【文章內(nèi)容簡介】 模型中，設(shè) xi（ t） 為輸入調(diào)制信道的已調(diào)信號， yo（ t） 是調(diào)制信道的輸出信號， n（ t） 為獨立于 xi（ t）的加性噪聲。 時 變線 性網(wǎng) 絡(luò) xi（ t） yo（ t） 圖 14 二端口調(diào)制信道模型 第一章 數(shù)字通信概論 其中 yo（ t） ＝ f〔 xi（ t） 〕 ＋ n（ t） 若 f〔 xi（ t） 〕 可簡寫成 k（ t） xi（ t） 的形式 ， 則 yo（ t） ＝ k（ t） xi（ t） ＋ n（ t） k（ t） ： 乘性干擾 。 k（ t） 取決于系統(tǒng)的特性， k（ t） 乘 xi（ t） 反映了時變系統(tǒng)特性對 xi（ t） 的最終作用 。 這種干擾隨信號 xi（ t） 的消失而消失 。 n（ t） ： 加性干擾 ， 顯然加性干擾獨立于信號而存在 。 第一章 數(shù)字通信概論 對加性干擾 n（ t） 后續(xù)章節(jié)將作進一步討論 ， 對乘性干擾 k（ t） 要作具體描述則是相當困難的 ， 它包括各種 線性失真和非線性失真 ，k（ t） 與 信道的遲延 、 損耗等特性有關(guān) ， 并且是隨機變化的 。 若 k（ t） 不隨時間變化 —— 信道為 恒參信道 若 k（ t） 隨時間變化 —— 信道為 隨參信道 第一章 數(shù)字通信概論 常用的恒參信道： 有架空明線 、 電纜 、超短波及微波視距傳播 、 人造衛(wèi)星中繼 、 光纖 、 光波視距傳播等所構(gòu)成的調(diào)制信道 。 常用的隨參信道： 有短波電離層反射 、 超短波流星余跡散射 、 超短波及微波對流層散射 、 超短波電離層散射等構(gòu)成的調(diào)制信道 。 第一章 數(shù)字通信概論 （ 2）編碼信道模型 編碼信道 是由調(diào)制器 、 調(diào)制信道和解調(diào)器組成的 ， 其中的 k（ t） 與 n（ t） 的影響雖使信道中傳輸?shù)臄?shù)字信號的波形發(fā)生畸變 ， 但這種影響最終要歸結(jié)為 收端譯碼器輸入處的數(shù)字信號序列 相對 發(fā)端編碼器輸出處的數(shù)字信號序列 所發(fā)生的 差錯概率 來衡量 ， 也就是說 編碼信道的模型可用信道的轉(zhuǎn)移概率來描述 。 第一章 數(shù)字通信概論 無記憶二進制編碼信道模型 第一章 數(shù)字通信概論 “無記憶 ” 是指任一碼元的差錯與其前后碼元是否發(fā)生差錯無關(guān) ， 即轉(zhuǎn)移概率是統(tǒng)計獨立的 。 轉(zhuǎn)移概率： P(0/0)：發(fā) 0收 0 ； P(1/1)：發(fā) 1收 1， 均為 正確轉(zhuǎn)移概率 P (1/0)：發(fā) 0收 1； P (0/1)：發(fā) 1收 0 ， 均為 錯誤轉(zhuǎn)移概率 分別稱為 虛報概率 和 漏報概率 。 由概率論的知識 ， 可知兩類轉(zhuǎn)移概率的關(guān)系為 P(1/1)=1 P (0/1)， P(0/0)=1 P (1/0)。 五 、 信道噪聲與信道容量 1． 信道噪聲 （ 乘性噪聲 、 加性噪聲 ） 這里主要討論加性噪聲的種類和特點 。 第一章 數(shù)字通信概論 按噪聲的來源 人為噪聲 （ 無線電干擾和工業(yè)干擾 ） 加性噪聲 自然噪聲 （ 天電干擾：來源于各種電磁波源 ） 內(nèi)部噪聲 （ 熱噪聲和散彈噪聲 ） 人為噪聲 主要包括 無線電 干擾和 工業(yè) 干擾。 所謂無線電干擾系指外臺信號的干擾 ， 它來源于各種用途的無線電發(fā)射機 。 這類干擾的特點是作用的頻率范圍較廣 ， 從甚低頻起直至特高頻頻段 ， 其強度隨干擾源的功率 、 距離 、 與被干擾信號頻率的接近程度等而變 ， 但此類干擾的頻率是固定的 ， 因而可以預(yù)先設(shè)法防止 ，只要加強無線電的頻率管理 ， 便有可能將其控制在可以允許的程度之內(nèi) 。 第一章 數(shù)字通信概論 工業(yè)干擾 是指工業(yè)電氣系統(tǒng) ， 如電力線、 各種電氣設(shè)備的開關(guān) 、 電車和電氣鐵道 、高頻電爐等工業(yè)設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾或電火花干擾 ， 它的特點是 干擾的頻譜集中在低頻部分 ， 如果采用相應(yīng)的屏蔽 、 濾波等措施， 也可以將此類干擾消除或減弱至允許的程度 。 第一章 數(shù)字通信概論 自然噪聲 也稱為 天電干擾 ， 來源于 自然界存在的各種電磁波源 ， 例如閃電 、 大氣中的電爆 、 宇宙射線 、 太陽黑子的活動 ， 等等 。 這一類干擾所占的頻帶相當寬 ， 而且隨著季節(jié) 、 年份和地球上的地理位置等各種因素而變化 ， 因此 ， 具有很大的隨機性 。 對于自然噪聲引起的干擾 ， 目前還很難做到準確的預(yù)告或有效的防范 ， 盡管采取了許多措施 ， 但有時還會受到自然干擾的嚴重影響 。 第一章 數(shù)字通信概論 內(nèi)部噪聲 是組成通信系統(tǒng)的各個設(shè)備本身產(chǎn)生的各類噪聲 ， 包括象電阻一類的導(dǎo)體中自由電子的不規(guī)則的熱運動引起的 熱噪聲 ， 真空管 、 晶體管 、 集成電路內(nèi)部電子或載流子不均勻性引起的 散彈噪聲 ， 電源濾波不良引起的電源哼聲 （ 交流聲 ） 等 。 第一章 數(shù)字通信概論 （ 2） 單頻噪聲 、 脈沖噪聲和起伏噪聲 按照噪聲的 時域或頻域 的特點 ， 可分為 單頻噪聲 、 脈沖 噪聲和 起伏 噪聲 ， 這三種噪聲無法用確定的時間函數(shù)描述 ， 它們不可能預(yù)知 ， 具有隨機性 ，故統(tǒng)稱為隨機噪聲 。 單頻噪聲是一種連續(xù)波的干擾 ， 如無線電臺的干擾 、 電源哼聲 、 設(shè)備的自激振蕩 、 高頻電火花引起的干擾等 ， 這種干擾可視為一個幅度 、 頻率和相位均是隨機變化的已調(diào)正弦波 ， 其特點是頻譜集中在某個頻率附近一個極窄的頻帶內(nèi) ， 在頻率軸的位置可通過實測確定 。 第一章 數(shù)字通信概論 脈沖噪聲 是 時間上無規(guī)則的突發(fā)性干擾 ， 如雷電干擾 、 電氣開關(guān)通斷時產(chǎn)生的干擾等 ， 其特點是突發(fā)的脈沖波形幅度大 、 持續(xù)時間短 、 相鄰?fù)话l(fā)脈沖之間間隔時間長 。 脈沖噪聲具有較寬的頻譜 ， 但頻率越高 ， 頻譜強度越小 。 脈沖噪聲對模擬通信影響不大 ， 但對數(shù)字信號的傳輸會造成嚴重的危害 ， 故 數(shù)字通信系統(tǒng)中常采用信道編碼等措施來克服脈沖噪聲的影響 。 第一章 數(shù)字通信概論 由于單頻噪聲和脈沖噪聲或在頻域或在時域的出現(xiàn)具有局部性 ， 對信號傳輸?shù)奈：目傮w上講是比較小的 ， 但是 ， 起伏噪聲卻是自始至終地影響著信號的傳輸 ， 因此 ， 真正危害通信系統(tǒng)性能的是起伏噪聲 ， 它是影響通信質(zhì)量的主要因素之一 ， 也是我們研究的主要信道噪聲 。 起伏噪聲 是 時間上連續(xù)的無規(guī)則干擾 ， 并在相當寬的頻率范圍內(nèi)具有平坦的功率譜密度 ， 如熱噪聲 、 散彈噪聲 、 宇宙噪聲等 ， 起伏噪聲無論在時域內(nèi)還是在頻域內(nèi) ， 總是普遍存在不可避免的 ， 并始終影響著通信系統(tǒng)的性能 。 第一章 數(shù)字通信概論 （ 3） 加性高斯白噪聲 （ AWGN——Additive White Gaussian Noise） 若噪聲的任意多維分布函數(shù)或概率密度函數(shù)均服從高斯分布 （ 即正態(tài)分布 ） ， 則該噪聲稱為高斯噪聲。 特別地 ， 當高斯噪聲的功率譜密度函數(shù)為常數(shù) （ 即在整個頻率軸上均勻分布 ） 時 ， 則稱其為 高斯白噪聲， 高斯白噪聲的功率譜密度函數(shù) Pn(f )和自相關(guān)函數(shù) Rn (τ)如圖 16所示 。 高斯噪聲經(jīng)過線性系統(tǒng)時 ， 其對應(yīng)的輸出仍為高斯噪聲 ， 僅數(shù)字特征 （ 如數(shù)學(xué)期望 、 方差 、 相關(guān)函數(shù) ） 發(fā)生了變化 ， 高斯白噪聲通過一個帶限濾波器以后 ， 就成為帶限高斯噪聲 ， 如低通高斯噪聲 、 窄帶高斯噪聲等 。 第一章 數(shù)字通信概論 a） 功率譜密度函數(shù) b） 自相關(guān)函數(shù) 圖 16 高斯白噪聲的功率譜密度函數(shù)和自相關(guān)函數(shù) 第一章 數(shù)字通信概論 2． 信道容量 （ 1）碼元速率與信息速率 1）碼元速率 RB（傳碼率、符號速率、波形速率） 碼元速率： 指單位時間（每秒鐘）系統(tǒng)傳輸 碼元的數(shù)目，單位為 波特（ Baud）， 簡記為 Ｂ 。 碼元寬度：指單個碼元持續(xù)的時間（用 Ｔ B表示）。 RB與Ｔ B的關(guān)系如下 ： RB＝１ /TB 。 例如 某數(shù)字系統(tǒng)平均 4秒鐘傳送 4096個碼元，則該系統(tǒng)的碼元速率為 1024B。 第一章 數(shù)字通信概論 應(yīng)該注意兩點： 第一 系統(tǒng)的碼元速率是一個統(tǒng)計平均參數(shù)值； 第二 系統(tǒng)的碼元速率與所用信號的進制數(shù)無關(guān) 。 雖然數(shù)字信號有二進制和多進制的區(qū)分 ， 但碼元速率只與碼元寬度 Ｔ B有關(guān) ， 即 RB＝１ /TB 。 第一章 數(shù)字通信概論 2） 信息速率 Rb（ 傳信率 、 比特率 ） 信息速率 Rb： 是指單位時間內(nèi) （ 每秒鐘） 系統(tǒng) 傳輸?shù)男畔⒘?（ 即比特的數(shù)目 ） ， 其單位為 比特 /秒 （ bit/s） ， 簡記為 b/s。 例如 某數(shù)字系統(tǒng)平均 4秒鐘傳送 4096個碼元 ， 且每個碼元的平均信息量為 2比特 ， 則該系統(tǒng)的信息速率 Rb=2048b/s。 第一章 數(shù)字通信概論 關(guān)于信息速率注意以下幾點： 第一 系統(tǒng)的信息速率也是一個統(tǒng)計平均參數(shù)值 ， 從通信的本質(zhì)來講 ， 信息速率比碼元速率更重要； 第二 系統(tǒng)的信息速率不僅與所用信號的進制數(shù)有關(guān) ， 而且還與信源符號概率分布有關(guān)， 信息速率與信源熵和碼元速率之間滿足 ： BBb TXHRXHR )()( ?? （ b/s） 式中 ， TB=1/RB為每個符號或碼元的持續(xù)時間； 第一章 數(shù)字通信概論 式中 ， Ｎ 為所用 數(shù)字信號的進制數(shù) 。 例如 ， 若某數(shù)字通信系統(tǒng)每秒鐘傳輸 600個二進制碼元 ， 按上式求得信息速率為 Rb＝ 600bit／ s， 可見在二進制信號傳輸時， 碼元速率在數(shù)值上等于信息速率；如該系統(tǒng)每秒鐘傳輸 600個八進制碼元 ， 則其信息速率應(yīng)為 Rb＝600log２ ８＝ 1800bit／ s。 第三 特別地 ， 當離散信源的符號為等概率分布時 ， 信息速率 Rb與碼元速率 RB， 在數(shù)值上滿足以下關(guān)系： NRR Bb 2l o g?第一章 數(shù)字通信概論 例 11 某信息源的符號