現(xiàn)代通信系統(tǒng)概論課件 第1章

第一章緒論1.1通信發(fā)展史1.2通信的基本概念

1.1通信發(fā)展史

1.1.1電信技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史

1.古代通信

利用自然界的基本規(guī)律和人的基礎(chǔ)感官（視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等）可達(dá)性建立通信系統(tǒng)，是人類基于需求的最原始通信方式。各種通信方式，隨著人類科技的發(fā)展，有的消散在歷史的潮流中，有的依然在使用，其時(shí)間跨度達(dá)到4000多年。1840年5月6日，英國(guó)發(fā)行了世界上第一枚郵票——“一便士黑票”，見(jiàn)圖1-1。

圖1-1世界上第一枚郵票

2.近現(xiàn)代通信

以電磁技術(shù)為起始，是電磁通信和數(shù)字時(shí)代的開(kāi)始。

1835年，美國(guó)雕塑家、畫家、科學(xué)愛(ài)好者塞繆爾·莫爾斯（SamuelMorse）成功地研制出世界上第一臺(tái)電磁式（有線）電報(bào)機(jī)，如圖1-2所示。１

圖1-2第一臺(tái)電磁式電報(bào)機(jī)

1843年，美國(guó)物理學(xué)家亞歷山大·貝思（AlexanderBain）根據(jù)鐘擺原理發(fā)明了傳真機(jī)，如圖1-3所示。圖1-3傳真機(jī)

1875年，蘇格蘭青年亞歷山大·貝爾（A.G.Bell）發(fā)明了世界上第一臺(tái)電話機(jī)。并于1876年申請(qǐng)了發(fā)明專利。1878年在相距300km的波士頓和紐約之間進(jìn)行了首次長(zhǎng)途電話實(shí)驗(yàn)，并獲得了成功，如圖1-4所示。

圖1-4首次長(zhǎng)途電話

1892年，美國(guó)人A.B.史端喬（AlmonB.Strowger）發(fā)明了世界上第一部自動(dòng)交換機(jī)，這是一臺(tái)步進(jìn)式IPM電話交換機(jī)，如圖1-5所示。

圖1-5自動(dòng)交換機(jī)

1901年，意大利工程師馬可尼發(fā)明火花隙無(wú)線電發(fā)報(bào)機(jī)，如圖1-6所示，成功發(fā)射穿越大西洋的長(zhǎng)波無(wú)線電信號(hào)。圖1-6無(wú)線電發(fā)報(bào)機(jī)

1973年，美國(guó)摩托羅拉公司的馬丁?庫(kù)帕博士發(fā)明第一臺(tái)便攜式蜂窩電話，也就是我們所說(shuō)的“大哥大”。一直到1985年，才誕生出第一臺(tái)現(xiàn)代意義上的、真正可以移動(dòng)的電話，即“肩背電話”，如圖1-7所示。

圖1-7第一個(gè)蜂窩移動(dòng)電話

在模擬PSTN形態(tài)的基礎(chǔ)上，形成了綜合數(shù)字網(wǎng)（IDN）網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，在此過(guò)程中有一系列成就：

●統(tǒng)一了話音信號(hào)數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)；

●用數(shù)字傳輸系統(tǒng)代替模擬傳輸系統(tǒng)；

●用數(shù)字復(fù)用器代替載波機(jī)；

●用數(shù)字電子交換機(jī)代替模擬機(jī)電交換機(jī)；

●發(fā)明了分組交換機(jī)。

3.當(dāng)代通信

當(dāng)代通信是移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)通信時(shí)代。

這個(gè)時(shí)代的特征是，形成了高速數(shù)字化通信、全球互聯(lián)、各種業(yè)務(wù)融合，通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)、人工智能、自動(dòng)化等技術(shù)的融合，極大地促進(jìn)了人類社會(huì)的發(fā)展。

1.1.2通信發(fā)展趨勢(shì)

1.寬帶化

寬帶化主要是使通信線路所傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)的比特率逐漸升高。

2.4W化

4W（Who、What、Where、When)是指任何人任何事物在任何時(shí)候任何地點(diǎn)都可以建立起相互的聯(lián)系。

3.智能化

智能網(wǎng)業(yè)務(wù)將會(huì)被廣泛使用，它是在原有通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上為用戶提供新業(yè)務(wù)而設(shè)置的附加網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它的最大特點(diǎn)是將網(wǎng)絡(luò)的交換功能與控制功能分開(kāi)。

4.安全化

模擬信號(hào)傳遞的信息更容易被竊取，數(shù)字化之后增加了保密性，同時(shí)現(xiàn)在的通信越來(lái)越重視信息的加密算法。量子通信技術(shù)將為保密通信提供技術(shù)保障。

1.2通信的基本概念1.2.1消息、信息、信號(hào)消息是表達(dá)客觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和主觀思維活動(dòng)的狀態(tài)，指報(bào)道事情的概貌而不講述詳細(xì)的經(jīng)過(guò)和細(xì)節(jié)，以簡(jiǎn)要的語(yǔ)言文字迅速傳播新近事實(shí)的新聞體裁，也是最廣泛、最經(jīng)常采用的新聞基本體裁，如文字、語(yǔ)言、圖像等。消息傳遞過(guò)程即是消除不確定性的過(guò)程：收信前，收信者存在不確定（疑問(wèn)），不知消息的內(nèi)容；干擾使收信者不能判定消息的可靠性；收信者得知消息內(nèi)容后，消除原先的“不確定”。消息的三個(gè)特點(diǎn)是：真實(shí)性、實(shí)效性、傳播性。

信息指的是消息中所包含的具體的內(nèi)容。信息與消息的關(guān)系是：形式上傳輸消息，實(shí)質(zhì)上傳輸信息；消息具體，信息抽象；消息是表達(dá)信息的工具，信息載荷在消息中，同一

信息可用不同形式的消息來(lái)載荷；消息可能包含豐富的信息，也可能包含很少的信息。

信號(hào)（也稱為訊號(hào)）是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。從廣義上講，它包含光信號(hào)、聲信號(hào)和電信號(hào)等。

1.2.2信息及其度量

1.消息的統(tǒng)計(jì)特性

消息可以是離散消息，也可以是連續(xù)消息。產(chǎn)生離散消息的信源被稱為離散信源，產(chǎn)生連續(xù)消息的信源被稱為連續(xù)信源。

設(shè)離散信源包含有n種符號(hào)，即x1，x2，…，xn的集合，每個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率分別為P(x1)，P(x2)，…，P(xn)，則可以用概率場(chǎng)：

來(lái)表示離散信源。例如，英語(yǔ)中26個(gè)字母以及單詞間空格的出現(xiàn)概率如表1-l所示，漢字電報(bào)的十進(jìn)制數(shù)字代碼中，數(shù)字0～9的出現(xiàn)概率如表1-2所示。

在大多數(shù)情況下，離散信號(hào)中各符號(hào)之間并不相互獨(dú)立，而往往存在著一定的關(guān)聯(lián)。即當(dāng)前符號(hào)出現(xiàn)的概率與先前出現(xiàn)的符號(hào)有關(guān)，由此必須用條件概率來(lái)描述離散消息。為了簡(jiǎn)化，通常只考慮前一個(gè)符號(hào)對(duì)后一個(gè)符號(hào)的影響。這是一個(gè)馬爾可夫鏈問(wèn)題，可以用轉(zhuǎn)移概率矩陣來(lái)描述，即

2.信源信息的信息量

由概率論我們知道，事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來(lái)描述。也就是說(shuō)，消息中的信息含量與消息發(fā)生的概率有關(guān)，消息出現(xiàn)的概率越小，則此消息攜帶的信息就越

多。

哈特萊首先提出采用消息出現(xiàn)概率的對(duì)數(shù)測(cè)度作為離散消息的信息度量單位。即某離散消息xi所攜帶的信息量為

式中，P（xi）為該消息發(fā)生的概率。當(dāng)a為2時(shí)，信息量單位稱為比特（bit）；當(dāng)a為e時(shí)，信息量單位稱為奈特（nit）；當(dāng)a為10時(shí)，信息量的單位為笛特（Det）。目前應(yīng)用最為廣泛的單位是比特。

例1-1已知二元離散信源只有“0”、“1”兩種符號(hào)，若“0”出現(xiàn)概率為1/3，求出現(xiàn)“1”的信息量。

解：由于全概率為1，因此出現(xiàn)“1”的概率為2/3。由信息量定義式（1-3）可知，出現(xiàn)“l(fā)”的信息量為

例1-2求英文字母e和j的信息量。

解：由表2-1可知e的出現(xiàn)概率為0.105，故其信息量為

j的出現(xiàn)概率為0.001，故其信息量為

如果消息由一串符號(hào)構(gòu)成，且假設(shè)各符號(hào)的出現(xiàn)互相統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，離散信源的概率場(chǎng)如式（1-1）所示，則根據(jù)信息相加性概念，整個(gè)消息的信息量為

例1-3某離散信源由0、1、2、3四種符號(hào)組成，其概率場(chǎng)為

求消息201020130213001203210100321010023102002010312的信息量。

解：此消息總長(zhǎng)為45個(gè)符號(hào)，其中0出現(xiàn)18次，1出現(xiàn)11次，2出現(xiàn)10次，3出現(xiàn)6次。由式（1-4）可求得此消息的信息量為

3.信源信息的平均信息量

通常通信中傳輸?shù)南⒍己荛L(zhǎng)，那么用符號(hào)出現(xiàn)概率來(lái)計(jì)算消息的信息量顯然是比較麻煩的，此時(shí)我們可以用平均信息量的概念來(lái)計(jì)算。所謂平均信息量，是指每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，因此N個(gè)符號(hào)的離散消息源的平均信息量可用下式表示：

例1-4計(jì)算例1-3中信源的平均信息量。

解：由式（1-5）得

注意，用上述平均信息量可計(jì)算出例1-3中消息的總信息量為

這里的總信息量與例1-3算得的結(jié)果并不完全相同，其原因是例1-3的消息序列還不夠長(zhǎng)，各符號(hào)出現(xiàn)的頻次與概率場(chǎng)中給出的概率并不相等。隨著序列長(zhǎng)度增大，其誤差將趨于零。

當(dāng)離散信源中每個(gè)符號(hào)等概出現(xiàn)，而且各符號(hào)的出現(xiàn)為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立時(shí)，該信源的平均信息量最大。此時(shí)最大熵為

例如：例1-3中信源的四種符號(hào)為等概率，即每個(gè)符號(hào)的概率均為1/4，則平均信息量為

若消息中各符號(hào)的出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)相關(guān)，則式（1-5）將不再適用，具體可參見(jiàn)相關(guān)書籍。

1.2.3通信系統(tǒng)組成模型

傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和稱為通信系統(tǒng)。一個(gè)簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)模型如圖1-8所示。圖1-8通信系統(tǒng)模型

（1）信息源和收信者

在通信系統(tǒng)中，根據(jù)信息源輸出信號(hào)的性質(zhì)不同可分為模擬信源和離散信源。模擬信源（如電話機(jī)、電視攝像機(jī)）輸出連續(xù)幅度的信號(hào)；離散信源（如電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)）輸出離散的符號(hào)序列或文字。模擬信源可通過(guò)抽樣和量化變換為離散信源。隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，離散信源的種類和數(shù)量愈來(lái)愈多。隨著信息源和接收者不同，信息速率在很大范圍內(nèi)變化。

（2）發(fā)送設(shè)備

信息的傳輸媒介多種多樣，如電纜、光纖、微波等。發(fā)送設(shè)備的基本功能就是將信源和傳輸媒介匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的信號(hào)變換為便于傳送的信號(hào)形式，送往傳輸媒介。

（3）傳輸媒介

傳輸媒介是用于連接發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的部分，它可以是無(wú)線的，也可以是有線的（包括光纖），有線和無(wú)線均有多種傳輸媒介形式。

（4）接收設(shè)備

接收設(shè)備的功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，它的任務(wù)是從帶有干擾的信號(hào)中正確恢復(fù)出原始信號(hào)來(lái)。

由于信源有模擬和數(shù)字兩類，因此通信系統(tǒng)相應(yīng)地也分成兩類，即模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，模擬信號(hào)可以通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)并在數(shù)字通信

系統(tǒng)中傳輸，當(dāng)然在接收端再通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后還原成模擬信號(hào)。

對(duì)于模擬通信系統(tǒng)，消息的傳輸需要包含兩種重要的變換，第一種是在發(fā)送端將連續(xù)的消息變換成連續(xù)的電信號(hào)（簡(jiǎn)稱模擬信號(hào)），在接收端再將電信號(hào)反變換成連續(xù)的消

息。這種變換設(shè)備是一種換能器，如將聲能或光能轉(zhuǎn)換成電能。大多數(shù)的傳輸信道不適合于模擬信號(hào)的直接傳輸，這主要是因?yàn)槟M信號(hào)多為低通型（信號(hào)的最低頻率幾乎為零）信號(hào)而大多數(shù)的信道卻為帶通型（低頻率和高頻率都受限制）。

因此，模擬通信系統(tǒng)中就有第二種重要的變換：將低通型信號(hào)轉(zhuǎn)換成其頻帶適合于在帶通型信道中傳輸?shù)男盘?hào)，并在接收端進(jìn)行相反變換。這種變換與反變換在通信中被稱為調(diào)制與解調(diào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，它應(yīng)有兩個(gè)基本特性：一是攜帶有消息，二是適應(yīng)在信道中傳輸。通常，我們將調(diào)制前和解調(diào)后的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。

因此，一個(gè)模擬通信系統(tǒng)的模型可由圖1-8略加改變后得到，如圖1-9所示。由圖1-9可以得出，模擬通信所涉及的基本問(wèn)題應(yīng)包括：

①收發(fā)兩端的換能過(guò)程及基帶信號(hào)的特性。

②調(diào)制解調(diào)原理。

③信道與噪聲的特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

④在有噪聲情況下的系統(tǒng)性能等。圖1-9模擬通信系統(tǒng)模型

綜上所述，數(shù)字通信系統(tǒng)的模型如圖1-10所示。圖中沒(méi)有給出數(shù)字通信系統(tǒng)的同步環(huán)節(jié)。當(dāng)然，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，并非一定要包括如圖1-10中所示的所有環(huán)節(jié)。

１

歸納起來(lái)，圖1-10所示的數(shù)字通信系統(tǒng)其主要研究的基本問(wèn)題為：

①收發(fā)兩端的換能過(guò)程、模擬信號(hào)數(shù)字化以及數(shù)字基帶信號(hào)的特性。

②數(shù)字調(diào)制與解調(diào)原理。

③信道和噪聲的特性及其對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

④抗信道干擾的差錯(cuò)控制編碼，即信道編碼問(wèn)題。

⑤數(shù)字通信的保密性。

⑥通信系統(tǒng)的同步問(wèn)題（包括載波同步、位同步、網(wǎng)同步）。

此外還需要補(bǔ)充說(shuō)明兩點(diǎn)：

第一，以上所給出的是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的單向通信系統(tǒng)，但在大多數(shù)場(chǎng)合下，信源兼為收信者，通信的雙方需要隨時(shí)交流信息，因而要求雙向通信；

第二，在許多情況下，一個(gè)通信系統(tǒng)是可以進(jìn)行多路信號(hào)的傳輸，這時(shí)系統(tǒng)中將包括多路信號(hào)復(fù)用器和分路器，常用的多路信號(hào)的復(fù)用方式有頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。

1.2.4通信系統(tǒng)的分類

1.按消息的物理特征分類

根據(jù)消息的物理特征的不同，有電報(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)等各種通信系統(tǒng)。這些通信系統(tǒng)可以是專用的，但通常是兼容的或并存的。由于

電話通信最為發(fā)達(dá)，因而其他通信常常借助于公共的電話通信系統(tǒng)進(jìn)行。

2.按調(diào)制方式分類

根據(jù)是否采用調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和調(diào)制傳輸?；鶐鬏斒菍⑽唇?jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如音頻市內(nèi)電話、數(shù)字信號(hào)基帶傳輸?shù)?。調(diào)制傳輸是對(duì)各種信號(hào)變換方

式后傳輸?shù)目偡Q，調(diào)制的目的有以下三個(gè)方面：

①將消息變換為便于傳送的形式。

②提高性能，特別是抗干擾能力。

③有效地利用頻帶。

各種調(diào)制方式正是為了達(dá)到這些目的而發(fā)展起來(lái)的。調(diào)制方式很多，表1-3給出一些常見(jiàn)的調(diào)制方式，我們將陸續(xù)詳細(xì)講述它們的原理。應(yīng)當(dāng)指出，在實(shí)際使用時(shí)常常采用復(fù)

合的調(diào)制方式，即用不同調(diào)制方式進(jìn)行多級(jí)調(diào)制。

3．按傳輸信號(hào)的特征分類

變換后的信號(hào)與原信號(hào)之間必須建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則在收端就無(wú)法恢復(fù)出原來(lái)的消息。調(diào)制時(shí)消息攜帶在正弦波或脈沖序列的某個(gè)參量或幾個(gè)參量上，按參量的取值方式

可將信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)中參量的取值范圍是連續(xù)的，因此可有無(wú)限多個(gè)取值。

按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可以相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成兩類，即模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信在近20年來(lái)得到了迅速發(fā)展，其原因是：

①抗干擾能力強(qiáng)。

②便于進(jìn)行各種數(shù)字信號(hào)處理，有利于實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)。

③易于實(shí)現(xiàn)集成化。

④功耗低、體積小。

⑤保密性強(qiáng)。

⑥采用時(shí)分多路復(fù)用，可省去大量的濾波器。

4．按傳送信號(hào)的復(fù)用方式分類

傳送多路信號(hào)有三種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用。頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍；時(shí)分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間；碼分復(fù)用則是用一組正交的脈沖序列分別攜帶不同信號(hào)。

5．按傳輸媒介分類

按傳輸媒介，通信系統(tǒng)可分為有線通信（包括光纖）和無(wú)線通信兩類。所謂有線通信，是指消息傳遞是用導(dǎo)線來(lái)完成的通信方式；所謂無(wú)線通信，是指利用無(wú)線電波或其他物理波在空間的傳播方式來(lái)傳遞消息的方法。表1-4中列出了常用的傳輸媒介及其主要用途。

1.2.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

通信的任務(wù)是傳遞信息，因此傳輸信息的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)最主要的質(zhì)量指標(biāo)。有效性是指在給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，而可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程

度。這兩者是相互矛盾而又相互聯(lián)系的，通常也是可以互換的。

對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)，有效性可用信息傳輸速率來(lái)衡量。二進(jìn)制數(shù)字消息的信息速率用b/s（比特/秒）作單位。比特（bit）是信息量單位，當(dāng)二進(jìn)制數(shù)字0、l取值等概率時(shí)，傳送一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字其信息量就等于1bit。信息速率常稱比特率，如比特率為1200b/s，意味著每秒傳送1200個(gè)二進(jìn)制脈沖。顯然，當(dāng)信道一定時(shí)，信息速率愈高，有效性也就愈好。為了提高有效性，可以采用多進(jìn)制傳輸，此時(shí)每個(gè)碼元攜帶的信息量超過(guò)lbit。

若碼元速率為Rs，信息速率為Rb，每個(gè)碼元有M種可能采用的符號(hào)，即M進(jìn)制碼元，則它們之間的關(guān)系為

或

數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性也可用頻譜利用率來(lái)表示。所謂頻譜利用率，是指在單位帶寬（1Hz）內(nèi)的信息傳輸速率，即

數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性可用差錯(cuò)率來(lái)衡量。誤比特率為

誤碼元率為

有時(shí)將誤比特率稱為誤信率，誤碼元率稱為誤符號(hào)率或誤碼率。

顯然，在二進(jìn)制中有

1.2.6信道與噪聲

正如圖1-8所示的通信系統(tǒng)模型所指出的那樣，信道是任何一個(gè)通信系統(tǒng)必不可少的組成部分，而信道中存在的噪聲又是不可避免的，因而，對(duì)信道與噪聲的認(rèn)識(shí)往往是研究

通信問(wèn)題的基礎(chǔ)。

1.信道的定義

信道是指用于傳輸信號(hào)的媒介。目前可用于信號(hào)傳輸?shù)拿浇楦爬ㄈ缦拢?/p>

①架空明線。

②同軸電纜。

③中長(zhǎng)波地表波傳播。

④超短波及微波視距傳播（包括人造衛(wèi)星中繼）。

⑤短波電離層反射。

⑥超短波流星余跡散射。

⑦超短波及微波對(duì)流層散射。

⑧超短波電離層散射。

⑨超短波超視距繞射。

⑩毫米波波導(dǎo)傳播。

光導(dǎo)纖維。

光波視距傳播。

應(yīng)該說(shuō)，信道的這種定義是直觀的。但從研究消息傳輸?shù)挠^點(diǎn)來(lái)說(shuō)，我們所關(guān)心的只是如1.2.3小節(jié)所指出的基本問(wèn)題，因而，信道的范圍還可以擴(kuò)大。它除包括傳輸媒介外，

還可能包括有關(guān)的轉(zhuǎn)換器（如發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等）。我們稱這種擴(kuò)大范圍的信道為廣義信道，而把僅指?jìng)鬏斆浇榈男诺婪Q為狹義信道。在討論通信的一般原理時(shí)，通常采用的是廣義信道。

在通信原理中，我們常常遇見(jiàn)的廣義信道之一就是所謂的調(diào)制信道。調(diào)制信道是從研究調(diào)制與解調(diào)的基本問(wèn)題出發(fā)而構(gòu)成的，它的范圍是從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端。

同樣的道理，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果我們僅著眼于編碼和譯碼問(wèn)題，則可得另一種廣義信道——編碼信道。

調(diào)制信道和編碼信道的示意圖見(jiàn)圖1-11。

圖1-11調(diào)制信道與編碼信道

應(yīng)該指出，狹義信道（傳輸媒介）是廣義信道十分重要的組成部分。事實(shí)表明，通信效果的好壞，在很大程度上將依賴于狹義信道的特性。因而，在研究信道的一般特性時(shí)，“傳輸媒介”是討論的重點(diǎn)。當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際的需要，有時(shí)除重點(diǎn)關(guān)心傳輸媒介外，還應(yīng)該考慮到其他組成部分的有關(guān)特性。

為敘述方便，以下均把廣義信道簡(jiǎn)稱為信道，此時(shí)的通信模型可以簡(jiǎn)化為如圖1-12所示。圖1-12通信系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型

2.信道模型

為表述信道的一般特性，我們先來(lái)引入信道的模型，如圖1-13所示。圖中，x(t)為信道的輸入信號(hào)，y(t)為信道的輸出信號(hào)，k(t)為依賴于信道的特性，n(t)為加性噪聲（或稱加

性干擾）。根據(jù)信道模型，信道的輸出y(t)可表示為

k(t)乘x(t)就反映信道特性對(duì)x(t)的最終作用。k(t)的存在，對(duì)x(t)來(lái)說(shuō)是一種干擾，故可稱k(t)是乘性干擾。

圖1-13信道模型

由此可見(jiàn)，信道對(duì)信號(hào)的影響可歸結(jié)到兩點(diǎn)：一是由于乘性干擾k(t)的存在，二是由于加性干擾n(t)的存在。如果我們了解了k(t)與n(t)的特性，則信道對(duì)信號(hào)的具體影響就能

搞清楚。不同特點(diǎn)的信道，僅反映信道模型有不同特性的k(t)及n(t)而已。

乘性干擾k(t)一般是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，它可能包括各種線性畸變、非線性畸變、衰落畸變等，而且往往只能用隨機(jī)過(guò)程加以表述，這是由于網(wǎng)絡(luò)的遲延特性和損耗特性隨時(shí)間在做隨機(jī)變化的原因。但是，經(jīng)大量觀察表明，有些信道的k(t)基本不隨時(shí)間變化，也就是說(shuō)，信道對(duì)信號(hào)的影響是固定的或變化極為緩慢的。而有些信道卻不然，它們的k(t)是隨機(jī)快變化的，因此，分析研究乘性干擾k(t)時(shí)，在相對(duì)的意義上可把信道分為兩大類：一類稱為恒（定）參（量）

信道，即它們的k(t)可看成不隨時(shí)間變化或基本不變化的；另一類稱為隨（機(jī)）參（量）信道，它便是非恒參信道的統(tǒng)稱，或者說(shuō)它的k(t)是隨機(jī)快變化的。通常，把上一節(jié)列舉的前四種和最后三種傳輸媒介所構(gòu)成的信道歸于恒參信道，而其他傳輸媒介所構(gòu)成的信道就歸于隨參信道。

3.信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?/p>

信道特性指的是信道的傳輸特性。傳輸特性通?？捎梅?頻率特性及相位-頻率特性來(lái)表征。因此，在原理上講只要得到了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，就可求得信號(hào)通過(guò)信道后

的變化規(guī)律。

1）幅度-頻率畸變

幅度-頻率特性簡(jiǎn)稱幅頻特性，是指在不同頻率時(shí)信道的輸入輸出關(guān)系。理想信道的幅頻特性應(yīng)是一條水平直線。

幅度-頻率畸變是由信道的幅度-頻率特性的不理想所引起的。導(dǎo)致畸變的原因是，在信道中可能存在各種濾波器、電容和電感元器件等。由于這些元器件的存在，通常導(dǎo)致

信道傳輸通帶特性的高頻段和低頻段衰耗逐步增加，如圖1-14所示。

圖1-14信道的衰減特性

2）相位-頻率畸變（群遲延畸變）

相位-頻率特性簡(jiǎn)稱相頻特性，是指不同頻率在信道中的傳輸延時(shí)關(guān)系。理想信道的相頻特性應(yīng)是一條直線。

相位-頻率畸變是指信道的相移-頻率特性偏離線性關(guān)系所引起的畸變。與幅度-頻率畸變一樣，相位-頻率畸變主要來(lái)自于濾波器和電抗器件。尤其在信道頻帶的邊緣，由于衰耗特性陡峭引起的相頻畸變更嚴(yán)重。

信道的相位-頻率特性還經(jīng)常采用群遲延-頻率特性（簡(jiǎn)稱群遲延特性）來(lái)衡量。所謂群遲延特性，便是相位-頻率特性對(duì)頻率的導(dǎo)數(shù)，若相位-頻率特性用φ(ω)表示，則群遲

延-頻率特性τ(ω)為

顯然，如果φ(ω)呈現(xiàn)線性關(guān)系，則τ(ω)將是一條水平直線，見(jiàn)圖1-15所示。此時(shí)，信號(hào)的不同頻率成分將有相同的遲延，因而信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸后不發(fā)生畸變。但實(shí)際的信道特

性總是偏離如圖1-15所示的特性的，例如，一個(gè)典型的電話信道的群遲延-頻率特性示于圖1-16。不難看出，當(dāng)非單一頻率的信號(hào)通過(guò)信道時(shí)，信號(hào)頻譜中的不同頻率分量將有不

同的遲延（使它們的到達(dá)時(shí)間先后不一），從而引起信號(hào)的畸變。

圖1-15理想相頻特性和群遲延特性

圖1-16話音通道群遲延特性

3）加性噪聲的類型

加性噪聲通常