现代通信原理(02-1).ppt

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1、现代通信原理二、信号、噪声与信息论(1)8/6/20211单元概述信源、信道和信宿是通信系统不可缺少的三个组成部分。通信的目的是将信源产生的信息传递给信宿，然而，在存在干扰的实际信道中传输时，其最高信息传输率受到限制。香农（SHANNON）信息论的信道容量公式从理论上阐明了信道容量、信道带宽和信号-噪声功率比三者之间的关系，这正是通信系统研究和设计者们所追求的目标和面临的挑战。8/6/20212单元学习提纲（1）离散信源和连续信源的统计描述；（2）离散信源的信息量、条件信息量、互信息量和平均信息量（熵）的定义和物理意义；（3）连续信源的平均信息量、平均互信息量的定

2、义和物理意义；（4）信息量的单位——比特，比特率与波特率的区别；（5）有扰信道的信息传输过程；8/6/20213（6）信道容量的定义，有扰信道的最高信息传输速率；（7）在掌握上述基本概念基础上，要求熟记香农信道容量公式，理解它的物理意义及其对通信系统研究与发展的指导意义。8/6/20214通信系统需要研究的三个主要问题:(1)信号的特性；(2)系统的特性；(3)信号通过系统传输时，影响信号的噪声特性。8/6/20215系统传递函数H(ω)和冲击响应h(t)8/6/20216要搞清楚的三个问题1、输入信号、输出信号、噪声分别具有的特性和表示方式；2、系统中输入信号、

3、输出信号、噪声之间的关系。3、系统具有什么特性，信号的传输才处于最佳状态。8/6/20217§2.1确知信号分析1、数学上，确知信号可表示为一个或多个变量的函数。2、不同的信号分类确知信号/随机信号周期信号/非周期信号模拟信号/数字信号能量信号/功率信号8/6/202183.信号分析方法：以基本信号之和或积分表示各种复杂信号，并对其性质及其对系统的作用进行分析研究。频域分析法：正弦信号作为基本信号；时域分析法：冲击函数δ(t)作为基本信号。8/6/20219二.离散频谱和连续频谱1.连续周期信号的傅里叶级数8/6/2021108/6/202111连续的周期信号具有

4、离散频谱------傅氏级数0t------08/6/202112时域信号频域信号连续的周期的非周期的离散的若时域周期为Tp,有频域谱线间隔为2π/Tp8/6/2021132.连续非周期信号的傅里叶变换8/6/2021148/6/202115连续的非周期信号具有连续的频谱------傅氏变换t8/6/202116时域信号频域信号连续的非周期的非周期的连续的对称性:时域连续，则频域非周期。反之亦然。8/6/2021173.离散的非周期信号具有连续的频谱------序列的傅氏变换x(nT)T-T0T2Tt0------8/6/202118时域信号频域信号离散的非周期的

5、周期的连续的8/6/2021194、离散的周期信号具有离散频谱------序列的傅式级数（DFT）x(nT)=x(n)t0T2Tn00123kNT8/6/202120由上述分析可知，要想在时域和频域都是离散的，那么两域必须是周期的。时域信号频域信号离散的周期的周期的离散的8/6/202121三.能量谱密度和功率谱密度1.能量谱密度信号波形的能量规一化能量（电阻值1W）能量信号：能量为有限的信号(非周期的时间有限信号）8/6/202122当f(t)为实函数时F(-ω)=F*(ω)∴上式能量谱密度E(ω)=

6、F(ω)

7、2焦耳/赫兹8/6/2021232.功率谱密度功率

8、信号：信号在-∞＜t＜+∞内存在，具有无穷大能量，但平均功率为有限值。分析时，先用截短函数将其截为能量信号。8/6/202124功率谱密度（瓦特/赫兹）双边功率谱密度定义在（-∞，+∞）单边功率谱密度定义在（0，+∞）8/6/202125例：试求功率信号为周期性信号时的功率谱密度解：取截短周期T=NT0周期信号的功率与信号谱的关系。8/6/202126周期信号的功率谱是离散谱。8/6/202127四.自相关函数1.定义表明一个信号与该信号延时后的相似程度。能量信号功率信号8/6/2021282.性质⑴实函数的自相关函数是实偶函数，即R(-τ)=R(τ)⑵信号的自相

9、关函数与其能量谱密度/功率谱密度构成傅氏变换与反变换的关系。8/6/202129⑶信号的自相关函数在原点的值等于信号的能量/功率。⑷自相关函数的最大值出现在原点，即R(τ)≤R(0)8/6/202130周期信号的自相关函数是其功率谱密度函数的傅氏反变换。8/6/202131§2.2确定信号通过线性系统一.卷积定理1.时域：8/6/202132二.无失真系统和理想低通滤波器1.无失真系统：y(t)=kf(t-t0)传输函数8/6/2021331.无失真系统幅频和相频特性确知信号通过无失真系统，不同的频率分量具有相同的幅度增益和不同的相移。8/6/2021342.频域

10、：8/6/