通信原理信道
《通信原理》信道编码
11.2.2 信道编码的分类
· 按照不同功能分为检错码、纠错码和纠删码。检错码只具备检查码组错误的功能 纠错码还能对部分错误进行纠正。纠删码对超出纠错范围的误码能将其删除。
· 按照纠正错误的类型不同，分为纠正随机错误的码和纠正突发错误的码。随机错 误的误码从统计上是彼此独立的，同一个码组内发生若干个码元错误的概率远远 低于只有一两个码元错误的概率。这意味着信道编码哪怕只纠正每个码组内一两 个码元错误，也可使得整个系统的误码率大幅度下降。但有时信道中出现强度大 持续时间长的脉冲噪声，使连串的码元受到干扰，称为突发错误。例如连续若干 位的0变成1。这时必须用专门针对突发错误信道编码方式。
第11章 信道编码
11.1 信道编码基础知识
11.1.1 信道编码的概述
在信息码元中插入一些冗余码元（监督码元），使得整体码元具有一定规律。 当出现传输错误时，可以通过规律，对错误进行检测乃至纠正。
信道编码译码示意图
11.1.2 信道编码检错纠错的原理
11.1.3 几个相关概念
· 码率：R＝k/n=k/(k+r)。 · 编码增益：采用信道编码，对系统信噪比的要求要低一些，这个倍数称为编码增益 · 许用码组和禁用码组：即合法码组和非法码组。一旦接收方出现非法码组，说明传
· 最大似然译码：对于接收到的编码序列y，计算发送方发送哪一种码组x i 时，接 收到y的概率最大。即根据似然函数P ( y / x i )确定。
11.2 信道编码的分类
1.
差错控制方法
· 差错控制方法，分为检错重发（ARQ），前向纠错（FEC）和混合方式三种。
· 检错重发系统（ARQ），又分为停发等候重发，返回重发和选择重发三种。
· 按照信息码元和监督码元之间的制约规则不同，分为分组码和卷积码。分组码是 指在每一组码元（k位信息码元和r 位附加监督码元）中，所有的监督码元取值， 仅仅与这一组的k位信息码元有关，而与其他组的信息码元无关。分组码编码器属 于无记忆的系统。而卷积码则是指r 位附加监督码元不仅与本码组内的k位信息码 元有关，还与之前其他码组的若干位码值有关。卷积码的编码器具有记忆功能
通信原理(第四章)
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第4章 信 道 章
四进制编码信道模型
0 0
1 送
端
发
1
收 端
接
2
2
3
3
28ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4章 信 道 章
4.4 信道特性对信号传输的影响 恒参信道的影响 恒参信道对信号传输的影响是确定的或者 是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以 等效为一个线性时不变网络。 只要知道网络 的传输特性，就可以采用信号分析方法，分 析信号及其网络特性。 线性网络的传输特性可以用幅度频率特 性和相位频率特性来表征。 现在我们首先讨论 理想情况下的恒参信道特性。
平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地 面
6
第4章 信 道 章
电离层对于传播的影响 反射 散射
7
第4章 信 道 章
电磁波的分类： 电磁波的分类： 地波 频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离： 距离：数百或数千千米 天波 频率： 频率：2 ~ 30 MHz 特点： 特点：被电离层反射 一次反射距离： 一次反射距离：< 4000 km 寂静区： 寂静区：
13
第4章 信 道 章
4.2 有线信道
明线
14
第4章 信 道 章
对称电缆：由许多对双绞线组成， 对称电缆：由许多对双绞线组成，分非屏蔽 （UTP）和屏蔽（STP）两种。 ）和屏蔽（ ）两种。
塑料外皮
双绞线（ 5对）
图4-9 双绞线
15
第4章 信 道 章
同轴电缆
16
第4章 信 道 章
n2 n1 折射率
25
第4章 信 道 章
4.3.2 编码信道模型
调制信道对信号的影响是通过k(t)和 使已调信号发生波形 调制信道对信号的影响是通过 和n(t)使已调信号发生波形 失真。 失真。 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换， 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即将 一种数字序列变成另一种数字序列。 一种数字序列变成另一种数字序列。误码 输入、输出都是数字信号， 输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号 失真情况，但误码与调制信道有关， 失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由 发滤波器设计不当及n(t)引起 引起。 收、发滤波器设计不当及 引起。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。
通信原理第4章信道
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
本章教学目的：了解各种实际信道、信
道的数学模型和信道容量的概念。
本章的讨论思路：通过介绍实际信道的例
子，在此基础上归纳信道的特性,阐述信道的 数学模型，最后简介了信道容量的概念。
信道模型的分类： 调制信道 编码信道
信 息 源 信 源 编 码 加 密 信 道 编 码 数 字 调 制 数 字 解 调 信 道 译 码 解 密 信 源 译 码 受 信 者
信道 噪声源
调制信道 编码信道
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4.3.1 调制信道模型
有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理；
41
相位－频率畸变
指相位－频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
1、理想相频特性是一直线
群延迟－频率特性
|H( )|
d ( ) ( ) d
( ) td
O (b) td
K0
O (a)
O (c)
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2、实际电话信道的群延迟特性 一种典型的音频电话信道的群延迟特性。
25
光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组成(如 图所示)。芯是光纤最中心的部分，它由一条或多 条非常细的玻璃或塑料纤维线构成，每根纤维线都 有它自己的封套。由于这一玻璃或塑料封套涂层的 折射率比芯线低，因此可使光波保持在芯线内。环 绕一束或多束有封套纤维的外套由若干塑料或其它 材料层构成，以防止外部的潮湿气体侵入，并可防 止磨损或挤压等伤害。
通信原理-信道-PPT课件
•编码信道模型: 二进制信号、无记忆信道，
0 P(0/1) 1 P(1/1)
P(0/0)
P(1/0)
0 1
其中，P(0/0), P(1/1) － 正确转移概率 P(0/1), P(1/0) － 错误转移概率 转移概率 － 决定于编码信道的特性 P(0/0) = 1 - P(1/0) P(1/1) = 1 - P(0/1)
13
通信卫 星
电离层
地—电离层 波导传 播
电离层
天波传 播
地球
地球 外大气 层及行星 际空间 电波传播
视距传 播 对流层 散射传播 电离层 散射传播 (b)
(a)
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无线电中继
图1.4.4 无线电中继
15
静止卫星中继通信
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平流层中继通信
HAPS(High
Altitude Platform Station)
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(5)散射传播。 这是利用对流层或电离层介质中的不均匀体或流 星余迹对无线电波的散射作用而进行的传播。利用散 射传播实现通信的方式目前主要是对流层散射通信， 其常用频段为 0.2 ～ 5MHz ，单跳距离可达 100 ～ 500km 。 电离层散射通信只能工作在较低频段 30～60MHz， 单跳距离可达1000～2000km，但因传输频带窄，其应 用受到限制。 流星余迹持续时间短，但出现频繁，可用于建立 瞬间通信，常用通信频段为 30～70MHz，单跳通信可 达2000km。实际的流星余迹通信除了利用散射传播外， 还可利用反射进行传播。
3
通常， f [ei(t) ] 可以表示为：k(t) ei(t)， 此时， eo(t) = k(t) ei(t) + n(t) 其中k(t)表示时变线性网络的特性 ，称为乘性干扰。
通信原理第二章(信道)习题及其答案
第二章（信道）习题及其答案【题2－1】设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为0()()d H K t ωϕωω⎧=⎨=-⎩其中，0,d K t 都是常数。
试确定信号()s t 通过该信道后的输出信号的时域表达式，并讨论之。
【答案2－1】 恒参信道的传输函数为：()0()()d j t j H H e K e ωϕωωω-==，根据傅立叶变换可得冲激响应为：0()()d h t K t t σ=-。
根据0()()()i V t V t h t =*可得出输出信号的时域表达式：000()()()()()()d d s t s t h t s t K t t K s t t δ=*=*-=-讨论：题中条件满足理想信道（信号通过无畸变）的条件：()d d H ωωφωωτττ⎧=⎨⎩常数（）＝－或＝ 所以信号在传输过程中不会失真。
【题2－2】设某恒参信道的幅频特性为[]0()1cos d j t H T e ωω-=+，其中d t 为常数。
试确定信号()s t 通过该信道后的输出表达式并讨论之。
【答案2－2】 该恒参信道的传输函数为()0()()(1cos )d j t j H H e T e ωϕωωωω-==+，根据傅立叶变换可得冲激响应为：0011()()()()22d d d h t t t t t T t t T δδδ=-+--+-+根据0()()()i V t V t h t =⊗可得出输出信号的时域表达式：0000011()()()()()()()2211 ()()()22d d d d d d s t s t h t s t t t t t T t t T s t t s t t T s t t T δδδ⎡⎤=⊗=⊗-+--+-+⎢⎥⎣⎦=-+--+-+讨论：和理想信道的传输特性相比较可知，该恒参信道的幅频特性0()(1cos )H T ωω=+不为常数，所以输出信号存在幅频畸变。
其相频特性()d t ϕωω=-是频率ω的线性函数，所以输出信号不存在相频畸变。
通信原理基本概念总结
通信原理基本概念总结1. 通信原理：通信原理是指在信息传输过程中，通过发射、传输和接收的方式实现信息的有效传递和交流的一种基本规律。
2. 信号：信号是指携带信息的电、声、光、磁等形式的波动或变化。
信号可以分为模拟信号和数字信号两种形式。
3. 传输媒介：传输媒介是指信息信号在传输过程中所需要经过的媒介，包括导线、电缆、光纤等。
传输媒介的选择与传输距离、传输速率和传输质量有关。
4. 调制与解调：调制是指将原始信号转换为适合传输的信号形式，解调则是将传输过程中获得的信号还原成原始信号。
调制解调主要有模拟调制解调和数字调制解调两种方式。
5. 信道：信道是指信号在传输媒介中的传播路径。
信道可以是有线或无线的。
有线信道包括电缆、光纤等，无线信道包括无线电波、微波等。
6. 编码与解码：编码是将信息转换成适合信道传输的信号形式，解码则是将接收到的信号转换成原始信息。
编码和解码是通信系统中的关键技术。
7. 噪声：噪声是指干扰信号的非期望的信号。
噪声来源包括天线、电路、器件等。
在通信中，需要通过一系列的技术手段对噪声进行抑制和消除。
8. 带宽与频谱：带宽是指信号在频率上所占据的范围，是衡量信号频率特性的一个重要参数。
频谱则是将信号的频率特性图形化显示。
9. 多路复用：多路复用是指将多个信号通过同一信道传输的技术，从而提高信道的利用率。
常见的多路复用技术有频分复用、时分复用和码分复用等。
10. 错误检测与纠正：错误检测与纠正是在通信过程中对传输过程中产生的错误进行检测和纠正的技术。
常用的错误检测与纠正方法有奇偶校验、循环冗余校验等。
以上是通信原理的基本概念总结，了解这些概念可以帮助我们更好地理解通信技术的工作原理和应用。
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
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（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
什么是通信原理
什么是通信原理
通信原理是指在信息传输过程中所遵循的基本规律和方法。
通信的基本原理包括以下几个方面：
1. 信号产生与调制：通信系统中的信息需要转换成电信号进行传输，信号可以通过各种方式产生，如声音可以通过麦克风转换成电压信号，图像可以通过摄像头转换成数字信号。
调制是将原始信号转换成适合传输的信号形式，常见的调制方式有频率调制、幅度调制和相位调制等。
2. 信道传输：信道是指信息传输的媒体，可以是无线信道或有线信道，如光纤、电缆等。
信道本身会引入噪声和失真，影响信号的传输质量。
通信原理中的调制技术可以提高信号在信道中的传输效率，并且通过纠错码、调制解调器等机制可以增强信号在信道中的可靠性。
3. 接收与解调：接收端会接收到经过信道传输后的信号，需要将信号进行解调还原成原始信号。
解调过程与调制的过程相反，可以通过滤波、解码等操作提取出原始信息。
4. 恢复与处理：接收端还需要对接收到的信号进行处理和恢复。
在数字通信中，可以进行信号处理操作，如采样、编解码、压缩等，以提高信号的质量和效率。
总之，通信原理是通过信号产生、调制、传输、接收与解调等过程实现信息的传输和处理的基本规律和方法。
不同通信系统中的原理和方法可能有所差异，但以上的基本原理是通用的。
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3.3.2 随参信道特性及其数学模型
多径传播对信号的影响表现为：
（1）瑞利衰落： 波形上，多径传播使单一频率信号 A cos c t 变成包络和相 位受到调制的窄带信号，这样的信号称为衰落信号。通 常，包络 V (t ) 服从瑞利分布，所以称为瑞利型衰落。
（2）频率弥散： 频谱上，多径传播使单一频率变成了一个窄带频谱，引 起频率弥散。
r t
路径2
路径3 …. 路径n
a2 (t ) cos c [t 2 (t )] a3 (t )cos c [t 3 (t )]
……
an (t ) cos c [t n (t )]
多径传播接收信号是衰减和时延都随时间变化的各路径信号的合 n 成 ： r t a t cos [t (t )]
4. 具有加性高斯噪声的恒参信道数学模型
信道
s(t )
线性滤波器
h(t )
+
n(t )
r (t ) s(t ) h(t ) n(t )
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3.3.2 随参信道特性及其数学模型
随参信道三个共同特点： （1）对信号的衰耗随时间而变化； （2）传输的时延随时间而变化；
（3）多径传播
（3）频率选择性衰落： 即信号频谱中的某些频率分量被衰落而导致信号失真。
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3.3.2 随参信道特性及其数学模型
2. 频率选择性衰落与相关带宽
si(t)
k
k
延迟Δτ(t)
ห้องสมุดไป่ตู้
+
so(t)
so (t ) ksi (t ) ksi [t (t )]
So ( ) kSi ( ) kSi ( )e j (t )
基波
合成波
谐波 谐波
合成波
基波
t
t
（a）
（b）
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3.3.1 恒参信道特性及其数学模型
典型音频电话信道特性
A( ) / dB
( )
( )
0
0
0
幅度衰减vs频率特性 幅频失真
相位vs频率特性 相频失真
群迟延vs频率特性 群迟延失真
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3.3.1 恒参信道特性及其数学模型
编码器 输出
调 制 器
发 转 换 器
狭 义 信 道
接 转 换 器
解 调 器
译码器 输入
调制信道 编码信道
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)
3.4. 信道容量的概念
信道容量：指信道中信息无差错传输的最大速率。
1. 香农公式
设信道输出信号功率为S(W)， 输出加性高斯噪声功率为N(W)， 信道带宽为B(Hz)，AWGN单边功率谱密度为n0 则可以证明该信道的信道容量C为：
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3.2.2 短波电离层反射信道
多径传播：电离层反射信道最主要的特征是多径传播。
电波从电离层的一次 反射和多次反射
电离层反射区高度 所形成的细多径
优点：传输距离远（可达几千至上万公里）、受地形影响小、 架设方便、电离层不易摧毁。
缺点：传输可靠性差（随参信道）。 主要应用：短波AM广播，短波SSB电台，数据通信。
i 1
i
c
i
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3.3.2 随参信道特性及其数学模型
1．多径衰落与频率弥散
r t ai t cos c [t i (t )] ai t cos[c t i (t )]
i 1 i 1 n n n
ai t cos i t cos c t ai t sin i t sin c t
S C B log 2 1 N
(3) 增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道容量 无限增大。信道带宽B趋于无穷大时，信道容量的极限值为 n0 B S S S lim C lim B log 2 1 lim log 2 1 B B B n B n S n B 0 0 0
3.2.1 陆地移动通信
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3.2.1 陆地移动通信
自由空间传播损耗(VHF、UHF直射波) 2 接收天线获得功率： PR PT GT GR ( ) 4d
2 / 4 为各向同性天线有效接收面积。 为工作频率的波长，
GR 为发、收天线增益， d 为收发天线之间的直线距离， GT 、
自由空间损耗：在 GT 、GR 都为1时，发射功率与接收功率的比 值，即： PT 4 d 2 Lf s ( ) PR 用dB表示： [ L f s ] 32.44 20lg d 20lg f
dB
d 的单位为km；f 的单位为MHz。自由空间传播损耗， 式中， 距离或频率每增加一倍，传播损耗增加6dB。
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6
3.1.1有线电信道
架空明线 光纤
电话传输，架设 相对方便。
频带宽，传输损耗小，中 继距离长，抗雷电和电磁 干扰性能好。
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3.1.2微波中继信道
视距传播
频率高于 30MHz 的电磁波一般为视距传播，即直 线传播。
发射天线 h
d d D r r h
接收天线
地面
D ~= 4.12( ht (m ) +
i 1 i 1
n
X c (t ) cos c t X s (t ) sin c t V (t )[cos c t (t )]
由于 ai (t ) 及 i (t ) 与载频相比是缓慢变化的，因而包络 V (t ) 、 相位 (t ) 也是缓慢变化的。故 r (t ) 为一个窄带过程，其中心频 率为 f c 。
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3.2.2 短波电离层反射信道
电离层可分为D、E、F1、F2四层，其中D、E层电子密度小， 不能反射，主要是吸收电波，使电波能量损耗。F1层只有在 白天日照时才存在。 F2为反射层，高度为250－300km，所以一次反射的最大距离 可达4000km。 由于太阳辐射的变化，电离层的密度和厚度也随时间变化， 与天气、昼夜及季节也有关，因此电离层反射信道是典型的 随参信道。
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3.3.2 随参信道特性及其数学模型
从而单频信号经过多径传播后，其时域波形及其功率谱的示意图：
r(t )
V (t )
0
[2 f c
d (t ) ] dt
Pr ( f )
t
0
fc
f
衰落信号的包络与功率谱示意图
结论：包络和相位都是作缓慢变化的随机过程。 包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布。
信道
s(t )
线性时变 滤波器
h( ; t )
+
n(t )
r (t ) s(t ) h( ; t ) n(t )
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3.3.3 广义信道
狭义信道：即信号的传输媒质； 广义信道：除传输媒质外，还包括通信系统中有关的电路 或部件，如收发设备、天馈线、调制解调器等。 (
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3.3.2 随参信道特性及其数学模型
1. 多径衰落与频率弥散
s(t ) A cos(ct )
单频信号
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3.3.2 随参信道特性及其数学模型
1. 多径衰落与频率弥散
a1 (t )cos c [t 1 (t )]
s(t ) A cos(ct )
路径1
随参信道
陆地移动信道
短波电离层反射信道
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4
3.1.1有线电信道
1. 对称电缆
由若干对放在一根保护套内的双绞线制成。“双 绞”形式能够减小两导线之间的干扰。大量用于电话 用户线及局域网。
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3.1.1有线电信道
2．同轴电缆
50Ω同轴电缆，用于天线馈线，称射频同轴电缆 75Ω同轴电缆，用于有线电视，称视频同轴电缆
hr (m )) Km
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3.1.2微波中继信道
300MHz以上称为微波。视距传输，受地形及地球 曲率、天线高度限制，一站传输距离30~50Km。
地面
发射天线
接收天线
微波中继
微波波段频率高，频段范围宽，信道容量大，通信质量好， 建设速度快。广泛用来传输多路电话及电视。
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3.1.3卫星中继信道
H K 0
或冲激响应
h(t ) K0 (t td )
( )
K0
0
td
td
0
0
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3.3.1 恒参信道特性及其数学模型
2．幅频失真:也称为频率失真，使信号的不同频率分量受到不 同衰减，从而导致信号波形失真。
3．相频失真:也称群时延失真，使信号的不同频率分量产生不 同的时延，从而导致信号波形失真。
(2) 减小噪声功率N（或减小噪声功率谱密度n0）可以增加信 道容量，若噪声功率趋于零（或噪声功率谱密度趋于零）， 则信道容量趋于无穷大，即 S lim C lim B log 2 1 N 0 N 0 N
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3.4. 信道容量的概念： 1. 香农公式
§3.1 恒参信道 §3.2 随参信道 §3.3 信道特性及其数学模型 §3.4 信道容量的概念