信息传输技术基础

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1、第4章信息传输技术基础4.1信息传输和信道4.2传输技术基础4.3多路信号传输技术4.1信息传输和信道4.1.1信息传输的基本概念1.信道信道是信号传输的通道。从系统的角度看，通信系统一般由信源、信道、信宿、发送设备、接收设备和噪声源组成，如图4.1所示。图4.1通信系统的基本模型信息源是产生消息的源。发送设备是将信源端送出的信号变换或匹配成适合于特定信道介质传输信号的设备。接收端的接收设备与发送设备实现功能相反，是将从信道接收的信号相应地恢复、还原成终端设备能识别信号的设备。2.信息容量信息容量是在一个给定时间内，通过一个

2、通信系统可以传输多少信息的一种度量。简而言之，信息容量可以是系统容纳的用户数目或系统交换、传输及处理的信息比特数。1920年贝尔电话实验室的哈特莱(R．Hartley)推导出了带宽、传输时间和信息容量之间的关系。哈特莱定律简单地说明，带宽愈宽，传输时间愈长，能够通过该系统传送的信息就愈多。数学上，哈特莱定律表达如下：其中，C为信息容量，B为系统带宽(Hz)，t为传输时间(s)。上式说明信息容量是系统带宽和传输时间的线性函数并与两者直接成正比。(4.1)例4.1已知某系统的系统带宽为150MHz，分别在1秒和1分钟时间内的传输

3、信息量。解根据哈特律公式，当t=1s时，系统信息容量为C=1501061=1.5108b/s；当t=60s（1分钟）时，系统信息容量为C=15010660=9109b/s。那么如果增大带宽B，能否使C一定线性增加呢？这实际上是不可能的，香农公式回答了这一问题。数学上，香农信息容量极限表述为:（4.2）其中，C为信息容量(b/s)，B为带宽(Hz)，S/N为信号与噪声的功率之比，简称信噪比（无单位），其中N=n0B，n0为噪声单边功率谱密度。可见，C是信道带宽和信噪比的函数，B增大的同时，噪声功率N也增大，S/N

4、减小，C是有限的。信道容量受“三要素”—B、n0和S的限制，只要这三要素确定，信道容量就确定。例4.2已知某系统的信噪比为1000(30dB)，标准话音频带通信信道带宽为3.4kHz，试求该系统的信息速率极限值。解根据信息容量的香农极限公式，C=3400log2(1+1000)=33.89kb/s，这个值就是该信道传输信息的理论极限速率值。3．信道传输特性根据传输介质是否有形，信道可以分为有线信道和无线信道。（1）有线信道的传输特性1)幅频传输特性：是信道在各频率下的衰耗与频率的关系曲线，它将影响信号的幅度衰减量。信道的理

5、想幅频特性要求其通带内特性平稳，否则将导致信号幅度失真。2）相频传输特性：是信道在各频率下的相位移与频率的关系曲线，它将影响被传输信号的相位移。图4.2理想有线信道的传输特性（2）无线信道传输特性无线信道的传输媒介是自由空间，由电磁波携带信号。常用无线信道的通信方式有：调幅、调频广播、无线电视、微波通信、卫星通信、移动电话、无线寻呼等。无线信道也以幅频特性与相频特性来描述信道对通过信号的影响，与有线信道类同。无线通信所用的电磁波，根据频率的高低，或波长的长短，频段划分如表4.1所示，我们通常所说的微波是指频率在0.3GHz—

6、3GHz范围的电磁波。各波长段的频率不同，波长不同，其空间传播特性就不一样，用途也就不同。（3）信道的衰减与失真在信道中传递的信号，由于介质的特性，信号传输中必然会产生能量的损失，这种能量的损失，我们称之这衰减或衰耗。在通信工程中称之为固有衰减，这种衰减随信道种类不同而不同，传输信道距离越长衰减越大，其度量一般用(dB)电平表示，其dB的定义为：采用信号输入输出端功率比值取10倍常用对数来表示，称之为分贝。dB=10(4.3)在通信系统中，信号其传输一般用相对电平来表示，如果上式中参考点为Po，输出点为Pi，若P0的单位用m

7、w表示，则电平为dBm，称dB毫瓦，如P单位用W表示，则电平为dBW或称为dB瓦。(4.4)通信信道由于干扰和噪声影响，常见的信号衰减与失真度量参数有：幅度衰减、幅度突变、相位抖动、群时延—频率失真、频率偏移等。幅度衰减是指信道对不同频率信号的幅度衰减变化。幅度突变是指接收信号幅度突然变化（增加或减小）的数值，一般要求门限值在16dB范围内选择。相位抖动也会引起信号的畸变和失真，是一种线性畸变，通信系统可以采用“均衡”措施补偿。信道的相位—频率特性也经常用群时延—频率失真来衡量，所谓群时延—频率失真是相位—频率特性对频率的

8、导数，若相位—频率特性用()表示，则群时延—频率特性（）为：(4.5)(4)信道的损伤信道中的噪声与干扰信号在信道道传输中过程中，会遇到各种情况的干扰和噪声，包括各种各样来自系统内部的噪声与外部的干扰。①统内部噪声。系统内部半导体器件中的少数载流子的随机扩散与电子-空穴对的随机复合