第7次课香农公式-扩频增益-干扰容限-直扩频谱
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香农公式香农(Shannon)提出并严格证明了“在被高斯白噪声干扰的信道中,计算最大信息传送速率C公式”:C=B log2(1+S/N)。
式中:B是信道带宽(赫兹),S是信号功率(瓦),N是噪声功率(瓦)。
该式即为著名的香农公式,显然,信道容量与信道带宽成正比,同时还取决于系统信噪比以及编码技术种类香农定理指出,如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C,那么,在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。
该定理还指出:如果R>C,则没有任何办法传递这样的信息,或者说传递这样的二进制信息的差错率为1/2。
香农定理指出,如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C,那么,在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。
该定理还指出:如果R>C,则没有任何办法传递这样的信息,或者说传递这样的二进制信息的差错率为1/2。
可以严格地证明;在被高斯白噪声干扰的信道中,传送的最大信息速率C由下述公式确定:C=B*log₂(1+S/N) (bit/s)该式通常称为香农公式。
B是码元速率的极限值(由奈奎斯特指出B=H,H为信道带宽,单位Baud),S是信号功率(瓦),N是噪声功率(瓦)。
香农公式中的S/N为无量纲单位。
如:S/N=1000(即,信号功率是噪声功率的1000倍)但是,当讨论信噪比(S/N)时,常以分贝(dB)为单位。
公式如下:SNR(信噪比,单位为dB)=10 lg(S/N)换算一下:S/N=10^(SNR/10)公式表明,信道带宽限制了比特率的增加,信道容量还取决于系统信噪比以及编码技术种类。
扩频通信从香农公式中还可以推论出:在信道带宽使信号的功率低于噪声基底。
简言之,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,这就是扩频通信的基本思想和理论依据。
扩频通信(Spread Spectrum Communication)技术起源于上世纪中期。
扩频通信的理论基础1.1扩频通信的基本概念通信理论和通信技术的研究,是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的,所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性,是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中,多路复用技术可提高系统的有效性。
显然,信道复用程度越高,系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中,由于传输的是数字信号,因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性,是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰,收到的信息与发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。
因此,可靠性决定于系统抵抗干扰的性能,也就是说,通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。
在模拟通信系统中,传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。
在数字通信系统中,传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力,首先在军用通信系统中得到了应用。
近年来,扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速,在民用通信系统中也得到了广泛的应用。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。
我们知道,频谱是电信号的频域描述。
承载各种信息(如语音、图象、数据等)的信号一般都是以时域来表示的,即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。
信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。
频域和时域的关系由式(1-1)确定:⎰∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2⎰∞∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件,或在区间(-∞,+∞)内绝对可积,即t t f d )(⎰∞∞-必须为有限值。
扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数(与待传输的信息信号)(t f 无关)扩展后成为宽频带信号,然后送入信道中传输;在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩,恢复为原来待传输信息信号的带宽,从而到达传输信息目的的通信系统。
处理增益:系统输出信噪比与输入信噪比的比值,表达式为p G =ii N S N S 00+ii N S N S 00lg10 dB也可用扩频信号带宽B 与信息带宽m B 之比表示,工程上常用分贝表示,即mp B BG lg 10 ,它表示了扩频系统信噪比的改善程度,处理增益越大,抗干扰能力越强。
干扰容限:在保证系统正常工作的条件下,接收机能够承受的干扰信号比有用信号高出的分贝数,用jM表示,有jM=p G -[s L +)(NS ] dB式中s L 为系统内部损耗;0)(N S 为系统正常工作时要求的最小输出信噪比,即相关器的输出信噪比或解调器偶的最大信噪比;p G 为系统的处理增益。
伪随机码:逼近或接近高斯白噪声统计特性的序列,信号的自相关函数具有二值特性。
游程:在一个序列周期内,相连的相同的码元串。
相关解扩:通过用本地产生的与发端伪随机序列同步的伪随机序列对接收到的信号进行相关处理并使之恢复成窄带信号。
相关解跳:利用本地的伪随机序列控制本地的频率合成器,使之产生的跳变频率与发端频率合成器产生的跳变频率合成,将接收到的跳频信号转化成一固定的中频信号。
跳频图案:用来表征调频系统载波频率跳变的规律时频图。
调频序列:用来表征调频系统载波频率跳变规律的数字序列。
远近效应:当基站同时接收两个距离不同的移动台发来的信号时,由于两个移动台功率相同,则距离基站近的移动台将对另一移动台信号产生严重的干扰。
扩频系统的特点:1抗干扰能力强、2可进行多址通信、3安全保密、4数模兼容、5抗衰落、6抗多径 快(慢)跳频通信系统通常是指跳频速率大于(小于)信息传输速率的跳频通信系统。
m 序列优选对,是指在m 序列集中,其互相关函数最大值的绝对值max,)(τb a R 小于某个值得两条m 序列。
直接式相关与外差式相关相比抗干扰能力较低 1、什么是扩频通信?它有哪些特点(含义)?答:扩频通信技术是一种信息传输方式,在发送端采用扩频码调制,是信号所占的频带宽度远大于所传的信息所需的带宽;在接收端采用相同的扩频码进行相关处理来解扩以恢复所创的信息数据。
扩频通信的理论基础1.1扩频通信的基本概念通信理论和通信技术的研究,是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的,所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性,是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中,多路复用技术可提高系统的有效性。
显然,信道复用程度越高,系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中,由于传输的是数字信号,因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性,是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰,收到的信息与发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。
因此,可靠性决定于系统抵抗干扰的性能,也就是说,通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。
在模拟通信系统中,传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。
在数字通信系统中,传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力,首先在军用通信系统中得到了应用。
近年来,扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速,在民用通信系统中也得到了广泛的应用。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。
我们知道,频谱是电信号的频域描述。
承载各种信息(如语音、图象、数据等)的信号一般都是以时域来表示的,即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。
信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。
频域和时域的关系由式(1-1)确定:⎰∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2⎰∞∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件,或在区间(-∞,+∞)内绝对可积,即t t f d )(⎰∞∞-必须为有限值。
扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数(与待传输的信息信号)(t f 无关)扩展后成为宽频带信号,然后送入信道中传输;在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩,恢复为原来待传输信息信号的带宽,从而到达传输信息目的的通信系统。