通信原理信道与噪声

通信原理-----噪声噪声，从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯上把周期性的、规律的有害信号称为干扰，而把其他有害的信号称为噪声。

噪声可以笼统的称为随机的，不稳定的能量。

它分为加性噪声和乘性噪声，乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。

在这里我们主要讨论加性噪声。

一、信道中加性噪声的来源，一般可以分为三方面：1 人为噪声人为噪声来源于无关的其它信号源，例如：外台信号、开关接触噪声、工业的点火辐射等，这些干扰一般可以消除，例如加强屏蔽、滤波和接地措施等2 自然噪声自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、雷击、太阳黑子、大气中的电暴和各种宇宙噪声等，这些噪声所占的频谱范围很宽，并不像无线电干扰那样频率是固定的，所以这种噪声难以消除。

3 内部噪声内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：电阻中自由电子的热运动和半导体中载流子的起伏变化等。

内部噪声是由无数个自由电子做不规则运动形成的，它的波形变化不规则，通常又称起伏噪声。

在数学上可以用随即过程来描述这种噪声，因此又称随机噪声。

随机噪声的分类常见的随机噪声可分为三类:（1）单频噪声单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号），它可视为一个已调正弦波，但其幅度、频率或相位是事先不能预知的。

这种噪声的主要特点是占有极窄的频带，但在频率轴上的位置可以实测。

因此，单频噪声并不是在所有通信系统中都存在。

(2)脉冲噪声脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。

这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。

从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的频谱（从甚低频到高频），但频率越高，其频谱强度就越小。

脉冲噪声主要来自机电交换机和各种电气干扰，雷电干扰、电火花干扰、电力线感应等。

数据传输对脉冲噪声的容限取决于比特速率、调制解调方式以及对差错率的要求。

脉冲噪声由于具有较长的安静期，故对模拟话音信号的影响不大,脉冲噪声虽然对模拟话音信号的影响不大，但是在数字通信中，它的影响是不容忽视的。

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通信原理是指在信息传递过程中所涉及到的基本原理和方法。

它涵盖了信号的产生、传输、接收和解码等方面，以及信道的特性、噪声的影响等内容。

在通信原理中，最基本的要素是信号。

信号是指传递信息的载体，可以是声音、光、电等形式。

信号的产生通常通过信号源完成，比如麦克风、摄像头、传感器等。

信号在传输过程中，需要经过信道。

信道是指信号传输的介质或传递路径，可以是电缆、无线信道等。

不同的信道具有不同的特性，比如带宽、传输速率、传播延迟等。

通信系统需要根据信道的特性来选择合适的调制和编码方式，以保证信号能够有效地传输。

在信号到达接收端之后，需要进行接收和解码。

接收端通常包括天线、接收器等组件，用于接收信号。

解码是指将接收到的信号转化为可理解的信息，比如将电信号转化为声音、图像等。

解码的过程需要根据信号的特点和编码方式来进行，比如对于数字信号，可以使用调制解调器进行解码。

在通信过程中，噪声是不可避免的。

噪声是指干扰信号传输和解码的外部因素，比如电磁干扰、信道衰落等。

通信系统需要采取一系列的方法来抵抗噪声的影响，比如使用码间距离大的编码方式、添加纠错码等。

总的来说，通信原理是现代通信系统设计的基础，它包括信号
的产生、传输、接收和解码等方面，以及信道的特性、噪声的影响等内容。

了解通信原理可以帮助我们更好地理解和设计各种通信系统。

什么是信道模型？信道模型是通信领域中的关键概念之一。

它描述了在无线通信系统中，信号如何通过传输介质（如大气、海水、金属导线等）进行传播的过程。

信道模型对于理解和优化无线通信系统的性能具有重要意义。

接下来，我们将从三个方面来介绍信道模型。

一、信道传播的基本原理1. 外界噪声：在信道传播过程中，会受到来自外界的干扰和噪声。

这些噪声源包括大气电离层的效应、电磁辐射以及其他无线电设备的干扰。

通过对噪声特性的研究和建模，可以帮助我们更好地理解和处理这些噪声对通信质量的影响。

2. 多径效应：无线信号在传播过程中会经历多次反射、散射和绕射等现象，导致接收端接收到多个传播路径上的信号。

这就是所谓的多径效应。

由于不同路径的信号具有不同的传播延迟和相位差，会造成信号间的相互干扰和衰减。

深入研究多径效应的特性和建立合适的数学模型，有助于优化无线通信系统的设计和性能。

3. 信号衰减：信号随着距离的增加会逐渐衰减。

衰减的原因包括自由空间路径损耗、多径传播引起的功率损耗以及其他物理因素。

准确地描述和量化信号衰减的模型，可以帮助我们预测和补偿信号强度的变化，提高通信系统的覆盖范围和性能。

二、信道模型的分类1. 统计信道模型：统计信道模型是根据实际测量数据和统计规律建立的。

根据测量数据中的信号强度、信号衰减和相位等信息，通过数学模型来描述信道的统计特性。

统计信道模型的优势在于可以对多个传播环境和场景进行研究，并得到一种适用于广泛应用的信道模型。

2. 几何信道模型：几何信道模型将信道传播过程抽象为几何空间中的点和面的运动。

通过建立几何模型，可以计算信号传播的路径损耗、多径效应和信号衰减等参数。

几何信道模型适用于研究特定区域的信道传播特性，例如城市环境或室内场景。

三、信道模型的应用1. 通信系统设计：信道模型提供了一种理论和方法，可以指导无线通信系统的设计和优化。

通过准确地建立信道模型，可以预测信号质量、容量和传输速率等关键性能指标，从而选择合适的调制技术、编码方案和传输方式。

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。