通信原理課件

第1章緒論通信技術(shù)發(fā)展史自19世紀(jì)初電通信技術(shù)問世以來，短短的100多年時間里，通信技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異?！扒Ю镅邸?、“順風(fēng)耳”等古人的夢想不但得以實(shí)現(xiàn)，而且還出現(xiàn)了許多人們過去想都不曾想過的新技術(shù)。回顧通信技術(shù)的發(fā)展史有利于我們更好地了解與掌握這門科學(xué)知識。下面我們給出通信技術(shù)發(fā)展歷史簡表。通信技術(shù)發(fā)展歷史簡表根據(jù)各種通信技術(shù)在通信發(fā)展史上的地位、作用以及對人類社會的影響，我們對過去的100多年通信技術(shù)的發(fā)展歷史進(jìn)行了概括性的總結(jié)，認(rèn)為有10項(xiàng)重大通信技術(shù)值得人們紀(jì)念，(1)摩爾斯發(fā)明有線電報(bào)。有線電報(bào)開創(chuàng)了人類信息交流的新紀(jì)元。(2)馬克尼發(fā)明無線電報(bào)。無線電報(bào)為人類通信技術(shù)開辟了一個嶄新的領(lǐng)域。(3)載波通信。載波通信的出現(xiàn)，改變了一條線路只能傳送一路電話的局面，使一個物理介質(zhì)上傳送多路音頻電話信號成為可能。(4)電視。電視極大地改變了人們的生活，使傳輸和交流信息從單一的聲音發(fā)展到實(shí)時圖像。(5)電子計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)被公認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明，它加快了各類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。(6)集成電路。集成電路為各種電子設(shè)備提供了高速、微小、功能強(qiáng)大的“心”，使人類的信息傳輸能力和信息處理能力達(dá)到了一個新的高度。(7)光纖通信。光導(dǎo)纖維的發(fā)明，使人們尋求到一種真正能夠承擔(dān)起構(gòu)筑未來信息化基礎(chǔ)設(shè)施傳輸平臺重任的通信介質(zhì)。(8)衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信將人類帶入了太空通信時代。(9)蜂窩移動通信。蜂窩移動通信為人們提供了一種前所未有、方便快捷的通信手段。(10)因特網(wǎng)。因特網(wǎng)的出現(xiàn)意味著信息時代的到來，使地球變成了一個沒有距離的小村落-“地球村”。1.1通信的概念談到通信，我們每個人都不陌生。古代的烽火報(bào)警，就是把敵人入侵的消息通過烽火傳達(dá)給遠(yuǎn)方的人們(類似的例子還有抗日戰(zhàn)爭時期的“消息樹”)；艦船上的燈語和旗語通過燈的閃爍和旗子的揮動與另一艦船或港口進(jìn)行無聲的對話；傳統(tǒng)的信函以文字形式把游子的思鄉(xiāng)之情濃縮于尺素之中，再利用郵政媒體送達(dá)家人；在各種建設(shè)工地上，工人們經(jīng)常使用對講機(jī)相互聯(lián)絡(luò)，協(xié)調(diào)工作；在電影電視中經(jīng)?？吹杰娙嘶蚓炖脽o線電臺進(jìn)行作戰(zhàn)指揮；還有電報(bào)、電傳、電話、尋呼、移動電話、有線廣播、無線廣播、有線電視、無線電視等當(dāng)代最為普及的通信手段都是現(xiàn)實(shí)生活中我們所熟悉的通信實(shí)例。在上述實(shí)例中我們發(fā)現(xiàn)，無論是遠(yuǎn)古狼煙滾滾的烽火，還是今天四通八達(dá)的電話，無論是飽含情誼的書信，還是絢麗多彩的電視畫面，盡管通信的方式各種各樣，傳遞的內(nèi)容千差萬別，但都有一個共性，那就是進(jìn)行信息的傳遞。因此，我們對通信下一個簡練的定義：所謂通信，就是信息的傳遞。這里“傳遞”可以認(rèn)為是一種信息傳輸?shù)倪^程或方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信也進(jìn)入了我們的生活。通過因特網(wǎng)(Internet)，我們足不出戶就可看報(bào)紙、聽新聞、查資料、逛商店、玩游戲、上課、看病、下棋、購物、發(fā)電子郵件。網(wǎng)絡(luò)通信豐富多彩的功能極大地拓寬了通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，使通信滲入到人們物質(zhì)與精神生活的各個角落，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚慕M成部分，有關(guān)通信方面的知識與技術(shù)也就成為當(dāng)代人應(yīng)該了解和掌握的熱門知識之一。在這里我們所討論的通信不是廣義上的通信，而是特指利用各種電信號和光信號作為通信信號的電通信與光通信。作為一門科學(xué)、一種技術(shù)，現(xiàn)代通信所研究的主要問題概括地說就是如何把信息大量地、快速地、準(zhǔn)確地、廣泛地、方便地、經(jīng)濟(jì)地、安全地從信源通過傳輸介質(zhì)傳送到信宿。“通信原理”就是介紹支撐各種通信技術(shù)的通信基本概念和數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。1.2通信系統(tǒng)1.2.1通信系統(tǒng)的定義與組成用于進(jìn)行通信的設(shè)備硬件、軟件和傳輸介質(zhì)的集合叫做通信系統(tǒng)。需要強(qiáng)調(diào)的是，過去對通信系統(tǒng)的定義沒有軟件部分，但隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入通信系統(tǒng)，通信軟件就成為組成通信系統(tǒng)的基本要素，因此我們在定義中加入軟件這一模塊。從硬件上看，通信系統(tǒng)主要由信源、信宿、傳輸介質(zhì)和收信、發(fā)信設(shè)備五部分組成，如圖1―1所示(注意，圖中的干擾可以理解為是通信系統(tǒng)的一部分，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，一個通信系統(tǒng)無法徹底消除干擾)。圖1―1模擬通信系統(tǒng)的一般模型比如電話通信系統(tǒng)就包括：送話器、電線、交換機(jī)、載波機(jī)、受話器等要素。廣播通信系統(tǒng)包括麥克風(fēng)、放大器、發(fā)送設(shè)備、無線電波、收音機(jī)等。兩個通信系統(tǒng)實(shí)例示意圖如圖1―2所示。圖1―2通信系統(tǒng)實(shí)例示意圖1.2.2通信系統(tǒng)的分類1.按信號特征分類根據(jù)信道傳輸信號種類的不同，通信系統(tǒng)可分為兩大類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。信道中傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，如大家熟悉的電話、廣播和電視系統(tǒng)；信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)(模型如圖1―3(a)所示)，比如數(shù)字電話通信系統(tǒng)。從圖1―3(a)中我們看到，數(shù)字通信系統(tǒng)與圖1―1的主要區(qū)別是多了信源編碼(解碼)和信道編碼(解碼)功能模塊，而這正是數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)所在。信源編碼完成的是將模擬信息(模擬信號)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的功能(信源解碼功能相反)；信道編碼是將信源編碼輸出的數(shù)字信號(一般是經(jīng)自然編碼后的數(shù)字信號。自然編碼指的是用高電平表示“1”，低電平表示“0”的簡單編碼方式)變成適合于信道傳輸?shù)拇a型(信道解碼功能相反)，以提高傳輸?shù)挠行院涂煽啃?。有關(guān)內(nèi)容我們在后面會有詳細(xì)介紹。圖1―3數(shù)字通信系統(tǒng)示意圖需要說明的是，自從有了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)之后，這種以信道傳輸信號的種類為標(biāo)準(zhǔn)對通信系統(tǒng)進(jìn)行的分類就顯得不夠嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)閿?shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道可以是傳輸數(shù)字信號的信道，也可以是傳輸模擬信號的信道，或者說數(shù)據(jù)通信中的數(shù)據(jù)信號既可以以數(shù)字信號的形式在數(shù)字信道中傳輸(比如局域網(wǎng))，也可以轉(zhuǎn)換成模擬信號在模擬信道中傳輸(比如通過“貓”——調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng))。根據(jù)通信技術(shù)的現(xiàn)狀，我們認(rèn)為應(yīng)該在傳統(tǒng)分類方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合信源和信宿所處理的信號種類對通信系統(tǒng)重新進(jìn)行分類。這樣，我們就把通信系統(tǒng)分為三種：模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里需要明確模擬通信、數(shù)字通信和數(shù)據(jù)通信的概念：(1)模擬通信一般指的是信源發(fā)出的、信宿接收的和信道傳輸?shù)亩际悄M信號的通信過程或方式。因此，模擬通信系統(tǒng)可以說是以模擬信道傳輸模擬信號的系統(tǒng)。(2)數(shù)字通信是指信源發(fā)出和信宿接收的是模擬信號，而信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號的通信過程或方式。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)可以說是以數(shù)字信號的形式傳輸模擬信號的系統(tǒng)。(3)數(shù)據(jù)通信是隨計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的通信方式，它是指信源、信宿處理的都是數(shù)字信號，而傳輸信道既可以是數(shù)字信道也可以是模擬信道的通信過程(方式)。通常，數(shù)據(jù)通信主要指計(jì)算機(jī)(或數(shù)字終端)之間的通信。數(shù)字通信產(chǎn)生的直接原因是為了提高模擬通信的質(zhì)量，所以，數(shù)字通信可以理解為是模擬通信的升級。因?yàn)閷νㄐ烹p方而言，它們接觸的仍然是模擬信號(或模擬信息)，如果只從信號傳輸?shù)慕嵌壬峡?不考慮保密等)，數(shù)字通信與模擬通信的主要差別僅僅是前者信宿接收到的信號質(zhì)量更好一點(diǎn)而已，但它們的信號傳輸方式(傳輸系統(tǒng))卻迥然不同；而數(shù)據(jù)通信在信號傳輸上與數(shù)字通信大致相同(先不考慮模擬信道傳輸)，但它的信息源一般為數(shù)字信息(離散信息)，所以數(shù)據(jù)通信在功能上可以認(rèn)為是數(shù)字通信的延伸或分支。因此，從技術(shù)體制上看，通信方式仍然只分為模擬通信和數(shù)字通信兩種。數(shù)字通信具有以下特點(diǎn)：①抗干擾能力強(qiáng)。由于數(shù)字信號的取值個數(shù)有限(大多數(shù)情況只有0和1兩個值)，因此在傳輸過程中我們不太關(guān)心信號的絕對值，只注意相對值即可。比如設(shè)高電平5V為1，低電平0V為0，在傳輸時受噪聲影響，5V變成8V，而我們只要看到大于5V的值認(rèn)為是5V就行了(當(dāng)然，0V受干擾也可能變成8V，以致于把數(shù)據(jù)0誤認(rèn)為數(shù)據(jù)1。但經(jīng)過信道編碼后，數(shù)據(jù)0不是用簡單的低電平表示，因此，這樣的誤碼就不會出現(xiàn))。同時，傳輸中繼器可再生信號，消除噪聲積累。比如一個中繼器收到一個受干擾而變成8V的信號，若是模擬通信，中繼器就會原封不動地把這個8V信號放大后送往下一級，下一級接著放大再往下送，這樣一級一級下去，噪聲被不斷地放大，形成噪聲積累直到通信終端。如果是數(shù)字通信，第一個收到這個8V信號的中繼器先認(rèn)為該信號為一高電平信號，然后并不將該信號往下傳，而是重新生成一個標(biāo)準(zhǔn)高電平信號(比如為5V)傳往下一級，這樣，噪聲就不會像模擬通信那樣被一級一級地放大，而是被中繼器“隔離”，從而消除了噪聲積累。②便于進(jìn)行信號加工與處理。由于信號可以儲存，因此可以像處理照片一樣對信號隨意加工處理(在技術(shù)允許的范圍內(nèi))。③傳輸中出現(xiàn)的差錯(誤碼)可以設(shè)法控制，提高了傳輸質(zhì)量。④數(shù)字信息易于加密且保密性強(qiáng)。⑤能夠傳輸話音、電視、數(shù)據(jù)等多種信息，增加了通信系統(tǒng)的靈活性和通用性?？傊?，數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)很多，但事物總是一分為二的。數(shù)字通信的許多長處是以增加信號帶寬為代價的。比如，一路模擬電話信號的帶寬為4kHz，而一路數(shù)字電話信號大概要占20～60kHz的帶寬。這說明數(shù)字通信的頻帶利用率低。盡管如此，數(shù)字通信仍將是未來通信的發(fā)展方向。2.按傳輸介質(zhì)分類按傳輸介質(zhì)的不同，通信系統(tǒng)又有無線通信系統(tǒng)與有線通信系統(tǒng)之分。利用無線電波、紅外線、超聲波、激光進(jìn)行通信的系統(tǒng)統(tǒng)稱為無線通信系統(tǒng)。廣播系統(tǒng)、移動電話系統(tǒng)、傳呼通信系統(tǒng)、電視系統(tǒng)等都是無線通信系統(tǒng)。而用導(dǎo)線(包括電纜、光纜和波導(dǎo)等)作為介質(zhì)的通信系統(tǒng)就是有線通信系統(tǒng)，如市話系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、普通的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)等。隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，單純的有線或無線通信系統(tǒng)越來越少，實(shí)際通信系統(tǒng)常常是“無線”中有“有線”，“有線”中有“無線”。因此，無論是作為科學(xué)知識還是學(xué)科專業(yè)，當(dāng)代的無線通信、有線通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三者的關(guān)系密不可分。3.按調(diào)制方式分類按調(diào)制與否，可分為基帶通信系統(tǒng)和調(diào)制通信系統(tǒng)。所謂基帶系統(tǒng)，傳輸?shù)氖腔鶐盘?指沒有經(jīng)過任何調(diào)制處理的信號)，而調(diào)制通信傳輸?shù)氖且颜{(diào)信號。4.按傳送信息的物理特征分類分為電話通信系統(tǒng)、電報(bào)通信系統(tǒng)、廣播通信系統(tǒng)、電視通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。5.按工作波段分類按使用波長可分為長波通信系統(tǒng)、中波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)等。一種通信系統(tǒng)可以分屬不同的種類，比如我們所熟悉的無線電廣播既是中波通信系統(tǒng)(短波通信系統(tǒng))，調(diào)制通信系統(tǒng)、模擬通信系統(tǒng)，也是無線通信系統(tǒng)。無論怎樣劃分通信系統(tǒng)，都只是在信號處理方式、傳輸方式或傳輸介質(zhì)等外在特征上做文章，其通信的實(shí)質(zhì)并沒改變，即大量地、快速地、準(zhǔn)確地、廣泛地、方便地、經(jīng)濟(jì)地、安全地傳送信息。因此，我們在分析、研究、設(shè)計(jì)、搭建和使用一個通信系統(tǒng)時，只要抓住這個實(shí)質(zhì)，就不會被系統(tǒng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的技術(shù)和生澀的技術(shù)術(shù)語所迷惑。1.3通信方式通信方式指通信雙方(或多方)之間的工作形式和信號傳輸方式，它是通信各方在通信實(shí)施之前必須首先確定的問題。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，通信方式也有多種分類法。(1)按通信對象數(shù)量的不同，通信方式可分為點(diǎn)到點(diǎn)通信(即通信是在兩個對象之間進(jìn)行)、點(diǎn)到多點(diǎn)通信(一個對象和多個對象之間的通信)和多點(diǎn)到多點(diǎn)通信三種(多個對象和多個對象之間的通信)，如圖1―4(a)所示。(2)根據(jù)信號傳輸方向與傳輸時間的不同，任意兩點(diǎn)間的通信方式可分為單工通信(Simplex)：在任何一個時刻，信號只能從甲方向乙方單向傳輸，甲方只能發(fā)信，乙方只能收信。比如廣播電臺與收音機(jī)、電視臺與電視機(jī)的通信(點(diǎn)到多點(diǎn))、遙控玩具、航模(點(diǎn)到點(diǎn))、尋呼等均屬此類。圖1―4通信方式示意圖半雙工通信(Half―Duplex)：在任何一個時刻，信號只能單向傳輸，或從甲方向乙方，或從乙方向甲方，每一方都不能同時收、發(fā)信息。比如對講機(jī)、收發(fā)報(bào)機(jī)以及問詢、檢索等之間的通信。雙工通信(Full―Duplex)：在任何一個時刻，信號能夠雙向傳輸，每一方都能同時進(jìn)行收信與發(fā)信工作。比如普通電話、手機(jī)。三種通信方式如圖1―4(b)所示。(3)按通信終端之間的連接方式可劃分為兩點(diǎn)間直通方式和交換方式。直通方式是通信雙方直接用專線連接；而交換式的通信雙方必須經(jīng)過一個稱為交換機(jī)的設(shè)備才能連接起來，如電話系統(tǒng)。(4)按數(shù)字信號傳輸?shù)捻樞?，在?shù)據(jù)通信中(主要指計(jì)算機(jī)通信)，通信方式又有串行通信與并行通信之分。(5)按同步方式的不同，又分為同步通信和異步通信。1.4信息的度量1.4.1信息的度量傳輸信息是通信系統(tǒng)的根本任務(wù)。在傳輸過程中，信息是以各種具體的電信號或光信號形式表現(xiàn)出來的。為了對通信系統(tǒng)的性能與質(zhì)量進(jìn)行定量的分析、研究與評價，就需要對信息進(jìn)行度量，我們定義能夠衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常用I表示。信息是一個抽象的概念，它能否被量化并且如何量化呢？讓我們看看下面的例子，比如，“明天太陽從東邊出來”絕對沒有“明天太陽從西邊出來”對信息的受者更有吸引力；同樣，當(dāng)你聽說“有人被狗咬了”并不會感到驚奇，但若有人告訴你“一條狗被人咬了”你一定非常吃驚。這說明信息有量值可言，并且信息所包含的事件越不可發(fā)生，人們就越感興趣，信息量就越大。顯然，信息量與事件發(fā)生的概率有關(guān)，事件出現(xiàn)的概率越小，信息量就越大；必然事件的概率為1，則它傳遞的信息量就為0。據(jù)此，我們得到信息量與事件概率之間的關(guān)系式為式中，P表示某事件發(fā)生的概率，I為從該事件發(fā)生的信息中得到的信息量。另外，如果消息由若干個互相獨(dú)立的事件構(gòu)成，則該消息所含信息量等于各獨(dú)立事件所含信息量之和。我們知道，消息是信息的具體內(nèi)容，信息通過消息來承載。因此，我們通過對消息的分析就可得到其中所含的信息量。在通信領(lǐng)域，消息可分為離散消息和連續(xù)消息。由離散信息源產(chǎn)生的消息稱為離散消息，由連續(xù)信息源產(chǎn)生的消息就是連續(xù)消息。離散消息只能有有限個符號，可看成是一種具有有限個狀態(tài)的隨機(jī)序列，可以用離散型隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性來進(jìn)行描述。離散消息x所含信息量I與消息出現(xiàn)概率P(x)的關(guān)系為信息量單位的確定取決于上式中的對數(shù)底a。如果取對數(shù)的底a=2，則信息量的單位為比特(bit)；如果取e為對數(shù)的底，則信息量的單位為奈特(nit)；若取10為底，則信息量的單位稱為十進(jìn)制單位，或叫哈特萊。上述三種單位的使用場合，應(yīng)根據(jù)計(jì)算及使用的方便來決定。通常廣泛使用的單位為比特。我們先討論等概率出現(xiàn)的離散消息的度量。若要傳遞的離散消息是在M個消息中獨(dú)立地選擇其一，且認(rèn)為每個消息的出現(xiàn)概率是相同的，則可采用一個M進(jìn)制的波形進(jìn)行傳送。也就是說，傳送M個消息之一與傳送M進(jìn)制波形之一是完全等價的。在等概率出現(xiàn)時，每個波形(或每個消息)的出現(xiàn)概率為1/M，我們?nèi)?shù)底為2，則當(dāng)M=2，即二進(jìn)制時，I=1，也就是說，每個二進(jìn)制波形等概率出現(xiàn)時所含信息量是1bit。在數(shù)據(jù)通信(或數(shù)字通信)中，通常取M為2的整數(shù)冪，即M=2k，則每個波形等概率出現(xiàn)時所含信息量就是kbit。

現(xiàn)在再來考察非等概率的情況。設(shè)離散信息源是一個由n個符號組成的集合，稱符號集。符號集中的每一個符號xi在消息中是按一定概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn)的，即符號概率均為且有，則整個消息的信息量為

【例題1―1】已知二元離散信源只有“0”、“1”兩種符號，若“0”出現(xiàn)概率為1／3，求出現(xiàn)“1”所含的信息量。解由于全概率為1，因此出現(xiàn)“1”的概率為2／3。由信息量定義式可知，出現(xiàn)“1”的信息量【例題1―2】已知英文字母e和z出現(xiàn)的概率分別為0.105和0.001，求英文字母e和z的信息量。解：e的信息量

I(e)=-log20.105=3.24bit

z的信息量:

I(z)=-log20.001=9.97bit

【例題1―3】某離散信源由0，1，2，3四種符號組成，其概率均為

求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。解此消息總長為57個符號，其中0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次。由式(1―22)可求得此消息的信息量當(dāng)消息很長時，用符號出現(xiàn)概率計(jì)算信息量比較麻煩，此時用平均信息量計(jì)算較好。所謂平均信息量是指每個符號所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，因此，n個符號的離散消息的平均信息量為由于上式同熱力學(xué)中的熵的計(jì)算公式形式一樣，故通常又稱它為信息源的熵，其單位為bit／符號?！纠}1―4】求例題1―3中消息的平均信息量。解由上式可得因?yàn)橄⒂?7個符號，所以該消息所含信息量為

I=57×1.906≈108.64bit與例題1―3相比，總信息量的結(jié)果略有差異，原因在于兩者平均處理的方法不同。隨著消息中符號數(shù)的增加，這種誤差會逐漸減小。順便指出，不同的離散信息源可能有不同的熵值。無疑，我們期望熵值愈大愈好，可以證明，信息源的最大熵發(fā)生在每一個符號等慨率出現(xiàn)時，即P(xi)=1/n，最大熵值等于lbn(bit／符號)。關(guān)于連續(xù)消息的信息量可用概率密度來描述。其平均信息量為式中,f(x)是連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。我們知道，信息必須依賴于具體電信號(或光信號)的某項(xiàng)參數(shù)的變化進(jìn)行傳輸。若參數(shù)變化的速度越快，則單位時間內(nèi)信號所攜帶或傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱?。因此，人們定義一個新的物理量——信息傳輸速率來衡量信息傳輸?shù)目炻挝粫r間傳輸?shù)男畔⒘拷凶鲂畔鬏斔俾?。信息傳輸速率的單位除了基本的比?秒(常記作b/s)外，還有kb/s、Mb/s、Gb/s等，它們之間的關(guān)系為：1kb/s=1000b/s,1Mb/s=1024kb/s,1Gb/s=1024Mb/s。比如，一個周期電壓方波信號，其幅值變化的頻率為10Hz，即每秒變化10個周期，若給每個周期(兩個碼元)賦予一定的信息量，假設(shè)為2bit，則該信號傳輸?shù)男畔⑺俾蕿?0b/s(bitpersecond)；如果有另一個周期電壓信號，其幅值變化的頻率為1000Hz，同樣給每個周期賦予2bit信息量，則該信號傳輸?shù)男畔⑺俾示蜑?000b/s。1.5主要性能指標(biāo)如前所述，根據(jù)各種不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，通信系統(tǒng)多種多樣。那么如何評價一個通信系統(tǒng)性能的優(yōu)劣是選擇和使用一個通信系統(tǒng)所面臨的首要問題。這就需要我們找出能夠反映通信系統(tǒng)性能的各種技術(shù)指標(biāo)。然而，研究通信系統(tǒng)性能指標(biāo)是一個非常復(fù)雜的問題，包括的內(nèi)容很多，涉及到通信的有效性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)性、快速性、方便性、經(jīng)濟(jì)性以及實(shí)用維護(hù)等諸多方面。另外，很多特性之間是有矛盾的，此消彼長，如果把所有因素都考慮進(jìn)去，面面俱到，不但系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難以完成，對系統(tǒng)的評價也無法開展。而在設(shè)計(jì)和使用通信系統(tǒng)時，通信的有效性和可靠性常常是我們首要考慮的問題，因此，我們把通信的有效性和可靠性這對矛盾作為評價通信系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)。有效性和可靠性是根據(jù)對通信質(zhì)量的要求而定義出的客觀標(biāo)準(zhǔn)，但它們是抽象的，沒有可操作性，也很難量化。因此必須在通信系統(tǒng)中找到具體的、可以操作且能夠反映有效性和可靠性的參數(shù)或指標(biāo)。對于模擬通信系統(tǒng)，有效性常用系統(tǒng)的傳輸頻帶寬度來衡量，而可靠性則用接收端最終輸出的信噪比來評價。系統(tǒng)的傳輸帶寬主要取決于兩個方面，一是傳輸介質(zhì)，二是對信號的處理方式。通常傳輸介質(zhì)的帶寬都比較大，完全能夠滿足傳輸要求，系統(tǒng)的帶寬主要由對信號的處理方式?jīng)Q定。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，用信息傳輸速率(比特率)來衡量系統(tǒng)的有效性。數(shù)字通信系統(tǒng)通常傳輸?shù)氖且?、1表示的脈沖序列。每一個表示0或1的脈沖稱為一個碼元。我們定義單位時間傳輸?shù)拇a元個數(shù)為碼元傳輸速率，其單位為波特(Baud)，故也常常稱為波特率。（傳碼率）比如一個系統(tǒng)1秒鐘傳送了1200個二進(jìn)制碼元，其波特率就是1200Baud。波特率僅僅告訴我們系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號的能力，我們還不知其傳輸信息的多少。因此，我們再定義一個信息傳輸速率：單位時間傳輸?shù)男畔⒘?。（傳信率）由于信息量的單位是比特，因此信息傳輸速率也稱為比特率。通常，對于0、1等概率出現(xiàn)的二進(jìn)制數(shù)字信號，我們規(guī)定一個碼元攜帶一比特的信息量，則二進(jìn)制數(shù)字信號的碼元速率和信息速率在數(shù)值上相等在數(shù)字通信系統(tǒng)中有可能不采用二進(jìn)制信號，而采用多進(jìn)制(M進(jìn)制)信號(通常M取2的各次冪，比如4、8、16等)進(jìn)行傳輸，那么在傳輸多進(jìn)制信號時就需要多種碼元。但對于多進(jìn)制信號的每一種碼元我們都可用多位二進(jìn)制信號表示(編碼)，比如四進(jìn)制信號(有4個不同的碼元狀態(tài)見圖）每個碼元狀態(tài)都可用2位二進(jìn)制信號表示，八進(jìn)制信號(有8個不同的狀態(tài))的一個狀態(tài)可用3位二進(jìn)制信號表示。四進(jìn)制信號示意圖如果還用一個二進(jìn)制碼元表示1bit信息量的話，則一個四進(jìn)制信號的碼元就包含2bit的信息量，一個八進(jìn)制信號的碼元就包含3bit的信息量?？梢妭鬏敹噙M(jìn)制信號可以在波特率不變的情況下提高比特率。比如波特率還是1200Bad的通信系統(tǒng)，現(xiàn)改為傳輸四進(jìn)制信號，則其信息傳輸速率就為2400b/s，比二進(jìn)制信號提高了一倍。由此我們得到波特率、比特率與數(shù)制三者之間的關(guān)系Rb=RBlbM

式中,Rb為信息傳輸速率(b/s)；RB為碼元傳輸速率(Baud)；M為采用信號的進(jìn)制數(shù)。

數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性用差錯率衡量。差錯率包括兩個內(nèi)容：誤碼率和誤信率。誤碼率指錯誤接收的碼元數(shù)在傳輸?shù)目偞a元數(shù)中所占的比例?；蛘哒f是碼元在傳輸中被傳錯的概率。用下式表示：誤碼率(Ps)=錯誤的碼元數(shù)/傳輸?shù)目偞a元數(shù)誤信率也稱誤比特率，它是指接收錯誤的信息量在傳輸總信息量中所占的比例。即信息量在傳輸中被丟失的概率。用下式表示：誤信率(Pb)=錯誤的比特?cái)?shù)/傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)

2.1引言通信過程是有用信號通過通信系統(tǒng)的過程,在這一過程中常伴有噪聲的傳輸.分析與研究通信系統(tǒng),離不開對信號和噪聲的分析.通信系統(tǒng)中的信號通常具有某種隨機(jī)性.他們的某個或幾個參數(shù)不能預(yù)知或不能完全預(yù)知.如果能預(yù)知,通信就失去了意義隨機(jī)信號:具有隨機(jī)性的信號通信系統(tǒng)中必然遇到噪聲,是不能預(yù)測的.凡是不能預(yù)測的噪聲統(tǒng)稱為隨機(jī)噪聲,簡稱為噪聲.從統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的角度看隨機(jī)信號和噪聲統(tǒng)稱為隨機(jī)過程.統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)中有關(guān)隨機(jī)過程的理論可以運(yùn)用到隨機(jī)信號和噪聲的分析中來2.2隨機(jī)過程的一般表述通信過程中的隨機(jī)信號和噪聲可歸納為依賴于時間參數(shù)t的隨機(jī)過程.這種隨機(jī)過程的基本特征是:它是時間的函數(shù),但在任一時刻上觀察到的值卻是不確定的,是一個隨機(jī)變量或者它可以看成是隨機(jī)實(shí)驗(yàn)的可能出現(xiàn)的§(t)函數(shù),存在一個由全部可能實(shí)現(xiàn)構(gòu)成的總體,每個實(shí)現(xiàn)都是一個確定的時間函數(shù),而隨機(jī)性就體現(xiàn)在出現(xiàn)哪一個實(shí)現(xiàn)是不確定的.例如有N臺性能完全相同的通信機(jī),工作條件相同,用N部記錄儀同時記錄他們的輸出噪聲N部通信機(jī)的噪聲輸出記錄從數(shù)學(xué)的角度隨機(jī)過程§(t)的定義:設(shè)隨機(jī)試驗(yàn)E的可能結(jié)果為§(t),試驗(yàn)的樣本空間S為｛x1(t),x2(t),…xi(t)…｝xi(t):第i個樣本函數(shù)(實(shí)現(xiàn))每次試驗(yàn)后,§(t)取空間S中的某一樣本函數(shù)稱此§(t)為隨機(jī)函數(shù)當(dāng)t代表時間量時,稱此§(t)為隨機(jī)過程隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性的表述概率分布（分布函數(shù)、概率密度函數(shù)）數(shù)字特征（數(shù)學(xué)期望、方差、相關(guān)函數(shù)）一維分布函數(shù)：設(shè)§(t)表示一個隨機(jī)過程，則在任一時刻t1

上§(t1)是一個隨機(jī)變量，稱F1（x1,t1)=P｛§(t1)≤x1

｝為§(t)的一維分布函數(shù)即隨機(jī)過程§(t)在t1時刻所對應(yīng)的隨機(jī)變量§(t1)的分布函數(shù)如果存在?F1（x1,t1)/?x1=f1（x1,t1)則稱f1（x1,t1)為§(t)的一維概率密度函數(shù)§(t)的n維分布函數(shù)Fn（x1,x2，…xn

；t1，t2，…tn)=P｛§(t1)≤x1,§(t2)≤x2,…§(tn)≤xn

｝如果存在?Fn（x1,x2，…xn;t1，t２，…tn)/?x1,?x2,…?xn=fn（x1,x2,…xn,t1，t２…tn)則稱fn（x1,x2,…xn,t1，t２…tn)為§(t)的n維概率密度函數(shù)N越大，用n維概率密度函數(shù)或n維分布函數(shù)描述§(t)的統(tǒng)計(jì)特性越充分隨機(jī)過程§(t)的數(shù)字特征數(shù)學(xué)期望：Ｅ〔§(t)〕＝

Ｅ〔§(t)〕＝是隨機(jī)過程的所有樣本函數(shù)在時刻t的函數(shù)值的平均值，也稱隨機(jī)過程的均值表示了隨機(jī)過程§(t)在每個時刻的波動中心，反映了隨機(jī)過程的一維統(tǒng)計(jì)特性一般情況下，它是時間的函數(shù)方差：可記為也稱均方值，是隨機(jī)過程的所有樣本函數(shù)在時刻t與均值偏離量的平方的統(tǒng)計(jì)平均，是一維統(tǒng)計(jì)特性，總是正數(shù)，一般情況也是時間t的函數(shù)衡量隨機(jī)過程任意兩時刻上獲得的隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)相關(guān)特性時，常用協(xié)方差函數(shù)和相關(guān)函數(shù)來表示。衡量同一過程的相關(guān)程度，又稱為自協(xié)方差函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)自協(xié)方差函數(shù):B(t1,t2)描述了隨機(jī)過程§(t)在任意兩個時刻t1和t2，相對均值的起伏量之間的相關(guān)程度自協(xié)方差函數(shù):B(t1,t2)是二維概率密度函數(shù)自相關(guān)函數(shù)：R（t1,t2)§(t1)、§(t2)是隨機(jī)過程§(t)在任意兩個時刻t1和t2上的兩個隨機(jī)變量是二維概率密度函數(shù)

自協(xié)方差函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)體現(xiàn)了隨機(jī)過程的二維統(tǒng)計(jì)特性自協(xié)方差函數(shù)與自相關(guān)函數(shù)的關(guān)系：相關(guān)系數(shù)ρ(t1、t2)表示在任意兩個時刻t1、t2上的兩個變量§(t1)、§(t2)的相關(guān)程度ρ(t1、t2)＝0，B(t1、t2)＝0表明§(t1)、§(t2)不相關(guān)2.3平穩(wěn)隨機(jī)過程是隨機(jī)過程中非常重要的過程之一，它具有許多突出的特性，并且提供了一類分析問題的方法，許多非平穩(wěn)隨機(jī)過程可以化為局部平穩(wěn)過程來分析，實(shí)際中我們關(guān)心的通信信號正是采用了這樣的分析方法和思路平穩(wěn)隨機(jī)過程:是指它的任何n維分布函數(shù)或概率密度函數(shù)與時間起點(diǎn)無關(guān).即一個隨機(jī)過程§(t)，如果在時域上時移τ，而其統(tǒng)計(jì)特性不變，則稱之為嚴(yán)格的平穩(wěn)隨機(jī)過程（或狹義平穩(wěn)過程）即對于任意的正整數(shù)n和任意的實(shí)數(shù)t1,t2,..tn,τ,隨機(jī)過程§(t)的n維概率密度函數(shù)滿足:稱§(t)是平穩(wěn)隨機(jī)過程平穩(wěn)隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性將不隨時間的推移而不同，它的一維分布與t無關(guān)，二維分布只與時間間隔τ有關(guān)平穩(wěn)隨機(jī)過程的數(shù)字特征：數(shù)學(xué)期望與t無關(guān)，為α自相關(guān)函數(shù)只與時間間隔τ有關(guān)如何判斷隨機(jī)過程是否平穩(wěn)：如果一個隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)期望與時間t無關(guān)，而其相關(guān)函數(shù)只與時間間隔τ有關(guān)，則稱這個隨機(jī)過程是寬平穩(wěn)的或廣義平穩(wěn)的平穩(wěn)隨機(jī)過程有一個非常有用的特性---各態(tài)歷經(jīng)性各態(tài)歷經(jīng)性：從隨機(jī)過程中得到的任一實(shí)現(xiàn)，好象它經(jīng)歷了隨機(jī)過程的所有可能狀態(tài)?；蛘哒f平穩(wěn)隨機(jī)過程的各個樣本函數(shù)都同樣經(jīng)歷了隨機(jī)過程的所有可能狀態(tài)。因此平穩(wěn)隨機(jī)過程的數(shù)字特征，完全可由隨機(jī)過程中的任一實(shí)現(xiàn)的數(shù)字特征來決定隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)期望（統(tǒng)計(jì)平均），可以由任一實(shí)現(xiàn)的時間平均來代替隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)，也可以有“時間平均”來代替“統(tǒng)計(jì)平均”設(shè)平穩(wěn)隨機(jī)過程§(t)的一次試驗(yàn)樣本函數(shù)為x(t)，則其統(tǒng)計(jì)平均可以用如下的時間平均來代替平穩(wěn)隨機(jī)過程§(t)數(shù)學(xué)期望的時間平均表示為：與時間無關(guān)平穩(wěn)隨機(jī)過程§(t)方差的時間平均表示為：與時間無關(guān)平穩(wěn)隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)時間平均表示為：與時間起點(diǎn)無關(guān)即平穩(wěn)隨機(jī)過程§(t)有：注意只有平穩(wěn)隨機(jī)過程才可能具有各態(tài)歷經(jīng)性2.4平穩(wěn)隨機(jī)過程的相關(guān)函數(shù)與功率譜密度1、相關(guān)函數(shù)設(shè)§(t)為實(shí)平穩(wěn)隨機(jī)過程，它的自相關(guān)函數(shù)的主要性質(zhì)有：§(t)的平均功率是隨機(jī)信號的方均值，表示了信號在1?電阻上的平均功率R(τ)=R(-τ)R(τ)是偶函數(shù)

R(τ)的上界

§(t)的直流功率方差、§(t)的交流功率2、頻譜特性對于確定信號,我們常在時域和頻域中來分析、討論問題。確定信號的自相關(guān)函數(shù)與其功率譜之間是一對傅立葉變換對對于隨機(jī)信號，是否也有其對應(yīng)關(guān)系對于確定功率信號（或稱功率有限信號）f(t),它的功率譜密度PS（ω)FT(ω)是f(t)的截短函數(shù)fT(t)的頻譜函數(shù)功率信號f(t)及其截短函數(shù)fT(t)對于功率型的平穩(wěn)隨機(jī)過程，它的每一個實(shí)現(xiàn)也將是功率信號每一個實(shí)現(xiàn)的功率譜也可以由上式表示但是，隨機(jī)過程中哪一個實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)是不能預(yù)知的因此，某一個實(shí)現(xiàn)的功率譜密度不能作為過程的功率譜密度過程的功率譜密度是每一個可能實(shí)現(xiàn)的功率譜的統(tǒng)計(jì)平均設(shè)§(t)的功率譜密度為Pξ（ω)§(t)的某一實(shí)現(xiàn)的截短函數(shù)ξ

T(t)ξ

T(t)與FT(ω)是一對傅立葉變換對則令t=t2,則dt=dt2;τ=t1-t2,dt1=dτ積分區(qū)間可以分為τ>0，

τ<0所以2.5高斯過程高斯過程又稱正態(tài)隨機(jī)過程,是一種普遍存在和重要的隨機(jī)過程通信信道中的噪聲,通常是一種高斯過程,故又稱為高斯噪聲高斯過程§(t),指它的n維概率密度函數(shù)又下式表示:正態(tài)隨機(jī)過程中的一維分布若隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)可表示成則稱§為服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量f(x)0αxf(x)對稱于x=α這條直線f(α+x)=f(α-x)f(x)在α處達(dá)到極大值

當(dāng)α=0，σ=1時稱這種正態(tài)分布為標(biāo)準(zhǔn)化的正態(tài)分布函數(shù)一維分布函數(shù)：概率積分函數(shù)：正態(tài)分布函數(shù)可以用概率積分函數(shù)令則正態(tài)分布函數(shù)常用誤差函數(shù)的形式表示誤差函數(shù)補(bǔ)誤差函數(shù)若x≥α則令若x≤α則令概率積分函數(shù)與誤差函數(shù)的關(guān)系則若x≥α若x≤α2.6窄帶隨機(jī)過程窄帶是指頻譜均被限制在載波或某中心頻率附近一個窄的頻帶上,而這個中心頻率離開零頻率又相當(dāng)遠(yuǎn)如果這時的信號或噪聲是一個隨機(jī)過程,則稱它們?yōu)檎瓗щS機(jī)過程在通信系統(tǒng)中,許多實(shí)際信號和噪聲都滿足窄帶的假設(shè)窄帶波形的頻譜及示意波形窄帶隨機(jī)過程可表示：是窄帶隨機(jī)過程§(t)的包絡(luò)函數(shù)、隨機(jī)相位函數(shù)，其變化比載波緩慢的多。窄帶隨機(jī)過程也可表示為同相分量與正交分量的形式同相分量正交分量統(tǒng)計(jì)特性討論均值為零的平穩(wěn)高斯窄帶過程的得討論§(t)的自相關(guān)函數(shù)其中因§(t)是平穩(wěn)的，故要求上式的右邊與時間無關(guān)，僅與τ有關(guān)。令t=0自相關(guān)函數(shù)可寫為：這時，顯然要求下式恒等此時，同理令可求得比較兩式要使這兩式同時成立，應(yīng)有由相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)知則是τ的奇函數(shù)同理說明不相關(guān)或統(tǒng)計(jì)獨(dú)立再比較兩式得即方差相同再看窄帶隨機(jī)過程的表示當(dāng)t1=0時當(dāng)時§(t)是高斯過程，故§c(t1),§s(t2)也是高斯的隨機(jī)變量，則§c(t1),§s(t2)也是高斯過程總結(jié)一個均值為零的窄帶平穩(wěn)隨機(jī)過程，它的同相分量§c(t)和正交分量§s(t)同樣是平穩(wěn)隨機(jī)過程，而且均值都為零，方差也相等，在同一時刻上得到的§c，§s是不相關(guān)的或統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的包絡(luò)的一維分布是瑞利分布，相位的一維分布是均勻分布理想的寬帶過程白噪聲：功率譜密度在整個頻域內(nèi)都是均勻分布的噪聲。即n0是常數(shù)，單位“瓦/赫”（W/Hz)自相關(guān)函數(shù)白噪聲的自相關(guān)函數(shù)僅在τ=0時才不為零，對其他任意的τ都為零即白噪聲只有在τ=0時才相關(guān)，它在任意兩個時刻上的隨機(jī)變量都是不相關(guān)的白噪聲被限制在（-f0,f0）之內(nèi)，稱為帶限白噪聲白噪聲與帶限白噪聲的相關(guān)函數(shù)與譜密度2.7正弦波加窄帶高斯過程是通信中常遇到的又一種情況混合信號的形式:正弦波加窄帶高斯過程的包絡(luò)概率密度函數(shù)是瑞利分布相位概率密度函數(shù)根據(jù)通信的概念，信號必須依靠傳輸介質(zhì)傳輸，所以傳輸介質(zhì)被定義為狹義信道。另一方面，信號還必須經(jīng)過很多設(shè)備(發(fā)送機(jī)、接收機(jī)、調(diào)制器、解調(diào)器、放大器等)進(jìn)行各種處理，這些設(shè)備顯然也是信號經(jīng)過的途徑，因此，把傳輸介質(zhì)(狹義信道)和信號必須經(jīng)過的各種通信設(shè)備統(tǒng)稱為廣義信道3.2信道定義廣義信道:調(diào)制信道、編碼信道圖３．１調(diào)制信道與編碼信道３．３信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道模型

特性：1、有一對（或多對）輸入端和一對（或多對）輸出端2、信道是線性的，滿足疊加原理3、信道有一定的遲延時間，有損耗4、即使沒有信號輸入，輸出端仍有一定的功率輸出（噪聲）對二對端的信號模型，輸入與輸出的關(guān)系：

eo(t)=f〔ei(t)〕+n(t)ei(t):輸入的已調(diào)信號eo(t)：信道總輸出波形n(t)；加性噪聲（加性干擾）f〔ei(t)〕：已調(diào)信號通過網(wǎng)絡(luò)所發(fā)生的變換如果f〔ei(t)〕=k(t)ei(t)k(t)依賴于網(wǎng)絡(luò)的特性，對ei(t)來說是一種干擾（乘性干擾）上式可以表示為：eo(t)=f〔ei(t)〕+n(t)eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)為二對端信道的一種數(shù)學(xué)模型總結(jié)信道對信號的影響：乘性干擾加性干擾使已調(diào)信號發(fā)生模擬性的變化通常乘性干擾是一個復(fù)雜的函數(shù)，它可能包括各種線性畸變、非線性畸變，同時由于信道的遲延、損耗特性隨時間作隨機(jī)變化，故k(t)只能用隨機(jī)過程表示。經(jīng)大量觀察表明，有些信道的k(t)基本不隨時間變化，即信道對信號的影響是固定的或變化極為緩慢，這類信道稱為恒定參數(shù)信道。有些信道的k(t)是隨機(jī)快變化的，這類信道稱為隨機(jī)參量信道。編碼信道模型（數(shù)字信道）對信號的影響是一種數(shù)字序列的變換用數(shù)字的轉(zhuǎn)移概率來描述二進(jìn)制編碼信道模型四進(jìn)制編碼信道模型3.4恒參信道舉例恒參信道是由架空明線、電纜、中長波地波傳播，超短波及微波視距傳播，人造為心衛(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)成的信道一、有線電信道通常指雙絞線、同軸電纜、架空明線、多芯電纜和光纖。雙絞線又稱為雙扭線，它是由若干對且每對有兩條相互絕緣的銅導(dǎo)線按一定規(guī)則絞合而成。采用這種絞合結(jié)構(gòu)是為了減少對鄰近線對的電磁干擾。為了進(jìn)一步提高雙絞線的抗電磁干擾能力，還可以在雙絞線的外層再加上一個用金屬絲編織而成的屏蔽層雙絞線示意圖同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)線銅質(zhì)芯線(單股實(shí)心線或多股絞合線)、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護(hù)塑料外層所組成(如圖所示)。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)使其具有高帶寬和較好的抗干擾特性，并且可在共享通信線路上支持更多的點(diǎn)。按特性阻抗數(shù)值的不同，同軸電纜又分為兩種，一種是50Ω的基帶同軸電纜，另一種是75Ω的寬帶同軸電纜。同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖光纖(OpticalFiber)

光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)是光纖通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)。由于可見光的頻率非常高，約為108MHz的量級，因此，一個光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它各種傳輸介質(zhì)的帶寬，是目前最有發(fā)展前途的有線傳輸介質(zhì)。光纖呈圓柱形，由芯、封套和外套三部分組成(如圖所示)。芯是光纖最中心的部分，它由一條或多條非常細(xì)的玻璃或塑料纖維線構(gòu)成，每根纖維線都有它自己的封套。由于這一玻璃或塑料封套涂層的折射率比芯線低，因此可使光波保持在芯線內(nèi)。環(huán)繞一束或多束有封套纖維的外套由若干塑料或其它材料層構(gòu)成，以防止外部的潮濕氣體侵入，并可防止磨損或擠壓等傷害。光纖結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)光纖傳輸數(shù)據(jù)模式的不同，它可分為多模光纖和單模光纖兩種。多模光纖意指光在光纖中可能有多條不同角度入射的光線在一條光纖中同時傳播,如圖(a)所示。這種光纖所含纖芯的直徑較粗。單模光纖意指光在光纖中的傳播沒有反射，而沿直線傳播,如圖(b)所示。這種光纖的直徑非常細(xì)，就像一根波導(dǎo)那樣，可使光線一直向前傳播。這兩種光纖的性能比較見表1―1。兩種光纖傳輸示意圖單模光纖與多模光纖的比較光纖不易受電磁干擾和噪聲影響，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，而且具有很好的保密性能。但是，光纖的銜接、分岔比較困難，一般只適應(yīng)于點(diǎn)到點(diǎn)或環(huán)形連接。FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口)就是一種采用光纖作為傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)架空明線，即在電線桿上架設(shè)的互相平行而絕緣的裸線，它是一種在20世紀(jì)初就已經(jīng)大量使用的通信介質(zhì)。架空明線安裝簡單，傳輸損耗比電纜低，但通信質(zhì)量差，受氣候環(huán)境等影響較大并且對外界噪聲干擾比較敏感，因此，在發(fā)達(dá)國家中早已被淘汰，在許多發(fā)展中國家中也已基本停止了架設(shè)，但目前在我國一些農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)或受條件限制的地方仍有不少架空明線在工作著二、無線電視距中繼是指工作頻率在超短波和微波波段時電磁波基本上沿視線傳播，通信距離依靠中繼方式延伸的無線電線路。相鄰中繼站間距離：40—50Km無線電中繼信道的構(gòu)成三、衛(wèi)星中繼信道是無線電中繼的一種特殊形式由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下構(gòu)成行線路3.5恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺缹π盘杺鬏數(shù)挠绊懯谴_定的、或者是變化極其緩慢等效于一個非時變的線性網(wǎng)絡(luò)利用信號通過線性系統(tǒng)的分析方法，可求得已調(diào)信號通過恒參信道的變化規(guī)律網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性：幅頻特性、相頻特性一、幅度—頻率畸變（頻率失真）是由有線電話信道的幅度—頻率特性不理想引起的.信道中存在線圈、分布電容、電感等音頻電話信道的相對衰耗為了減小幅度—頻率畸變，在設(shè)計(jì)總的電話信道傳輸特性是，一般都要求把幅度—頻率畸變控制在一個允許的范圍內(nèi)不均勻衰耗必然使信號的幅度隨頻率發(fā)生畸變，引起信號波形的失真二、相位—頻率畸變是指信道的相位—頻率特性偏離線性關(guān)系引起的畸變。在信道頻帶的邊緣畸變更為嚴(yán)重，主要來源于信道中的各種濾波器信道的相位—頻率特性常采用群遲延—頻率特性來衡量群遲延—頻率特性：是相位—頻率特性對頻率的導(dǎo)數(shù)相位—頻率特性：φ(?)群遲延—頻率特性:τ(?)τ(?)=dφ(?)/d?如果φ(?)--?呈線性關(guān)系τ(?)–?是一條水平直線此時信號的不同頻率成分有相同的群遲延，信號經(jīng)過傳輸后不會發(fā)生畸變理想的相位---頻率特性及群遲延特性實(shí)際的信道特性：當(dāng)非單一頻率的信號通過這信道時，信號中的不同頻率分量將有不同的群遲延是原信號，即未經(jīng)遲延的信號，由基波、三次諧波組成，其幅度比2；13.6隨參信道舉例一、短波電離層反射信道短波是指波長為100—10m（頻率為3—30MHz）的無線電波可沿地表面?zhèn)鞑?---地波傳播可由電離層反射傳播----天波傳播電離層是指離地面高60—600Km的大氣層，由分子、原子、離子、自由電子組成在短波電離層反射信道中，會引起多徑傳播，主要原因有：電波經(jīng)電離層的一次反射和多次反射幾個反射層高度不同電離層不均勻引起的漫射現(xiàn)象地球磁場引起的電磁波束分裂成尋常波與非尋常波對流層散射信道是一種超視距的傳播信道對流層是離地面10—12Km以下的大氣層在對流層中，由于大氣湍流運(yùn)動等原因產(chǎn)生了不均勻性，引起電波的散射3.7隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道的傳輸媒質(zhì)的特點(diǎn)1、對信號的衰耗隨時間而變化2、傳輸?shù)臅r延隨時間而變3、多徑傳播3.9信道的加性噪聲噪聲是我們生活中出現(xiàn)頻率頗高的一個詞，也是通信領(lǐng)域中與信號齊名的高頻度術(shù)語。但通信領(lǐng)域中所謂的噪聲不同于我們所熟悉的以音響形式反映出來的各種噪聲(如交通噪聲、風(fēng)聲、雨聲、人們的吵鬧聲、建筑工地的機(jī)器轟鳴聲等等)，它其實(shí)是一種不攜帶有用信息的電信號，是對有用信號以外的一切信號的統(tǒng)稱。概括地講，不攜帶有用信息的信號就是噪聲。顯然，噪聲是相對于有用信號而言的，一種信號在某種場合是有用信號，而在另一種場合就有可能是噪聲。根據(jù)來源的不同，噪聲可分為自然噪聲、人為噪聲和內(nèi)部噪聲。自然噪聲是指存在于自然界的各種電磁波，如閃電、雷暴及其它宇宙噪聲。人為噪聲來源于人類的各種活動，如電焊產(chǎn)生的電火花、車輛或各種機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的電磁波和電源的波動，尤其是為某種目的而專門設(shè)置的干擾源(如上述的電子對抗)。內(nèi)部噪聲指通信系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部由元器件本身產(chǎn)生的熱噪聲、散彈噪聲及電源噪聲等。根據(jù)噪聲的表現(xiàn)形式可分為單頻噪聲、脈沖噪聲和起伏噪聲。(1)單頻噪聲是一種以某一固定頻率出現(xiàn)的連續(xù)波噪聲，如50Hz的交流電噪聲。(2)脈沖噪聲是一種隨機(jī)出現(xiàn)的無規(guī)律噪聲，如閃電、車輛通過時產(chǎn)生的噪聲。(3)起伏噪聲主要是內(nèi)部噪聲，而且是一種隨機(jī)噪聲，對它的研究必須運(yùn)用概率論和隨機(jī)過程知識。元器件本身產(chǎn)生的熱噪聲、散彈噪聲都可看成是無數(shù)獨(dú)立的微小電流脈沖的疊加，它們是服從高斯分布的，即熱噪聲、散彈噪聲都是高斯過程。為研究方便，我們稱這類噪聲為高斯噪聲。

除了用概率分布描述噪聲的特性外，還可用功率譜密度加以描述。若噪聲的功率譜密度在整個頻率范圍內(nèi)都是均勻分布的，即稱其為白噪聲。原因是其譜密度類似于光學(xué)中包含所有可見光光譜的白色光光譜。不是白色噪聲的噪聲稱為帶限噪聲或有色噪聲。通常把統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布、功率譜密度均勻分布的噪聲稱為高斯白噪聲。3.10信道容量的概念一、離散信道的信道容量離散信道的模型：無噪聲信道有噪聲信道信道無噪聲時，輸入與輸出一一對應(yīng)有噪聲信道，輸入與輸出不存在一一對應(yīng)關(guān)系當(dāng)輸入一個x1時。輸出可能是y1，也可能是y2輸入與輸出成為隨機(jī)對應(yīng)關(guān)系，不過它們之間具有一定的統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)在有噪聲的信道中發(fā)送符號xi而收到符號yj時所獲得的信息量：等于未發(fā)符號前對xi的不確定程度減去收到符號yi后對xi的不確定程度發(fā)送xi收到y(tǒng)i時所獲得的信息量＝P(xi)是未發(fā)符號前xi出現(xiàn)的概率P(xi/yj)是收到y(tǒng)j而發(fā)送為xi的條件概率對xi和yj取統(tǒng)計(jì)平均，即對所有發(fā)送xi收到y(tǒng)i取平均則平均信息量/符號＝H(x)：表示發(fā)送的每個符號的平均信息量H(x/y)：當(dāng)輸出符號已知時輸入信號的平均信息量，或發(fā)送符號在有噪聲的信道中傳輸平均丟失的信息量對信道傳輸信息的能力，用信息傳輸速率表述是指信道在單位時間內(nèi)所傳送的平均信息量。用R表示是單位時間內(nèi)信息源發(fā)出的平均信息量或稱信息源的信息速率是單位時間內(nèi)對發(fā)x而收到y(tǒng)的條件平均信息量設(shè)單位時間傳送的符號數(shù)為r,則說明有噪聲信道中的信息傳輸速率等于每秒鐘內(nèi)信息源發(fā)送的信息量與由信道不確定性而引起丟失的那部分信息量之差。顯然，無噪聲時，信道傳輸信息量的速率等于信息源的信息速率。即如果噪聲很大時信道傳輸信息的速率為以上分析可以看出，信道傳輸信息的速率與單位時間傳送的符號數(shù)目、信息源的概率分布以及信道干擾的概率分布有關(guān)。對某一個給定的信道，干擾的概率分布應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是確定的，信息源的概率分布不同，信道傳輸信息的速率也不同。一個信道的傳輸能力應(yīng)該以這個信道最大可能的傳輸信息的速率來度量因此、信道容量可以定義為：信道傳輸信息的速率的最大值稱為信道容量C即max是表示對所有可能的輸入概率分布來說的最大值二、連續(xù)信道的信道容量假設(shè)信道的帶寬為B（HZ），信道輸出的信號功率為S（W)，輸出加性帶限高斯白噪聲功率為N(W)則該信道的信道容量為：上式是信息論中具有重要意義的香農(nóng)(shannon)公式,表明了當(dāng)信號與作用在信道上的起伏噪聲的平均功率給定時，在具有一定頻帶寬度B的信道上，理論上單位時間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。由于噪聲功率N與信道帶寬B有關(guān)。所以，若噪聲單邊功率譜密度為n0，N=n0B因此、香農(nóng)公式的另一種形式為：當(dāng)或信道容量意味著信道無噪聲，或發(fā)送功率無窮大，所以信道容量為無窮大，顯然這在任何實(shí)際系統(tǒng)中都是無法實(shí)現(xiàn)的但這個關(guān)系提示出：若要使信道容量加大，則可以通過減小n0或增大s在理論上是可行的，那么增大帶寬，是否使信道容量趨于無窮呢？說明，信噪比一定時，即使增加信道帶寬，信道容量也是有限的，因?yàn)閹捲黾訒r，噪聲功率也增加。通常，把實(shí)現(xiàn)了上述極限信息速率的通信系統(tǒng)稱為理想通信系統(tǒng)。香農(nóng)定理只說明了理想系統(tǒng)的存在，沒有給出這種通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法注意，以上討論都是在信道噪聲為高斯白噪聲的前提下進(jìn)行的，對于其他類型的噪聲，香農(nóng)公式需要加以修正。例、電視圖像可以大致認(rèn)為由300000個小像元組成。對于一般要求的對比度，每一個像元大約取10個可辨別的亮度電平（例如對應(yīng)黑色、白色等）?，F(xiàn)假設(shè)對于任何像元，10個亮度電平是獨(dú)立等概地出現(xiàn)的，每秒發(fā)送30幀圖像，要求信噪比S/N為1000（30dB)。在這種條件下，計(jì)算傳輸上述信號所需的最小帶寬。解：每一個像元所含的信息量：每幀圖像的信息量：300000*3.32=996000bit每秒有30幀所以每秒傳送的信息量為996000*30=29.9*106bit為傳送這個信號，信道容量C至少必須等于這個信息速率4.1引言調(diào)制是通信原理中一個十分重要的概念，是一種信號處理技術(shù)。無論在模擬通信、數(shù)字通信還是數(shù)據(jù)通信中都扮演著重要角色。

那么為什么要對信號進(jìn)行調(diào)制處理？什么是調(diào)制呢？我們先看看下面的例子我們知道，通信的目的是為了把信息向遠(yuǎn)處傳遞（傳播）,那么在傳播人聲音時，我們可以用話筒把人聲變成電信號，通過擴(kuò)音機(jī)放大后再用喇叭（揚(yáng)聲器）播放出去。由于喇叭的功率比人嗓大得多，因此聲音可以傳得比較遠(yuǎn)。擴(kuò)音示意圖但如果我們還想將聲音再傳得更遠(yuǎn)一些，比如幾十千米、幾百千米，那該怎么辦？大家自然會想到用電纜或無線電進(jìn)行傳輸，但會出現(xiàn)兩個問題，一是鋪設(shè)一條幾十千米甚至上百千米的電纜只傳一路聲音信號，其傳輸成本之高、線路利用率之低,人們是無法接受的.二是利用無線電通信時，需滿足一個基本條件，即欲發(fā)射信號的波長（兩個相鄰波峰或波谷之間的距離）必須能與發(fā)射天線的幾何尺寸可比擬，該信號才能通過天線有效地發(fā)射出去（通常認(rèn)為天線尺寸應(yīng)大于波長的十分之一）。而音頻信號的頻率范圍是20Hz～20kHz，最小的波長為式中，λ為波長（m）；c為電磁波傳播速度（光速）（m/s）；f為音頻（Hz）?？梢姡獙⒁纛l信號直接用天線發(fā)射出去，其天線幾何尺寸即便按波長的百分之一取也要150米高（不包括天線底座或塔座）。因此，要想把音頻信號通過可接受的天線尺寸發(fā)射出去，就需要想辦法提高欲發(fā)射信號的頻率（頻率越高波長越短）解決方法1、是在一個物理信道中對多路信號進(jìn)行頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplex）；2、是把欲發(fā)射的低頻信號“搬”到高頻載波上去（或者說把低頻信號“變”成高頻信號）。兩個方法有一個共同點(diǎn)就是要對信號進(jìn)行調(diào)制處理。對于調(diào)制，我們給出一個概括性的定義：讓載波的某個參數(shù)（或幾個）隨調(diào)制信號（原始信號）的變化而變化的過程或方式稱為調(diào)制。而載波通常是一種用來搭載原始信號（信息）的高頻信號，它本身不含有任何有用信息。最常用和最重要的模擬調(diào)制方式：用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制常見的有：調(diào)幅（AM）、雙邊帶（DSB）、殘留邊帶（VSB）、單邊帶（SSB）、頻率調(diào)制4.2幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能一、幅度調(diào)制的原理設(shè)正弦載波s(t)=Acos(ωct+φ0)m(t):被調(diào)制信號已調(diào)制信號sm(t)=Am(t)cos(ωct+φ0)如果m(t)的頻譜為m（ω）cosωct頻譜π〔δ（ω+ωc）+δ（ω-ωc）〕sm(t)的頻譜:Sm(ω)卷積定理：說明已調(diào)信號頻譜完全是被調(diào)制信號頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡單搬移由于搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制線性調(diào)制的一般模型m(t)sm(t)cosωct適當(dāng)選擇帶通濾波器的沖激響應(yīng)，就可以得到各種線性調(diào)制信號H(t)1、雙邊帶（DSB）信號

在上圖中，如果輸入的基帶信號沒有直流分量，h(t)是理想理想低通濾波器，得到的輸出信號是無載波分量的雙邊帶信號（抑制載波的雙邊帶信號）DSB信號實(shí)質(zhì)是m(t)與載波S(t)相乘Sm(t)=m(t)cosωct

波形與頻譜抑制載波的雙邊帶調(diào)幅示意圖2、調(diào)幅（AM）信號

如果輸入的基帶信號帶有直流分量，h(t)是理想理想低通濾波器，得到的輸出信號是有載波分量的雙邊帶信號，表示為：如果滿足m0＞∣m,(t)∣max調(diào)幅（AM）信號其時域與頻域的表示為：卷積定理調(diào)幅AM示意圖3、單邊帶（SSB）信號

從上述的雙邊帶調(diào)制（AM和DSB）中可知，上下兩個邊帶是完全對稱的，即兩個邊帶所包含的信息完全一樣。那么在傳輸時，實(shí)際上只傳輸一個邊帶就可以了，而雙邊帶傳輸顯然浪費(fèi)了一個邊帶所占用的頻段，降低了頻帶利用率。對于通信而言，頻率或頻帶是非常寶貴的資源。因此，為了克服雙邊帶調(diào)制這個缺點(diǎn)，人們又提出了單邊帶調(diào)制的概念。從結(jié)果上看，單邊帶調(diào)制就是只傳送雙邊帶信號中的一個邊帶（上邊帶或下邊帶）。所以，產(chǎn)生單邊帶信號最直接的方法就是從雙邊帶信號中濾出一個邊帶信號即可。單邊帶信號的頻譜圖。圖中HSSB(ω)是單邊帶濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，即hSSB(t)的傅里葉變換。單邊帶信號頻譜示意圖若保留上邊帶，則HSSB(ω)應(yīng)具有高通特性如圖（b）所示。若保留下邊帶，則應(yīng)具有低通特性如圖（d）所示。單邊帶信號的頻譜如圖（e）所示。單邊帶調(diào)制的時域表達(dá)式以形成下邊帶的單邊帶調(diào)制為例說明它是由一個DSB信號通過理想的低通濾波器得到調(diào)幅（AM）信號的頻譜表示DSB信號的頻譜表示SSB信號的頻譜表示t>0t<0tSgn(t)1-1-ωcωc-ωcωc1單邊帶調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)：頻帶利用率比DSB調(diào)制高；普通調(diào)幅接收機(jī)不能接收SSB信號。其主要缺點(diǎn)是接收機(jī)需要復(fù)雜且精度高的自動頻率控制系統(tǒng)來穩(wěn)定本地載波的頻率和相位。另外，對于低通型調(diào)制信號（含有直流或低頻分量的信號）用濾波法的時候，要求濾波器的過渡帶非常窄，即濾波器的邊緣必須很陡峭，理想狀態(tài)是一根垂直線。在實(shí)際工程中，濾波器很難達(dá)到這樣的要求，所以，總結(jié)：用濾波器產(chǎn)生的單邊帶信號，要么頻帶不完整，要么多出一部分上邊帶（對下邊帶信號而言）或下邊帶（對上邊帶信號而言）。對于帶通型調(diào)制信號而言，只要載頻相對于調(diào)制信號最低頻率分量的頻率不要太大，濾波法就可以實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)制，否則，就必須采用多級調(diào)制的方法降低每一級調(diào)制對濾波器過渡帶的要求，從而完成SSB信號的產(chǎn)生。SSB主要用于遠(yuǎn)距離固定業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)，在特高頻散射通信、車輛和航空通信方面也有應(yīng)用。4、殘留邊帶（VSB）信號因?yàn)?，低通型調(diào)制信號由于上下邊帶的頻譜靠得很近甚至連在一起，因此用濾波器很難干凈徹底地分離出單邊帶信號，甚至得不到單邊帶信號。而在現(xiàn)實(shí)生活中，有很多情況需要傳送低通型調(diào)制信號，比如電視的圖像信號（頻帶為0～6MHz）。那么如何解決SSB中濾波器的難度問題和DSB的頻帶利用率低的矛盾呢？人們想了一個折衷的方法，既不用DSB那么寬的頻帶，也不用SSB那么窄的頻帶傳輸調(diào)制信號，而在它們之間取一個中間值，使得傳輸頻帶既包含一個完整的邊帶（上邊帶或下邊帶）,又有另一個邊帶的一部分，從而形成一種新的調(diào)制方法——?dú)埩暨厧д{(diào)制。由于殘留邊帶調(diào)制也是線性調(diào)制，也可以用線性調(diào)制器的一般模型來實(shí)現(xiàn)

m(t)sm(t)cosωct但是，濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求來設(shè)計(jì)。殘留邊帶濾波器的傳輸函數(shù)在載頻附近必須具有互補(bǔ)對稱特性H(t)討論殘留邊帶濾波器的特性設(shè)殘留邊帶濾波器的傳輸特性：H（ω）殘留邊信號的頻域表達(dá)式：確定H（ω）從接收端入手VSB信號的解調(diào)和SSB信號一樣不能用包絡(luò)檢波，而要采用相干解調(diào)法通過解調(diào)的公式推導(dǎo)說明殘留邊帶濾波器的傳輸函數(shù)在載頻附近必須具有互補(bǔ)對稱特性Sm(t)m(t)S

(t)=cosωct

相干解調(diào)組成框圖Sm(t)S

(t)的頻譜：LPFcosωct的頻譜經(jīng)LPF為了準(zhǔn)確地獲得M（ω）必須滿足ωH是基帶信號的截止角頻率VSB信號頻譜示意圖VSB濾波器互補(bǔ)特性示意圖在H

(ω+ωc)與H

(ω-ωc)的交界處,兩個曲線互補(bǔ)，使得曲線在交界處為水平直線。圖中是一個傳輸函數(shù)過渡帶的上半部分和另一個傳輸函數(shù)過渡帶的下半部分互補(bǔ)，實(shí)際上也就是一個傳輸函數(shù)過渡帶的上、下部分互補(bǔ)對稱。通常把濾波器的邊緣形狀（過渡帶）稱為滾降形狀。滿足互補(bǔ)的滾降形狀有多種，常用的是直線滾降和余弦滾降。它們分別在電視信號和數(shù)據(jù)信號的傳輸中得到應(yīng)用。我國目前的電視節(jié)目音頻信號采用調(diào)頻方法、視頻（圖像）信號采用殘留邊帶方式傳輸。二、線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

主要討論信道存在加性高斯白噪聲(AWGN)時，各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能由于加性噪聲被認(rèn)為只對信號的接收產(chǎn)生影響。調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能是利用解調(diào)器的抗噪聲能力來衡量抗噪聲能力通常用“信噪比”來度量信噪比：信號與噪聲的平均功率之比分析解調(diào)器的性能Sm(t):已調(diào)制信號n(t)：加性高斯白噪聲ni(t)：帶通型噪聲帶通濾波器是將混合在噪聲中的有用信號濾出來，同時濾除濾波器通帶外的噪聲解調(diào)器輸入端的噪聲帶寬與已調(diào)制信號的帶寬相同對于不同的調(diào)制系統(tǒng)，Sm(t)的形式不同，但解調(diào)器輸入端的噪聲形式是相同的，是帶通型噪聲，是由高斯白噪聲通過帶通濾波器得到的，通常是一個高斯窄帶噪聲，可以表示成：具有相同的平均功率討論輸入解調(diào)器的噪聲功率如果ni(t)的帶寬為B，單邊功率譜密度n0則輸入解調(diào)器噪聲的平均功率再討論解調(diào)器輸出的情況輸出信噪比對解調(diào)器的抗噪聲性能還可以用調(diào)制度增益G表示G=輸出信噪比/輸入信噪比討論各種解調(diào)器的輸入輸出信噪比，對各種調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能做比較1、DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能DSB信號的解調(diào)器采用相干解調(diào)，其模型：Sm(t)Sm(t)m0(t)n(t)ni(t)cosωctn0(t)+BPFLPF解調(diào)器輸入信號和噪聲可以單獨(dú)解調(diào)先討論信號輸入信號輸出信號經(jīng)LPF再討論噪聲解調(diào)器輸入噪聲功率：解調(diào)器輸出噪聲功率n0(t)：經(jīng)LPF輸出平均噪聲功率：討論信噪比輸入信噪比：信噪比改善了一倍采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的一個正交分量被消除的原因，抑制了噪聲結(jié)論原因2、SSB調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)方法與DSB相同，區(qū)別在BPF，SSB的BPF的帶寬是DSB的一半故計(jì)算信噪比的方法相同輸入、輸出的噪聲功率與DSB的一樣B是單邊帶的BPF的帶寬信號的平均功率則不一樣單邊帶信號：+下邊帶；-上邊帶是m(t)的所有頻率成分都相移π/2的信號以上邊帶為例，計(jì)算輸入、輸出信號的功率輸入信號功率：輸出功率：經(jīng)乘法器經(jīng)LPF

信噪比：G是DSB的一半，原因是SSB有一部分信號被濾除結(jié)論根據(jù)上述結(jié)果，不能得出DSB比SSB解調(diào)性能好的結(jié)論。因SSB信號所需帶寬僅是DSB的一半，在噪聲功率密度相同的情況下，DSB解調(diào)器的輸入噪聲功率是SSB的二倍，從而也使其輸出噪聲功率比SSB的大一倍，因此，盡管DSB的G比SSB的大，但他的實(shí)際解調(diào)性能不會優(yōu)于SSB如果解調(diào)器的輸入噪聲功率密度相同，輸入的信號功率也相同，則兩者的在解調(diào)器輸出端的信噪比是相等的。注意3、AM系統(tǒng)的性能可以用相干檢波和包絡(luò)檢波兩種方法實(shí)際中，幾乎都采用包絡(luò)檢波設(shè)解調(diào)器輸入信號為：輸入噪聲：解調(diào)器輸入的信號功率、噪聲功率：討論解調(diào)器輸出的信號功率、噪聲功率即求包絡(luò)檢波器輸出的信號功率、噪聲功率。先研究輸入端信號加噪聲的合成包絡(luò)E(t)中的信號和噪聲存在著非線性關(guān)系，分析比較困難。為使討論簡明，考慮兩種特殊情況1）大信噪比情況輸出的信號功率、噪聲功率：G隨A的減小而增加對100%的調(diào)制G=2/3

是包絡(luò)檢波器能夠得到的最大信噪比改善值2）小信噪比情況由此可見在小信噪比情況下，包絡(luò)檢波器會把有用信號擾亂成噪聲，這種現(xiàn)象通常稱為“門限效應(yīng)”：指當(dāng)包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降低到一個特定的數(shù)值后，檢波器輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象該特定的輸入信噪比被稱為“門限”這種門限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用引起的。用同步檢波解調(diào)各種線性調(diào)制信號時，由于解調(diào)過程可視為信號與噪聲分別解調(diào)，所以，解調(diào)器輸出端總是單獨(dú)存在有用信號項(xiàng)的，不存在門限效應(yīng)4.3非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理及抗噪聲性能一、非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理DSB、AM、SSB和VSB都是幅度調(diào)制，即把欲傳送的信號調(diào)制到載波的幅值上。而我們知道一個正弦型信號由幅度、頻率和相位（初相）三要素構(gòu)成，既然幅度可以作為調(diào)制信號的載體，那么其它兩個要素（參量）是否也可以承載調(diào)制信號呢？這就是我們將要介紹的頻率調(diào)制和相位調(diào)制，統(tǒng)稱為角調(diào)制，這種調(diào)制是已調(diào)信號頻譜與基帶信號頻譜之間存在著非線性變換關(guān)系，所以稱為非線性調(diào)制角度調(diào)制信號的一般表達(dá)式：ωct+φ(t)：信號的瞬時相位φ(t)：瞬時相位偏移：信號的瞬時頻率dφ(t)/dt：瞬時頻率偏移，即相對于ωc的瞬時頻率偏移相位調(diào)制：是瞬時相位偏移隨基帶信號成比例變化的調(diào)制φ(t)=Kpm(t)Kp是比例常數(shù)相位調(diào)制信號可表示為：

頻率調(diào)制：是瞬時頻率偏移隨基帶信號成比例變化的調(diào)制二、非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能主要研究頻率調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻信號的解調(diào)方法通常采用鑒頻法解調(diào)框圖如下：SFM(t)m(t)帶通限幅器鑒頻器低通濾波器調(diào)頻信號的解調(diào)方框圖解調(diào)器輸入端的信號：設(shè)它的帶寬為B，則解調(diào)器輸入端的信噪比：解調(diào)器輸出端的信噪比：由于解調(diào)器輸入波形是調(diào)頻信號和噪聲的混合波形，該波形在限幅之前可表示為：是兩個余弦波的合成，令合成波為經(jīng)限幅后，去除包絡(luò)的起伏后的波形為求ψ（t)令利用三角函數(shù)的矢量表示法，合成矢量用圖表示：正是我們所關(guān)心的解調(diào)器的輸出正比于瞬時頻率偏移利用上式求解調(diào)器的輸出是困難的只考慮兩種特殊情況1）大信噪比A》V(t)φ(t)是與信號有關(guān)的項(xiàng)與噪聲有關(guān)的項(xiàng)解調(diào)器的輸出電壓v0(t)應(yīng)與輸入信號的瞬時頻偏成正比。則有：解調(diào)器輸出的有用信號為解調(diào)器的輸出噪聲為：要求噪聲功率，必先求ns(t)的功率ni(t)是帶通型，ns(t)是解調(diào)后的低通型(0,B/2)噪聲注意dns(t)/dt是ns(t)通過理想微分電路后的輸出，所以它的功率譜密度等于ns(t)的功率譜密度乘以理想微分電路的功率傳輸函數(shù)設(shè)ns(t)的功率譜密度為Pi(ω);n,s(t)的功率譜密度為Po