2010第三章 信道与干扰(3)
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第三章信道与干扰
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接收信号R(t)分析
任意时刻t
当n（路径数）足够大
在“和”中的每一个随机变量可以认为是独立地出现的，且对总的Xc(t)及Xs(t)的作用是均匀的小
中心极限定理：大量随机变量之和近似服从正态分布。
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由中心极限定理
是高斯随机变量
平稳高斯过程
R(t)是窄带高斯过程
包络V(t)服从瑞利分布
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分析说明
设发端送入的信号f(t)为一方波信号f(t0)和f(t0+τ)分别为经两条路径传播后的信号，τ为两条路径的相对时延。f0(t)= f(t0)+f(t0+τ) 与f(t)比较：幅度变得高低不平波形被展宽这种波形展宽现象称为“时间弥散”。
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时间弥散
时间弥散的影响：波形的展宽可能会造成前后数字波形的重叠，导致码间干扰。为了减少这种影响，必须Ts>>τ。这样就大大降低了数字波形的传输速度。大大限制了数字波形的传输速度。变参信道的多径传播对数字信号的传输带来的影响是严重的，这也是变参信道对数字信号传输的主要影响。
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变参信道对信号传输的影响
频率弥散与快衰落 频率选择性衰落和时间弥散 慢衰落
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频率弥散与快衰落
以下用变参信道传送单频信号来说明频率弥散快衰落现象
发射波
经过n条路径传播后的接收信号
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频率弥散与快衰落
分别是cosωct和sinωct的包络
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频率弥散与快衰落
第三章 信道与干扰
通信原理
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主要内容
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3.3 变参信道及其对信号传输的影响
第三章 信道
d ( ) ( ) d
（3-1）
) 群延迟频率特性； ( ) ——相频特性。 式中 (—— 理想的相频特性和群延迟特性为线性关系，如图3-2所 示。
( ) K
0
( )
K
0
图 3－2
理想的相频特性和群延迟-频率特性
但实际的信道特性总是偏离线性关系，例如典型 的音频电话信道的群延迟特性如图3-3所示，可以看出， 当不同的音频信号通过该信道时，不同的频率分量将 有不同的群延迟，即它们到达受信端的时间不一致， 从而引起信号的畸变， ( ) / ms 其过程可以由图 3-4 说明。 1.0 2 通过信道后，原信号的基 波相移为，三次谐波的相 移为，则其合成波形与原 信号的波形出现了明显的 f / KHz 0 1.6 差异，这个差异就是由于 群延迟- 频率特性不理想而 图 3－3 典型音频话音信道的 群延迟-频率特性 造成的。
（3-4）
式中， H ( x) ——发送的每个符号的平均信息量； H ( x / y) ——发出符号在有噪信道中平均丢失的信息 量。
4．离散信道的信道容量 信道传输信息的最大速率称之为信道容量C，即
C max R max [ H t ( x) H t ( x / y )
{ P ( x )} { P ( x )}
[例3-2]某一待传输的图片约含2.25106个像元。为 了很好地重现图片需要12个亮度电平。假设所有这些亮 度电平等概率出现，试计算用 3 分钟传送一张图片时所 需的信道带宽（设信道中信噪比为30dB）。
（ 1 ）频率选择性衰落依赖于相对时延差。多径传 播的相对时延差（简称多径时延差）通常用最大多径时 延差表征，则
f 1/ m (3 1)
信道是通信系统的三要素之一.ppt
要保持信息传输速率c不变信号带b和信噪比sn是可以互换的这意味着不管信噪比多低甚至在信号被噪声淹没的情况下只要将信号带宽扩展得足够大仍能保证以相同的信息传输速率可靠地传输信息也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处
第三章 信道
3.1 引言
信道是通信系统的三要素之一,是通信系统组成 的重要部分。
信道的一部分。
第3章 信 道
3.3.1 调制信道模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo (t) f [ei (t)] n(t)
n(t)
式中
图3-13 调制信道数学模型
ei (t) － 信道输入端信号电压； eo (t) － 信道输出端的信号电压； n(t) － 噪声电压。
通常假设： f [ei (t)] k(t)ei (t)
本章所讨论的信道不是指各种具体的信道，而是 指抽象出来的模型，重要讲述以下几个问题：
1.信道的定义及分类; 2.恒参信道及其对信号传输的影响; 3.随参信道及其对信号传输的影响; 4.信道容量；
3.2 信道定义
1.定义： 信道：信号的传输媒质叫信道。 (明线,电缆,光纤,微波等) 1)狭义信道: 传输媒质。如， 有线信道：明线,电缆,光纤,波导管等。 无线信道：长波,中波,人造卫星中继等。
3.10 信道容量的概念
离散信道：输入与输出信号都是离散的时间函数（编码信道）
连续信道：输入和输出信号都是连续的（调制信道）
x1
P(y1/x1)
y1
一、 离散信道的信道容量
信道模型用转移概率来表示 如图3.10-1所示。
发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号：y1，y2，y3，…，ym
第3章
第三章 信道
3.1 引言
信道是通信系统的三要素之一,是通信系统组成 的重要部分。
信道的一部分。
第3章 信 道
3.3.1 调制信道模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo (t) f [ei (t)] n(t)
n(t)
式中
图3-13 调制信道数学模型
ei (t) － 信道输入端信号电压； eo (t) － 信道输出端的信号电压； n(t) － 噪声电压。
通常假设： f [ei (t)] k(t)ei (t)
本章所讨论的信道不是指各种具体的信道，而是 指抽象出来的模型，重要讲述以下几个问题：
1.信道的定义及分类; 2.恒参信道及其对信号传输的影响; 3.随参信道及其对信号传输的影响; 4.信道容量；
3.2 信道定义
1.定义： 信道：信号的传输媒质叫信道。 (明线,电缆,光纤,微波等) 1)狭义信道: 传输媒质。如， 有线信道：明线,电缆,光纤,波导管等。 无线信道：长波,中波,人造卫星中继等。
3.10 信道容量的概念
离散信道：输入与输出信号都是离散的时间函数（编码信道）
连续信道：输入和输出信号都是连续的（调制信道）
x1
P(y1/x1)
y1
一、 离散信道的信道容量
信道模型用转移概率来表示 如图3.10-1所示。
发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号：y1，y2，y3，…，ym
第3章
第3章 移动信道噪声和干扰
第3章 移动信道的噪声和干扰
1. 调制边带扩展干扰 调制边带扩展干扰是指语音信号经调频后， 它的 某些边带频率落入相邻信道形成的干扰。 以调频方式 传输语音信号时， 要计算信号调制边带扩展干扰是比 较复杂的。 为简化计算， 常采用单音频调频波进行分 析。 单音频调频波的表达式为
s(t)=cos(ω0t+mfsinΩt) 式中， ω0为载波角频率； mf为调制指数； Ω为调制信 号角频率。
fx=fi+fj-fk （i≠j≠k） （3 - 4） fx=2fi-fj （i≠j） （3 - 5）
第3章 移动信道的噪声和干扰
1） 三阶互调产物的信道序号表示法
假 设 信 道 序 号 由 1→n 按 等 间 隔 划 分 为 C1 、 C2、 …Cm、 Cx、 Ci、 Cj、 Ck、 Cn。 若信道序号C1中 使用的频率为f1， 则其中任一信道的频率可表示为
5
10 调 制 输 入 / dBm
图 3 - 7 IDC电路特性
第3章 移动信道的噪声和干扰
（2） 邻道干扰滤波器（低通滤波器）。 经积分放 大输出的信号， 尤其是高频端， 将产生波形失真， 即 出现很多高次谐波成分。 如果不滤除的话， 就会使边 带频谱变宽， 从而使邻道干扰更加严重。 所以， 通常 在IDC电路之后插入一个低通滤波器， 把带外高音频 成分抑制掉。 这个滤波器就称为邻道干扰抑制滤波器。 它是锐截止低通滤波器， 其滤波特性如图3 - 8所示。
第3章 移动信道的噪声和干扰
预 加 重 放 大 话 音
限 幅
邻 道 干 扰 滤 波 器 调 制 器
图 3 - 4 IDC电路
第3章 移动信道的噪声和干扰
U
0 (a)
U
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
7
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___
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
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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___
第3章 信道
A( f ) / dB 30 A( f ) / dB
6
20
3
10
0 －1 －2
300 500800
2000
2800 3000
f / Hz
0
1200
2400
3600
f / Hz
(b) (a)
2011-3-21
CP 第三章 信道与噪声
28
3. 相位 频率失真 相位-频率失真
• 相位-频率失真也是属于线性失真。 • 在话音传输中，由于人耳对相频失真不太敏感，因此 相频失真对模拟话音传输影响不明显。 • 可以采用均衡器对相频特性进行补偿， 改善信道传输 理想特性 条件。
2011-3-21
CP 第三章 信道与噪声
3
3.1.1 信道定义
• 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。 – 无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视 距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。
• 广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关 的变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、 馈线与天线、调制器、解调器等等。 • 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。还可以定义其他形式的广义信道。 • 常把广义信道简称为信道。
2011-3-21
CP 第三章 信道与噪声
9
信道 c(ω )＝c
si(t)
＋
r(t)＝cs i(t)＋n(t)
n(t)
• 加性噪声信道模型 • c是信道衰减因子， 通常可取c=1； • n(t)是加性噪声。
– 加性噪声n(t)通常是一种高斯噪声，
• 该信道模型通常称为加性高斯噪声信道。
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10
0 －1 －2
300 500800
2000
2800 3000
f / Hz
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1200
2400
3600
f / Hz
(b) (a)
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CP 第三章 信道与噪声
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3. 相位 频率失真 相位-频率失真
• 相位-频率失真也是属于线性失真。 • 在话音传输中，由于人耳对相频失真不太敏感，因此 相频失真对模拟话音传输影响不明显。 • 可以采用均衡器对相频特性进行补偿， 改善信道传输 理想特性 条件。
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CP 第三章 信道与噪声
3
3.1.1 信道定义
• 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。 – 无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视 距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。
• 广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关 的变换装置，这些装置可以是发送设备、接收设备、 馈线与天线、调制器、解调器等等。 • 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。还可以定义其他形式的广义信道。 • 常把广义信道简称为信道。
2011-3-21
CP 第三章 信道与噪声
9
信道 c(ω )＝c
si(t)
＋
r(t)＝cs i(t)＋n(t)
n(t)
• 加性噪声信道模型 • c是信道衰减因子， 通常可取c=1； • n(t)是加性噪声。
– 加性噪声n(t)通常是一种高斯噪声，
• 该信道模型通常称为加性高斯噪声信道。
第三章信道及信道容量PPT课件
第三章 信道及信道容量
第一节 信道分类及表示参数 第二节 单符号离散信道及其容量 第三节 离散序列信道及其容量 第四节 连续信道及其容量
05.12.2020
1
研究信道容量的意义?
信道是信息传输的通道。由于干扰而丢失的信息为 H(X|Y ); 在接收端获取的关于发送端信源X的信息量是：
I(X;Y)＝H(X)-H(X|Y) 即：信道中平均每个符号传送的信息量。对于信道,所关心的问 题是平均每个符号传送的最大信息量。这就是信道容量C=max I(X;Y) bit/符号
每个数字对应一种颜色（反之未必），数字已知，则颜色确 定，H(X|Y)=0。H(X,Y)=H(Y)=…..
6、2.21（3）信号放大问题。课上已经强调过，仍出错。
7、向孔祥品学习
05.12.2020
9
复习：第四节 连续信源的熵和互信息
一、单符号连续信源的熵 相对熵（差熵）
H c(X ) p X (x)lop X g (x)dx Hc(XY )p(xy)lopg(xy)dxdy Hc(Y/X )p(xy)lopg(y/x)dxdy
(2) 离散无记忆信道(DMC-Discrete Memoryless Channel)
仍是单符号离散信道，符号集中的符号数目大于2 。
05.12.2020
7
转移概率矩阵（传递阵矩）P :
P11 P12 P1m
P [
P ij
]
P21
P22
P2m
Pn1
Pn2
Pnm
m
m
转移概率矩 元阵 素中 之 1。 各 和 P(b 行 j等 |ai)的 于 Pij1
2 Pm2,通常m0,2 P,此时有：
H0C5.1(2X.202)0
第一节 信道分类及表示参数 第二节 单符号离散信道及其容量 第三节 离散序列信道及其容量 第四节 连续信道及其容量
05.12.2020
1
研究信道容量的意义?
信道是信息传输的通道。由于干扰而丢失的信息为 H(X|Y ); 在接收端获取的关于发送端信源X的信息量是：
I(X;Y)＝H(X)-H(X|Y) 即：信道中平均每个符号传送的信息量。对于信道,所关心的问 题是平均每个符号传送的最大信息量。这就是信道容量C=max I(X;Y) bit/符号
每个数字对应一种颜色（反之未必），数字已知，则颜色确 定，H(X|Y)=0。H(X,Y)=H(Y)=…..
6、2.21（3）信号放大问题。课上已经强调过，仍出错。
7、向孔祥品学习
05.12.2020
9
复习：第四节 连续信源的熵和互信息
一、单符号连续信源的熵 相对熵（差熵）
H c(X ) p X (x)lop X g (x)dx Hc(XY )p(xy)lopg(xy)dxdy Hc(Y/X )p(xy)lopg(y/x)dxdy
(2) 离散无记忆信道(DMC-Discrete Memoryless Channel)
仍是单符号离散信道，符号集中的符号数目大于2 。
05.12.2020
7
转移概率矩阵（传递阵矩）P :
P11 P12 P1m
P [
P ij
]
P21
P22
P2m
Pn1
Pn2
Pnm
m
m
转移概率矩 元阵 素中 之 1。 各 和 P(b 行 j等 |ai)的 于 Pij1
2 Pm2,通常m0,2 P,此时有：
H0C5.1(2X.202)0
第三章 信道 信道是通信系统必不可少的组成部分.一般来说,实.
在信道有效的传输带宽内， | H(ω) |不是恒定不变的，而是 随频率的变化有所波动。这种振幅频率特性的不理想导致信 号通过信道时波形发生失真，又称为幅度频率失真。
如有线电话信道的衰减—频率特性就是不理想的，
产生原因：信道中存在各种滤波器、混合线圈、串联电 容、分布电感等。 影响： 对模拟信号，使波形失真，如语音信号，不同频率 强弱变化； 对数字信号，会引起相邻码元波形在时间上相互重 叠（因信道特性变化），从而造成码间串扰、误码。 1． 相位——频率畸变： 经常用群迟延——频率特性来描述相频特性： 群迟延——频率特性为：τ(ω)=dφ(ω)/d ω，当φ(ω) =-ωtd 即τ(ω)=-td时，无相频畸变。
3．克服措施： 模拟通信： 利用线性补偿网络进行频域均衡，使衰耗特性曲 线平坦，联合频率特性无畸变。 数字通信：合理设计收、发滤波器，消除信道产生的码间串扰; 信 道特性缓慢变化时，用时域均衡器，使码间串扰降到最小且可自适 应信道特性变化。
三、随参信道特性及其对信号传输的影响
随参信道包括短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射、超短 波及微波对流层散射、超短波电离层散射等。 对流层：10km～12km以下大气层 电离层：60～600km大气层
如果传输特性不好（即上述两个条件不满足），会使信号传输产 生失真（也称畸变）。 1． 幅度——频率畸变
幅度——频率畸变是信道的幅度——频率特性不理想引起的，主 要是
三、参信道特性及其对信号传输的影响
当前大多数的数据通信都是通过恒参信道（或近 似恒参信道）进行传输的，如有线信道、微波视距信 道、卫星信道等都是恒参信道。恒参信道的主要特点 是可以把信道等效成一个线性时不变网络，传输技术 主要解决由线性失真引起的符号间干扰和由信道引入 的加性噪声所造成的判断失误。
2010第三章 信道与干扰(1)
通信原理
实际的信道和干扰的形式种类繁多，且各具特点。 实际的信道和干扰的形式种类繁多，且各具特点。
如最直观的可分为有线信道和无线信道。 如最直观的可分为有线信道和无线信道。
本章仅对信道及干扰的主要特性进行分析和讨论。 本章仅对信道及干扰的主要特性进行分析和讨论。 信道的定义方法：通常有两种。 信道的定义方法：通常有两种。
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通信原理
在实际中常常研究的是某种信号传输的情 并不关心中间的详细物理过程。 况，并不关心中间的详细物理过程。为研 究问题方便，引入“广义信道”的概念。 究问题方便，引入“广义信道”的概念。 “广义信道”：是狭义信道的扩展。 广义信道” 是狭义信道的扩展。
广义信道不仅包括传输信号的物理媒质， 广义信道不仅包括传输信号的物理媒质，还包 括一部分电子设备（如调制解调器， 括一部分电子设备（如调制解调器，收、发转 换器，天线等）。广义信道从某种意义上说是 换器，天线等）。广义信道从某种意义上说是 ）。 一种传输系统。 一种传输系统。 狭义信道是广义信道十分重要的组成部分。 狭义信道是广义信道十分重要的组成部分。
恒参信道
K(ω,t)不随时间变化(或变化甚慢) 可近似认为， K(ω,t)不随时间变化(或变化甚慢)，可近似认为， 不随时间变化 K(ω,t)＝ K(ω,t)＝K(ω) 信道模型可等效为线性时不变网络
变参信道
信道参量随时间作随机快变化 信道模型是线性时变网络
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信道模型
通信原理
调制信道 编码信道
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主要内容
通信原理
3.1 概 述 3.2 恒参信道及其对信号传输的影响 3.3 变参信道及其对信号传输的影响 3.4 业出版社
3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
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p x
1 2
x
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a
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高斯噪声
通信原理
p x
1 2
x
0 a
通常情况下，通信信道中噪声的均值a=0 结论
当噪声均值为零时，噪声的平均功率等于噪声 的方差，即有：
P n
2
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通信原理
1 Pn R(0) 2
噪声的方差
Pn ( )d
D(n(t )) E [n(t ) E (n(t ))]2 } E{n 2 (t )} [ E (n(t ))]2 R(0) a 2 R(0)
3.4 信道的噪声干扰
通信原理
1
加性噪声 通信中常见噪声
2
电子工业出版社
加性噪声
通信原理
恒参信道由于传输函数不随时间而变，所 以噪声干扰主要是加性噪声。加性噪声分 为高斯白噪声和脉冲噪声两类。 加性噪声虽然独立于有用信号，但它却始 终存在，干扰有用信号，因而不可避免地 对通信造成危害。 高斯白噪声 脉冲噪声
电子工业出版社
加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
电子工业出版社
工业噪声
通信原理
工业噪声来源于各种电气设备，如电力线、 点火系统、电车、电源开关、电力铁道、 高频电炉等
干扰来源分布范围较大 干扰的强度也变得越来越大。
这类干扰的频谱都集中在较低的频率范围 内，工作的信道的频率只要高于这个频段 就可防止受到它的干扰； 也可以在干扰源方面设法消除或减小干扰 的产生，例如加强屏蔽和滤波等措施，以 此防止接触不良和消除波形失真。
电子工业出版社
典型的高斯型白噪声——热噪声
通信原理
在常温条件下，当f<1000GHz时，功率谱密度是 平坦的，这是一个很宽的频率范围，包含了毫米 波在内的所有频段，通常我们把这种噪声按白噪 声处理。 通信系统中热噪声的功率谱密度可以表示为：
电子工业出版社
加性噪声的分类（噪声性质）
通信原理
加性噪声的分类（噪声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
电子工业出版社
起伏噪声
通信原理
起伏噪声主要指信道内部的热噪声和散弹 噪声以及来自空间的宇宙噪声。 起伏噪声都是不规则的随机过程，只能采 用大量统计的方法来寻求统计特性，由于 起伏噪声来自信道本身，因此它对信号传 输的影响是不可避免的。
电子工业出版社
白噪声
通信原理
1 Rn 2
n0 j n e d 0 2 2
Rn
Pn
n0 / 2
n0 / 2
0
ω
0
ω
完全理想的白噪声是不存在的
只要噪声功率谱密度函数均匀分布的频率范围 远远超过通信系统工作频率范围，就可近似认 为是白噪声
电子工业出版社
白噪声
通信原理
白噪声的功率谱密度 单边谱
P n0 n
Pn
n0 2
0
R P n
白噪声的 自相关函数
1 Rn 2
n0 j n e d 0 2 2
2 2
电子工业出版社
正态概率分布函数
通信原理
正态概率分布函数F(x)用来表示随机变量x 的概率分布情况，按照定义，它是概率密 度函数p(x)的积分，即：
F x p z dz
x
代入
x a 2 1 p x exp 2 2 2
电子工业出版社
加性噪声的分类（噪声性质）
通信原理
加性噪声的分类（噪声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
电子工业出版社
脉冲噪声
通信原理
脉冲干扰包括工业干扰中的电火花，断续 电流以及天电干扰中的闪电等。 脉冲干扰的波形是不连续的，具有脉冲性 质；这类干扰的发生时间很短，但强度却 很大，而且周期是随机的，可以用随机的 窄脉冲序列表示。 脉冲干扰占用的频谱宽，但是，干扰的幅 度也随着频率的升高而逐渐减小，干扰影 响也因此减弱，由此可见，只要选择的工 作频段适当，这类干扰的影响也是可以防 止的。
电子工业出版社
加性噪声
通信原理
加性噪声的分类（噪 声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
加性噪声的分类（噪 声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
电子工业出版社Leabharlann 加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
电子工业出版社
无线电噪声
通信原理
无线电噪声的主要来源是各种用途的外台 无线电发射机。 这类噪声所覆盖的频率范围很宽，从甚低 频段到特高频段，都可能存在无线电干扰， 干扰的强度也可能较大。 这类干扰的频率是固定的，因此可以预先 设法防止或避开；特别是在加强了无线电 频率的管理工作后，在频率的稳定性、准 确性以及谐波辐射等方面都建立了严格的 规定，从而使得它对信道中传输信号的干 扰程度可降到最小。
4、a表示分布中心，σ表示集中的程度。对不同的a， 表现为p(x)的图形左右平移；对不同的σ，p(x)的 图形将随σ的减小而变高和变窄。
电子工业出版社
高斯噪声一维概率密度函数的特性
通信原理
x a 2 1 p x exp 2 2 2
5、当a =0， σ=1时，相应的正态分布称为标准化 正态分布 x2 1 p x exp
高斯噪声一维概率密度函数的特性
通信原理
x a 1 p x exp 2 2 2
2
2、p(x)在(-∞,a)单调增，在(a,+∞)单调减，在点a 处有极大值，当x→±∞时，即有：
p x 0
电子工业出版社
高斯噪声一维概率密度函数的特性
F x p z dz
x
x
z a 2 1 exp dz 2 2 2
1 2
z a 2 exp 2 2 dz
x
引入误差函数 互补误差函数
erf x
通信原理
x a 2 1 p x exp 2 2 2
3、
a
p x dx 1
p x dx
a
1 p x dx 2
电子工业出版社
高斯噪声一维概率密度函数的特性
通信原理
x a 2 1 p x exp 2 2 2
2
x
e dz
2
z2
erfc x 1 erf x
x
e dz
z2
正态分布函数
xa 1 1 2 2 erf 2 , x a F x 1 1 erfc x a , x a 2 2
电子工业出版社
误差函数和互补误差函数的性质
电子工业出版社
加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
电子工业出版社
天电噪声
通信原理
天电噪声的主要来源是闪电、大气中的磁 暴、太阳黑子以及宇宙射线（天体辐射波） 等 各种自然现象与其发生的时间、季节、地 区等很有关系，因此受天电干扰的影响也 是因时，因地而大小不同的。 这类干扰所占的频谱范围很宽，并且频率 也不像无线电干扰那样是固定的，因此难 以防范。
电子工业出版社
加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
电子工业出版社
内部噪声
通信原理
内部噪声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。 这类干扰是自由电子作不规则运动造成的， 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。
电子工业出版社
通信中常见噪声
通信原理
白噪声 高斯噪声 高斯型白噪声 窄带高斯噪声 正弦信号加窄带高斯噪声
电子工业出版社
高斯噪声
通信原理
高斯噪声是实际信道中另一种常见的噪声， 所谓高斯噪声，是指它的概率密度函数服 从高斯分布（即正态分布）。 高斯噪声的一维概率密度函数表示为：
x a 2 1 p x exp 2 2 2
通信原理
白噪声 高斯噪声 高斯型白噪声 窄带高斯噪声 正弦信号加窄带高斯噪声
电子工业出版社
高斯型白噪声
通信原理
高斯型白噪声也称高斯白噪声，是指噪声 的概率密度函数满足正态分布统计特性， 高斯白噪声的功率谱密度函数是常数。 高斯型白噪声同时涉及到噪声的两个不同 方面，即概率密度函数的正态分布性和功 率谱密度函数均匀性，二者缺一不可。 典型的高斯型白噪声——热噪声
电子工业出版社
加性噪声的分类（噪声性质）
通信原理
加性噪声的分类（噪声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
电子工业出版社
单频噪声
通信原理
单频噪声指无线电干扰。 电台发射的信号频谱是集中在比较窄的频 率范围内的，因此可以近似地看作是一个 单频；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。 单频干扰是一种连续波干扰，它的频率是 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。
1 2
x
0
a
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高斯噪声
通信原理
p x
1 2
x
0 a
通常情况下，通信信道中噪声的均值a=0 结论
当噪声均值为零时，噪声的平均功率等于噪声 的方差，即有：
P n
2
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通信原理
1 Pn R(0) 2
噪声的方差
Pn ( )d
D(n(t )) E [n(t ) E (n(t ))]2 } E{n 2 (t )} [ E (n(t ))]2 R(0) a 2 R(0)
3.4 信道的噪声干扰
通信原理
1
加性噪声 通信中常见噪声
2
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加性噪声
通信原理
恒参信道由于传输函数不随时间而变，所 以噪声干扰主要是加性噪声。加性噪声分 为高斯白噪声和脉冲噪声两类。 加性噪声虽然独立于有用信号，但它却始 终存在，干扰有用信号，因而不可避免地 对通信造成危害。 高斯白噪声 脉冲噪声
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加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
电子工业出版社
工业噪声
通信原理
工业噪声来源于各种电气设备，如电力线、 点火系统、电车、电源开关、电力铁道、 高频电炉等
干扰来源分布范围较大 干扰的强度也变得越来越大。
这类干扰的频谱都集中在较低的频率范围 内，工作的信道的频率只要高于这个频段 就可防止受到它的干扰； 也可以在干扰源方面设法消除或减小干扰 的产生，例如加强屏蔽和滤波等措施，以 此防止接触不良和消除波形失真。
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典型的高斯型白噪声——热噪声
通信原理
在常温条件下，当f<1000GHz时，功率谱密度是 平坦的，这是一个很宽的频率范围，包含了毫米 波在内的所有频段，通常我们把这种噪声按白噪 声处理。 通信系统中热噪声的功率谱密度可以表示为：
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加性噪声的分类（噪声性质）
通信原理
加性噪声的分类（噪声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
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起伏噪声
通信原理
起伏噪声主要指信道内部的热噪声和散弹 噪声以及来自空间的宇宙噪声。 起伏噪声都是不规则的随机过程，只能采 用大量统计的方法来寻求统计特性，由于 起伏噪声来自信道本身，因此它对信号传 输的影响是不可避免的。
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白噪声
通信原理
1 Rn 2
n0 j n e d 0 2 2
Rn
Pn
n0 / 2
n0 / 2
0
ω
0
ω
完全理想的白噪声是不存在的
只要噪声功率谱密度函数均匀分布的频率范围 远远超过通信系统工作频率范围，就可近似认 为是白噪声
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白噪声
通信原理
白噪声的功率谱密度 单边谱
P n0 n
Pn
n0 2
0
R P n
白噪声的 自相关函数
1 Rn 2
n0 j n e d 0 2 2
2 2
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正态概率分布函数
通信原理
正态概率分布函数F(x)用来表示随机变量x 的概率分布情况，按照定义，它是概率密 度函数p(x)的积分，即：
F x p z dz
x
代入
x a 2 1 p x exp 2 2 2
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加性噪声的分类（噪声性质）
通信原理
加性噪声的分类（噪声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
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脉冲噪声
通信原理
脉冲干扰包括工业干扰中的电火花，断续 电流以及天电干扰中的闪电等。 脉冲干扰的波形是不连续的，具有脉冲性 质；这类干扰的发生时间很短，但强度却 很大，而且周期是随机的，可以用随机的 窄脉冲序列表示。 脉冲干扰占用的频谱宽，但是，干扰的幅 度也随着频率的升高而逐渐减小，干扰影 响也因此减弱，由此可见，只要选择的工 作频段适当，这类干扰的影响也是可以防 止的。
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加性噪声
通信原理
加性噪声的分类（噪 声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
加性噪声的分类（噪 声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
电子工业出版社Leabharlann 加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
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无线电噪声
通信原理
无线电噪声的主要来源是各种用途的外台 无线电发射机。 这类噪声所覆盖的频率范围很宽，从甚低 频段到特高频段，都可能存在无线电干扰， 干扰的强度也可能较大。 这类干扰的频率是固定的，因此可以预先 设法防止或避开；特别是在加强了无线电 频率的管理工作后，在频率的稳定性、准 确性以及谐波辐射等方面都建立了严格的 规定，从而使得它对信道中传输信号的干 扰程度可降到最小。
4、a表示分布中心，σ表示集中的程度。对不同的a， 表现为p(x)的图形左右平移；对不同的σ，p(x)的 图形将随σ的减小而变高和变窄。
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高斯噪声一维概率密度函数的特性
通信原理
x a 2 1 p x exp 2 2 2
5、当a =0， σ=1时，相应的正态分布称为标准化 正态分布 x2 1 p x exp
高斯噪声一维概率密度函数的特性
通信原理
x a 1 p x exp 2 2 2
2
2、p(x)在(-∞,a)单调增，在(a,+∞)单调减，在点a 处有极大值，当x→±∞时，即有：
p x 0
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高斯噪声一维概率密度函数的特性
F x p z dz
x
x
z a 2 1 exp dz 2 2 2
1 2
z a 2 exp 2 2 dz
x
引入误差函数 互补误差函数
erf x
通信原理
x a 2 1 p x exp 2 2 2
3、
a
p x dx 1
p x dx
a
1 p x dx 2
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高斯噪声一维概率密度函数的特性
通信原理
x a 2 1 p x exp 2 2 2
2
x
e dz
2
z2
erfc x 1 erf x
x
e dz
z2
正态分布函数
xa 1 1 2 2 erf 2 , x a F x 1 1 erfc x a , x a 2 2
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误差函数和互补误差函数的性质
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加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
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天电噪声
通信原理
天电噪声的主要来源是闪电、大气中的磁 暴、太阳黑子以及宇宙射线（天体辐射波） 等 各种自然现象与其发生的时间、季节、地 区等很有关系，因此受天电干扰的影响也 是因时，因地而大小不同的。 这类干扰所占的频谱范围很宽，并且频率 也不像无线电干扰那样是固定的，因此难 以防范。
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加性噪声的分类（噪声来源）
通信原理
加性噪声的分类（噪声来源）
无线电噪声 工业噪声 天电噪声 内部噪声
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内部噪声
通信原理
内部噪声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。 这类干扰是自由电子作不规则运动造成的， 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。
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通信中常见噪声
通信原理
白噪声 高斯噪声 高斯型白噪声 窄带高斯噪声 正弦信号加窄带高斯噪声
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高斯噪声
通信原理
高斯噪声是实际信道中另一种常见的噪声， 所谓高斯噪声，是指它的概率密度函数服 从高斯分布（即正态分布）。 高斯噪声的一维概率密度函数表示为：
x a 2 1 p x exp 2 2 2
通信原理
白噪声 高斯噪声 高斯型白噪声 窄带高斯噪声 正弦信号加窄带高斯噪声
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高斯型白噪声
通信原理
高斯型白噪声也称高斯白噪声，是指噪声 的概率密度函数满足正态分布统计特性， 高斯白噪声的功率谱密度函数是常数。 高斯型白噪声同时涉及到噪声的两个不同 方面，即概率密度函数的正态分布性和功 率谱密度函数均匀性，二者缺一不可。 典型的高斯型白噪声——热噪声
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加性噪声的分类（噪声性质）
通信原理
加性噪声的分类（噪声性质）
单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声
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单频噪声
通信原理
单频噪声指无线电干扰。 电台发射的信号频谱是集中在比较窄的频 率范围内的，因此可以近似地看作是一个 单频；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。 单频干扰是一种连续波干扰，它的频率是 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。