第一章 通信基礎(chǔ)

通信概論方文婷wshczmj@163.com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)……從古至今都是火焰大氣等眼睛信息信息可見光人類的視覺通信-古戰(zhàn)場(chǎng)的烽火臺(tái)可見光發(fā)聲大氣等耳朵信息信息聲波聲波人類的語音交流-日常談話司空見慣的通信方式固定電話移動(dòng)電話短信/彩信傳真因特網(wǎng)電視AM/FMCD/VCD/DVD音響EMAIL…集成電路的內(nèi)部通信PC主板接口通信課程內(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?cè)瓉聿恢膬?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”。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)。可以是不同的電路和變換器，如調(diào)制、放大、濾波、編碼器等。對(duì)于多路傳輸系統(tǒng)，發(fā)送設(shè)備中還包括多路復(fù)用器。通信系統(tǒng)模型-信道信道是指?jìng)鬏斝盘?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)數(shù)字信號(hào)波形：(a)二進(jìn)制波形；(b)PSK波形.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(duì)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(chǎng)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(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，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)。基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)（差分）相移鍵控DPSK。對(duì)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)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(duì)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(duì)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)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(cè)脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測(cè)、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3Hz~30kHz104~108m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)30~300kHz103~104m低頻LF長波導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF中波調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m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30~300MHz1~10m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300MHz~3GHz10~100cm特高頻

UHF微波微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)3~30GHz1~10cm超高頻

SHF微波

微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)30~300GHz1~10mm極高頻

EHF微波雷達(dá)、微波接力、射電天文學(xué)

107~108GHz3×10-5~3×10-4cm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

1.4通信方式對(duì)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。單工通信廣播、遙測(cè)、遙控、無線尋呼等。是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。半雙工通信使用同一載頻的對(duì)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。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。普通電話、手機(jī)、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。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。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(duì)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。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)。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)?；鶐盘?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：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）的關(guān)系：互為倒數(shù)，頻率和角頻率的關(guān)系：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(duì)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)的最低頻率幾點(diǎn)說明：1）對(duì)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(duì)于模擬信號(hào)，其帶寬應(yīng)小于信道帶寬；對(duì)于數(shù)字信號(hào)，它的帶寬可以小于信道帶寬。3）對(duì)于基帶信號(hào)來說，fL接近0；對(duì)于帶通信號(hào)來說，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(duì)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1.6.2有線信道有線電纜（有線傳輸煤質(zhì)）分為明線、對(duì)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。

明線(Openware)：假設(shè)在電線桿上的架空線路。雖然傳輸功耗低，但是易受天氣和環(huán)境影響，對(duì)外界噪聲干擾比較敏感，并且很難沿一條路徑假設(shè)大量的成百對(duì)線路，故目前已逐漸被電纜所替代。有一對(duì)或若干對(duì)雙絞線放在一根保護(hù)套內(nèi)制成的。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(duì)稱電纜（雙絞線電纜）雙絞線導(dǎo)體絕緣層類型非屏蔽對(duì)稱電纜(UTP),屏蔽對(duì)稱電纜(STP)STP電纜特性與UTP相同,由于加入了屏蔽措施,對(duì)噪聲有更好的屏蔽作用,但價(jià)格要貴一些性能

導(dǎo)線材料是鋁或銅,直徑為0.4～1.4mm為了減小各線對(duì)之間的相互干擾,每一對(duì)線都擰成扭絞狀對(duì)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。性能實(shí)際應(yīng)用中同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的，對(duì)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。帶寬大，但成本比較高。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n1n2折射率n1n27～10125折射率n1n2單模階躍折射率光纖光纖結(jié)構(gòu)示意圖(a)(b)(c)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，通信保密光纖應(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。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。1、地波（groundwave）頻率<2MHz有繞射能力距離：數(shù)百或數(shù)千千米地波是調(diào)幅廣播的傳播方式傳播路徑地面地波傳播天波（skywave）（電離層反射）頻率：2~30MHz特點(diǎn)：被電離層反射一次反射距離：<4000km地面信號(hào)傳播路徑天波傳播視線傳播（視距傳播）：頻率>30MHz距離:和天線高度有關(guān)

圖4-3視線傳播(m)增大視線傳播距離的其他途徑中繼通信：無線電中繼衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星散射傳播電離層散射 機(jī)理－由電離層不均勻性引起 頻率－30~60MHz 距離－1000km以上對(duì)流層散射 機(jī)理－由對(duì)流層不均勻性（湍流）引起 頻率－100~4000MHz 最大距離<600km有效散射區(qū)域地球?qū)α鲗由⑸渫ㄐ帕餍橇餍怯噗E散射流星余跡特點(diǎn)－高度80~120km，長度15~40km存留時(shí)間：小于1秒至幾分鐘頻率－30~100MHz距離－1000km以上特點(diǎn)－低速存儲(chǔ)、高速突發(fā)、斷續(xù)傳輸流星余跡散射通信流星余跡1.6.4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(cè)。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)淖畲笏俾省Ｕ{(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。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5）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。1.7.1FDM（頻分復(fù)用）FDM技術(shù)主要用于模擬信號(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）1.7.2TDM（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(duì)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。傳輸接收端發(fā)送端第一路第二路第三路第一路第二路第三路同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)（a）時(shí)分復(fù)用在時(shí)間上是分開的，頻率上是重疊的；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(duì)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。1.7.3CDM(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。1.7.4WDM(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)。

有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；