信道与噪声
噪声对无线信号传输距离的影响
噪声对无线信号传输距离的影响一、噪声的基本概念与分类噪声是无线通信系统中不可避免的现象，它对信号的传输质量有着重要的影响。
在无线通信领域，噪声主要分为两类：外部噪声和内部噪声。
外部噪声主要来源于自然界和人为因素，如雷电、太阳活动、电气设备等产生的电磁干扰。
内部噪声则主要指通信设备自身在工作过程中产生的噪声，包括热噪声、散粒噪声等。
1.1 外部噪声外部噪声是无线通信系统中最常见的干扰源之一。
它可能来自于自然界的雷电、太阳活动等自然现象，也可能来自于人为的电气设备、无线通信设备等。
这些噪声源产生的电磁波会通过空间传播，对无线信号的传输造成干扰。
1.2 内部噪声内部噪声是指无线通信设备在正常工作过程中产生的噪声。
热噪声是由于电子器件中的电子热运动产生的，而散粒噪声则是由于电子器件中的载流子的随机运动产生的。
这些噪声虽然在设备内部产生，但同样会对信号的传输质量造成影响。
二、噪声对无线信号传输距离的影响无线信号在传输过程中，会受到各种噪声的干扰，从而影响信号的传输距离和质量。
噪声对无线信号传输距离的影响主要体现在以下几个方面：2.1 信号与噪声比（SNR）的降低信号与噪声比是衡量无线通信系统性能的重要指标之一。
当噪声水平升高时，信号与噪声比会降低，导致接收端难以从噪声中分辨出有用的信号，从而影响信号的传输距离。
2.2 信道容量的减少信道容量是指在给定的信道条件下，能够无误传输的最大数据速率。
噪声的存在会降低信道容量，从而限制了信号的传输速率和距离。
2.3 误码率的增加误码率是指在信号传输过程中，接收到的错误比特数与总比特数的比率。
噪声会导致信号失真，增加误码率，从而影响信号的传输质量。
2.4 多径效应的加剧多径效应是指无线信号在传播过程中，由于反射、折射、散射等作用，形成多个信号路径到达接收端的现象。
噪声的存在会加剧多径效应，导致信号的叠加和干涉，影响信号的传输距离。
三、降低噪声影响的策略与技术为了降低噪声对无线信号传输距离的影响，可以采取以下一些策略和技术：3.1 提高信号功率提高发射端的信号功率可以增加信号与噪声比，从而提高信号的传输距离。
《信道及噪声模型》课件
欢迎大家来到今天的课程《信道及噪声模型》，本课件将带您深入了解信道 模型和噪声模型，更好地理解通信原理和技术应用。
信道模型
• 信道定义和分类 • 传输信道 • 交换信道 • 广播信道 • 信道参数
噪声模型
• 噪声类型 • 热噪声 • 内部噪声 • 外部噪声 • 噪声功率谱密度 • 噪声温度
各种信道及其噪声模型
传输信道的噪声模型
传输信道的噪声模型描述了在信道传输中噪声 的特点和影响。
广播信道的噪声模型
广播信道的噪声模型涉及信号传输过程中噪声 的干扰和衰减。
交换信道的噪声模型
交换信道的噪声模型考虑了交换系统中各种因 素对噪声的影响。
其他信道的噪声模型
除了传输、交换和广播信道之外，还有其他类 型信道噪声模型的研究。
总结
1 信道与噪声的关系
信道和噪声紧密相关，了
2 信道及噪声模型的应
用
3 未来的信道及噪声模
型趋势
解这种关系对通信系统的
信道及噪声模型应用于信
随着通信技术的不断发展，
设计和性能评估至关重要。
号传输领域，帮助理解信
信道及噪声模型将持续演
道特性和噪声对通信系统
化Hale Waihona Puke 优化，以适应新兴的的影响。
通信需求。
噪声对信道容量影响的理论分析
噪声对信道容量影响的理论分析一、噪声对信道容量影响的理论基础噪声是通信系统中不可避免的现象，它对信号的传输质量有着显著的影响。
信道容量，作为衡量信道传输信息能力的一个重要指标，受到噪声的直接影响。
在信道容量的理论分析中，我们首先需要了解信号与噪声的基本特性以及它们如何相互作用。
1.1 信号与噪声的基本概念在通信系统中，信号是携带信息的电磁波，而噪声则是非预期的信号，它可能来源于多种因素，如电子设备的内部噪声、外部环境的干扰等。
信号与噪声的叠加，会导致接收端信号质量的降低，从而影响信息的准确传输。
1.2 信道容量的定义信道容量是指在特定的信道条件下，能够无误传输信息的最大速率。
它由香农在1948年提出，并通过香农公式来定量描述。
香农公式表明，信道容量与信道的带宽、信号功率和噪声功率有关。
1.3 噪声对信道容量的影响机制噪声的存在会降低信号与噪声比（SNR），从而影响信道容量。
在高噪声环境下，为了保持一定的误码率，必须降低信息的传输速率，这直接限制了信道的容量。
二、噪声的分类及其对信道容量的影响噪声可以根据其来源和特性进行分类，不同类型的噪声对信道容量的影响也不尽相同。
2.1 热噪声热噪声，也称为约翰逊-奈奎斯特噪声，是由电子设备内部的热运动引起的。
它在频域上呈现均匀分布，对所有频率的信号都有影响。
热噪声的存在会限制信号的有效带宽，进而影响信道容量。
2.2 外部干扰噪声外部干扰噪声包括电磁干扰、射频干扰等，它们可能来源于其他电子设备或自然现象。
这类噪声通常具有非均匀分布的特性，对特定频率的信号影响更大。
在分析信道容量时，需要考虑这些噪声对信号传输的特定影响。
2.3 脉冲噪声脉冲噪声是由突发性事件引起的，如电源波动、设备故障等。
它在时间上表现为短暂的高能量脉冲，对信号的瞬时影响较大。
脉冲噪声可能导致信号的瞬时失真，影响信号的可靠性。
2.4 噪声对信道容量的具体影响不同类型的噪声对信道容量的影响可以通过信噪比（SNR）来量化。
通信原理-第2章 信道与噪声
一、狭义信道和广义信道
1、狭义信道 、 (1) 狭义信道被定义为发送设备和接收设备之间用 以传输信号的传输媒质。 以传输信号的传输媒质。 (2) 狭义信道分为有线信道和无线信道两类。 两类。 狭义信道分为有线信道和无线信道两类 有线信道 2、广义信道 、 (1) 将信道的范围扩大为：除了传输媒质，还包 将信道的范围扩大为：除了传输媒质， 括有关的部件和电路。 括有关的部件和电路。这种范围扩大了的信道为广 义信道。 义信道。
Y
x1
y1
x2
y2
y3
y4
xL
多进制无记忆编码信道模型
yM
（4）当信道转移概率矩阵中的行和各列分别具有相 ）当信道转移概率矩阵中的行和各列分别具有相 对称信道。 同集合的元素时 这类信道称为对称信道 同集合的元素时，这类信道称为对称信道。
p 1 − p P ( yi / xi ) = p 1 − p
11/66
（5）依据乘性噪声对信号的影响是否随时间变化而 依据乘性噪声对信号的影响是否随时间变化而 乘性噪声对信号的影响是否随时间变化 将信道分为恒参信道和随参信道。 将信道分为恒参信道和随参信道。
v i (t)
H(ω , t )
⊕
n(t)
v 0 (t)
v i (t)
H(ω )
⊕
n(t)
v 0 (t)
2.2
信道模型
信道可用一个时变线性网络来等效
V0(t) = f [V(t)]+n(t) i V(t)输 的 调 号 V0(t)信 总 出 形 i 入 已 信 ， 道 输 波 n(t)加 噪 ； 性 声 f [V(t)]表 已 信 经 信 所 生 时 线 变 i 示 调 号 过 道 发 的 变 性 换
信道中的噪声
信道中的噪声
目录
01
02
加性噪声
常见噪声
01. 加性噪声
（1）无线电噪声 它来源于各种用途的外台无线电发射机。这类噪声的频率范 围很宽广，从甚低频到特高频都可能有无线电干扰存在，并且干 扰的强度有时很大。不过，这类干扰有个特点，就是干扰频率是
固定的，因此可以预先设法防止或避开。特别是在加强了无线电
01. 加性噪声
（3）天电噪声
它来源于闪电、大气中的磁暴、太阳黑子以及宇宙射线（天 体辐射波）等。可以说整个宇宙空间都是产生这类噪声的根源。 因此它的存在是客观的。由于这类自然现象和发生的时间、季节、 地区等很有关系，因此受天电干扰的影响也是大小不同的。例如，
夏季比冬季严重，赤道比两极严重，在太阳黑子发生变动的年份
01. 加性噪声
1）单频噪声 它主要指无线电干扰。因为电台发射的频谱集中在比较窄的频
率范围内，因此可以近似地看作是单频性质的。另外，像电源交流
电，反馈系统自激振荡等也都属于单频干扰。它的特点是一种连续 波干扰，并且其频率是可以通过实测来确定的，因此在采取适当的 措施后就有可能防止。
01. 加性噪声
天电干扰更为加剧。这类干扰所占的频谱范围很宽，并且不像无 线电干扰那样频率是固定的，因此对它所产生的干扰影响很难防 止。
01. 加性噪声
（4）内部噪声 它来源于信道本身所包含的各种电子器件、转换器以及天线
或传输线等。例如，电阻及各种导体都会在分子热运动的影响下
产生热噪声，电子管或晶体管等电子器件会由于电子发射不均匀 等产生散弹噪声。这类干扰的特点是由无数个自由电子作不规则 运动所形成的，因此它的波形也是不规则变化的，在示波器上观 察就像一堆杂乱无章的茅草一样，通常称之为起伏噪声。由于在 数学上可以用随机过程来描述这类干扰，因此又可称为随机噪声， 或者简称为噪声。
第三章信道与噪声
第三章信道与噪声通信原理电子教案第3章信道与噪声学习目标：信道的数学描述方法；恒参信道/随参信道及其传输特性；加性高斯白噪声；信道容量的概念。
重点难点：调制信道模型；编码信道模型；恒参信道对信号传输的影响；加性高斯白噪声；Shannon信道容量公式。
随参信道对信号传输的影响；起伏噪声；噪声等效带宽；连续信道的信道容量“三要素”。
随参信道特性的改善。
课外作业： 3-5，3-11，3-16，3-19，3-20本章共分4讲《通信原理》第九讲知识要点：信道等义、广义信道、狭义信道，调制信道和编码信道。
§3.1 信道定义与数学模型1、信道定义信道是指以传输媒质为基础的信号通道。
信道即允许信号通过，又使信号受到限制和损害。
研究信道的目的：建立传播预测模型；为实现信道仿真器提供基础。
狭义信道仅指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道；广义信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这种信道称为广义信道。
狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。
有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。
广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。
图3-1 调制信道和编码信道2、信道的数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。
下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。
1. 调制信道模型图3-2 调制信道模型二端口的调制信道模型其输出与输入的关系有一般情况下，可表示为信道单位冲击响应与输入信号的卷积，即或其中，依赖于信道特性。
对于信号来说，可看成是乘性干扰，而为加性干扰。
在实际使用的物理信道中，根据信道传输函数的时变特性的不同可以分为两大类：一类是基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道；另一类信道是传输函数随时间随机快变化，这类信道称为随机参量信道，简称随参信道。
4-3 信道中的噪声与干扰
信道中的噪声和干扰 （二）复杂电磁环境下战场通信面临的主要问题
二、信道中的干扰
② 敌方施放的恶意干扰 包括： z 定频式干扰 z 瞄准式干扰 z 阻塞式干扰 z 扫频式干扰
8
信道中的噪声和干扰
通常将加性噪声Ν (ｔ)分为自然噪声和人为干扰两类 信道噪声和干扰降低了接收信号的信干比，从而影响了 接收机的正常工作，导致模拟通信产生失真、数字通信产生 误码
3
信道中的噪声和干扰
一、信道中的噪声
① 自然噪声包括自然界辐射的噪声和接收机内部的热噪 声
② 热噪声是任何温度高于绝对零度的电子设备所固有 的。热噪声来自电阻性元器件中电子的热运动。
自然噪声的影响
大气噪声
太阳噪声
银河噪声
影响频段
主要对超短波低端的 是一个宽带噪声，辐射强 频率较高，是超短波波段
无线电通信系统产生 干 扰 ， 30 ～ 100MHz
度随频率升高而增大，宽 带通信系统比窄带Байду номын сангаас信系
干扰的重要来源，据测 量，在18~160 MHz波段
内的干扰电平和频率的立
频段，干扰强度有限 统受太阳噪声影响严重
方成正比
6
_《__通__信__原__理__》____国__防__科__技__大__学__电__子__科__学__与__工__程__学__院_____马__东__堂___
信道中的噪声和干扰 （二）复杂电磁环境下战场通信面临的主要问题
二、信道中的干扰
① 己方和民用设备造成的干扰 包括： z 同频干扰；邻频干扰 z 互调干扰；杂散辐射干扰 z 谐波辐射干扰
4
_《__通__信__原__理__》____国__防__科__技__大__学__电__子__科__学__与__工__程__学__院_____马__东__堂___
2.6节信道中的噪声
4、乘性噪声
乘性噪声：与传输信号的关系是相乘的关 系，不是独立存在，是伴随着传输信号而 出现。
举例：例如移动无线信道的多径衰落信 道，其衰落对传输信号的影响相当于乘性 噪声、脉冲编码调制中的量化噪声。
信道中的噪声
1. 何谓加性噪声
加性噪声(Additive noise)是信道中 存在的不需要的电信号，它独立于信号始 终存在。
加性噪声会使模拟信号失真，数字信 号发生错码，限制信息的传输速率。
2、加性噪声分类 （1）按噪声来源分类： 人为噪声(man-made noise)：由人类的 活动产生的。
由于滤波器是一种线性电路，高斯 过程通过线性电路后，仍为一高斯过程， 故此窄带噪声又称为窄带高斯噪声。
Pn(f)
噪声等效带宽
接收滤 波器特 性
噪声功率谱特性
噪声等效带宽：
Bn
Pn ( f )df 2Pn ( f0 )
0 Pn ( f )df Pn ( f0 )
噪声功率：
ห้องสมุดไป่ตู้
N Pn ( f )df
例如汽车点火系统产生的电火花、家 电用具产生的电磁波辐射等。
自然噪声(natural noise)：自然界中存在 的各种电磁波辐射。
例如：大气噪声、宇宙噪声等。
内部噪声：主要是系统内部电子器件和导体中自由 电子受热不断运动，在运动中和其他粒子碰撞而随 机地以折线路径运动，呈现为布朗运动。 这种噪声也称为热噪声(thermal noise)。
热噪声电压有效值 V 4kTRB (V )
K=1.38 10-23（J/K），为玻耳兹曼常数 T为热力学温度（K） R为电阻的阻值（） B为带宽（Hz）
在一般通信系统的工作频率范围内，热 噪声的频谱是均匀分布的，又因为热噪声 是由大量自由电子受热激励引起的随机运 动产生，其统计特性服从高斯分布，所以 热噪声又称为高斯白噪声（Gaussian white noise）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.1 2.2 响 2.3 响 2.4 2.5
信道与噪声
信道定义、分类、模型 恒参信道特性及其对所传信号的影
随参信道特性及其对所传信号的影
随机信号及噪声 信道容量及香农公式
2.1 信道定义、分类、模型
1.定义：以传输媒质为基础的信号的通 路 有线 2.分类： 狭义仅指传输媒质
2.2 恒参信道特性及其对所传信号的影响
1.恒参信道特性 K(t)〜t 不变或变化缓慢 可等效为一个线性非时变网络用传递函 数H(w)描述
不失真条件：
Hale Waihona Puke H ( ) H ( ) e
j ( )
H(w)〜w 成一水平线
〜w 成线性关系
〜w 成一水平线 2.对信号传输的影响：线性畸变 3.改进措施：均衡技术
( w) ( w)
2.3 随参信道特性及其对所传信号的影响
1.随参信道特性： K(t)〜t 变化快 2.随参信道的传输媒质的三个特点： （1）对信号的帅耗随时间而变； （2）传输的时延随时间而变； （3）多径传播。 3.多径传播对信号传输的影响 （1）产生瑞利型衰落； （2）引起频率弥散； （3）发生频率选择性衰落。 4.改进措施：分集接收
2.4 随机信号及噪声
1.信道内噪声 人为噪声 单频噪声 自然噪声 脉冲噪声 内部噪声 起伏噪声 2.随机信号分析 （1）随机过程的一般表述 随机信号和噪声统称随机过程
2.4 随机信号及噪声
概率分布：分布函数，概率分布函数 统计特性 均值 E (t ) 方差 D (t ) 数字特征 自相关函数 E (t ) (t ) 1 2 协方差函数 B(t1, t2 )
2.4 随机信号及噪声
标准正态： 误差函数：
a0
erf ( x) 2
1
2
x
0
e
z2
dz
z 互补误差函数： erfc( x) 1 erf ( x) e dz x （4）白噪声 1〉理想白噪声：功率谱密度在整个频域内都是 均匀分布
2
2
n0 P ( ) 2
A cos nI (t )cos( ct ) A sin n0 (t )sin( ct ) Z (t )cos( ct ) (t )
2.4 随机信号及噪声
3.随机过程通过线性系统 0 (t ) (t ) 传输函数H(w)，冲击响应h(t)，输入 i，输出 ① E (t ) E (t )H (0)
2 包络： f ( ) 2 exp 2 2
0一维瑞利分布
1 f ( ) 2
0 2
均匀分布
2.4 随机信号及噪声
（6）正弦波加窄带高斯过程
r (t ) s(t ) n(t ) A cos( ct ) n(t )
1 R( ) 2
j P d ( )e
2.4 随机信号及噪声
（3）高斯过程（正态随机过程） 性质：a.是广义平稳的，则一定是狭义平稳的 b.随机变量之间互不相关，也是统计独立 c.若干个高斯过程之和组成的随机过程仍是高斯 过程 d.高斯过程经过线性系统后的过程仍是高斯过程 ( xa )2 统计特性： 1 2 f ( x) e 2 2
2>广义：数学期望、方差与t无关，自相关函数 只与时间 间隔有关 a (t ) a 2 2 (t ) R(t , t ) R( ) 3〉性质：各态历经性，时间平均代替统计平均
a a ______ 2 2 ________ R ( ) R ( )
2.4 随机信号及噪声
4〉因为 R( ) 可表述随机过程的几乎所有数字特征，还 揭示了随机过程的频谱特性 ① (t ) 的平均功率 R(0) E 2 (t ) S ② (t ) 的直流功率 R() E 2 (t ) ③ (t ) 的交流功率 2 R(0) R() ④ R( ) 是偶函数 R( ) R( ) R( ) R(0) ⑤ R( ) 的上界 j P ( ) R ( ) e d ⑥ R( ) 与 P ( )
（2）平稳随机过程 1〉狭义：随机过程 (t ) 的n维分布函数或n维概率 密度函数与时间起点无关
fn ( x1, x2 ,...,xn ; t1, t2 ,...,tn ) fn ( x1, x2 ,...,xn ; t1 , t2 ,...,tn )
2.4 随机信号及噪声
无线 有记忆 编码信道 无记忆 广义设备 媒质 恒参信道 调制信道 随参信道
2.1 信道定义、分类、模型
3.模型 1〉调制信道模型：时变线性网络
编码器 调 制 输 入 器 发转 换器 信道 收转 换器 解 编码器 调 输 出 器
n0 R( ) ( ) 2
2.4 随机信号及噪声
（5）窄带过程：频带宽度 f远远小于其中心频率 f c
n(t ) (t ) cosct (t )
(t ) cos[ (t )]cos(ct ) (t ) sin[ (t )]sin(ct ) nI (t ) cos(ct ) n0 (t ) sin(ct )
ei(t)
时变线性 网络
e0(t)
e0(t)=f[ei(t)]+a(t)=K(t) ei(t) +n(t) 其中，K(t)为乘性干扰，n(t)为加性干扰
2.1 信道定义、分类、模型
2〉编码信道模型：转移概率描述 P(1/1) 1 1 P(0/0)=1-P(1/0) P(0/1 ) P(1/0) P(1/1)=1-P(0/1) 0 0 P(0/0)