《数字通信原理与技术》课件第1章.ppt

当维持同样大小的信号噪声功率比S/N时，给定的信息量I=TBlb(1+S/N)(C=I/T，T为传输时间)可以用不同带宽B和传输时间T来互换。若T1、B1和T2、B2分别表示互换前后的传输时间和带宽，则有(1－40)通常把实现了极限信息速率传输(即达到信道容量值)且能做到任意小差错率的通信系统称为理想通信系统。香农公式只证明了理想通信系统的“存在性”，却没有指出具体的实现方法。因此，理想系统常常只作为实际系统的理论界限。1.6.3信道内的噪声信道内噪声的来源很多,噪声的性质也有所不同,表现的形式也多种多样。根据噪声的来源不同,我们可以粗略地将噪声分为以下四类:(1)无线电噪声。它来源于各种用途的无线电发射机。这类噪声的频率范围很宽,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。但它有个特点,就是干扰频率是固定的,因此可以预先设法防范。特别是在加强了无线电频率的管理工作后,无论在频率的稳定性、准确性以及谐波辐射等方面都有严格的规定,使得信道内信号受它的影响可减到最小程度。(2)工业噪声。它来源于各种电气设备,如电力线、点火系统、电车、电源开关、电力铁道、高频电炉等。这类干扰来源分布很广泛,无论是城市还是农村,内地还是边疆,各地都有工业干扰存在。尤其是在现代化社会里,各种电气设备越来越多,因此这类干扰的强度也就越来越大。但它也有个特点，即干扰频谱集中于较低的频率范围,例如几十兆赫兹以内。因此,高于这个频段工作的信道就可免受它的干扰。另外,我们也可以在干扰源方面设法消除或减小干扰的产生,例如加强屏蔽和滤波等措施,以消除波形失真。(3)天电噪声。它来源于雷电、磁暴、太阳黑子以及宇宙射线等,是客观存在的。这类干扰所占的频谱范围也很宽,不像无线电干扰那样频率是固定的,因此对它的干扰影响很难防止。(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原因产生器件噪声。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。以上是从噪声的来源来分类的,当然比较直观。但是,从防止或减小噪声对信号传输影响的角度来分析,我们应从噪声的性质来分类更为有利。从噪声性质来区分可有以下几种。(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,因此可以近似地看做是单频性质的。另外,像电源交流电,反馈系统的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。(2)脉冲干扰。它包括工业干扰中的电火花、断续电流以及天电干扰中的雷电等。它的特点是波形不连续,呈脉冲性质,并且发生这类干扰的时间很短,强度很大,而周期是随机的,因此它可以用随机的窄脉冲序列来表示。由于脉冲很窄,所以占用的频谱必然很宽。但是,随着频率的提高,频谱幅度逐渐减小,干扰影响也就减弱。因此,在适当选择工作频段的情况下,这类干扰的影响也是可以防止的。(3)起伏噪声。它主要指信道内部的热噪声和器件噪声以及来自空间的宇宙噪声。它们都是不规则的随机过程,只能采用大量统计的方法来寻求其统计特性。由于它来自信道本身,因此它对信号传输的影响是不可避免的。1.6.4常见的几种噪声1.白噪声所谓白噪声，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。凡是不符合上述条件的噪声就称为有色噪声，它只包括可见光频谱的部分频率。但是，实际上完全理想的白噪声是不存在的，通常只要噪声功率谱密度函数均匀分布的频率范围超过通信系统工作频率范围很多时，就可近似认为是白噪声。例如，热噪声的频率可以高到1013Hz，且功率谱密度函数在0～1013Hz内基本均匀分布，因此可以将它看做白噪声。理想的白噪声功率谱密度通常被定义为(1－21)式中，n0的单位是W/Hz。白噪声的自相关函数是一个位于τ=0处的冲激函数，它的强度为n0/2。白噪声的Pn(ω)和Rn(τ)图形如图1－12所示。图1－12理想白噪声的功率谱密度和自相关函数(a)功率谱密度；(b)自相关函数所谓高斯(Gaussian)噪声，是指它的概率密度函数服从高斯分布(即正态分布)的一类噪