通信原理第一章38286753

1、1第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成1.3 1.3 通信系統(tǒng)分類及通信方式通信系統(tǒng)分類及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量1. 5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 1.6 1.6 信道及其容量信道及其容量 23451.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成1.2.1 通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般模型 我們把實(shí)現(xiàn)信息傳輸所需一切設(shè)備和傳輸媒介我們把實(shí)現(xiàn)信息傳輸所需一切設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體稱為通信系統(tǒng)。以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為例，所構(gòu)成的總體稱為通信系統(tǒng)。以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為例，通信系統(tǒng)的一般模型如圖通信系統(tǒng)的一般模型如圖1

2、-1所示。所示。 6圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型 7圖圖1-1中中原始電信號(hào)稱為原始電信號(hào)稱為基帶信號(hào)基帶信號(hào)；它所要完成的功能；它所要完成的功能很多，例如調(diào)制、放大、濾波和發(fā)射等，在數(shù)字很多，例如調(diào)制、放大、濾波和發(fā)射等，在數(shù)字通信系統(tǒng)中發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道通信系統(tǒng)中發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。編碼等。信道是指信號(hào)傳輸通道，按信道是指信號(hào)傳輸通道，按傳輸媒介傳輸媒介的不同，的不同，可分為可分為有線信道有線信道和和無(wú)線信道無(wú)線信道兩大類。兩大類。圖中的噪聲源，是信道中的所有噪聲以及分散圖中的噪聲源，是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的在通信系統(tǒng)中其它各處噪

3、聲的集合集合。8在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的即進(jìn)行解調(diào)、譯碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)，并將原始接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)，并將原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息，提供給受信者。電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息，提供給受信者。910我們以語(yǔ)音信號(hào)為例來(lái)說(shuō)明圖我們以語(yǔ)音信號(hào)為例來(lái)說(shuō)明圖1-2模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)模型各部分的作用。模型各部分的作用。1.1.發(fā)信人講話的語(yǔ)音變成電信號(hào)（模擬信源）發(fā)信人講話的語(yǔ)音變成電信號(hào)（模擬信源）2.2.然后電信號(hào)經(jīng)放大設(shè)備后可以直接在信道中然后電

4、信號(hào)經(jīng)放大設(shè)備后可以直接在信道中傳輸。為了提高頻帶利用率，使多路信號(hào)同時(shí)在傳輸。為了提高頻帶利用率，使多路信號(hào)同時(shí)在一信道中傳輸，原始的電信號(hào)（基帶信號(hào)）一般一信道中傳輸，原始的電信號(hào)（基帶信號(hào)）一般要進(jìn)行調(diào)制才能傳輸?shù)叫诺乐腥?。?jīng)過(guò)調(diào)制后的要進(jìn)行調(diào)制才能傳輸?shù)叫诺乐腥ァ＝?jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。3.3.在收端，經(jīng)解調(diào)器和逆變換器還原成語(yǔ)音信在收端，經(jīng)解調(diào)器和逆變換器還原成語(yǔ)音信息。息。 111.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)分為：數(shù)字通信系統(tǒng)分為：1.

5、數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)2.數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。一、數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)一、數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)如圖數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)如圖1-3 所示。所示。12圖圖1-3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 13數(shù)字通信系統(tǒng)還有一個(gè)非常重要的控制單元，數(shù)字通信系統(tǒng)還有一個(gè)非常重要的控制單元，即同步系統(tǒng)（圖即同步系統(tǒng)（圖1-3沒(méi)有畫(huà)出）。它可以使通信系沒(méi)有畫(huà)出）。它可以使通信系統(tǒng)的收、發(fā)兩端或整個(gè)通信系統(tǒng)，以精度很高的統(tǒng)的收、發(fā)兩端或整個(gè)通信系統(tǒng)，以精度很高的時(shí)鐘提供定時(shí)，以使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流能與發(fā)送端同時(shí)鐘提供定時(shí)，以使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流能與發(fā)送端同步、有序

6、而準(zhǔn)確地接收與恢復(fù)原信息。步、有序而準(zhǔn)確地接收與恢復(fù)原信息。14二、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)二、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)與頻帶傳輸系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，我們把沒(méi)有調(diào)制器與頻帶傳輸系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，我們把沒(méi)有調(diào)制器/解解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，如圖如圖 1-4 所示。所示。圖圖1-4 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型 15圖圖1-4中基帶信號(hào)形成器可能包括編碼器、加密中基帶信號(hào)形成器可能包括編碼器、加密器以及波形變換等，接收濾波器亦可能包括譯碼器以及波形變換等，接收濾波器亦可能包括譯碼器、解密器等。器、解密器等。三、三、 數(shù)字通信的主要特點(diǎn)數(shù)字通信

7、的主要特點(diǎn) 數(shù)字通信技術(shù)已成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與數(shù)字通信技術(shù)已成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，它有如下優(yōu)點(diǎn)：模擬通信相比，它有如下優(yōu)點(diǎn)：1、抗干擾、抗噪聲性能好、抗干擾、抗噪聲性能好例例.判斷波形判斷波形162、差錯(cuò)可控、差錯(cuò)可控可通過(guò)糾錯(cuò)編碼技術(shù)來(lái)控制可通過(guò)糾錯(cuò)編碼技術(shù)來(lái)控制(分組，循環(huán)，卷積分組，循環(huán)，卷積)。3、易加密、易加密數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)相比，容易加密和解密。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)相比，容易加密和解密。4、數(shù)字通信設(shè)備和模擬通信設(shè)備相比，設(shè)計(jì)和、數(shù)字通信設(shè)備和模擬通信設(shè)備相比，設(shè)計(jì)和制造更容易，體積更小，重量更輕（交換機(jī)）。制造更容易，體積更小，重量更輕（交換機(jī)）。5、數(shù)字

8、信號(hào)可以通過(guò)信源編碼進(jìn)行壓縮，以減、數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)信源編碼進(jìn)行壓縮，以減少冗余度，提高信道利用率。少冗余度，提高信道利用率。6、易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。、易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。171.3 通信系統(tǒng)分類及通信方式通信系統(tǒng)分類及通信方式1819表表 1.3-1 通信頻段通信頻段 、 常用傳輸媒質(zhì)及主要用途常用傳輸媒質(zhì)及主要用途 204、按調(diào)制方式分類、按調(diào)制方式分類 根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘?hào)是否經(jīng)過(guò)調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘?hào)是否經(jīng)過(guò)調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)?；鶐鬏斒菍榛鶐鬏斚到y(tǒng)和頻帶（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)?；鶐鬏斒菍](méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如音頻市內(nèi)

9、電話；頻帶傳沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如音頻市內(nèi)電話；頻帶傳輸是對(duì)基帶信號(hào)調(diào)制后再送到信道中傳輸。輸是對(duì)基帶信號(hào)調(diào)制后再送到信道中傳輸。5、按通信業(yè)務(wù)類型分類、按通信業(yè)務(wù)類型分類根據(jù)通信業(yè)務(wù)類型的不同，通信系統(tǒng)可分為電報(bào)通信系根據(jù)通信業(yè)務(wù)類型的不同，通信系統(tǒng)可分為電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等.6、按信號(hào)復(fù)用方式分類、按信號(hào)復(fù)用方式分類 按信號(hào)復(fù)用方式，通信系統(tǒng)又可分為頻分復(fù)用（按信號(hào)復(fù)用方式，通信系統(tǒng)又可分為頻分復(fù)用（FDM）通信系統(tǒng)、時(shí)分復(fù)用（通信系統(tǒng)、時(shí)分復(fù)用（TDM）通信系統(tǒng)和碼分復(fù)用通信系統(tǒng)和碼分復(fù)用（CDM）

10、通信系統(tǒng)等。通信系統(tǒng)等。211.3.2 通信方式通信方式 1、按信息傳輸?shù)姆较蚺c時(shí)間關(guān)系劃分通、按信息傳輸?shù)姆较蚺c時(shí)間關(guān)系劃分通信方式信方式通信方式可分為單工通信、半雙工通信通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。及全雙工通信三種。22全雙工通信是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸信息的工全雙工通信是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸信息的工作方式，如圖作方式，如圖1-5（c）所示。例如普通電話、計(jì)算機(jī)通信所示。例如普通電話、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)等采用的就是全雙工通信方式。網(wǎng)絡(luò)等采用的就是全雙工通信方式。圖圖1-5 通信方式示意圖通信方式示意圖232、按數(shù)字信號(hào)碼元排列方式劃分通信方式、按數(shù)字信號(hào)碼

11、元排列方式劃分通信方式在數(shù)字通信中按照數(shù)字碼元排列順序的方式不同，可將在數(shù)字通信中按照數(shù)字碼元排列順序的方式不同，可將通信方式分為串行傳輸和并行傳輸。通信方式分為串行傳輸和并行傳輸。 并行傳輸并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是速度快、節(jié)省傳輸時(shí)間，但并行傳輸并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是速度快、節(jié)省傳輸時(shí)間，但需占用頻帶寬，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適需占用頻帶寬，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。近距離通信。串行傳輸是，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方串行傳輸是，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方

12、式。式。24圖圖1-6 并行和串行通信方式并行和串行通信方式253、按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分通信方式、按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分通信方式通信系統(tǒng)按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為線型、星型、樹(shù)型、環(huán)型通信系統(tǒng)按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為線型、星型、樹(shù)型、環(huán)型等類型。專門(mén)為兩點(diǎn)之間設(shè)立傳輸線的通信稱之為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等類型。專門(mén)為兩點(diǎn)之間設(shè)立傳輸線的通信稱之為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。多點(diǎn)間的通信屬于網(wǎng)通信。網(wǎng)通信的基礎(chǔ)仍是點(diǎn)對(duì)通信。多點(diǎn)間的通信屬于網(wǎng)通信。網(wǎng)通信的基礎(chǔ)仍是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。因此，本書(shū)重點(diǎn)討論點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的原理。點(diǎn)通信。因此，本書(shū)重點(diǎn)討論點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的原理。 26信息量信息量它僅與消息中包含的它僅與消息中包含的不確定度有關(guān)不確定度有關(guān)。也就是說(shuō)。也就是說(shuō)

13、消息中所含信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。消息發(fā)生消息中所含信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。消息發(fā)生概率愈小，愈使人感到意外和驚奇，則此消息所含的信息概率愈小，愈使人感到意外和驚奇，則此消息所含的信息量愈大。例如，一方告訴另一方一件幾乎不可能發(fā)生的消量愈大。例如，一方告訴另一方一件幾乎不可能發(fā)生的消息包含的信息量比可能發(fā)生的消息包含的信息量大。如果息包含的信息量比可能發(fā)生的消息包含的信息量大。如果消息發(fā)生的概率趨于零（不可能事件），則它的信息量趨消息發(fā)生的概率趨于零（不可能事件），則它的信息量趨于無(wú)窮大；如果消息發(fā)生的概率為于無(wú)窮大；如果消息發(fā)生的概率為1（必然事件），則此（必然事件），則此消

14、息所含的信息量為零。消息所含的信息量為零。在信息論中，消息所含的信息量在信息論中，消息所含的信息量I與消息與消息x出現(xiàn)的概率出現(xiàn)的概率P(x)的關(guān)系式為的關(guān)系式為)(log)(1logxpxpIaa（1.4-1） 27I代表兩種含義：當(dāng)事件代表兩種含義：當(dāng)事件x發(fā)生以前，表示事件發(fā)生以前，表示事件x發(fā)生的發(fā)生的不確定性；當(dāng)事件不確定性；當(dāng)事件x發(fā)生以后，表示事件發(fā)生以后，表示事件x所含有（或所提所含有（或所提供）的信息量。供）的信息量。信息量的單位由對(duì)數(shù)底的取值決定。若對(duì)數(shù)以信息量的單位由對(duì)數(shù)底的取值決定。若對(duì)數(shù)以2為底時(shí)為底時(shí)單位是單位是“比特比特”（bit binary unit的縮寫(xiě)）；

15、若以的縮寫(xiě)）；若以e為為底時(shí)單位是底時(shí)單位是“奈特奈特”（natnature unit的縮寫(xiě)）；若以的縮寫(xiě)）；若以10為底時(shí)單位是為底時(shí)單位是“哈特哈特”（Hart Hartley的縮寫(xiě)）。的縮寫(xiě)）。通常采用通常采用“比特比特”作為信息量的實(shí)用單位。作為信息量的實(shí)用單位。2829以上我們討論了離散消息的度量。類似，關(guān)于連續(xù)消息以上我們討論了離散消息的度量。類似，關(guān)于連續(xù)消息的信息量可用概率密度來(lái)描述?？梢宰C明，連續(xù)消息的平的信息量可用概率密度來(lái)描述?？梢宰C明，連續(xù)消息的平均信息量（相對(duì)熵）為均信息量（相對(duì)熵）為 ( )( )log( )caHxf xf x （1.4-3） 式中式中, f(x)

16、是連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。有興趣的讀者，可是連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。有興趣的讀者，可參考信息論有關(guān)專著。參考信息論有關(guān)專著。301.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)，往往要涉及到許多性能指設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)，往往要涉及到許多性能指標(biāo)，如系統(tǒng)的標(biāo)，如系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性及使用維有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性及使用維護(hù)方便性護(hù)方便性等。這些指標(biāo)可從各個(gè)方面評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)的性能，等。這些指標(biāo)可從各個(gè)方面評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)的性能，但從研究信息傳輸方面考慮，通信的但從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和可靠性有效性和可靠性是通是通信系統(tǒng)中最主要的性能指

17、標(biāo)。信系統(tǒng)中最主要的性能指標(biāo)。所謂有效性，是指消息傳輸?shù)乃^有效性，是指消息傳輸?shù)摹八俣人俣取眴?wèn)題，而可靠問(wèn)題，而可靠性主要是指消息傳輸?shù)男灾饕侵赶鬏數(shù)摹百|(zhì)量質(zhì)量”問(wèn)題。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，問(wèn)題。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，對(duì)對(duì)有效性和可靠性這兩個(gè)指標(biāo)的要求經(jīng)常是矛盾的有效性和可靠性這兩個(gè)指標(biāo)的要求經(jīng)常是矛盾的，提高，提高系統(tǒng)的有效性會(huì)降低可靠性，反之亦然。因此在設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的有效性會(huì)降低可靠性，反之亦然。因此在設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)時(shí)，對(duì)兩者應(yīng)統(tǒng)籌考慮。系統(tǒng)時(shí)，對(duì)兩者應(yīng)統(tǒng)籌考慮。311.5.1模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)的的有效性指標(biāo)有效性指標(biāo)用用所傳信號(hào)的

18、有效傳輸帶寬所傳信號(hào)的有效傳輸帶寬來(lái)表征來(lái)表征。當(dāng)信道容許傳輸帶寬一定，而進(jìn)行多路頻分復(fù)用。當(dāng)信道容許傳輸帶寬一定，而進(jìn)行多路頻分復(fù)用時(shí)，每路信號(hào)所需的有效帶寬越窄，信道內(nèi)復(fù)用的路數(shù)就時(shí)，每路信號(hào)所需的有效帶寬越窄，信道內(nèi)復(fù)用的路數(shù)就越多。顯然，越多。顯然，信道復(fù)用的程度越高，信號(hào)傳輸?shù)挠行跃托诺缽?fù)用的程度越高，信號(hào)傳輸?shù)挠行跃驮胶迷胶?。信?hào)的有效傳輸帶寬與系統(tǒng)采用的調(diào)制方法有關(guān)。信號(hào)的有效傳輸帶寬與系統(tǒng)采用的調(diào)制方法有關(guān)。同樣的信號(hào)用不同的方法調(diào)制得到的有效傳輸帶寬是不一同樣的信號(hào)用不同的方法調(diào)制得到的有效傳輸帶寬是不一樣的。樣的。模擬通信系統(tǒng)的模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)用用整個(gè)

19、整個(gè)通信系統(tǒng)的輸出通信系統(tǒng)的輸出信噪信噪比比來(lái)衡量來(lái)衡量。信噪比是信號(hào)的平均功率。信噪比是信號(hào)的平均功率S與噪聲的平均功率與噪聲的平均功率N之比。信噪比越高，說(shuō)明噪聲對(duì)信號(hào)的影響越小。顯然，之比。信噪比越高，說(shuō)明噪聲對(duì)信號(hào)的影響越小。顯然，信噪比越高，通信質(zhì)量就越好。輸出信噪比一方面與信道信噪比越高，通信質(zhì)量就越好。輸出信噪比一方面與信道內(nèi)噪聲的大小和信號(hào)的功率有關(guān)，同時(shí)又和調(diào)制方式有很內(nèi)噪聲的大小和信號(hào)的功率有關(guān)，同時(shí)又和調(diào)制方式有很大關(guān)系。例如寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的有效性不如調(diào)幅系統(tǒng)，但是大關(guān)系。例如寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的有效性不如調(diào)幅系統(tǒng)，但是調(diào)頻系統(tǒng)的可靠性往往比調(diào)幅系統(tǒng)好。調(diào)頻系統(tǒng)的可靠性往往比調(diào)幅

20、系統(tǒng)好。321.5.2數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)一、有效性指標(biāo)一、有效性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)表征。表征。 1、傳輸速率、傳輸速率 傳輸速率有兩種表示方法：碼元傳輸速率傳輸速率有兩種表示方法：碼元傳輸速率RB和信息傳輸和信息傳輸速率速率Rb 。碼元傳輸速率碼元傳輸速率RB簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率等。它表示簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），），記為記為B。信息傳輸速率信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等

21、。它是指系簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等。它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送的信息量，單位是比特統(tǒng)每秒鐘傳送的信息量，單位是比特/秒，常用符號(hào)秒，常用符號(hào)“bit/s”表示。表示。3334353637解：解： 依題意依題意 3000/bRbit s 則則 82/log 81000BbRRBaud由式（由式（1.5-6）得系統(tǒng)的誤碼率）得系統(tǒng)的誤碼率 51036010100018eP381.6 信道及其容量信道及其容量任何一個(gè)通信系統(tǒng)，均可視為由發(fā)送端、信道和接收任何一個(gè)通信系統(tǒng)，均可視為由發(fā)送端、信道和接收端三大部分組成。因此，信道是通信系統(tǒng)必不可少的組端三大部分組成。因此，信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分，信道

22、特性的好壞直接影響到系統(tǒng)的總特性。本成部分，信道特性的好壞直接影響到系統(tǒng)的總特性。本節(jié)將重點(diǎn)討論信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀⒔榻B節(jié)將重點(diǎn)討論信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，并介紹信道中加性噪聲的一般特性及信道容量的概念。信道中加性噪聲的一般特性及信道容量的概念。1.6.1 信道的定義和分類信道的定義和分類通常對(duì)信道的定義有兩種理解：一種是指信號(hào)的傳輸通常對(duì)信道的定義有兩種理解：一種是指信號(hào)的傳輸媒質(zhì)，如對(duì)稱電纜、同軸電纜、超短波及微波視距傳播媒質(zhì)，如對(duì)稱電纜、同軸電纜、超短波及微波視距傳播路徑、短波電離層反射路徑、對(duì)流層散射路徑以及光纖路徑、短波電離層反射路徑、對(duì)流層散射路徑以及光纖等，稱此

23、種類型的信道為等，稱此種類型的信道為狹義信道狹義信道。另一種是將傳輸媒。另一種是將傳輸媒質(zhì)和各種信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換、耦合等設(shè)備都?xì)w納在一起，質(zhì)和各種信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換、耦合等設(shè)備都?xì)w納在一起，包括發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備，饋線與天線、調(diào)制器等部件包括發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備，饋線與天線、調(diào)制器等部件和電路在內(nèi)的傳輸路徑或傳輸通路，這種范圍擴(kuò)大了的和電路在內(nèi)的傳輸路徑或傳輸通路，這種范圍擴(kuò)大了的信道稱為信道稱為廣義信道廣義信道。 39廣義信道按照它包含的功能，可以劃分為廣義信道按照它包含的功能，可以劃分為調(diào)制信道與編調(diào)制信道與編碼信道碼信道。在模擬通信系統(tǒng)中，主要是研究調(diào)制和解調(diào)的基本原理，在模擬通信系統(tǒng)中，主要是

24、研究調(diào)制和解調(diào)的基本原理，其傳輸信道可以用調(diào)制信道來(lái)定義。所謂調(diào)制信道是指圖其傳輸信道可以用調(diào)制信道來(lái)定義。所謂調(diào)制信道是指圖1-7中調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的部分。從調(diào)制和解中調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的部分。從調(diào)制和解調(diào)的角度來(lái)看，調(diào)制器輸出到解調(diào)器輸入端的所有變換裝調(diào)的角度來(lái)看，調(diào)制器輸出到解調(diào)器輸入端的所有變換裝置及傳輸媒質(zhì)，不管其中間過(guò)程如何，只是對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)置及傳輸媒質(zhì)，不管其中間過(guò)程如何，只是對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行某種變換，因此可以將其視為一個(gè)整體。在研究調(diào)制、行某種變換，因此可以將其視為一個(gè)整體。在研究調(diào)制、解調(diào)問(wèn)題時(shí)，定義一個(gè)調(diào)制信道是非常方便的。解調(diào)問(wèn)題時(shí)，定義一個(gè)調(diào)制信道是非常

25、方便的。 40圖圖1-7 調(diào)制信道和編碼信道調(diào)制信道和編碼信道41在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果我們只關(guān)心編碼和譯碼問(wèn)題，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果我們只關(guān)心編碼和譯碼問(wèn)題，可以定義編碼信道來(lái)突出研究的重點(diǎn)。所謂編碼信道是指可以定義編碼信道來(lái)突出研究的重點(diǎn)。所謂編碼信道是指圖圖1-7中編碼器輸出端到譯碼器輸入端的部分。因?yàn)閺木幹芯幋a器輸出端到譯碼器輸入端的部分。因?yàn)閺木幋a和譯碼的角度來(lái)看，編碼器是把信源所產(chǎn)生的消息信號(hào)碼和譯碼的角度來(lái)看，編碼器是把信源所產(chǎn)生的消息信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，譯碼器則是將數(shù)字信號(hào)恢復(fù)成原來(lái)的消變換為數(shù)字信號(hào)，譯碼器則是將數(shù)字信號(hào)恢復(fù)成原來(lái)的消息信號(hào)，而編碼器輸出端至譯碼器輸入端之間

26、的一切環(huán)節(jié)息信號(hào)，而編碼器輸出端至譯碼器輸入端之間的一切環(huán)節(jié)只是起到了傳輸數(shù)字信號(hào)的作用，所以可以將其歸為一體只是起到了傳輸數(shù)字信號(hào)的作用，所以可以將其歸為一體來(lái)討論。圖來(lái)討論。圖1-7為調(diào)制信道與編碼信道的示意圖。為調(diào)制信道與編碼信道的示意圖。421.6.2 信道數(shù)學(xué)模型信道數(shù)學(xué)模型 信道的數(shù)學(xué)模型用來(lái)表征實(shí)際物理信道的特性，它反映信信道的數(shù)學(xué)模型用來(lái)表征實(shí)際物理信道的特性，它反映信道輸出和輸入之間的關(guān)系。下面我們簡(jiǎn)要描述調(diào)制信道和編道輸出和輸入之間的關(guān)系。下面我們簡(jiǎn)要描述調(diào)制信道和編碼信道這兩種廣義信道的數(shù)學(xué)模型。碼信道這兩種廣義信道的數(shù)學(xué)模型。 1、調(diào)制信道模型、調(diào)制信道模型調(diào)制信道屬于

27、模擬信道，發(fā)現(xiàn)它具有如下共性：調(diào)制信道屬于模擬信道，發(fā)現(xiàn)它具有如下共性：（1） 有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和一對(duì)（或多對(duì)）輸出端；有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和一對(duì)（或多對(duì)）輸出端； （2） 絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；（3） 信號(hào)通過(guò)信道具有一定的延遲時(shí)間，而且它還會(huì)受信號(hào)通過(guò)信道具有一定的延遲時(shí)間，而且它還會(huì)受到（固定的或時(shí)變的）損耗；到（固定的或時(shí)變的）損耗；43圖圖1-8 調(diào)制信道模型調(diào)制信道模型（4） 即使沒(méi)有信號(hào)輸入，即使沒(méi)有信號(hào)輸入， 在信道的輸出端仍可能有一定在信道的輸出端仍可能有一定的輸出（噪聲）。的輸出（噪聲）。根據(jù)以上

28、幾條性質(zhì)，調(diào)制信道可以用一個(gè)線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)來(lái)根據(jù)以上幾條性質(zhì)，調(diào)制信道可以用一個(gè)線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示，如圖表示，如圖1-8所示。所示。4445由以上分析可見(jiàn)，信道對(duì)信號(hào)的影響可歸納為兩點(diǎn)：一由以上分析可見(jiàn)，信道對(duì)信號(hào)的影響可歸納為兩點(diǎn)：一是乘性干擾是乘性干擾k(t) ；二是加性干擾；二是加性干擾n(t) 。如果了解和的特性，。如果了解和的特性，則信道對(duì)信號(hào)的具體影響就能確定。信道的不同特性反映則信道對(duì)信號(hào)的具體影響就能確定。信道的不同特性反映在信道模型上有不同的在信道模型上有不同的k(t)和和n(t) 。通常，把前面提到的架空明線、電纜、波導(dǎo)、中長(zhǎng)波地通常，把前面提到的架空明線、電纜、波導(dǎo)、中長(zhǎng)波

29、地波傳播、超短波及微波視距傳播、衛(wèi)星中繼、光導(dǎo)纖維以波傳播、超短波及微波視距傳播、衛(wèi)星中繼、光導(dǎo)纖維以及光波視距傳播等傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信道稱為及光波視距傳播等傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信道稱為恒參信道恒參信道；而；而將短波電離層反射，超短波流星余跡散射，超短波及微波將短波電離層反射，超短波流星余跡散射，超短波及微波對(duì)流層散射，超短波電離層散射以及超短波視距繞射等傳對(duì)流層散射，超短波電離層散射以及超短波視距繞射等傳輸媒質(zhì)所分別構(gòu)成的信道稱為輸媒質(zhì)所分別構(gòu)成的信道稱為隨參信道隨參信道。462、編碼信道模型、編碼信道模型編碼信道是包括調(diào)制信道及調(diào)制器、解調(diào)器在內(nèi)的信道。編碼信道是包括調(diào)制信道及調(diào)制器、解調(diào)器在內(nèi)的

30、信道。它與調(diào)制信道模型有明顯的不同：調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響它與調(diào)制信道模型有明顯的不同：調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響是通過(guò)和使信號(hào)的模擬波形發(fā)生變化。而編碼信道對(duì)信號(hào)是通過(guò)和使信號(hào)的模擬波形發(fā)生變化。而編碼信道對(duì)信號(hào)的影響則是一種數(shù)字序列的變換，即把一種數(shù)字序列變成的影響則是一種數(shù)字序列的變換，即把一種數(shù)字序列變成另一種數(shù)字序列。故有時(shí)把調(diào)制信道看成是一種模擬信道，另一種數(shù)字序列。故有時(shí)把調(diào)制信道看成是一種模擬信道，而把編碼信道看成是一種數(shù)字信道。而把編碼信道看成是一種數(shù)字信道。在常見(jiàn)的二進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，編碼信道的簡(jiǎn)單模型如圖在常見(jiàn)的二進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，編碼信道的簡(jiǎn)單模型如圖1-9所示。所示。 4

31、7圖圖1-9 二進(jìn)制編碼信道模型二進(jìn)制編碼信道模型 48圖圖1-9的模型中，的模型中，P(0)和和P(1)分別表示發(fā)送分別表示發(fā)送“0”符號(hào)符號(hào)和和“1”符號(hào)的先驗(yàn)概率，符號(hào)的先驗(yàn)概率，P(0/0)與與P(1/1)是正確轉(zhuǎn)移的是正確轉(zhuǎn)移的概率，而概率，而P(1/0)與與P(0/1)是錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移的概率。信道噪聲是錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移的概率。信道噪聲越大將導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤越多，錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移條件概越大將導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤越多，錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移條件概率率P(1/0)與與P(0/1)也就越大；反之，錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移條件概率也就越大；反之，錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移條件概率P(1/0)與與P(0/1)就越小。信道輸出總的錯(cuò)誤概率為就越小。信道

32、輸出總的錯(cuò)誤概率為Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1) （1.6-3） 由概率論的性質(zhì)可知由概率論的性質(zhì)可知P(0/0)+P(1/0)=1 P(1/1)+P(0/1)=1轉(zhuǎn)移概率完全由編碼信道的特性決定，一個(gè)特定的編碼信道就轉(zhuǎn)移概率完全由編碼信道的特性決定，一個(gè)特定的編碼信道就會(huì)有其相應(yīng)確定的轉(zhuǎn)移概率關(guān)系。而編碼信道的轉(zhuǎn)移概率一般會(huì)有其相應(yīng)確定的轉(zhuǎn)移概率關(guān)系。而編碼信道的轉(zhuǎn)移概率一般需要對(duì)實(shí)際信道做大量的統(tǒng)計(jì)分析才能得到。需要對(duì)實(shí)際信道做大量的統(tǒng)計(jì)分析才能得到。49由無(wú)記憶二進(jìn)制編碼信道模型可以容易地推廣到多進(jìn)制由無(wú)記憶二進(jìn)制編碼信道模型可以容易地推廣到多進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道模型。圖

33、無(wú)記憶編碼信道模型。圖1-10給出了一個(gè)多進(jìn)制無(wú)記憶編給出了一個(gè)多進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道模型。碼信道模型。圖圖1-10 多進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道模型多進(jìn)制無(wú)記憶編碼信道模型 50由于編碼信道包含調(diào)制信道，且它的特性也緊密地依賴由于編碼信道包含調(diào)制信道，且它的特性也緊密地依賴于調(diào)制信道，故下面我們主要討論調(diào)制信道特性對(duì)信號(hào)傳于調(diào)制信道，故下面我們主要討論調(diào)制信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。輸?shù)挠绊憽?1.6.3 調(diào)制信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懻{(diào)制信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?一、恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懸弧⒑銋⑿诺缹?duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懹捎诤銋⑿诺缹?duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯谴_定的或者是變化極由于恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯谴_定的或

34、者是變化極其緩慢的。因此，其傳輸特性可以等效為一個(gè)線性時(shí)不變其緩慢的。因此，其傳輸特性可以等效為一個(gè)線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)，該線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性可以用幅度網(wǎng)絡(luò)，該線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性可以用幅度頻率特性和相頻率特性和相位位頻率特性來(lái)表征。頻率特性來(lái)表征。1、信號(hào)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件、信號(hào)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件對(duì)于信號(hào)傳輸而言，通常追求的是信號(hào)通過(guò)信道時(shí)不產(chǎn)對(duì)于信號(hào)傳輸而言，通常追求的是信號(hào)通過(guò)信道時(shí)不產(chǎn)生失真或者失真小到不易察覺(jué)的程度。由生失真或者失真小到不易察覺(jué)的程度。由信號(hào)與系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)課程可知，線性網(wǎng)絡(luò)傳輸特性課程可知，線性網(wǎng)絡(luò)傳輸特性H()通?？捎梅阮l率特通?？捎梅阮l率特5152可見(jiàn)，對(duì)于理想的無(wú)失真

35、信道，如果相頻特性是線性的，可見(jiàn)，對(duì)于理想的無(wú)失真信道，如果相頻特性是線性的，則群時(shí)延頻率特性是條水平直線，如圖則群時(shí)延頻率特性是條水平直線，如圖1-11（c）所所示。示。圖圖1-11 理想的幅頻特性、相頻特性、群時(shí)延頻率特性理想的幅頻特性、相頻特性、群時(shí)延頻率特性532、信號(hào)兩種主要失真及其影響、信號(hào)兩種主要失真及其影響信號(hào)經(jīng)過(guò)恒參信道時(shí)，若信道的幅度特性在信號(hào)頻帶內(nèi)信號(hào)經(jīng)過(guò)恒參信道時(shí)，若信道的幅度特性在信號(hào)頻帶內(nèi)不是常數(shù)，則不是常數(shù)，則信號(hào)的各頻率分量通過(guò)信道后將產(chǎn)生不同的信號(hào)的各頻率分量通過(guò)信道后將產(chǎn)生不同的幅度衰減幅度衰減，從而引起信號(hào)波形的失真，我們稱這種失真為，從而引起信號(hào)波形的失

36、真，我們稱這種失真為幅頻失真幅頻失真；幅頻失真對(duì)模擬通信影響較大幅頻失真對(duì)模擬通信影響較大，導(dǎo)致信噪，導(dǎo)致信噪比下降。比下降。若信道的相頻特性在信號(hào)頻帶內(nèi)不是頻率的線性函數(shù)，若信道的相頻特性在信號(hào)頻帶內(nèi)不是頻率的線性函數(shù)，則信號(hào)的則信號(hào)的各頻率分量通過(guò)信道后將產(chǎn)生不同的時(shí)延各頻率分量通過(guò)信道后將產(chǎn)生不同的時(shí)延，從而，從而引起波形的引起波形的群時(shí)延失真群時(shí)延失真，我們稱這種失真為，我們稱這種失真為相頻失真相頻失真。相頻失真對(duì)語(yǔ)音通信影響不大，但相頻失真對(duì)語(yǔ)音通信影響不大，但對(duì)數(shù)字通信影響較大，對(duì)數(shù)字通信影響較大，會(huì)引起嚴(yán)重的碼間干擾，造成誤碼。會(huì)引起嚴(yán)重的碼間干擾，造成誤碼。5455565758

37、596061多徑傳播使包絡(luò)產(chǎn)生的起伏雖然比信號(hào)的周期緩慢，但多徑傳播使包絡(luò)產(chǎn)生的起伏雖然比信號(hào)的周期緩慢，但是其周期仍然可能是在秒的數(shù)量級(jí)。故通常將由多徑效應(yīng)是其周期仍然可能是在秒的數(shù)量級(jí)。故通常將由多徑效應(yīng)引起的衰落稱為引起的衰落稱為“快衰落快衰落”。多徑傳播不僅會(huì)造成上述的衰落和頻率彌散，同時(shí)還可多徑傳播不僅會(huì)造成上述的衰落和頻率彌散，同時(shí)還可能發(fā)生頻率選擇性衰落。在多徑傳播時(shí)，由于各條路徑的能發(fā)生頻率選擇性衰落。在多徑傳播時(shí)，由于各條路徑的等效網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)不同，于是各網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同頻率的信號(hào)衰等效網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)不同，于是各網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同頻率的信號(hào)衰減也就不同，這就使接收點(diǎn)合成信號(hào)的頻譜中某些分量衰

38、減也就不同，這就使接收點(diǎn)合成信號(hào)的頻譜中某些分量衰減特別嚴(yán)重，這種現(xiàn)象稱為頻率選擇性衰落。下面通過(guò)一減特別嚴(yán)重，這種現(xiàn)象稱為頻率選擇性衰落。下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)建立這個(gè)概念。個(gè)例子來(lái)建立這個(gè)概念。 626364相關(guān)帶寬表示信道傳輸特性相鄰兩個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間相關(guān)帶寬表示信道傳輸特性相鄰兩個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔。隔。如果信號(hào)的帶寬比相關(guān)帶寬寬，則將產(chǎn)生嚴(yán)重的頻率選如果信號(hào)的帶寬比相關(guān)帶寬寬，則將產(chǎn)生嚴(yán)重的頻率選擇性衰落。為了減小頻率選擇性衰落，就應(yīng)使信號(hào)的帶寬擇性衰落。為了減小頻率選擇性衰落，就應(yīng)使信號(hào)的帶寬小于相關(guān)帶寬。在工程設(shè)計(jì)中，為了保證接收信號(hào)質(zhì)量，小于相關(guān)帶寬。在工程設(shè)計(jì)中，為了保證接收信

39、號(hào)質(zhì)量， 通常選擇信號(hào)帶寬為相關(guān)帶寬的通常選擇信號(hào)帶寬為相關(guān)帶寬的1/51/3。當(dāng)在多徑信道中傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，特別是傳輸高速數(shù)字當(dāng)在多徑信道中傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，特別是傳輸高速數(shù)字信號(hào)，頻率選擇性衰落將會(huì)引信號(hào)，頻率選擇性衰落將會(huì)引起嚴(yán)重的碼間干擾。為了減起嚴(yán)重的碼間干擾。為了減小碼間干擾的影響，小碼間干擾的影響， 就必須限制數(shù)字信號(hào)傳輸速率。就必須限制數(shù)字信號(hào)傳輸速率。 65圖圖1-14 選擇性衰落特性選擇性衰落特性 66隨參信道的衰落，將會(huì)嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的性能。為了抗隨參信道的衰落，將會(huì)嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的性能。為了抗快衰落，通常可采用多種措施，例如，各種抗衰落的調(diào)制快衰落，通?？刹捎枚喾N措施，例

40、如，各種抗衰落的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、抗衰落接收技術(shù)及擴(kuò)頻技術(shù)等，其中較為有效解調(diào)技術(shù)、抗衰落接收技術(shù)及擴(kuò)頻技術(shù)等，其中較為有效且常用的抗衰落措施是分集接收技術(shù)。且常用的抗衰落措施是分集接收技術(shù)。按廣義信道的含義，分集接收可看作是隨參信道中的一按廣義信道的含義，分集接收可看作是隨參信道中的一個(gè)組成部分或一種改造形式，改造后的隨參信道的衰落特個(gè)組成部分或一種改造形式，改造后的隨參信道的衰落特性將得到改善。性將得到改善。 67衰落信道中接收的信號(hào)是到達(dá)接收機(jī)的各路徑分量的合衰落信道中接收的信號(hào)是到達(dá)接收機(jī)的各路徑分量的合成，如果在接收端同時(shí)獲得幾個(gè)不同路徑的信號(hào)，把這些成，如果在接收端同時(shí)獲得幾個(gè)不同路徑

41、的信號(hào)，把這些信號(hào)適當(dāng)合并構(gòu)成總的接收信號(hào)，這樣就能大大減小衰落信號(hào)適當(dāng)合并構(gòu)成總的接收信號(hào)，這樣就能大大減小衰落的影響，這就是分集接收的基本思想。的影響，這就是分集接收的基本思想?！胺旨旨眱勺志褪莾勺志褪前汛硗恍畔⒌男盘?hào)分散傳輸，以求在接收端獲得若干把代表同一信息的信號(hào)分散傳輸，以求在接收端獲得若干衰落樣式不相關(guān)的復(fù)制品，然后用適當(dāng)?shù)姆椒右约泻纤ヂ錁邮讲幌嚓P(guān)的復(fù)制品，然后用適當(dāng)?shù)姆椒右约泻喜ⅲ瑥亩_(dá)到以強(qiáng)補(bǔ)弱的效果。獲取不相關(guān)衰落信號(hào)的方并，從而達(dá)到以強(qiáng)補(bǔ)弱的效果。獲取不相關(guān)衰落信號(hào)的方法是將分散得到的幾個(gè)合成信號(hào)集中（合并）。只要被分法是將分散得到的幾個(gè)合成信號(hào)集中（合并）

42、。只要被分集的幾個(gè)信號(hào)之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，經(jīng)適當(dāng)?shù)暮喜⒑缶湍艽蠹膸讉€(gè)信號(hào)之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，經(jīng)適當(dāng)?shù)暮喜⒑缶湍艽蟠蟾纳葡到y(tǒng)的性能。大改善系統(tǒng)的性能。681.6.4 信道中的噪聲信道中的噪聲 我們將信道中不需要的電信號(hào)統(tǒng)稱為噪聲。通信系統(tǒng)中我們將信道中不需要的電信號(hào)統(tǒng)稱為噪聲。通信系統(tǒng)中沒(méi)有傳輸信號(hào)時(shí)也有噪聲，噪聲永遠(yuǎn)存在于通信系統(tǒng)中。由沒(méi)有傳輸信號(hào)時(shí)也有噪聲，噪聲永遠(yuǎn)存在于通信系統(tǒng)中。由于這樣的噪聲是疊加在信號(hào)上的，所以有時(shí)將其稱為加性噪于這樣的噪聲是疊加在信號(hào)上的，所以有時(shí)將其稱為加性噪聲。噪聲對(duì)于信號(hào)的傳輸是有害的，它能使模擬信號(hào)失真，聲。噪聲對(duì)于信號(hào)的傳輸是有害的，它能使模擬信號(hào)失真，使數(shù)

43、字信號(hào)發(fā)生錯(cuò)碼，并隨之限制著信息的傳輸速率。使數(shù)字信號(hào)發(fā)生錯(cuò)碼，并隨之限制著信息的傳輸速率。一、按照來(lái)源分類一、按照來(lái)源分類噪聲可以分為人為噪聲和自然噪聲兩大類。噪聲可以分為人為噪聲和自然噪聲兩大類。1、人為噪聲。它是由人類的活動(dòng)產(chǎn)生的，例如電鉆和電、人為噪聲。它是由人類的活動(dòng)產(chǎn)生的，例如電鉆和電氣開(kāi)關(guān)瞬態(tài)造成的電火花、汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花、熒氣開(kāi)關(guān)瞬態(tài)造成的電火花、汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花、熒光燈產(chǎn)生的干擾、其它電臺(tái)和家電用具產(chǎn)生的電磁波輻射等。光燈產(chǎn)生的干擾、其它電臺(tái)和家電用具產(chǎn)生的電磁波輻射等。692、自然噪聲。它是自然界中存在的各種電磁波輻射，、自然噪聲。它是自然界中存在的各種電磁

44、波輻射，例如閃電、大氣噪聲，以及來(lái)自太陽(yáng)和銀河系等的宇宙噪例如閃電、大氣噪聲，以及來(lái)自太陽(yáng)和銀河系等的宇宙噪聲。此外還有一種很重要的自然噪聲，即熱噪聲。熱噪聲聲。此外還有一種很重要的自然噪聲，即熱噪聲。熱噪聲來(lái)自一切電阻性元器件中電子的熱運(yùn)動(dòng)。例如，導(dǎo)線、電來(lái)自一切電阻性元器件中電子的熱運(yùn)動(dòng)。例如，導(dǎo)線、電阻和半導(dǎo)體器件等均會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。所以熱噪聲無(wú)處不在，阻和半導(dǎo)體器件等均會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。所以熱噪聲無(wú)處不在，不可避免地存在于一切電子設(shè)備中。不可避免地存在于一切電子設(shè)備中。二、按照性質(zhì)分類二、按照性質(zhì)分類噪聲可以分為脈沖噪聲、窄帶噪聲和起伏噪聲三類。噪聲可以分為脈沖噪聲、窄帶噪聲和起伏噪聲三類。

45、1、脈沖噪聲。它是突發(fā)性地產(chǎn)生的幅度很大、持續(xù)時(shí)、脈沖噪聲。它是突發(fā)性地產(chǎn)生的幅度很大、持續(xù)時(shí)間很短、間隔時(shí)間很長(zhǎng)的干擾。由于其持續(xù)時(shí)間很短，故間很短、間隔時(shí)間很長(zhǎng)的干擾。由于其持續(xù)時(shí)間很短，故其頻譜較寬，可以從低頻一直分布到甚高頻，但是頻率越其頻譜較寬，可以從低頻一直分布到甚高頻，但是頻率越高其頻譜的強(qiáng)度越小。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。高其頻譜的強(qiáng)度越小。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。702、窄帶噪聲。它可以看作是一種非所需的連續(xù)的已調(diào)、窄帶噪聲。它可以看作是一種非所需的連續(xù)的已調(diào)正弦波，或簡(jiǎn)單地就是一個(gè)幅度恒定的單一頻率的正弦波。正弦波，或簡(jiǎn)單地就是一個(gè)幅度恒定的單一頻率的正弦波。通常

46、它來(lái)自相鄰電臺(tái)或其它電子設(shè)備。窄帶噪聲的頻率位通常它來(lái)自相鄰電臺(tái)或其它電子設(shè)備。窄帶噪聲的頻率位置通常是確知的或可以測(cè)知的。置通常是確知的或可以測(cè)知的。3、起伏噪聲。它是在時(shí)域和頻域內(nèi)都普遍存在的隨機(jī)、起伏噪聲。它是在時(shí)域和頻域內(nèi)都普遍存在的隨機(jī)噪聲。熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等都噪聲。熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等都屬于起伏噪聲。屬于起伏噪聲。 上述各種噪聲中，脈沖噪聲不是普遍地、持續(xù)地存在的，上述各種噪聲中，脈沖噪聲不是普遍地、持續(xù)地存在的，對(duì)于話音通信的影響也較小，但是對(duì)于數(shù)字通信可能有較對(duì)于話音通信的影響也較小，但是對(duì)于數(shù)字通信可能有較大影響。同樣，窄帶噪聲也

47、是只存在于特定頻率、特定時(shí)大影響。同樣，窄帶噪聲也是只存在于特定頻率、特定時(shí)間和特定地點(diǎn)，所以它的影響也是有限的。只有起伏噪聲間和特定地點(diǎn)，所以它的影響也是有限的。只有起伏噪聲無(wú)處不在。所以，在討論噪聲對(duì)于通信系統(tǒng)的影響時(shí)，主無(wú)處不在。所以，在討論噪聲對(duì)于通信系統(tǒng)的影響時(shí)，主要是考慮起伏噪聲（特別是熱噪聲），要是考慮起伏噪聲（特別是熱噪聲）， 它是通信系統(tǒng)最基它是通信系統(tǒng)最基本的噪聲源。通信系統(tǒng)模型中的本的噪聲源。通信系統(tǒng)模型中的“噪聲源噪聲源”就是分散在通就是分散在通信信71系統(tǒng)各處加性噪聲（主要是起伏噪聲）的集中表示，它系統(tǒng)各處加性噪聲（主要是起伏噪聲）的集中表示，它概括了信道內(nèi)所有的熱噪

48、聲、散彈噪聲和宇宙噪聲等。概括了信道內(nèi)所有的熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲等。根據(jù)大量的實(shí)踐證明，起伏噪聲是一種高斯噪聲，且在根據(jù)大量的實(shí)踐證明，起伏噪聲是一種高斯噪聲，且在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)其頻譜是均勻分布的，好像白光的頻相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)其頻譜是均勻分布的，好像白光的頻譜在可見(jiàn)光的頻譜范圍內(nèi)均勻分布那樣，所以起伏噪聲又譜在可見(jiàn)光的頻譜范圍內(nèi)均勻分布那樣，所以起伏噪聲又常稱為白噪聲。因此，通信系統(tǒng)中的噪聲常常被近似地表常稱為白噪聲。因此，通信系統(tǒng)中的噪聲常常被近似地表述成高斯白噪聲。在討論通信系統(tǒng)性能受噪聲的影響時(shí)，述成高斯白噪聲。在討論通信系統(tǒng)性能受噪聲的影響時(shí)，我們主要分析的就是高斯白噪聲的

49、影響。我們主要分析的就是高斯白噪聲的影響。72737475香農(nóng)公式給出了通信系統(tǒng)所能達(dá)到的極限信息傳輸香農(nóng)公式給出了通信系統(tǒng)所能達(dá)到的極限信息傳輸速率，速率，達(dá)到極限信息速率并且差錯(cuò)率為零的通信系統(tǒng)稱為理想通達(dá)到極限信息速率并且差錯(cuò)率為零的通信系統(tǒng)稱為理想通信系統(tǒng)。但是，香農(nóng)公式只證明了理想通信系統(tǒng)的信系統(tǒng)。但是，香農(nóng)公式只證明了理想通信系統(tǒng)的“存在存在性性”，卻沒(méi)有指出這種通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。因此，理想，卻沒(méi)有指出這種通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。因此，理想通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)還需要我們不斷地努力。通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)還需要我們不斷地努力。761.6.6 幾種常用信道幾種常用信道 一、話音信道一、話音信道話音信道

50、是指?jìng)鬏旑l帶在話音信道是指?jìng)鬏旑l帶在3003400Hz的音頻信道。的音頻信道。按照與話音終端設(shè)備連接的導(dǎo)線數(shù)量，話音信道可分為二按照與話音終端設(shè)備連接的導(dǎo)線數(shù)量，話音信道可分為二線信道和四線信道。在二線信道上，收發(fā)在同一線對(duì)上進(jìn)線信道和四線信道。在二線信道上，收發(fā)在同一線對(duì)上進(jìn)行；在四線信道上，收發(fā)分別在兩對(duì)不同的線對(duì)上進(jìn)行。行；在四線信道上，收發(fā)分別在兩對(duì)不同的線對(duì)上進(jìn)行。二、數(shù)字信道二、數(shù)字信道 數(shù)字信道是直接傳輸數(shù)字信號(hào)的信道。數(shù)字通信常數(shù)字信道是直接傳輸數(shù)字信號(hào)的信道。數(shù)字通信常使用的數(shù)字信道有數(shù)字光纖信道、數(shù)字微波中繼信道和數(shù)使用的數(shù)字信道有數(shù)字光纖信道、數(shù)字微波中繼信道和數(shù)字衛(wèi)星信

51、道。字衛(wèi)星信道。 1、數(shù)字光纖信道、數(shù)字光纖信道（1）光纖及傳輸模式）光纖及傳輸模式77光纖（光纖（Optical Fiber）的材質(zhì)是極細(xì)小的玻璃纖維（纖的材質(zhì)是極細(xì)小的玻璃纖維（纖芯直徑芯直徑4-75m ），），非常適合傳輸光波信號(hào)。光纖利用在非常適合傳輸光波信號(hào)。光纖利用在圓柱型光波導(dǎo)內(nèi)的電磁波傳播實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的定向傳輸。以圓柱型光波導(dǎo)內(nèi)的電磁波傳播實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的定向傳輸。以“1”和和“0”兩種狀態(tài)表征的數(shù)字信號(hào)用光脈沖的兩種狀態(tài)表征的數(shù)字信號(hào)用光脈沖的“有有”和和“無(wú)無(wú)”來(lái)分別表示并送入光纖信道傳輸。來(lái)分別表示并送入光纖信道傳輸。 按傳輸模式分，目前在光纖信道中傳輸?shù)碾姶挪ㄓ卸嗄０磦鬏斈Ｊ?/p>

52、分，目前在光纖信道中傳輸?shù)碾姶挪ㄓ卸嗄Ｅc單模兩種。具有多種傳播模式的光纖稱為多模光纖，只傳與單模兩種。具有多種傳播模式的光纖稱為多模光纖，只傳播一種模式的光纖稱為單模光纖。與多模光纖相比，由于單播一種模式的光纖稱為單模光纖。與多模光纖相比，由于單模光纖具有色散小的突出優(yōu)點(diǎn)，可使傳輸容量和傳輸距離大模光纖具有色散小的突出優(yōu)點(diǎn)，可使傳輸容量和傳輸距離大幅度提高，所以得到廣泛應(yīng)用。幅度提高，所以得到廣泛應(yīng)用。（2）光纖信道）光纖信道數(shù)字光纖信道是以光波為載波，用光纖作為傳輸介質(zhì)的數(shù)字光纖信道是以光波為載波，用光纖作為傳輸介質(zhì)的數(shù)字信道。光波在近紅外區(qū)，波長(zhǎng)范圍為數(shù)字信道。光波在近紅外區(qū)，波長(zhǎng)范圍為0

53、.7615m，頻頻率范圍為率范圍為20-390THz。光纖信道由光發(fā)射機(jī)、光纖線路、光光纖信道由光發(fā)射機(jī)、光纖線路、光接收機(jī)三個(gè)基本部分構(gòu)成。接收機(jī)三個(gè)基本部分構(gòu)成。 78通常將光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)統(tǒng)稱為光端機(jī)。光發(fā)射機(jī)主通常將光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)統(tǒng)稱為光端機(jī)。光發(fā)射機(jī)主要由光源、基帶信號(hào)處理器和光調(diào)制器組成。光源是光載要由光源、基帶信號(hào)處理器和光調(diào)制器組成。光源是光載波發(fā)生器，目前廣泛采用半導(dǎo)體發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光波發(fā)生器，目前廣泛采用半導(dǎo)體發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器作為光源。光調(diào)制器采用光強(qiáng)度調(diào)制。光纖線路采用單器作為光源。光調(diào)制器采用光強(qiáng)度調(diào)制。光纖線路采用單模光纖或多模光纖組成的光纜。根據(jù)

54、傳輸距離等具體情況，模光纖或多模光纖組成的光纜。根據(jù)傳輸距離等具體情況，在光纖線路中可設(shè)中繼器。光接收機(jī)由光探測(cè)器和基帶信在光纖線路中可設(shè)中繼器。光接收機(jī)由光探測(cè)器和基帶信號(hào)處理器組成，光探測(cè)器采用號(hào)處理器組成，光探測(cè)器采用PIN（光電二極管）或光電二極管）或APD（雪崩光電二極管）完成光強(qiáng)度的檢測(cè)。光纖信道的組成雪崩光電二極管）完成光強(qiáng)度的檢測(cè)。光纖信道的組成如圖如圖1-15所示。所示。79圖圖1-15 光纖信道的一般組成光纖信道的一般組成 80（3）數(shù)字光纖信道的特點(diǎn)及其應(yīng)用）數(shù)字光纖信道的特點(diǎn)及其應(yīng)用數(shù)字光纖信道與其它信道比較，有許多突出的特點(diǎn)。數(shù)字光纖信道與其它信道比較，有許多突出的特

55、點(diǎn)。 頻帶寬，信息容量大。頻帶寬，信息容量大。 傳輸損耗小。目前使用的單模光纖，每公里的傳傳輸損耗小。目前使用的單模光纖，每公里的傳輸損耗在輸損耗在0.2dB0.2dB左右，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸，目前的光纖左右，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸，目前的光纖信道無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)信道無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)200km200km左右。左右。 抗干擾能力強(qiáng)。光纖傳輸密封性好，有很強(qiáng)的抗電抗干擾能力強(qiáng)。光纖傳輸密封性好，有很強(qiáng)的抗電磁干擾性能，不易引起串音與干擾。磁干擾性能，不易引起串音與干擾。 保密性能好。光波在光纖中傳輸時(shí)，光能向外的輻保密性能好。光波在光纖中傳輸時(shí)，光能向外的輻射微乎其微，從外部很難接收到光纖中的光信號(hào)，因此，射微乎其微，從外部很難接收到光纖中的光信號(hào)，因此，光纖信道的保密性能好。光纖信道的保密性能好。 812、數(shù)字微波中繼信道、數(shù)字微波中繼信道 （1）數(shù)字微波中繼信道組成）數(shù)字微波中繼信道組成數(shù)字微波中繼信道是指工作頻率在數(shù)字微波中繼信道是指工作頻率在0.3300GHz、電電波基本上沿視線傳播、傳輸距離依靠接力方式延伸的數(shù)字波基本上沿視線傳播、傳輸距離依靠接力方式延伸的數(shù)字信道。數(shù)字微波中繼信道由兩個(gè)終端站和若干個(gè)中繼站組信道。數(shù)字微波中繼信道由兩個(gè)終端站和若干個(gè)中繼站組