數(shù)字通信原理課件：第1章緒論

1、第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 數(shù)字通信原理簡介數(shù)字通信原理簡介 適用專業(yè)：適用專業(yè)：通信工程、電子信息工程、電子科學與技術(shù) 學分學分/學時：學時：3.0/56（課堂教學48學時、實驗8學時） 先修課程：先修課程：信號與系統(tǒng)、概率與隨機過程、高數(shù)等 課程目的：課程目的：熟悉數(shù)字通信系統(tǒng)的基本概念、基本原理、掌握分析和研究通信系統(tǒng)的基本方法，并為后續(xù)專業(yè)課打下必要的理論基礎(chǔ)第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 分分 類類 值值 別別 課課 程程 名名 稱稱課堂考勤課堂考勤（占5%以內(nèi)）隨堂測驗隨堂測驗（包括課堂提問、課堂討論、課堂小測驗等至少3次，占25%或以上）課程作業(yè)課程作業(yè)（包括

2、課后習題、等至少3次，占20%或以上）其其 他他數(shù)字通信原理52520期末考試評定標準：1、課堂考勤： 第1周到第4周， 第1次 2分；第5周到第8周，第2次1分； 第9周到第12周，第3次2分。 2、隨堂測驗： 第1周到第4周，課堂小測驗，20分鐘，9分；第5周到第10周，課堂小測驗，20分鐘，8分；第11周到14周，課堂小測驗，20分鐘，8分。 3、課程作業(yè)： 第1次，第一、三章課后習題，4分；第2次，第六、七章課后習題，4分；第3次，第九、十章課后習題，4分；實驗，8分。 4、其他： 加分情況：課堂提問回答正確；能主動回答問題；一次一分。 ： 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 第第

3、1章章 緒緒 論論 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標 及及主要技術(shù)問題主要技術(shù)問題 1.3 信信息論初步息論初步1.4 信信道與噪聲道與噪聲第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 什么是通信、消息、信號、通信系統(tǒng)？什么是通信、消息、信號、通信系統(tǒng)？n 通信：通信：克服距離上的障礙，交換和傳遞信息；克服距離上的障礙，交換和傳遞信息；n 消息消息：文字、符號、數(shù)據(jù)、圖片、語音和活動圖像；：文字、符號、數(shù)據(jù)、圖片、語音和活動圖像；n 信號信號：與消息一一對應的電量，它是消息的物質(zhì)載體；：與消息一一對

4、應的電量，它是消息的物質(zhì)載體；n 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和；：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和；n 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)。：傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)。什么是數(shù)字信號？模擬信號？什么是數(shù)字信號？模擬信號？第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 Of (t)t(a)f (nT )tPAM信號(b)O100110111001Of (nT )t00111001數(shù)字信息PSK 波形(a)(b)模擬信號數(shù)字信號（Bit Stream）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 Of (t)t(a)f (nT )tPAM信號(b)OPAM是模擬信號第 1 章

5、緒 論 第 1 章 緒 論 數(shù)字信息：0 0 1 1 1 0 0 1PSK是數(shù)字信號（Digital Bandpass Waveform）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 模擬信號模擬信號：凡信號的某一參量(如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位置等)可以取無限多個數(shù)值。 數(shù)字信號數(shù)字信號：凡信號的某一參量(如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位置等)只可取有限多個數(shù)值。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 4. 按調(diào)制方式分按調(diào)制方式分基帶傳輸基帶傳輸：指信號沒有經(jīng)過調(diào)制（頻率搬移）調(diào)制（頻率搬移）而直接送到信道中去傳輸?shù)囊环N方式(基帶信號)。頻帶傳輸頻帶傳輸

6、：指信號經(jīng)過調(diào)制調(diào)制后再送到信道中傳輸，收端有相應解調(diào)措施的一種通信方式(頻帶信號) 。 3. 按工作頻段分：按工作頻段分：長波、中波、短波、微波通信見書上的表格見書上的表格P7：表：表1-2 通信的分類通信的分類 1. 按傳輸媒質(zhì)分：按傳輸媒質(zhì)分：無線通信、有線通信 2. 按傳輸信號分：按傳輸信號分：模擬通信、數(shù)字通信第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 (a) simplex communication（單工）； (b) half-duplex communication（半雙工）； (c) duplex communication（全雙工）發(fā)端信 道收端發(fā)端信 道收端發(fā)端收端(a)(b

7、)發(fā)端信 道收端發(fā)端收端信 道(c)1. 按消息傳送的方向與時間分按消息傳送的方向與時間分 通信方式通信方式 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 按數(shù)字信號排序分按數(shù)字信號排序分 按數(shù)字信號排序劃分的通信方式(a) 串序傳輸方式 ； (b) 并序傳輸方式 發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備110(a)發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備(b)第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 3. 按通信網(wǎng)絡(luò)形式分按通信網(wǎng)絡(luò)形式分 按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式(a) 兩點間直通方式； (b) 分支方式； (c) 交換方式 圖1-3終端A終端B終端C交換設(shè)備終端N(c)終端A終端B(a)轉(zhuǎn)接站終端A終端B終端C(b)終端N第 1 章 緒

8、論 第 1 章 緒 論 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 通信系統(tǒng)的模型 信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端圖1-4發(fā)送端：信息源將消息變成原始的電信號。 發(fā)送設(shè)備將原始的電信號變成適合在信道上傳送的信號信道：信號傳輸?shù)拿劫|(zhì)，分為有線和無線信道。接收端：接收設(shè)備將信道中送來的信號轉(zhuǎn)換成原始的電信號。 受信者將原始的電信號還原成消息。 噪聲源：信道中或通信系統(tǒng)中干擾的集中表現(xiàn)。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.2.2 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng) 基帶傳輸系統(tǒng)涉及一系列技術(shù)問題，如信號類型(傳輸碼型)、 碼間串擾， 實現(xiàn)無串擾傳輸?shù)睦硐霔l件及如何具體克服和減少碼間串擾的

9、措施等(chapter 6)。 信息源信道接收濾波器取樣判決受信者噪聲源cp基形帶成信器號1. 數(shù)字數(shù)字基帶基帶傳輸通信系統(tǒng)傳輸通信系統(tǒng) 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 數(shù)字數(shù)字頻帶頻帶傳輸通信系統(tǒng)傳輸通信系統(tǒng) 信息源信源編碼器信道編碼器數(shù)字調(diào)制器信道數(shù)字解調(diào)器信道譯碼器信源譯碼器受信者噪聲源數(shù)字通信系統(tǒng)還有一個非常重要的控制單元，即同步系統(tǒng)（沒有畫出）。它可以使通信系統(tǒng)的收端或整個通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流能與發(fā)送端同步、有序同步、有序而準確而準確地接收與恢復原信息。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.3 數(shù)字通信的主要技術(shù)問題數(shù)字通信的主要技術(shù)問題 1.3.1 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)

10、制/解調(diào)解調(diào) 調(diào)制與解調(diào)是數(shù)字通信系統(tǒng)的核心，是最基本的也是最重要的技術(shù)之一。調(diào)制的作用是將輸入的數(shù)字信號(基帶數(shù)字信號)變換為適合于信道傳輸?shù)念l帶信號。常見的基本數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、 絕對相移鍵控(PSK)、 相對(差分)相移鍵控(DPSK)等四種(chapter 7)。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.3.2 信源編碼信源編碼/譯碼譯碼 信源編碼的主要任務：第一是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(即模擬信號數(shù)字化問題)，從實現(xiàn)方法上看，模擬信號數(shù)字化主要有兩種基本形式， 一是脈沖編碼調(diào)制(PCM)，另一種是增量調(diào)制(M) (chapter 3。第二是實

11、現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮(數(shù)據(jù)壓縮已超出我們的大綱范圍,參考信息論與編碼)。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.3.3 信道編碼信道編碼/譯碼譯碼 信道編碼/譯碼又稱差錯控制編碼/譯碼，信道編碼技術(shù)主要研究檢錯、糾錯碼概念及基本實現(xiàn)方法（chapter 9）。1.3.4 基帶傳輸技術(shù)基帶傳輸技術(shù)（chapter 6）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.3.5 同步同步 同步是數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成部分。 數(shù)字通信離不開同步， 同步系統(tǒng)性能的好壞，直接影響著通信系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。 (chapter8)。1.3.6 保密編碼保密編碼/譯碼譯碼本書未做詳細深入的專章討論，但 chapter 10的偽

12、隨機序列有實現(xiàn)通信加密的功能。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 此外，在數(shù)字通信系統(tǒng)中還涉及：多路復接技術(shù)多路復接技術(shù)將低速的數(shù)據(jù)流合成高速數(shù)據(jù)流。多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)實現(xiàn)信道的共享分配（chapter 4 、5）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.2.3 數(shù)字通信的主要優(yōu)缺點數(shù)字通信的主要優(yōu)缺點 1. 數(shù)字通信的主要優(yōu)點數(shù)字通信的主要優(yōu)點(1) 抗干擾、 抗噪聲性能好。 (2) 差錯可控。 (3) 易加密。 (4) 易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 抗干擾能力強：信號的失真與再生抗干擾能力強：信號的失真

13、與再生第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 數(shù)字通信的缺點數(shù)字通信的缺點 (1) 頻帶利用率不高。數(shù)字通信中，數(shù)字信號占用的頻帶寬，以電話為例，一路數(shù)字電話一般要占據(jù)約2060kHz的帶寬，而一路模擬電話僅占用約4 kHz帶寬。如果系統(tǒng)傳輸帶寬一定的話， 模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話的515倍。 (2) 需要嚴格的同步系統(tǒng)。數(shù)字通信中，要準確地恢復信號，必須要求收端和發(fā)端保持嚴格同步。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及設(shè)備一般都比較復雜，體積較大。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.4 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標 1.4.1 一般通信系統(tǒng)的性能指標一般通信系

14、統(tǒng)的性能指標(1) 有效性。 指通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題， 即快慢問題。 (2) 可靠性。 指通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問題， 即好壞問題。 其他指標： 適應性、 經(jīng)濟性、 保密性、 標準性、維修性、 工藝性。對數(shù)字通信系統(tǒng)而言：有效性用“傳輸速率”衡量，常用的為傳碼率（波特率）、傳信率（比特率）、頻帶利用率。可靠性用“誤碼率”衡量，常用的為誤碼率、誤信率。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.4.2 有效性指標的具體表述有效性指標的具體表述 1. 碼元傳輸速率（碼元傳輸速率（又可稱為碼元速率、傳碼率等) 單位時間單位時間(每秒鐘每秒鐘)內(nèi)傳輸碼元內(nèi)傳輸碼元(symbol 符號符號

15、)的數(shù)目的數(shù)目，單位為波特(Baud)，用符號RB來表示例如，某系統(tǒng)在2秒內(nèi)共傳送4 800個碼元，則系統(tǒng)的傳碼率為RB 2 400B。 碼元速率是碼元速率RB與碼元寬度Tb有關(guān)bBTR1第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 信息傳輸速率信息傳輸速率(又可稱為傳信率、比特率)指單位時間指單位時間(每秒鐘每秒鐘)內(nèi)傳送的信息量，內(nèi)傳送的信息量，單位為比特/秒(bit/s)，簡記為b/s或bps，用符號Rb表示。通常認為一個二進制碼元所攜帶的信息量為通常認為一個二進制碼元所攜帶的信息量為1bit。（思考：每。（思考：每一個多進制碼元所攜帶的信息量？）一個多進制碼元所攜帶的信息量？）例：若一

16、個系統(tǒng)在單位時間內(nèi)傳送了2400個二進制碼元，則系統(tǒng)的傳碼率為2400B，系統(tǒng)的傳信率為2400 bps。若系統(tǒng)在單位時間內(nèi)傳送了2400個四進制碼元，則系統(tǒng)的傳碼率為2400B，系統(tǒng)的傳信率為240024800 bps。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 3. Rb與與RB之間的互換之間的互換 在二進制中，碼元速率RB2同信息速率Rb2的關(guān)系在數(shù)值上相等，但單位不同。 在多進制中，RBN（波特率）與RbN （比特率）之間數(shù)值不同，單位亦不同。它們之間在數(shù)值上有如下關(guān)系式 NRRBNbN2log第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 4.頻帶利用率：頻帶利用率：單位頻帶內(nèi)碼元（或信息）傳輸

17、速率的大小。(/)BRBaud HzB/()bRbits HzB第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 例例1 已知二進制數(shù)字信號在2min內(nèi)共傳送了72 000個碼元，(1) 問其碼元速率和信息速率各為多少? (2) 如果碼元寬度不變(即碼元速率不變)，但改為八進制數(shù)字信號， 則其碼元速率為多少? 信息速率又為多少? 解解 (1) 在260s內(nèi)傳送了72 000個碼元RB2=72 000/(260)=600 (B)Rb2=RB2=600 (b/s)(2) 若改為8進制則 RB8=72 000/(260)=600 (B) Rb8=RB8log28=1 800 (b/s) 第 1 章 緒 論 第

18、 1 章 緒 論 1.4.3 可靠性指標的具體表述可靠性指標的具體表述 1. 碼元差錯率碼元差錯率Pe 碼元差錯率Pe簡稱誤碼率，它是指接收錯誤的碼元數(shù)在傳送總碼元數(shù)中所占的比例，用表達式可表示成 )(錯誤碼元數(shù)正確碼元數(shù)總碼元數(shù)單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)拇a元數(shù)單位時間內(nèi)接收的錯誤Pe第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 信息差錯率信息差錯率Peb 信息差錯率Peb簡稱誤信率，或誤比特率，它是指接收錯誤的信息量在傳送信息總量中所占的比例，用表達式可表示成 )()()(總信息量總比特數(shù)單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘康谋忍財?shù)丟失出錯單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸中ebP數(shù)字話音通信：要求數(shù)字話音通信：要求P P

19、ebeb在在1010-3-3-10-10-6-6以下；以下； 計算機系統(tǒng)：要求計算機系統(tǒng)：要求P Pebeb在在1010-7-7以下。以下。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 例例 2 已知某八進制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為12 000 b/s，在收端半小時內(nèi)共測得出現(xiàn)了216個錯誤碼元，試求系統(tǒng)的誤碼率。 528881036030000421600048log/00012ebBbPBRRsbR解解 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.4.4 信息論基礎(chǔ)信息論基礎(chǔ) (1) 消息中所含信息量I是消息出現(xiàn)的概率P(x)的函數(shù)，即 )(xPII (2) 消息出現(xiàn)的概率愈小， 它所含信息量愈

20、大； 反之信息量愈小。 且 時時01PPII0第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 (3) 若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息， 所含信息量等于各獨立事件信息量的和， 即 1212( )( )( )( )I P xP xI P xI P x可以看出I與P(x)間應滿足以上三點， 則它們有如下關(guān)系式： )(log)(1logxPxPIaa第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 信息量I的單位與對數(shù)的底數(shù)a有關(guān)： a=2 單位為比特(bit，簡寫為b)； a=e單位為奈特(nat，簡寫為n)；a=10單位為笛特(Det)或稱為十進制單位； a=r單位稱為r進制單位。 通常使用的單位為比特。 第 1 章

21、 緒 論 第 1 章 緒 論 例例 1-1 試計算二進制符號等概率和多進制(M進制)等概率時每個符號的信息量。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 例例 1-2 試計算二進制符號不等概率時的信息量(設(shè)P(1)=P)。 iiixpxpI)(log)(2第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 例例 1-3 設(shè)由5個符號組成的信息源，相應概率為 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.6 信道的定義、分類與模型信道的定義、分類與模型 1、基本概念及分類、基本概念及分類 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1. 信道信道:指以傳輸媒介(質(zhì))為基礎(chǔ)的信號通路信號通路。信道有一定的頻帶寬度，它

22、讓信號通過的同時又不可避免的給信號以限制和損害。 2.狹義信道狹義信道:僅指信號傳輸媒介傳輸媒介的信道（包括有線信道和無線信道）。 3.廣義信道廣義信道:指除包括傳輸媒介外，還包括通信系統(tǒng)的其它部分（包括調(diào)制信道和編碼信道）。 各種信道的含義各種信道的含義第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 調(diào) 制 器發(fā) 轉(zhuǎn) 換 器 媒 質(zhì)收 轉(zhuǎn) 換 器解 調(diào) 器調(diào)制信道編碼信道狹義廣義編碼器譯碼器第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 4.調(diào)制信道調(diào)制信道:指從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信號通路傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信號通路。是為研究調(diào)制與解調(diào)的

23、基本問題而定義的一個信道范疇。（圖 2-1 ）5.編碼信道編碼信道:從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸出端到譯碼器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信號通路輸媒質(zhì)構(gòu)成的信號通路。是為研究編碼和譯碼的基本問題而定義的一個信道范疇。（圖 2-1） 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2、 信道的模型信道的模型 1. 調(diào)制信道（連續(xù)信道）調(diào)制信道（連續(xù)信道） )()()(tntefteio ei(t)輸入的已調(diào)信號； eo(t)信道輸出波形；n(t)信道噪聲(或稱信道干擾)； fei(t)表示信道對信號影響(變換)的某種函數(shù)關(guān)系第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 由于由于fei(

24、t)可以表示為形式可以表示為形式k(t)*ei(t)。 k(t)稱為稱為乘性干擾，乘性干擾，n(t)稱為稱為加性干擾加性干擾)()()()(tntetkteio1、 k(t)是調(diào)制信道傳輸特性的表示，一般是個復雜的函數(shù)，可能包括各種線性畸變、非線性畸變等，往往只能用隨機過程表示。2、這是由于網(wǎng)絡(luò)的延遲特性與衰減特性會隨時間隨機變化的結(jié)果。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 恒參信道恒參信道： k(t)不隨時間變化或變化極為緩慢的一類信道。包括架空明線、電纜、光纖、中長波地表傳播等是恒參信道。變參信道變參信道： k(t) 隨時間隨機變化的一類信道。包括：超短波及微波、短波電離層反射、對流層散

25、射、電離層散射等是變參信道。理想信道：k(t)=常數(shù)，n(t)=0，即 )()(tekteio（2）調(diào)制信道分類）調(diào)制信道分類第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 編碼信道（離散信道）編碼信道（離散信道） 信道的入口和出口均為數(shù)字序列。因此，編碼信道的模型可用數(shù)字信號的轉(zhuǎn)移概率來描述。（1）信道模型）信道模型圖 2-3 二進制二進制無記憶編碼信道模型 “0”“1”“0”“1”P(0/0)P(1/0)P(0/1)P(1/1)第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 信道轉(zhuǎn)移概率：P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)正確轉(zhuǎn)移概率：P(0/0)和P(1/1)錯誤轉(zhuǎn)移概率：P(

26、1/0)和P(0/1)概率間的關(guān)系為：1) 1/0() 1/1 (1)0/1 ()0/0(PPPP第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 （2）編碼信道分類）編碼信道分類無記憶信道無記憶信道：任一碼元發(fā)生差錯與它前后碼元的差錯無任何關(guān)系，是獨立的。有記憶信道：有記憶信道： 前一碼元的差錯會影響后面碼元的差錯。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 3、狹義信道、狹義信道 有許多對相互絕緣的雙導線。 導線材料是鋁或銅， 直徑為0.41.4 mm。 為了減小各線對之間的相互干擾，每一對線都擰成扭絞狀。 能傳送模擬信號和數(shù)字信號。 通信距離為幾千米到十幾千米。 通常有兩種類型： 非屏蔽（UTP） 和

27、屏蔽（STP）。1. 雙絞線雙絞線第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2、同軸電纜同軸電纜比雙絞線具有更寬的帶寬、更好的噪聲抑制特性。在有線電視網(wǎng)絡(luò)中大量采用這種結(jié)構(gòu)的同軸電纜。由里到外：銅心、絕緣材料、金屬網(wǎng)絲、絕緣材料、外皮。通常有兩種類型（按照特性阻抗的大小分）：50歐：用于傳送數(shù)字信號。75歐：用于傳送寬帶模擬信號。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 3、光纖（略）光纖（略）4、無線信道（載體為無線電波和光波、無線信道（載體為無線電波和光波,略）略）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.7 信道內(nèi)的噪聲信道內(nèi)的噪聲(干擾干擾) 根據(jù)噪聲來源噪聲來源分： （1）無線電噪聲

28、：來源于無線電發(fā)射機。特點：干擾頻率固定(2) 工業(yè)噪聲：來源于電器設(shè)備。特點：干擾頻率較低。(3) 天電噪聲：來源于自然界的雷電、宇宙射線等自然現(xiàn)象。(4) 內(nèi)部噪聲：來源于通信系統(tǒng)本身。又稱“起伏噪聲、隨機噪聲”可以用隨機過程來描述。 特點：頻率范圍寬，頻率不固定特點：波形不規(guī)則變化第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 根據(jù)噪聲性質(zhì)噪聲性質(zhì)分： (1) 單頻噪聲：單一頻率或頻率范圍比較窄。(2) 脈沖干擾： 電火花、雷電等。特點：脈沖窄，頻譜寬。 (3) 起伏噪聲：信道內(nèi)部熱噪聲和器件噪聲等，用隨機過程來描述。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 通信中常見的幾種噪聲通信中常見的幾種噪

29、聲 1 白噪聲白噪聲：指功率譜密度函數(shù)在整個頻率域(-+)內(nèi)是常數(shù)，即服從均勻分布均勻分布。 有色噪聲有色噪聲：不符合上述條件的噪聲就稱為有色噪聲。說明：完全理想的白噪聲是不存在。只要噪聲功率譜密度函數(shù)均勻分布的頻率范圍超過通信系統(tǒng)工作頻率范圍很多時，就可近似認為是白噪聲。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 理想的白噪聲功率譜密度通常被定義為（雙邊功率譜密度） 2)(0nPn)(若采用單邊頻譜單邊頻譜，即頻率在0到無窮大范圍內(nèi)時0)(nPn)0( 功率信號的功率譜密度與其自相關(guān)函數(shù)R()互為傅氏變換對，即 001( )( )222jnnnRed 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 功率

30、信號的功率譜密度與其自相關(guān)函數(shù)R()互為傅氏變換對，即 001( )( )222jnnnRed 圖 理想白噪聲的功率譜密度和自相關(guān)函數(shù) Pn( )n0/ 20( a )Rn( )n0/ 20( b )第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 什么是自相關(guān)函數(shù)？什么是自相關(guān)函數(shù)？1、它是信號處理、時間序列分析中常用的數(shù)學工具，反映了信號在不同時刻的取值之間的相關(guān)程度，是信號在時域中的特性。定義為：2、自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)：自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)當 為最大值，也即信號的均方值 dttXtXTRTTX0)()(1lim)()()(XXRRXTTXtXTR202)(1lim)0(, 0周期信號的自相關(guān)函數(shù)仍為同

31、頻率的周期信號第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 時間歷程 自相關(guān)函數(shù)圖形 正弦波 正弦波加隨機噪聲 窄帶隨機噪聲寬帶隨機噪聲常見四種典型信號的自相關(guān)函數(shù)如圖常見四種典型信號的自相關(guān)函數(shù)如圖第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 自相關(guān)函數(shù)的典型應用包括：自相關(guān)函數(shù)的典型應用包括：（1）檢測信號回聲（反射）。若在寬帶信號中存在著帶時間延遲 的回聲，那么該信號的自相關(guān)函數(shù)將在 處也達到峰值（另一峰值在 處），這樣可根據(jù) 確定反射體的位置.(2)檢測淹沒在隨機噪聲中的周期信號。由于周期信號的自相關(guān)函數(shù)仍是周期性的，而隨機噪聲信號隨著延遲增加，它的自相關(guān)函數(shù)將減到零。因此在一定延遲時間后，被干擾

32、信號的自相關(guān)函數(shù)中就只保留了周期信號的信息，而排除了隨機信號的干擾。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2 高斯噪聲高斯噪聲：概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)服從高斯分布(即正態(tài)分布)的一類噪聲。 222)(exp21)(axxp式中，a噪聲的數(shù)學期望值（均值），通常為0 2噪聲的方差；第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 圖 2-11 高斯分布的密度函數(shù) (1) p(x)對稱于x=a直線，即有p(a+x)=p(a-x)(2) p(x)在(-, a)內(nèi)單調(diào)上升，在(a, +)內(nèi)單調(diào)下降， 且在點a處達到極大值，當x時 0)(xp第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 (3)1d)(xxp且有 21d)(d)(xxpxxpaa (4) 對不同的a，表現(xiàn)為p(x)的圖形左右平移；對不同的，p(x)的圖形將隨的減小而變高和變窄。 (5) 當a=0, =1，則成為標準正態(tài)分布，即： 2exp21)(2xxp第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 高斯分布函數(shù)：高斯分布函數(shù)：