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第四章信息传输技术基础
第4章 信息传输技术基础;4.1 信息传输和信道;图4.1 通信系统的基本模型;2. 信息容量
信息容量是在一个给定时间内,通过一个通信系统可以传输多少信息的一种度量。简而言之,信息容量可以是系统容纳的用户数目或系统交换、传输及处理的信息比特数。
1920年贝尔电话实验室的哈特莱(R.Hartley)推导出了带宽、传输时间和信息容量之间的关系。哈特莱定律简单地说明,带宽愈宽,传输时间愈长,能够通过该系统传送的信息就愈多。数学上,哈特莱定律表达如下:
; 例4.1 已知某系统的系统带宽为150MHz,分别在1秒和1分钟时间内的传输信息量。
解 根据哈特律公式,当t = 1s时,系???信息容量为C = 150?106?1 = 1.5?108 b/s;当t = 60s(1分钟)时,系统信息容量为C = 150?106?60 = 9?109 b/s。
那么如果增大带宽B,能否使C一定线性增加呢?这实际上是不可能的,香农公式回答了这一问题。数学上,香农信息容量极限表述为 :
; 其中,C为信息容量(b/s),B为带宽(Hz),S/N为信号与噪声的功率之比,简称信噪比(无单位),其中N = n0?B,n0为噪声单边功率谱密度。可见,C是信道带宽和信噪比的函数,B增大的同时,噪声功率N也增大,S/N减小,C是有限的。信道容量受“三要素”—B、n0和S的限制,只要这三要素确定,信道容量就确定。
例4.2 已知某系统的信噪比为1 000 (30 dB),标准话音频带通信信道带宽为3.4 kHz,试求该系统的信息速率极限值。
解 根据信息容量的香农极限公式,C = 3400?log2 (1+1000) = 33.89 kb/s,这个值就是该信道传输信息的理论极限速率值。;3.信道传输特性
根据传输介质是否有形,信道可以分为有线信道和无线信道。
(1) 有线信道的传输特性
1) 幅频传输特性:是信道在各频率下的衰耗与频率的关系曲线,它将影响信号的幅度衰减量。信道的理想幅频特性要求其通带内特性平稳,否则将导致信号幅度失真。
2)相频传输特性:是信道在各频率下的相位移与频率的关系曲线,它将影响被传输信号的相位移。
;(2) 无线信道传输特性
无线信道的传输媒介是自由空间,由电磁波携带信号。常用无线信道的通信方式有:调幅、调频广播、无线电视、微波通信、卫星通信、移动电话、无线寻呼等。无线信道也以幅频特性与相频特性来描述信道对通过信号的影响,与有线信道类同。
无线通信所用的电磁波,根据频率的高低,或波长的长短,频段划分如表4.1所示,我们通常所说的微波是指频率在0.3GHz—3GHz范围的电磁波。
各波长段的频率不同,波长不同,其空间传播特性就不一样,用途也就不同。 ;(3)信道的衰减与失真
在信道中传递的信号,由于介质的特性,信号传输中必然会产生能量的损失,这种能量的损失,我们称之这衰减或衰耗 。在通信工程中称之为固有衰减,这种衰减随信道种类不同而不同,传输信道距离越长衰减越大,其度量一般用(dB)电平表示,其dB的定义为:采用信号输入输出端功率比值取10倍常用对数来表示,称之为分贝。
dB=10 (4.3); 在通信系统中,信号其传输一般用相对电平来表示,如果上式中参考点为Po,输出点为Pi,若P0的单位用mw表示,则电平为dBm,称dB毫瓦,如P单位用W表示,则电平为dBW或称为dB瓦。
; 相位抖动也会引起信号的畸变和失真,是一种线性畸变,通信系统可以采用“均衡”措施补偿。
信道的相位—频率特性也经常用群时延—频率失真来衡量,所谓群时延—频率失真是相位—频率特性对频率的导数,若相位—频率特性用?(?)表示,则群时延—频率特性?(?)为:
;(4) 信道的损伤
信
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