[工學(xué)]第3章信道與噪聲-資料下載頁(yè)
2025-01-19 11:49本頁(yè)面
【正文】 (3) 內(nèi)部噪聲 。 內(nèi)部噪聲是指通信設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲 。 它來(lái)源于通信設(shè)備的各種電子器件 、 傳輸線 、 天線等 。 如電阻一類的導(dǎo)體中自由電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲 、 電子管中電子的起伏發(fā)射或晶體管中載流子的起伏變化產(chǎn)生的散彈噪聲等 。 如果根據(jù) 噪聲的性質(zhì) 分類 ， 噪聲可以分為單頻噪聲 、 脈沖噪聲和起伏噪聲 。 這三種噪聲都是隨機(jī)噪聲 。 (1) 單頻噪聲 。 單頻噪聲主要是無(wú)線電干擾 ， 頻譜特性可能是單一頻率 ， 也可能是窄帶譜 。 單頻噪聲的特點(diǎn)是一種連續(xù)波干擾 。 可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)避免單頻噪聲的干擾 。 (2) 脈沖噪聲 。 脈沖噪聲是在時(shí)間上無(wú)規(guī)則的突發(fā)脈沖波形 。 包括工業(yè)干擾中的電火花 、 汽車點(diǎn)火噪聲 、 雷電等 。 脈沖噪聲的特點(diǎn)是以突發(fā)脈沖形式出現(xiàn) 、 干擾持續(xù)時(shí)間短 、 脈沖幅度大 、 周期是隨機(jī)的且相鄰?fù)话l(fā)脈沖之間有較長(zhǎng)的安靜時(shí)間 。 由于脈沖很窄 ， 所以其頻譜很寬 。 但是隨著頻率的提高 ， 頻譜強(qiáng)度逐漸減弱 。 可以通過(guò)選擇合適的工作頻率 、 遠(yuǎn)離脈沖源等措施減小和避免脈沖噪聲的干擾 。 (3) 起伏噪聲 。 起伏噪聲是一種連續(xù)波隨機(jī)噪聲 ， 包括熱噪聲 、 散彈噪聲和宇宙噪聲 。 對(duì)其特性的表征可以采用隨機(jī)過(guò)程的分析方法 。 起伏噪聲的特點(diǎn)是具有很寬的頻帶 ， 并且始終存在 ， 它是影響通信系統(tǒng)性能的主要因素 。 在以后各章分析通信系統(tǒng)抗噪聲性能時(shí) ， 都是以起伏噪聲為重點(diǎn) 圖 3 –28 熱噪聲的功率譜密度 Pn( f )2 k R T0 0 . 2 0 . 4 h f / KT)/(1)e x p (4)( 2 HzVKThfR h ffPn??)/(2)( 2 HzVR K TfP n ? ( 2) ( 1) 起伏噪聲及特性 單邊功率譜密度 白噪聲 圖 3 – 29 電阻熱噪聲的等效表示 abR( a )abG in( t )( b )abRun( t )( c )K T GBI n 4? K T R BU n 4?起伏噪聲通常被認(rèn)為是近似高斯白噪聲。 雙邊功率譜密度 )/(2)( 0 HzWnfp n ?其自相關(guān)函數(shù) )(2)( 0 ??? nR n ?( 5) ( 6) 如果線性網(wǎng)絡(luò)具有窄帶特性 ， 則輸出噪聲為窄帶噪聲 。 圖 330 帶通型噪聲的功能譜密度 面積相等Pn( f )Pn( fc )OBnffc)()()(2)(0nnn fpdffpfpdffpB ?????? ??帶通性噪聲的等效帶寬 ( 7) 信道容量是指信道中信息無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笏俾?。這里只討論連續(xù)信道的信道容量。 1. 香農(nóng)公式 (Shannon39。s channel coding theorem) 信道容量的概念 (Channel capacity) )()()( tntxty ??)2e xp(2122nnnnp??? ??)/(1l og 2 sbNSBC ?????? ??( 1) ( 2) ( 7) 信道容量 香農(nóng)公式表明的是當(dāng)信號(hào)與信道加性高斯白噪聲的平均功率給定時(shí) ， 在具有一定頻帶寬度的信道上 ，理論上 單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康?極限數(shù)值 。 只要傳輸速率小于等于信道容量 ， 則 總可以 找到一種信道編碼方式 ， 實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)傳輸；若傳輸速率大于信道容量 ， 則不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)傳輸 。 若噪聲 n(t)的 單邊功率譜密度 為 n0， 則在信道帶寬B內(nèi)的噪聲功率 N=n0B。 因此 ， 香農(nóng)公式的另一形式為 )/(1l og02 sbBnSBC???????? ?? ( 8) 由香農(nóng)公式可得以下結(jié)論： ?????????? ?????? BnSBCSS 021l ogl i ml i m (2) ???????? ???? NSBCNN1l ogl i ml i m 200020020002 o g1l o gl i m1l o gl i ml i mnSenSBnSSBnnSBnSBCBBB????????????????????????????(1) (3) 2. 由香農(nóng)公式 ( 7)可以看出：對(duì)于一定的信道容量 C來(lái)說(shuō) ， 信道帶寬 B、 信號(hào)噪聲功率比 S/N及傳輸時(shí)間三者之間可以互相轉(zhuǎn)換 。 若增加信道帶寬 ， 可以換來(lái)信號(hào)噪聲功率比的降低 ， 反之亦然 。 如果信號(hào)噪聲功率比不變 ， 那么增加信道帶寬可以換取傳輸時(shí)間的減少 ， 等等 。 如果信道容量 C給定 ， 互換前的帶寬和信號(hào)噪聲功率比分別為 B1和 S1/N1， 互換后的帶寬和信號(hào)噪聲功率比分別為 B2和 S2/N2， 則有 ???????? ?????????? ?2022210121 1l og1l og BnSBBnSB???????? ?????????? ?22221121 1l og1l og NSBNSB給定 n0時(shí)
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