第一章 通信基礎(chǔ).

1、通 信 概 論方文婷為什么學(xué)習(xí)這門課？1. 自考2.通信-人類生存發(fā)展的基礎(chǔ) 從古至今都是火焰火焰大氣等大氣等眼睛眼睛信息信息信息信息可見光可見光人類的視覺通信人類的視覺通信- -古戰(zhàn)場的烽火臺(tái)古戰(zhàn)場的烽火臺(tái)可見光可見光發(fā)聲發(fā)聲大氣等大氣等耳朵耳朵信息信息信息信息聲波聲波聲波聲波人類的語音交流人類的語音交流- -日常談話日常談話司空見慣的通信方式司空見慣的通信方式固定電話固定電話移動(dòng)電話移動(dòng)電話短信短信/彩信彩信傳真?zhèn)髡嬉蛱鼐W(wǎng)因特網(wǎng)電視電視AM/FMCD/VCD/DVD音響音響EMAIL集成電路的內(nèi)部通信集成電路的內(nèi)部通信PC主板主板接口通信接口通信課程內(nèi)容第1章 通信基礎(chǔ)第2章 模擬信號(hào)數(shù)字

2、化及其傳輸?shù)?章 調(diào)制與解調(diào)第4章 電話系統(tǒng)第5章 移動(dòng)通信第6章 微波通信第7章 衛(wèi)星通信第8章 光纖通信第1章 通信基礎(chǔ)大綱學(xué)習(xí)目的與要求：通信系統(tǒng)的基本組成（重點(diǎn)）；熟悉通信系統(tǒng)中的信號(hào)類型、頻譜與帶寬；信道類型、信道噪聲和信道容量（難點(diǎn)）；多路復(fù)用的基本概念；掌握通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)（重點(diǎn)）。1.1 通信的基本概念通信：通信就是信息的傳輸和交換。信息：信息是人們原來不知而待知的內(nèi)容消息：語言、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等不同的物理表現(xiàn)形式信息和消息的關(guān)系：信息是消息的內(nèi)涵，消息是信息的外在形式。目前使用最廣泛的通信方法是利用電傳遞信息。在自然科學(xué)領(lǐng)域所指的通信一般都是指“電通信”。

3、廣義來講，光通信也屬于電通信，因?yàn)楣庖彩且环N電磁波。1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳輸?shù)囊磺屑夹g(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)（信道）的集合。圖 1-1 通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)模型-信源電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種終端設(shè)備就是信源。信源是消息的產(chǎn)生地， 其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，稱之為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。通信系統(tǒng)模型-發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，其目的是將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)?？梢允遣煌碾娐泛妥儞Q器，如調(diào)制、放大、濾波、編碼器等。對于多路傳輸系統(tǒng)，發(fā)送設(shè)備中還包括

4、多路復(fù)用器。通信系統(tǒng)模型-信道信道是指傳輸信號(hào)的通道（物理媒質(zhì)）。在無線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。通信系統(tǒng)模型-噪聲源噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。通信系統(tǒng)模型-接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的放大和反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。其任務(wù)是從

5、帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始消息。通信系統(tǒng)模型-信宿信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)。其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。1.2.2 模擬通信模型模擬信號(hào)波形 ： (a) 連續(xù)信號(hào)； (b) 抽樣信號(hào)Of (t)t(a)f (nT )tPA M信號(hào)(b)O數(shù)字信號(hào)波形： (a) 二進(jìn)制波形； (b) PSK波形100110111001Of (nT )t00111001數(shù)字信息PSK波形(a)(b). 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信模型如圖1-2所示：圖1-2 模擬通信系統(tǒng)的典型模型信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源模擬通信系統(tǒng)包含兩個(gè)重要的變換：（1）消息原始信號(hào)（基帶信號(hào)），由信源和信宿完

6、成變換；（2）基帶信號(hào)已調(diào)信號(hào)（帶通信號(hào)），由調(diào)制器和解調(diào)器完成變換。1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖 1-3 數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型信源編碼與信道編碼信源編碼：功能一：模數(shù)轉(zhuǎn)換功能二：去除冗余信息，提高傳輸?shù)挠行孕诺谰幋a：數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼”。提高通信系統(tǒng)的可靠性。 加密與解密在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場合，為了保證所傳信息的安全， 人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂， 即加上密碼，這種處理過程叫 加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對收到的數(shù)字序列進(jìn)行解

7、密，恢復(fù)原來信息，叫 解密。數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處， 形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對相移鍵控PSK、相對（差分）相移鍵控DPSK。對這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。 數(shù)字解調(diào)是數(shù)字調(diào)制的逆過程。同步同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。同步是使收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸。如：數(shù)字電話系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸。如：計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過模擬電話線路傳輸，但這時(shí)必須使用調(diào)

8、制解調(diào)器（Modem）將數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行正弦調(diào)制，以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性。1.2.4. 數(shù)字通信的優(yōu)缺點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不累積；傳輸差錯(cuò)可控；易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)，從而形成綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)；易于集成化， 從而使通信設(shè)備微型化，且重量輕，成本低；易于加密處理， 且保密強(qiáng)度高； 數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取的。數(shù)字通信對同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。1.3 通信系統(tǒng)的分類1. 按通信業(yè)務(wù)分類：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)、圖像通信系統(tǒng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。2. 按調(diào)制方式：基帶傳輸（市內(nèi)電話、有線

9、廣播）和頻帶（調(diào)制）傳輸。3. 按信號(hào)特征：模擬通信和數(shù)字通信。4. 按傳輸媒質(zhì)：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。5. 按工作波段分類：長波通信、中波通信、短波通信、微波通信和光通信等。常用的調(diào)制方式及用途調(diào) 制 方 式 用途 連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制廣播 抑制載波雙邊帶調(diào)幅 立體聲廣播 單邊帶調(diào)幅SSB 載波通信、無線電臺(tái)、數(shù)傳 殘留邊帶調(diào)幅VSB 電視廣播、 數(shù)傳、 傳真 非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM 微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播 相位調(diào)制PM 中間調(diào)制方式 數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK 數(shù)據(jù)傳輸 相位鍵控?cái)?shù)據(jù)傳輸 調(diào) 制 方 式 用途 脈沖數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制相位鍵控PSK、 DPSK、 QPSK等 數(shù)

10、據(jù)傳輸、 數(shù)字微波、 空間通信 其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、 MSK等 數(shù)字微波、 空間通信 脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM 中間調(diào)制方式、 遙測 脈寬調(diào)制PDM(PWM) 中間調(diào)制方式 脈位調(diào)制PPM 遙測、 光纖傳輸 脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM 市話、 衛(wèi)星、 空間通信 增量調(diào)制DM 軍用、 民用電話 差分脈碼調(diào)制DPCM 電視電話、 圖像編碼 其 他 語 言 編 碼 方 式ADPCM、 APC、 LPC 中低速數(shù)字電話 通信波段與常用傳輸媒質(zhì)頻率范圍 波長 符號(hào) 波段名稱 用途3 Hz30 kHz 104108 m 甚低頻VLF 甚長波音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo) 30300 kHz 1

11、03104 m 低頻LF 長波導(dǎo)航、 信標(biāo)、 電力線通信 300 kHz3 MHz 102103 m 中頻MF 中波調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無線電 330 MHz 10102 m 高頻HF 短波移動(dòng)無線電話、 短波廣播定點(diǎn)軍用通信、 業(yè)余無線電 30300 MHz 110 m 甚高頻VHF 超短波電視、 調(diào)頻廣播、 空中管制、 車輛、 通信、 導(dǎo)航 頻率范圍 波長 符號(hào) 波段名稱 用途300 MHz3 GHz 10100 cm 特高頻 UHF 微波微波接力、 衛(wèi)星和空間通信、 雷達(dá) 330 GHz 110 cm 超高頻 SHF 微波 微波接力、 衛(wèi)星和空間通信、 雷達(dá) 30300 GHz

12、110 mm 極高頻 EHF 微波雷達(dá)、 微波接力、 射電天文學(xué) 107108 GHz 310-5 310-4 cm 紫外可見光 紅外 光波 光通信 工作波長和頻率的變換公式為 fm/s103fc8 ）。為光速（），為工作頻率（），為工作波長（m/sczfmH1.4 通信方式對于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑徽加靡粋€(gè)信道。單工通信發(fā)端信 道收端發(fā)端信 道收端發(fā)端收端(a)(b)發(fā)端信 道收端發(fā)端收端信 道(c)廣播、遙測、遙控、無線尋呼等。廣播、遙測、遙控、無線尋呼等。是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不

13、能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。半雙工通信發(fā)端信 道收端發(fā)端信 道收端發(fā)端收端(a)(b)發(fā)端信 道收端發(fā)端收端信 道(c)使用同一載頻的對講機(jī)、收發(fā)報(bào)機(jī)以及問詢、使用同一載頻的對講機(jī)、收發(fā)報(bào)機(jī)以及問詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信。檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信。是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式，一般全雙工通信的信道必須是雙向信道。發(fā)端信 道收端發(fā)端信 道收端發(fā)端收端(a)(b)發(fā)端信 道收端發(fā)端收端信 道(c)普通電話、手機(jī)、普通電話、手機(jī)、 計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信全雙工通信1.4.2 并行傳輸與串行傳輸按數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序分：并行傳輸和串行傳輸并行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列

14、以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備101(b)發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備(a)并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間，但需要傳輸信道多，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)備之間的近距離通信。串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸。一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備101(b)發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備(a)1.5 信號(hào)與頻譜通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖请娦盘?hào)。信號(hào)能夠反映或表示信息的傳輸載體。信號(hào)的選擇取決于信號(hào)的帶寬、中心頻率、功率和能量、噪聲對信號(hào)的影響以及成本等。1.5.1 信號(hào)的分類按確定性劃分：確知信號(hào)和隨機(jī)信

15、號(hào)按信號(hào)的周期性劃分：周期信號(hào)和非周期信號(hào)按信號(hào)的參量劃分：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)按調(diào)制與否劃分：基帶信號(hào)和帶通信號(hào)按信息類別或通信業(yè)務(wù)劃分：語音信號(hào)、視頻信號(hào)、多媒體信號(hào)確知信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)確知信號(hào)數(shù)可以預(yù)先知道其變化規(guī)律的信號(hào)，其在定義域內(nèi)的任意時(shí)刻都有確定的函數(shù)值。eg： 其中A是振幅， 是角頻率， 是初始相位。這些量都是常數(shù)則這個(gè)信號(hào)就是確知信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)又稱不確知信號(hào)，其在定義域內(nèi)的任意時(shí)刻都沒有確定的函數(shù)值，無法用確切的函數(shù)表示。)sin()(tAts周期信號(hào)和非周期信號(hào)周期信號(hào)： 其中T是一個(gè)大于0的常數(shù)，滿足上述條件的最小T就是信號(hào)的周期。非周期信號(hào)是不具有重復(fù)性的信號(hào)。t),()(

16、Ttsts模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào):信號(hào)參數(shù)的取值是連續(xù)（不可數(shù)、無窮多）的。數(shù)字信號(hào)：信號(hào)的參量只能取有限個(gè)值，如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)的輸入輸出信號(hào)。基帶信號(hào)和帶通信號(hào)基帶信號(hào)：信號(hào)的頻譜從零頻開始到幾兆赫茲帶通信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）：調(diào)制后的信號(hào)1.5.2 信號(hào)舉例正弦波：振幅、周期或頻率、相位一般表達(dá)式：)sin()(tAts振幅的單位：伏特（V）、安培(A)、瓦特(W)周期的單位：秒(s)、毫秒(ms)、微秒(us)、納秒(ns)、皮秒(ps)頻率的單位：赫茲(Hz)、千赫茲(KHz)、兆赫茲(MHz)、吉赫茲(GHz)、太赫茲(THz)相位的單位：度（。）或弧度（rad）周期（T）和頻率（f

17、）的關(guān)系：互為倒數(shù)，頻率和角頻率的關(guān)系：f2f1T正弦波在通信系統(tǒng)中的作用：（1）任何信號(hào)都可以分解為多個(gè)正弦波的組合形式（2）在調(diào)制系統(tǒng)中，常把正弦波作為載波，用來攜帶信息1.5.3 時(shí)域和頻域信號(hào)的特征可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)不同的角度描述。時(shí)域：從時(shí)間變化的角度頻域：從頻率變化的角度信號(hào)的頻率特性可以用其頻譜、頻譜密度、能量譜密度或功率譜密度來描述幾點(diǎn)說明：1）對于一個(gè)復(fù)雜的周期信號(hào)，由于它可以分解為多個(gè)振幅、頻率和相位都可度量的正弦波的組合形式，所以它的頻譜圖上有多條線譜。2）頻譜圖有兩種類型：振幅-頻率圖和相位-頻率圖。在計(jì)算信號(hào)的帶寬時(shí)，用的是振幅-頻率圖。3）在實(shí)際中，信號(hào)的時(shí)域特性

18、可以通過示波器觀察其波形來分析研究；頻率特性可以通過頻譜儀觀察頻譜來研究。1.5.4 頻譜和帶寬信號(hào)頻譜是指它所包含的所有頻率分量的集合，并且通過頻域圖表示。換言之，頻譜是描述信號(hào)幅度（或相位）隨頻率變化的關(guān)系圖。信號(hào)帶寬：信號(hào)占有的頻率范圍（振幅頻譜）。公式表示為：其中fH為信號(hào)的最高頻率，fL為信號(hào)的最低頻率LHBf-f幾點(diǎn)說明：1）對于不同種類的信號(hào)，其帶寬的定義方法有所不同2）信道（或通信設(shè)備）也有類似信號(hào)帶寬的概念，及信號(hào)頻帶寬度 （簡稱信道帶寬）。一般來說，對于模擬信號(hào)，其帶寬應(yīng)小于信道帶寬；對于數(shù)字信號(hào)，它的帶寬可以小于信道帶寬。3）對于基帶信號(hào)來說，fL接近0；對于帶通信號(hào)來說

19、，fL一般遠(yuǎn)大于0.1.6 信道與噪聲1.6.1 信道定義與分類信道是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道。狹義信道：信道僅是指信號(hào)的傳輸媒質(zhì)；廣義信道：還包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置。 狹義信道按照傳輸媒質(zhì)的特性可分為有線信道和無線信道兩類。有線信道包括明線、對稱電纜、同軸電纜及光纖等。按照廣義信道的功能分為調(diào)制信道和編碼信道編碼器輸入調(diào)制器發(fā)轉(zhuǎn)換器媒質(zhì)收轉(zhuǎn)換器解調(diào)器譯碼器輸出編 碼 信 道調(diào) 制 信 道1.6.2 有線信道有線電纜（有線傳輸煤質(zhì)）分為明線、對稱電纜、同軸電纜、光纖等。明線是指平行假設(shè)在電線桿上的架空線路，它本身是導(dǎo)電裸線或帶絕緣層的導(dǎo)線。 有一對或若干對雙絞線放在一根保護(hù)套內(nèi)制成的

20、。而雙絞線是由兩根具有絕緣保護(hù)層的金屬導(dǎo)線制成。 做成雙絞線是為了避免兩根導(dǎo)線之間的干擾。對稱電纜（雙絞線電纜） 雙絞線導(dǎo)體絕緣層類型類型 非屏蔽對稱電纜(UTP), 屏蔽對稱電纜(STP)STP電纜特性與UTP相同,由于加入了屏蔽措施,對噪聲有更好的屏蔽作用, 但價(jià)格要貴一些性能性能 導(dǎo)線材料是鋁或銅, 直徑為0.41.4 mm 為了減小各線對之間的相互干擾, 每一對線都擰成扭絞狀 對稱電纜的傳輸損耗比較大, 傳輸特性比較穩(wěn)定, 價(jià)格便宜, 安裝容易同軸電纜由內(nèi)外兩根同心圓柱形導(dǎo)體構(gòu)成的。性能性能實(shí)際應(yīng)用中同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的，對外界干擾具有較好的屏蔽作用，同軸電纜抗電磁干擾性能較好。帶

21、寬大，但成本比較高。應(yīng)用應(yīng)用在有線電視（CATV）網(wǎng)絡(luò)中大量采用這種結(jié)構(gòu)的同軸電纜在高頻儀器儀表中,常用于信號(hào)輸入/輸出 光纖結(jié)構(gòu)纖芯（折射率高）包層（折射率低）涂敷層折射率折射率n1n2折射率折射率n1n27101 25折射率折射率n1n2單模階躍折射率光纖單模階躍折射率光纖光纖結(jié)構(gòu)示意圖(a)(b)(c)性能性能損耗低，頻帶寬，線徑細(xì)，重量輕，不怕腐蝕，節(jié)省有色金屬，不受電磁干擾，通信保密光光 纖纖應(yīng)用應(yīng)用在電信網(wǎng)中,主要用于主干網(wǎng)和城域網(wǎng),目前也廣泛用于接入網(wǎng)在有線電視HFC網(wǎng)中, 主要用于連接城市居民小區(qū)的CATV在軍事通信網(wǎng)中,常用于戰(zhàn)略通信目前，已建成經(jīng)過海底的跨洋遠(yuǎn)程光纖傳輸通道

22、。1.6.3 無線通道無線通道是指可以傳輸電磁波（包括光波）的自由空間或大氣層。電磁波的傳播方式有3種：地面波傳播、天波傳播、視線傳播。圖 4-3 視線傳播50822DrDh1.6.4 信道噪聲噪聲是通信系統(tǒng)中的不需要、有害的電信號(hào)。他獨(dú)立于有用信號(hào)并始終存在。疊加在信號(hào)上的噪聲(稱為加性噪聲)會(huì)淹沒、模糊和干擾有用信號(hào)噪聲分類按照來源分類人為噪聲由人類的活動(dòng)產(chǎn)生的，例如開關(guān)噪聲，汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花，電臺(tái)和家用電器等產(chǎn)生的電磁波輻射等自然噪聲主要大氣噪聲、太陽和銀河系等的宇宙噪聲，電子元器件等產(chǎn)生的熱噪聲內(nèi)部噪聲（熱噪聲）是指通信設(shè)備中的電子元器件、傳輸線等產(chǎn)生的噪聲按噪聲性質(zhì)分類：脈沖

23、噪聲：突發(fā)性地產(chǎn)生的，幅度很大，其持續(xù)時(shí)間短，頻譜寬單頻脈沖/窄帶噪聲：頻譜或頻率位置通常是確知或可測。起伏噪聲：包括熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等。1.6.5 信道容量信道容量是指信道中信息無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笏俾?。調(diào)制信道是一種連續(xù)信道，編碼信道是一種離散信道，本節(jié)只講有擾連續(xù)信道的信道容量。香農(nóng)公式帶寬為B(Hz)的連續(xù)信道，其輸入信號(hào)為x(t)，信道加性高斯白噪聲為n(t)，則信道最大輸出傳信率為香農(nóng)公式表明的是當(dāng)信號(hào)與信道加性高斯白噪聲的平均功率給定時(shí)，在具有一定頻帶寬度的信道上，理論上單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。只要傳輸速率小于等于信道容量，則總可以找到一種信道編

24、碼方式，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸；若傳輸速率大于信道容量，則不可能實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸。)/(1log2sbNSBC高斯白噪聲：如果一個(gè)噪聲，它的幅度分布服從高斯分布，而它的功率譜密度又是均勻分布的，則稱它為高斯白噪聲。高斯白噪聲信號(hào)是一個(gè)隨機(jī)過程，每個(gè)樣值點(diǎn)都是一個(gè)高斯變量，其雙邊功率譜密度為常數(shù) n0/2（W/Hz），單邊功率譜密度為n0（W/Hz）。熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。若噪聲n(t)的單邊功率譜密度為n0，則在信道帶寬B內(nèi)的噪聲功率N=n0B。因此，香農(nóng)公式的另一形式為)(1log2BnSBC0由香農(nóng)公式得到重要結(jié)論1）信道容量C受“三要素”即B,S,n0的限制2）提高信噪比（S/N），可以增

25、加信道容量3）減小噪聲功率N (或減小噪聲功率譜密度n0)可以增加信道容量，若噪聲功率趨于零(或噪聲功率譜密度趨于零)，則信道容量趨于無窮大4） 增大信道帶寬B可以增加信道容量，但不能使信道容量無限制增大。信道帶寬B趨于無窮大時(shí)，信道容量的極限值為)(1log)(1log20002limlimlimBnSSBnnSBnSBC0BBB0201.44lognSenS5）信道容量C一定時(shí)，信道帶寬B和信號(hào)噪聲功率之比S/N之間可以互換。當(dāng)信噪比比較大時(shí)，可以用較小的信道帶寬傳輸消息，即用信噪比換取帶寬；反之亦然。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，達(dá)到極限信息速率的通信系統(tǒng)稱為理想通信

26、系統(tǒng)。 但是，香農(nóng)公式只證明了理想通信系統(tǒng)的“存在性”，卻沒有指出這種通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。因此，理想通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)還需我們不斷努力。例：具有6.5MHz帶寬的某高斯信道，若信道中信號(hào)功率與噪聲功率譜密度之比為45.5MHz，試求其信道容量。1.7 多路復(fù)用技術(shù)目前常用的復(fù)用技術(shù)主要有：頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）、碼分復(fù)用（CDM）、波分復(fù)用（WDM）等。是一種按頻率來劃分信道的復(fù)用方式。在FDM中，信道的帶寬被分成多個(gè)互不重疊的頻段（子通道），每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)子通道，并且各路之間必須留有未被使用的頻帶（防護(hù)頻帶）進(jìn)行分隔，以防止信號(hào)重疊。1.7.1 FDM（頻分復(fù)用）FDM技術(shù)主

27、要用于模擬信號(hào)的多路傳輸，普遍應(yīng)用在長途多路載波電話系統(tǒng)、無線電廣播中。例： 基群（12路電話復(fù)用） 超群（5個(gè)基群） 主群（10個(gè)主群） 巨群（多個(gè)主群）1.7.2 TDM（時(shí)分復(fù)用）利用分時(shí)方式來實(shí)現(xiàn)在同一信道中傳輸多路信號(hào)的方法。在TMD中，各路信號(hào)按分配的時(shí)隙依次定時(shí)傳送，即在任意時(shí)刻上信道中只有一路信號(hào)在傳輸。TMD通常用于數(shù)字信號(hào)的的多路傳輸。對于電話信號(hào)的時(shí)分復(fù)用，則是根據(jù)抽樣定理通過脈沖調(diào)制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。傳輸傳輸接收端接收端發(fā)送端發(fā)送端第一路第一路第二路第二路第三路第三路第一路第一路第二路第二路第三路第三路同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)（a a）時(shí)分復(fù)用在時(shí)間上是分開的，頻率上是重

28、疊的；頻分復(fù)用在頻率上是分開的，時(shí)間上是重疊的。目前，時(shí)分復(fù)用比頻分復(fù)用應(yīng)用更為廣泛。時(shí)分復(fù)用相對于頻分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)：便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信、易于制造、適于采用集成電路實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)成本較低。1.7.3 CDM (碼分復(fù)用) 各路信號(hào)碼元在頻譜上和時(shí)間上都是重疊的，但是不同用戶傳輸?shù)男盘?hào)是靠各自不同的（正交）編碼序列來區(qū)分的。 碼分復(fù)用是用正交的脈沖序列分別攜帶不同的信號(hào)。這種復(fù)用方式多用于空間通信的擴(kuò)頻通信和移動(dòng)通信系統(tǒng)中。1.7.4 WDM(波分復(fù)用) 波分多路復(fù)用是指在一根光纖中傳輸多種不同波長的光信號(hào)，由于波長不同，所以各路光信號(hào)互不干擾，最后再用波長解復(fù)用器將各路波長分解出來。所選器件應(yīng)具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗 電磁干擾、功耗小、體積小、重量輕、器件可替換性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。1.8 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)性能指標(biāo)：有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)性和可維護(hù)性等。其中，有效性和可靠性是通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。