【正文】 噪聲。它是在時(shí)域和頻域內(nèi)都普遍存在的隨機(jī)噪聲。熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等都屬于起伏噪聲。 《 通信原理課件 》 上述各種噪聲中，脈沖噪聲不是普遍地、持續(xù)地存在的，對(duì)于話音通信的影響也較小，但是對(duì)于數(shù)字通信可能有較大影響。同樣，窄帶噪聲也是只存在于特定頻率、特定時(shí)間和特定地點(diǎn)，所以它的影響也是有限的。只有起伏噪聲無(wú)處不在。所以，在討論噪聲對(duì)于通信系統(tǒng)的影響時(shí)，主要是考慮起伏噪聲（特別是熱噪聲）， 它是通信系統(tǒng)最基本的噪聲源。 《 通信原理課件 》 通信系統(tǒng)模型中的 “ 噪聲源 ” 就是分散在通信 系統(tǒng)各處加性噪聲（主要是起伏噪聲）的集中表示，它概括了信道內(nèi)所有的熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲等。 《 通信原理課件 》 根據(jù)大量的實(shí)踐證明，起伏噪聲是一種高斯噪聲，且在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)其頻譜是均勻分布的，好像白光的頻譜在可見光的頻譜范圍內(nèi)均勻分布那樣，所以起伏噪聲又常稱為白噪聲。因此，通信系統(tǒng)中的噪聲常常被近似地表述成高斯白噪聲。在討論通信系統(tǒng)性能受噪聲的影響時(shí)，我們主要分析的就是高斯白噪聲的影響。 《 通信原理課件 》 信道容量 信息是通過信道傳輸?shù)?， 如果信道受到加性高斯白噪聲的干擾 ， 傳輸信號(hào)的功率和帶寬又都受到限制 ， 這時(shí)信道的傳輸能力如何 ？ 對(duì)于這個(gè)問題 ， 香農(nóng)在信息論中已經(jīng)給出了回答 ， 這就是著名的信道容量公式 ， 又稱為香農(nóng)公式 。 （ ） 2l o g ( 1 ) ( / )SC B b it sN??《 通信原理課件 》 式中 ， C為信道容量 ， 是指信道可能傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾?， 它是信道能夠達(dá)到的最大傳輸能力； B為信道帶寬；為信號(hào)的平均功率； N為高斯白噪聲的平均功率； S/N為信噪比 。 《 通信原理課件 》 由于噪聲功率 N與信道帶寬 B有關(guān)，若設(shè)單位頻帶內(nèi)的噪聲功率為 n0 ，單位為 W/Hz（ n0又稱為單邊功率譜密度）。則噪聲功率 N=n0B 。因此，香農(nóng)公式的另一種形式為 （ ） 20l o g ( 1 ) ( / )SC B b it snB??《 通信原理課件 》 香農(nóng)公式主要討論了信道容量、帶寬和信噪比之間的關(guān)系，是信息傳輸中非常重要的公式，也是目前通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能分析的理論基礎(chǔ)。 《 通信原理課件 》 由香農(nóng)公式可得以下結(jié)論： （ 1）當(dāng)給定 B、 S/N時(shí)，信道的極限傳輸能力 C（信道容量）即確定。如果信道實(shí)際的傳輸信息速率 R小于或等于 C時(shí)，此時(shí)能做到無(wú)差錯(cuò)傳輸（差錯(cuò)率可任意小）。如果 R大于 C，那么無(wú)差錯(cuò)傳輸在理論上是不可能的。 《 通信原理課件 》 （ 2） 提高信噪比 S/N（ 通過減少 n0或增大 S） ， 可提高信道容量 C。 特別是 ， 若 ， 則 ， 這意味著無(wú)干擾信道容量為無(wú)窮大； （ 3） 當(dāng)信道容量 C一定時(shí) ， 帶寬 B和信噪比 S/N之間可以互換 。 換句話說 ，要使信道保持一定的容量 ， 可以通過調(diào)整帶寬 B和信噪比 S/N之間的關(guān)系來達(dá)到 。 0 0n ?C ??《 通信原理課件 》 （ 4） 增加信道帶寬 B并不能無(wú)限制地增大信道容量。當(dāng)信道噪聲為高斯白噪聲時(shí)，隨著帶寬 B的增大，噪聲功率 N也增大，信道容量的極限值為 由式 （ ） 可見 ， 即使信道帶寬無(wú)限大 ， 信道容量仍然是有限的 。 200l im l im l o g ( 1 ) 1 . 4 4BBSSCBn B n? ? ? ?? ? ?（ ） 《 通信原理課件 》 香農(nóng)公式給出了通信系統(tǒng)所能達(dá)到的極限信息傳輸速率，達(dá)到極限信息速率并且差錯(cuò)率為零的通信系統(tǒng)稱為理想通信系統(tǒng)。但是，香農(nóng)公式只證明了理想通信系統(tǒng)的 “ 存在性 ” ，卻沒有指出這種通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。因此，理想通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)還需要我們不斷地努力。 《 通信原理課件 》 幾種常用信道 一 、 話音信道 話音信道是指?jìng)鬏旑l帶在 300～3400Hz的音頻信道 。 按照與話音終端設(shè)備連接的導(dǎo)線數(shù)量 ， 話音信道可分為二線信道和四線信道 。 在二線信道上 ， 收發(fā)在同一線對(duì)上進(jìn)行；在四線信道上 ， 收發(fā)分別在兩對(duì)不同的線對(duì)上進(jìn)行 。 《 通信原理課件 》 二 、 數(shù)字信道 數(shù)字信道是直接傳輸數(shù)字信號(hào)的信道 。 數(shù)字通信常使用的數(shù)字信道有數(shù)字光纖信道 、 數(shù)字微波中繼信道和數(shù)字衛(wèi)星信道 。 數(shù)字光纖信道 （ 1） 光纖及傳輸模式 《 通信原理課件 》 光纖 （ Optical Fiber） 的材質(zhì)是極細(xì)小的玻璃纖維 （ 纖芯直徑 475181。m ） ，非常適合傳輸光波信號(hào) 。 光纖利用在圓柱型光波導(dǎo)內(nèi)的電磁波傳播實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的定向傳輸 。 以 “ 1” 和 “ 0” 兩種狀態(tài)表征的數(shù)字信號(hào)用光脈沖的 “ 有 ” 和“ 無(wú) ” 來分別表示并送入光纖信道傳輸 。 《 通信原理課件 》 按傳輸模式分，目前在光纖信道中傳輸?shù)碾姶挪ㄓ卸嗄Ｅc單模兩種。具有多種傳播模式的光纖稱為多模光纖，只傳 播一種模式的光纖稱為單模光纖。與多模光纖相比，由于單模光纖具有色散小的突出優(yōu)點(diǎn)，可使傳輸容量和傳輸距離大幅度提高，所以得到廣泛應(yīng)用。 《 通信原理課件 》 （ 2） 光纖信道 數(shù)字光纖信道是以光波為載波 ， 用光纖作為傳輸介質(zhì)的數(shù)字信道 。 光波在近紅外區(qū) ， 波長(zhǎng)范圍為 ～ 15181。m，頻率范圍為 20390THz。 光纖信道由光發(fā)射機(jī) 、 光纖線路 、 光接收機(jī)三個(gè)基本部分構(gòu)成 。 《 通信原理課件 》 通常將光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)統(tǒng)稱為光端機(jī) 。 光發(fā)射機(jī)主要由光源 、 基帶信號(hào)處理器和光調(diào)制器組成 。 光源是光載波發(fā)生器 ， 目前廣泛采用半導(dǎo)體發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器作為光源 。 光調(diào)制器采用光強(qiáng)度調(diào)制 。 光纖線路采用單模光纖或多模光纖組成的光纜 。 《 通信原理課件 》 根據(jù)傳輸距離等具體情況 ， 在光纖線路中可設(shè)中繼器 。 光接收機(jī)由光探測(cè)器和基帶信號(hào)處理器組成 ， 光探測(cè)器采用 PIN（ 光電二極管 ） 或 APD（ 雪崩光電二極管 ） 完成光強(qiáng)度的檢測(cè) 。光纖信道的組成如圖 115所示 。 《 通信原理課件 》 圖 115 光纖信道的一般組成 《 通信原理課件 》 （ 3） 數(shù)字光纖信道的特點(diǎn)及其應(yīng)用 數(shù)字光纖信道與其它信道比較 ， 有許多突出的特點(diǎn) 。 ① 頻帶寬，信息容量大。 ② 傳輸損耗小 。 目前使用的單模光纖 ， 每公里的傳輸損耗在 ，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸 ， 目前的光纖信道無(wú)中繼傳輸距離可達(dá) 200km左右 。 《 通信原理課件 》 ③ 抗干擾能力強(qiáng) 。 光纖傳輸密封性好 ， 有很強(qiáng)的抗電磁干擾性能 ， 不易引起串音與干擾 。 ④ 保密性能好 。 光波在光纖中傳輸時(shí) ， 光能向外的輻射微乎其微 ， 從外部很難接收到光纖中的光信號(hào) ， 因此 ，光纖信道的保密性能好 。 《 通信原理課件 》 數(shù)字微波中繼信道 （ 1） 數(shù)字微波中繼信道組成 數(shù)字微波中繼信道是指工作頻率在～ 300GHz、 電波基本上沿視線傳播 、傳輸距離依靠接力方式延伸的數(shù)字信道 。 《 通信原理課件 》 數(shù)字微波中繼信道由兩個(gè)終端站和若干個(gè)中繼站組成 ， 如圖 116所示 。終端站對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行插入 /分出 ， 因此站上必須配置多路復(fù)用及調(diào)制解調(diào)設(shè)備 。 中繼站一般不分出信號(hào) ， 也不插入信號(hào) ， 只起信號(hào)放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用 ，因此 ， 不需要配置多路復(fù)用設(shè)備 。 《 通信原理課件 》 圖 116 數(shù)字微波中繼信道組成 《 通信原理課件 》 （ 2） 數(shù)字微波中繼信道的特點(diǎn) 數(shù)字微波中繼信道與其它信道比較 ，有以下特點(diǎn) 。 ① 微波頻帶較寬 ， 是長(zhǎng)波 、 中波 、短波 、 超短波等幾個(gè)頻段帶寬總和的1000倍 。 《 通信原理課件 》 ② 微波在視距內(nèi)沿直線傳播 ， 在傳播路徑上不能有障礙物遮擋 。 受地球表面曲率和微波天線塔高度的影響 ，微波無(wú)中繼傳輸距離只有 40～ 50km。在進(jìn)行長(zhǎng)距離通信時(shí) ， 必須采用多個(gè)中繼站接力傳輸方式 。 《 通信原理課件 》 ③ 微波中繼信道比較容易通過有線信道難以通過的地區(qū) ， 如湖泊 、 高山和河流等地區(qū) 。 微波中繼信道與有線信道相比 ， 抵御自然災(zāi)害的能力較強(qiáng) 。④ 與光纖等有線信道相比 ， 微波中繼信道的保密性較差 。 當(dāng)傳輸保密信息時(shí) ， 需在信道中增加保密設(shè)備 。 ⑤ 微波信號(hào)不受天電干擾 、 工業(yè)干擾及太陽(yáng)黑子變化的影響 ， 但是受大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響 。 《 通信原理課件 》 數(shù)字衛(wèi)星信道 （ 1） 數(shù)字衛(wèi)星信道的組成 數(shù)字衛(wèi)星信道由兩個(gè)地球站和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成 ， 地球站相當(dāng)于數(shù)字微波中繼信道中的終端站 ， 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器相當(dāng)于數(shù)字微波中繼信道的中繼站 。 數(shù)字衛(wèi)星信道的組成如圖 117所示 。 《 通信原理課件 》 （ 2） 數(shù)字衛(wèi)星信道的特點(diǎn) 數(shù)字衛(wèi)星信道與其它信道相比 ， 具有如下特點(diǎn) 。 ① 覆蓋面積大 ， 通信距離遠(yuǎn) ， 且通信距離與成本無(wú)關(guān) 。 衛(wèi)星位于地球赤道上空約 36000km處 ， 可覆蓋約 ％ 的地球表面 。 在衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內(nèi)的任何兩個(gè)地球站之間均可建立衛(wèi)星信道 。 《 通信原理課件 》 ② 頻帶寬 ， 傳輸容量大 ， 適用于多種業(yè)務(wù)傳輸 。 由于衛(wèi)星通信使用的是微波頻段 ， 而且一顆衛(wèi)星上可以設(shè)置多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器 ， 所以通信容量大 ， 可傳輸電話 、傳真 、 電視和高速數(shù)據(jù)等多種通信業(yè)務(wù) 。③ 信道特性比較穩(wěn)定 。 由于衛(wèi)星通信的電波主要是在大氣層以外的宇宙空間傳播 ， 而宇宙空間是接近真空狀態(tài)的 ， 所以電波傳播比較穩(wěn)定 。 但是大 《 通信原理課件 》 氣層 、 對(duì)流層 、 電離層的變化以及日凌等會(huì)對(duì)信號(hào)傳播產(chǎn)生影響 。 當(dāng)出現(xiàn)日凌時(shí) ， 導(dǎo)致通信中斷 。 ④ 信號(hào)傳播時(shí)延大 ， 由于衛(wèi)星距離地面較遠(yuǎn) ，所以微波從一個(gè)地球站到另一地球站的傳播時(shí)間較長(zhǎng) ， 約 270ms 。 ⑤ 受周期性的多卜勒效應(yīng)的影響 ， 造成數(shù)字信號(hào)的抖動(dòng)和飄移 。 ⑥ 數(shù)字衛(wèi)星信道屬于無(wú)線信道 ， 當(dāng)傳輸保密信息時(shí) ，需采取加密措施 。 《 通信原理課件 》 圖 117 數(shù)字衛(wèi)星信道組成