们分别通过包络检波器后的波形差别。
解：设载波t t s c ωsin )(=，（1）DSB 信号)()()(t s t m t s D SB =的波形如题3-2图（b ）,通过包络后的输出波形为题3-2图（c)。
（2）AM 信号t t m m t s c AM ωsin )]([)(0+=，设max 0)(t m m >，波形如题3-2图（d ）,通过包络后的输出波形为题3-2图（e)。
结论：DSB 解调信号已严重失真，故对DSB 信号不能采用包络检波法；而AM 可采用此法恢复。
题3-2图（a ）题3-2图(b)、(c)、(d)和(e)3-3、 已知调制信号)4000cos()2000cos()(t t t m ππ+=，载波为t π410cos ，进行单边带调制,试确定该单边带信号的表示式，并画出频谱图。
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。
[工学]第3章 信道
![[工学]第3章 信道](https://img.taocdn.com/s3/m/f2d64470be23482fb4da4c3d.png)
56
习题
书P.69 习题3-3，3-4； 书P.70 习题3-8，3-11；
《现代通信原理》
57
Ⅱ.自然噪声
Ⅲ.内部噪声
51
2. 噪声带宽及信道容量
《现代通信原理》
52
噪声带宽（如何确定？）
∵ 起伏噪声共性 ①可近似为G.W ②经BPF后为窄带G.RP ∴调制信道（经滤波器后）的加性噪声可近似为 ——窄带高斯噪声 噪声带宽≌Bn
Bn
Bn
ω0
P (
n
0
)df
P (
---以两经传播为例分析
设信号经两路径到收端,且两路径具相同传输损耗V0和 一个相对时延差τ, 可用下线性网络表信道模型
V0f(t) V0f(t-t0)
f(t)
V0 V0
V0f(t)
延迟t0
+
延迟t0 +τ
V0f(t-t0 –τ)
f0(t)
《现代通信原理》
40
H(ω) 的获得
设 V0 f (t ) V0 F ( )
《现代通信原理》
43
例题
（1）假设某随参信道具有两条路径，路径 时延差为1ms，试求该信道在哪些频率上传 输衰耗最大？选择哪些频率传输信号最有 利？ （2）设某随参信道的最大多径时延等于 3ms，为避免发生频率选择性衰落，试估算 该信道上传输的数字信号的码元脉冲宽度。
《现代通信原理》
44
4. 分集接收技术（简介）
《现代通信原理》
11
无线信道
（3）传播方式 地面波传播
《现代通信原理》
12
无线信道
长安大学通信原理重点范文
第一章绪论1. 通信的目的是传递消息中所包好的信息。
信息是消息的内涵，即消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。
因此，通信的根本目的在于传输含有信息的消息，否则，就失去了通信的意义。
基于这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。
2模拟信号:凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号.模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续，如图 1 - 2(b)所示的抽样信号。
3数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号.数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散.4经过调制以后的信号称为已调信号。
已调信号有三个基本特征：一是携带有信息，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。
5数字通信的主要特点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累。
（2）差错可控。
可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性。
（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。
（4）易于集成化，从而使通信设备微型化。
(5) 易于加密处理，且保密强度高。
6通信系统的分类：（1）按通信业务分为通信系统有话务通信、非话务通信。
（2）根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。
基带传输是将未经调制的信号直接传送。
（2）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统。
（4）按传输媒质分类：有线通信系统和无线通信系统（5）按工作波段分类：长波通信、短波通信、中波通信、远红外线通信（6）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用。
7通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。
单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道；半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式；全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。
通信原理第六版_思考题答案解析_樊昌信_曹丽娜_编著
第一章绪论1-1 以无线广播和电视为例，说明图1-1模型中信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么？1-2 数字通信有那些特点？答：第一，数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累；第二，传输差错可以控制，从而改善了传输质量；第三，便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。
1-3 按消息的物理特征，通信系统如何分类？答：根据消息的特征不同，通信系统可以分为：第一：电报通信系统；第二：电话通信系统；第三：数据通信系统；第四：图像通信系统。
1-4 按调制方式，通信系统如何分类？答：按调制方式，通信系统可以分为：基带传输和频带传输。
1-5 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：按传输信号的特征，通信系统可以分为：模拟通信系统和数字通信系统。
1-6 按传送信号的复用方式，通信系统如何分类？答：按传送信号的复用方式，通信系统可以分为：频分复用，时分复用和码分复用。
1-7 通信方式是如何确定的？答：通信方式是根据消息的传送方向与时间关系确定的。
1-8 通信系统的主要性能指标是什么？答：通信系统的主要性能指标是：传输速率和差错率。
1-9 什么是误码率？什么是误信率？它们之间的关系如何？答：所谓误码率，是指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切起的说，误码率即是码元在传输系统中被传错的概率。
所谓误信率，又称误比特率，是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，或者更确切地说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。
二者之间的关系：它们都是表示差错率的。
1-10 什么是码元速率？什么是信息速率? 它们之间的关系如何？答：码元速率是指每秒钟传送码元的数目，单位为“波特“，常用符号“B”表示。
信息速率是指每秒钟传递的信息量，单位是比特/秒。
二者之间的关系：在二进制下，二者在数值上相等，只是单位不同；在N进制下，设信息速率为Rb(bit/s),码元速率为Rbn(B),则有：RbnN=bitRb•2)/(log s1-11 未来通信技术的发展趋势如何？1-12 什么是信源符号的信息量？什么是离散信源的信息熵？答：信源符号的信息量是它出现的概率P(x)的函数。
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-----噪声
通信原理-----噪声通信原理-----噪声噪声，从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯上把周期性的、规律的有害信号称为干扰，而把其他有害的信号称为噪声。
噪声可以笼统的称为随机的，不稳定的能量。
它分为加性噪声和乘性噪声，乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。
在这里我们主要讨论加性噪声。
一、信道中加性噪声的来源，一般可以分为三方面：1 人为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、工业的点火辐射等，这些干扰一般可以消除，例如加强屏蔽、滤波和接地措施等2 自然噪声自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、雷击、太阳黑子、大气中的电暴和各种宇宙噪声等，这些噪声所占的频谱范围很宽，并不像无线电干扰那样频率是固定的，所以这种噪声难以消除。
3 内部噪声内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：电阻中自由电子的热运动和半导体中载流子的起伏变化等。
内部噪声是由无数个自由电子做不规则运动形成的，它的波形变化不规则，通常又称起伏噪声。
在数学上可以用随即过程来描述这种噪声，因此又称随机噪声。
随机噪声的分类常见的随机噪声可分为三类:（1）单频噪声单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号），它可视为一个已调正弦波，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。
(2)脉冲噪声脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。
这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，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频谱（从甚低频到高频），但频率越高，其频谱强度就越小。
脉冲噪声主要来自机电交换机和各种电气干扰，雷电干扰、电火花干扰、电力线感应等。
数据传输对脉冲噪声的容限取决于比特速率、调制解调方式以及对差错率的要求。
脉冲噪声由于具有较长的安静期，故对模拟话音信号的影响不大,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。
通信原理第3章信道
图3.1-5 无线电中继
➢ 平流层通信：利用位于平流层的高空平台电台代替卫星作为 基站的通信。
11
第3章 信 道
三、电离层和大气层对于传播的影响
电离层对于传播的影响
反射 散射
大气层对于传播的影响
散射 吸收
衰 减
根据应用情况不同，在光纤线路中可能设有中继器 （也可不设）。中继器有两种类型：直接中继器和间接中继器。 所谓直接中继器就是光放大器，它直接将光信号放大以补偿光 纤的传输损耗，以便延长传输距离；所谓间接中继器就是将光 信号先解调为电信号，经放大或再生处理后，再调制到光载波 上，利用光纤继续进行传输。在数字光纤信道中，为了减少失 真及防止噪声的积累，每隔一定距离需要加入再生中继器。
电离层
电离层：约60 ～ 400 km
平流层
60 km
对流层
10 km
地面
0 km
6
第3章 信 道
3.短波电离层的传播路径
短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电 离层， 或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成 的信道。
离地面60~400 km的大气层称为电离层。
电离层由分子、原子、离子及自由电子组成，形成的 原因是由于太阳辐射的紫外线和X射线。 当频率范围为 3~30 MHz (波长为10-100m)的短波(或称为高频)无线电 波射入电离层时， 由于折射现象会使电波发生反射，返回 地面，从而形成短波电离层反射信道。
制 器
光
光
纤
探
线测
路
器
基
基
带
带
处 理
电 信 号
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
总误码率
P e P(0) P(1/ 0) P(1) P(0 /1)
9 9
三.恒参信道特性极其对信号传输特性的影响
理想恒参信道特性 • 幅度上产生固定的衰减； • 时间上产生固定的迟延。
|H()| K0
H () Ke
td
td
jtd
()
O
(a)
O
(b)
O
译 码 器
输 出
调制信道 编码信道
2 2
二 信道的数学模型
• 数学模型用来表征实际物理信道的特性
分调制信道和编码信道
3 3
1. 2. 3. 4. 5.
有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； 绝大多数的信道都是线性的， 即满足线性叠加原理 信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间； 信号通过信道会受到固定的或时变的损耗； 即使没有信号输入， 在信道的输出端仍可能有一定的输出（噪声）
第三章 信道与噪声
要点
一.信道的含义 二.信道的数学模型 三.恒参信道特性极其对信号传输特性的影响 四.随参信道及其特性 五.加性噪声简介 六.香农信道容量定理
1 1
一．信道的含义 指以传输媒质为基础的信号通道． 广义信道 狭义信道
输 入
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
信道 线性时变 滤波器 c(t, ) r(t )＝c(t, ) * si (t )＋n (t) si (t ) ＋
n (t)
带有加性噪声的线性时变滤波器信道
8 8
编码信道
输入、输出数字序列之间的关系用转移概率来表征
P(0) 0 P(1/0 ) P(0/1 ) P(1) 1 P(1/1 ) 1 P(0/0 ) 0
2.减小噪声功率N 可以增加信道容量，若噪声功率趋于零,则 信道容量趋于无穷大，即
s lim B log2 (1 ) lim c N N 0 N 0
17 17
3.增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道容量无限制增大。
信道带宽B趋于无穷大时，信道容量的极限值为
s s n0 B s lim B log2 (1 ) lim log2 (1 ) lim c n0 B n0 B S n0 B B B
si(t)
线性时变网络
so(t)
调制信道模型
4 4
系统输入输出的 函数关系
r (t ) s0 (t ) n(t ) f [si (t )] n(t )
f []
反映了信道对信号的 作用，即反映了 信道特性
s0 (t ) f [si (t )] c(t ) si (t ) s 0 () c() si ()
1 1
S1 1 N1
21 21
例: 已知二进制数字信号的传输速率为 2400b/s,试问变换成四进制数字信号 时，传输速率为带宽的互换
I C T S I BT log 2 (1 ) N
I
为传输的总的信息量
20 20
例：互换前，在 B1 3KHz 带宽情况下，使得信息传输 速率达到 ，要求信噪比 倍 。 如果 104 b / S S 9 将带宽进行互换， 设互换后的信道带宽 。 N B1 10KHz 这时，信息传输速率仍为 ，则所需要的 信噪比 倍。 104 b / S
13 13
五 加性噪声简介
Pn ( f ) 2kRT
0
0 .2
0 .4
h f / KT
14 14
六.香农信道容量定理
信道容量C： 指信道无错误传输的最大信息速率。 高斯噪声下信道容量的香农（C. E. Shannon）公式
S C B log2 (1 ) N
(b/s)
B为信道带宽 S为输入信号功率 N为信道噪声功率
2800 3000
f / Hz
0
1200
2400
3600
f / Hz
(a )
(b )
典型音频电话信道的幅度衰减特性
12 12
四.随参信道及其传输特性
1. 对信号的衰耗随时间随机变化 2. 信号传输的时延随时间随机变化 3. 多径传播
多径传播产生的不良影响
• 瑞利衰落 • 频率弥散 • 频率选择性衰落
(c)
理想信道的幅频特性、 相频特性和群迟延-频率特性
10 10
两种失真及其影响
幅度-频率失真
理想特性
相位-频率特性
( )
理想特性
( )
O (a )
O (b )
11 11
A( f ) / dB 30 A( f ) / dB
6
20
3
10
0 －1 －2
300 500 800
2000
s s log2 e 1.44 n0 n0
18 18
香农公式的应用
当信道容量C一定时， 信道带宽B、信号噪声功率比S/N， 传输时间T三者之间可以互换。
S1 S2 B1 (1 ) B2 log 2 (1 ) N1 N2
s1 s2 B1 (1 ) B2 log 2 (1 ) n0 B1 n0 B2
15 15
意义
• 只要传输速率小于等于信道容量，则总可 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。
16 16
结论
1.增大信号功率S可以增加信道容量，若信号功率趋于无穷
大，则信道容量也趋于无穷大，即
s lim B log2 (1 ) lim c n0 B s s
s0 (t ) c(t ) si (t ) n(t )
信道 线性滤波器 c(t) r(t)＝c(t) * si (t)＋n (t) si (t) ＋
n (t)
带有加性噪声的线性滤波器信道
7 7
3. 随参信道
c(t , ) c(, )
s0 (t ) c(t , ) si (t ) n(t )
c(t ) c( ) n(t )
5 5
c( )
1.
三种形式
c() c
r (t ) s0 (t ) n(t ) csi (t ) n(t )
信道 r(t)＝csi (t)＋n (t)
si (t)
c( )＝c
＋
n (t)
加性噪声信道模型
6 6
2.
c() c 函数不随时间变化