通信原理精33-41ppt课件

.,3.6正弦波加窄带高斯噪声,带通滤波器的输出是有用信号与频带内噪声的合成信号。由于信号一般采用正弦波作为载波，而噪声服从高斯分布，因此合成信号的一般形式是由正弦波已调信号与窄带高斯噪声组成的混合波形。,信号在经过信道传输时会受到噪声的干扰。为了减小噪声影响，通常在接收机前端设置一个带通滤波器，以滤除信号频带以外的噪声，但信号频带内的噪声无法消除。,.,合成信号:,为窄带高斯噪声，均值为0，方差为。正弦信号的和都是常数，是随机相位。,将噪声表达式代入展开，可得到：,合成信号包络,合成信号相位,.,可推出：包络的概率密度函数为：,：第一类零阶修正贝塞尔函数,合成信号的包络分布与信噪比有关。小信噪比时,接近于瑞利分布；大信噪比时，接近于高斯分布，一般情况下，是莱斯分布。相位分布也与信噪比有关。,广义瑞利分布（莱斯分布）,.,一、白噪声,理想的宽带随机过程，其功率谱密度均匀分布在整个频率范围内，即,这里的“白”是借用光学中白光的意思：白光指在电磁辐射可见范围内所有频率分量的数值都相等。,3.7高斯白噪声和带限白噪声,或,正常数,.,白噪声的自相关函数：,对于所有的都有，表明白噪声在任意两个不同时刻的随机变量都是不相关的，仅在时才相关。,.,白噪声的功率:由于其带宽无限，其平均功率为无穷大。,或,真正的白噪声并不存在，它只是构造的一种理想化的噪声形式。但在通信系统中有很多噪声，由于其功率谱均匀分布的频率范围远远大于通信系统的频带，可近似认为是白噪声，这样可使分析大大简化。,白噪声的概率分布服从高斯分布,.,二、低通白噪声,白噪声通过理想低通滤波器的输出即为低通白噪声。,输出的低通白噪声功率谱密度为：,功率谱密度被限制在一定的频率范围内,理想低通,.,带限白噪声在间隔为的时刻上得到的随机变量是不相关的。因此，若按抽样定理对带限白噪声进行抽样，则各抽样值是各不相关的随机变量。,自相关函数：,.,三、带通白噪声,白噪声通过理想带通滤波器输出的噪声即为带通白噪声。,带通白噪声功率谱密度：,理想带通,通带宽度,中心频率,且,.,自相关函数：,窄带高斯白噪声的平均功率：,.,解：,理想低通传输特性,例3-7-1:试求功率谱密度为的白噪声通过理想低通滤波器后的功率谱密度、自相关函数及噪声功率。,.,解:1.低通系统的传输函数：,2.因为输入过程均值为0，所以输出均值也为0。,例3-7-2（3-10）:将均值为0、功率谱密度为的高斯白噪声加到图示的低通滤波器输入端。1.求输出噪声的自相关函数；2.求输出噪声的方差。,输出噪声功率谱密度：,.,3-5、3-8、3-14,作业：,.,信号传输必须经过信道，信道是任何一个通信系统中必不可少的组成部分。,第4章信道,信道特性将直接影响到通信的质量。,信道是指以传输媒质为基础的信号通道。,狭义信道:,仅仅是指信号的传输媒质。,广义信道:,不仅是指传输媒质，而且还包括通信系统中的一些转换装置（如变频、放大、发射、滤波等）。,.,广义信道：,狭义信道:,.,无线信道中，信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。,无线信道电磁波的频率受天线尺寸限制，通常用于通信的电磁波频率都比较高。,根据通信距离、频率和位置不同，电磁波的传播主要分为地波、天波（或电离层反射波）和视线传播三种。,4.1无线信道,.,地波（沿弯曲的地球表面传播）：频率30MHz强度衰减较慢，受地球表面弧度和障碍物影响传播距离和天线高度有关，但一般限于视距范围（超短波和微波通信）,收发天线的高度：,收发天线间距离,如：若要求，则收发天线的架设高度应为。,.,增大视线传播距离的途径:中继通信、卫星通信、平流层通信等。,除此之外，还有电离层散射、对流层散射、流星余迹散射等传播方式。,.,传输电信号的有线信道：明线、对称电缆、同轴电缆、光纤、光缆等。,明线：是指平行架设在电线杆上的架空线路。,一般是导电裸线或带绝缘层的导线。传输损耗低，但易受天气和环境的影响，对外界噪声干扰敏感，并且很难沿一条路径架设大量的成百对线路。,4.2有线信道,.,对称电缆：由许多对双绞线放在一根保护套内组成。在有线电话网中广泛用于用户接入电路。,同轴电缆：,有线电视广播网中用同轴电缆将信号送入用户。目前远距离信号传输的干线都采用光纤代替同轴电缆。,.,4.3信道的数学模型,调制信道是为了便于研究调制和解调问题而定义的，是从发送端调制器的输出到接收端解调器的输入之间的部分。,调制信道,.,编码信道是为了便于研究数字通信系统中的编码与解码问题而定义的，是从发送端编码器的输出到接收端解码器的输入之间的部分，之间的一切环节只是起了传输数字信号的作用，可作为一个整体来研究。,编码信道,.,在具有调制和解调过程的任何一种通信系统中，我们对于调制信道内部的变换过程并不关心，只关心调制信道的输入信号和输出结果。,噪声叠加在信号之上，与相互独立。不管有没有信号通过，噪声始终存在。,一、调制信道模型,输入、输出之间的关系：,信道输入的已调信号电压,信道的总输出电压,信道中的加性噪声,.,代表一种函数关系，表示输入的已调信号在经过调制信道时所发生的线性变换。,为了便于数学分析，可令。即把调制信道对输入已调信号所进行的线性变换等效为对输入信号乘上了一个系数。,上式改写为：,调制信道数学模型,.,乘性干扰,是一个很复杂的函数，反映了信道特性。在这里，表示了信道对输入信号所进行的变换或者说所产生的影响，因此，对于来说，也是一种干扰，称为乘性干扰。,加性干扰,没有信号时，乘性干扰不存在。,.,恒参信道：信道特性基本上不随时间变化，或者变化很慢很小。（如：以有线传输媒质为基础构成的信道）,根据随时间变化的不同（即信道特性随时间变化的不同情况），可将调制信道分为恒参信道和随参信道。,随参信道：信道特性随时间随机变化。（如：以无线传输媒质为基础构成的信道）,.,编码信道所关心的是由于信道噪声或其他因素的影响，在经过信道传输之后，数字信号是否出现差错以及出现差错的可能性有多少。因此，输入、输出序列之间的关系可以用一组转移概率来描述。,三、编码信道模型,编码信道包括调制信道、调制器和解调器。与调制信道模型有明显的不同，是