第四章 信道介绍.ppt

* * 4.4 信道特性对信号传输的影响 图4-18 多径效应 定义：相关带宽＝1/? 实际情况：有多条路径。 设?m － 多径中最大的相对时延差 定义：相关带宽＝1/?m 如果信号的频谱比相关带宽宽，则将产生严重的频率选择性衰落。为了减小频率选择性衰落，就应使信号的频谱小于相关带宽。在工程设计中，为了保证接收质量，通常选择信号带宽为相关带宽的1/5~1/3； 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。 * * 4.4 信道特性对信号传输的影响 经过信道传输后的数字信号的分类： 确知信号：接收端能够准确知道其码元波形的信号 随相信号：由于传输时延，接收码元的相位随机变化 起伏信号：接收信号的包络随机起伏、相位也随机变化。 通过多径信道传输的信号都具有这种特性 这是理想情况 即使是经过恒参信道，大多数也属于这种情况 * * 4.5 信道中的噪声 噪声 信道中存在的不需要的电信号。 通信系统中的噪声是叠加在信号上的，又称加性干扰。 加性噪声与信号相互独立，并且始终存在，实际中只能采取措施减少加性噪声的影响，而不能彻底消除。 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 * * 4.5 信道中的噪声 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： 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）。 性质：高斯白噪声 * * 4.5 信道中的噪声 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。电火花就是一种典型的脉冲噪声。 窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位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：是一种连续波随机噪声，包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等；具有很宽的频带，并且始终存在。 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。 可以通过选择合适的工作频率、远离脉冲源等措施减小和避免脉冲噪声的干扰 可以通过合理设计系统避免单频噪声的干扰 * * 4.5 信道中的噪声 带限白噪声：叠加在信号上的热噪声经过带通滤波器，从而其带宽受到限制，成了窄带噪声 窄带高斯噪声：由于滤波器是一种线性电路，高斯过程通过线性电路后，仍为高斯过程，故此窄带噪声又称为窄带高斯噪声。 窄带高斯噪声的功率： 式中Pn(f)为双边噪声功率谱密度 * * 4.5 信道中的噪声 定义： 式中 Pn(f0) － 原噪声功率谱密度曲线的最大值 噪声等效带宽的物理概念： 以此带宽作一矩形滤 波特性，则通过此特性 滤波器的白噪声的功率， 等于通过实际滤波器的 噪声功率。 利用噪声等效带宽的概念， 在后面讨论通信系统的性能时， 可以认为窄带噪声的功率谱密度在带宽Bn内是恒定的。 图4-19 噪声功率谱特性 Pn(f) Pn (f0) 接收滤波器特性 噪声等效带宽 噪声等效带宽 * * 4.6 信道容量 信道容量：信道能够传输的最大平均信息速率。 4.6.1 离散信道容量 两种不同的度量单位： C － 每个符号能够传输的平均信息量最大值 Ct － 单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值 两者之间可以互换 * * 4.6.1 离散信道的容量 信道容量C的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值 (比特/符号) 当信道中的噪声极大时，H(x / y) = H(x)。这时C = 0，即信道容量为零。 容量Ct的定义： (b/s) 式中 r － 单位时间内信道传输的符号数 * * 4.6.2 连续信道容量 可以证明 式中 S － 信号平均功率 （W）； N － 噪声功率（W）； B － 带宽（Hz）。 设噪声单边功率谱密度为n0，则N = n0B； 故上式可以改写成： 由上式可见，连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。 * * 4.6.2 连续信道容量 (1) 增大信号功率S可以增加信道容量，当S ? ?时，Ct ? ?。 (2) 减小噪声功率N或减小噪声功率谱密度n0 ? 0， Ct ? ? (3) 增大信道带宽B可以增加