01十月2023通信系統(tǒng)的主要分類03八月2023通信系統(tǒng)的主要分類1通信系統(tǒng)的主要分類課件2通信系統(tǒng)的主要分類課件3通信系統(tǒng)的主要分類課件41.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型

我們把實現(xiàn)信息傳輸所需一切設備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體稱為通信系統(tǒng)。以點對點通信為例，通信系統(tǒng)的一般模型如圖1-1所示。

1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型5圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型

圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型6圖1-1中，發(fā)送設備的作用一方面是把信息轉(zhuǎn)換成原始電信號，該原始電信號稱為基帶信號；另一方面將原始電信號處理成適合在信道中傳輸?shù)男盘枴Ｋ瓿傻墓δ芎芏啵缯{(diào)制、放大、濾波和發(fā)射等，在數(shù)字通信系統(tǒng)中發(fā)送設備又常常包含信源編碼和信道編碼等。信道是指信號傳輸通道，按傳輸媒介的不同，可分為有線信道和無線信道兩大類。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)中其它各處噪聲的集合。圖1-1中，發(fā)送設備的作用一方面是把信息轉(zhuǎn)換成原始電信號，該7在接收端，接收設備的功能與發(fā)送設備相反，即進行解調(diào)、譯碼等。它的任務是從帶有干擾的接收信號中恢復出相應的原始電信號，并將原始電信號轉(zhuǎn)換成相應的信息，提供給受信者。在接收端，接收設備的功能與發(fā)送設備相反，即進行解調(diào)、譯碼等。8通信系統(tǒng)的主要分類課件9我們以語音信號為例來說明圖1-2模擬通信系統(tǒng)模型各部分的作用。發(fā)信人講話的語音信息首先經(jīng)變換器將語音信息變成電信號（模擬信源），然后電信號經(jīng)放大設備后可以直接在信道中傳輸。為了提高頻帶利用率，使多路信號同時在信道中傳輸，原始的電信號（基帶信號）一般要進行調(diào)制才能傳輸?shù)叫诺乐腥ァＵ{(diào)制是信號的一種變換，通常是將不便于信道直接傳輸?shù)幕鶐盘栕儞Q成適合信道中傳輸?shù)男盘枺@一過程由調(diào)制器完成，經(jīng)過調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號。在收端，經(jīng)解調(diào)器和逆變換器還原成語音信息。

我們以語音信號為例來說明圖1-2模擬通信系統(tǒng)模型各部分的作用101.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型

數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)可進一步細分為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)和數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。一、數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)如圖1-3所示。圖1-3中，變換器的作用是把信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號。信源編碼的主要任務是提高數(shù)字信號傳輸?shù)挠行浴Ｐ旁淳幋a器的輸出就是信息碼元,此外，話音和圖像壓縮編碼等都是在信源編碼器內(nèi)完成。接收端信源譯碼則是信源編碼的逆過程1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳11圖1-3數(shù)字通信系統(tǒng)模型

圖1-3數(shù)字通信系統(tǒng)模型12信道編碼的任務是提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃浴Ｆ浠咀龇ㄊ窃谛畔⒋a組中按一定的規(guī)則附加一些監(jiān)督碼元，以使接收端根據(jù)相應的規(guī)則進行檢錯和糾錯，信道編碼也稱糾錯編碼。接收端信道譯碼是其相反的過程。數(shù)字通信系統(tǒng)還有一個非常重要的控制單元，即同步系統(tǒng)（圖1-3沒有畫出）。它可以使通信系統(tǒng)的收、發(fā)兩端或整個通信系統(tǒng)，以精度很高的時鐘提供定時，以使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流能與發(fā)送端同步、有序而準確地接收與恢復原信息。信道編碼的任務是提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃浴Ｆ浠咀龇ㄊ窃谛畔?3二、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)與頻帶傳輸系統(tǒng)相對應，我們把沒有調(diào)制器/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)，如圖1-4所示。圖1-4數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型

二、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)圖1-4數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型14圖1-4中基帶信號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、解密器等。三、數(shù)字通信的主要特點目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務中都得到了廣泛的應用。但是，數(shù)字通信更能適應現(xiàn)代社會對通信技術(shù)越來越高的要求，數(shù)字通信技術(shù)已成為當代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，它有如下優(yōu)點：1、抗干擾、抗噪聲性能好圖1-4中基帶信號形成器可能包括編碼器、加密器以及波形變換等15在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號。以二進制為例，信號的取值只有兩個，這樣發(fā)端傳輸?shù)暮褪斩私邮蘸团袥Q的電平也只有兩個值，若“1”碼時取值為A，“0”碼時取值為0，傳輸過程中由于信道噪聲的影響，必然會使波形失真，在接收端恢復信號時，首先對其進行抽樣判決，才能確定是“1”碼還是“0”碼，并再生“1”，“0”碼的波形。因此只要不影響判決的正確性，即使波形有失真也不會影響再生后的信號波形。而在模擬通信中，如果模擬信號疊加上噪聲后，即使噪聲很小，也很難消除它。

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號。以二進制為例，信號的162、差錯可控

數(shù)字信號在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤（差錯），可通過糾錯編碼技術(shù)來控制。3、易加密數(shù)字信號與模擬信號相比，容易加密和解密。因此，數(shù)字通信保密性好。4、數(shù)字通信設備和模擬通信設備相比，設計和制造更容易，體積更小，重量更輕。5、數(shù)字信號可以通過信源編碼進行壓縮，以減少冗余度，提高信道利用率。6、易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。2、差錯可控171.3通信系統(tǒng)分類及通信方式1.3通信系統(tǒng)分類及通信方式18通信系統(tǒng)的主要分類課件19表

1.3-1通信頻段

、

常用傳輸媒質(zhì)及主要用途

表1.3-1通信頻段、常用傳輸媒質(zhì)及主要用途204、按調(diào)制方式分類

根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘柺欠窠?jīng)過調(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)。基帶傳輸是將沒有經(jīng)過調(diào)制的信號直接傳送，如音頻市內(nèi)電話；頻帶傳輸是對基帶信號調(diào)制后再送到信道中傳輸。常用的調(diào)制方式及相關(guān)理論將在本書第3章、第6章和第8章中詳細介紹。5、按通信業(yè)務類型分類根據(jù)通信業(yè)務類型的不同，通信系統(tǒng)可分為電報通信系統(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.6、按信號復用方式分類

按信號復用方式，通信系統(tǒng)又可分為頻分復用（FDM）通信系統(tǒng)、時分復用（TDM）通信系統(tǒng)和碼分復用（CDM）通信系統(tǒng)等。4、按調(diào)制方式分類

211.3.2通信方式

1、按信息傳輸?shù)姆较蚺c時間關(guān)系劃分通信方式對于點對點之間的通信，按信息傳送的方向與時間關(guān)系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。單工通信是指信息只能單方向進行傳輸?shù)囊环N通信工作方式，如圖1-5（a）所示。單工通信的例子很多，如廣播、遙控、無線尋呼等。這里，信號只從廣播發(fā)射臺、遙控器和無線尋呼中心分別傳到收音機、遙控對象和BP機上。半雙工通信方式是指通信雙方都能收發(fā)信息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式，如圖1-5（b）所示。例如無線對講機、收發(fā)報機等都是這種通信方式。1.3.2通信方式1、按信息傳輸?shù)姆较蚺c時間關(guān)系劃分通信22全雙工通信是指通信雙方可同時進行雙向傳輸信息的工作方式，如圖1-5（c）所示。例如普通電話、計算機通信網(wǎng)絡等采用的就是全雙工通信方式。圖1-5通信方式示意圖全雙工通信是指通信雙方可同時進行雙向傳輸信息的工作方式，如圖232、按數(shù)字信號碼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，可將通信方式分為串行傳輸和并行傳輸。

并行傳輸是將代表信息的數(shù)字信號碼元序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號序列同時在信道上傳輸，則稱為并行傳輸通信方式，如圖1-6（a）所示。并行傳輸?shù)膬?yōu)點是速度快、節(jié)省傳輸時間，但需占用頻帶寬，設備復雜，成本高，故較少采用，一般適用于計算機和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設備之間的近距離通信。串行傳輸是將代表信息的數(shù)字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸，如圖1-6（b）所示。通常，一般的遠距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。2、按數(shù)字信號碼元排列方式劃分通信方式24圖1-6并行和串行通信方式圖1-6并行和串行通信方式253、按照網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)劃分通信方式通信系統(tǒng)按照網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可分為線型、星型、樹型、環(huán)型等類型。專門為兩點之間設立傳輸線的通信稱之為點對點通信。多點間的通信屬于網(wǎng)通信。網(wǎng)通信的基礎仍是點對點通信。因此，本書重點討論點對點通信的原理。

3、按照網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)劃分通信方式26

1.4信息及其度量

通信的目的在于信息的傳遞和交換。人們常將語言、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息的傳遞俗稱消息的傳遞。信息與消息在概念上相近，但信息一詞對通信來說，更貼切、更具普遍性，信息可理解為消息中所含有的特定內(nèi)容。各種各樣的消息，其中有意義的特定內(nèi)容，均可用信息一詞來表述。如鐵路系統(tǒng)運送貨物量多少采用“貨運量”（不管運送什么貨物）來度量，通信系統(tǒng)中傳輸信息的多少采用“信息量”來度量。當人們在通信中獲得消息之前，對它的特定內(nèi)容有一種“不確定性”，事件的不確定程度只能就其出現(xiàn)的概率來描述。

1.4信息及其度量通信的目的在于信息的傳遞和交換。人27信息量與消息的種類、特定內(nèi)容及重要程度無關(guān)，它僅與消息中包含的不確定度有關(guān)。也就是說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窮大；如果消息發(fā)生的概率為1（必然事件），則此消息所含的信息量為零。在信息論中，消息所含的信息量I與消息x出現(xiàn)的概率P(x)的關(guān)系式為（1.4-1）

信息量與消息的種類、特定內(nèi)容及重要程度無關(guān)，它僅與消息中包含28I代表兩種含義：當事件x發(fā)生以前，表示事件x發(fā)生的不確定性；當事件x發(fā)生以后，表示事件x所含有（或所提供）的信息量。信息量的單位由對數(shù)底的取值決定。若對數(shù)以2為底時單位是“比特”（bit—binaryunit的縮寫）；若以e為底時單位是“奈特”（nat—natureunit的縮寫）；若以10為底時單位是“哈特”（Hart—Hartley的縮寫）。通常采用“比特”作為信息量的實用單位。I代表兩種含義：當事件x發(fā)生以前，表示事件x發(fā)生的不確定性；29通信系統(tǒng)的主要分類課件30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描述。可以證明，連續(xù)消息的平均信息量（相對熵）為

（1.4-3）

式中,f(x)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。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311.5通信系統(tǒng)的主要性能指標

設計和評價一個通信系統(tǒng)，往往要涉及到許多性能指標，如系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應性、經(jīng)濟性及使用維護方便性等。這些指標可從各個方面評價通信系統(tǒng)的性能，但從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)中最主要的性能指標。所謂有效性，是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴栴}，而可靠性主要是指消息傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。在實際通信系統(tǒng)中，對有效性和可靠性這兩個指標的要求經(jīng)常是矛盾的，提高系統(tǒng)的有效性會降低可靠性，反之亦然。因此在設計通信系統(tǒng)時，對兩者應統(tǒng)籌考慮。1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標設計和評價一個通信系統(tǒng)，往往321.5.1模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標

模擬通信系統(tǒng)的有效性指標用所傳信號的有效傳輸帶寬來表征。當信道容許傳輸帶寬一定，而進行多路頻分復用時，每路信號所需的有效帶寬越窄，信道內(nèi)復用的路數(shù)就越多。顯然，信道復用的程度越高，信號傳輸?shù)挠行跃驮胶谩Ｐ盘柕挠行鬏攷捙c系統(tǒng)采用的調(diào)制方法有關(guān)。同樣的信號用不同的方法調(diào)制得到的有效傳輸帶寬是不一樣的。模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標用整個通信系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量。信噪比是信號的平均功率S與噪聲的平均功率N之比。信噪比越高，說明噪聲對信號的影響越小。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內(nèi)噪聲的大小和信號的功率有關(guān)，同時又和調(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)，但是調(diào)頻系統(tǒng)的可靠性往往比調(diào)幅系統(tǒng)好。1.5.1模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標331.5.2數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標一、有效性指標數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標用傳輸速率和頻帶利用率來表征。1、傳輸速率傳輸速率有兩種表示方法：碼元傳輸速率RB和信息傳輸速率Rb。碼元傳輸速率RB簡稱傳碼率，又稱符號速率等。它表示單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），記為B。信息傳輸速率Rb簡稱傳信率，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/秒，常用符號“bit/s”表示。1.5.2數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標34通信系統(tǒng)的主要分類課件35通信系統(tǒng)的主要分類課件36通信系統(tǒng)的主要分類課件37通信系統(tǒng)的主要分類課件38解：

依題意

則

由式（1.5-6）得系統(tǒng)的誤碼率

解：依題意

則由式（1.5-6）得系統(tǒng)的誤碼率391.6信道及其容量任何一個通信系統(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)將重點討論信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懀⒔榻B信道中加性噪聲的一般特性及信道容量的概念。1.6.1信道的定義和分類通常對信道的定義有兩種理解：一種是指信號的傳輸媒質(zhì)，如對稱電纜、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、對流層散射路徑以及光纖等，稱此種類型的信道為狹義信道。另一種是將傳輸媒質(zhì)和各種信號形式的轉(zhuǎn)換、耦合等設備都歸納在一起，包括發(fā)送設備、接收設備，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，這種范圍擴大了的信道稱為廣義信道。

1.6信道及其容量任何一個通信系統(tǒng)，均可視為由發(fā)送端、信道40廣義信道按照它包含的功能，可以劃分為調(diào)制信道與編碼信道。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，其傳輸信道可以用調(diào)制信道來定義。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)制和解調(diào)的角度來看，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)，不管其中間過程如何，只是對已調(diào)信號進行某種變換，因此可以將其視為一個整體。在研究調(diào)制、解調(diào)問題時，定義一個調(diào)制信道是非常方便的。

廣義信道按照它包含的功能，可以劃分為調(diào)制信道與編碼信道。41圖1-7調(diào)制信道和編碼信道圖1-7調(diào)制信道和編碼信道42在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果我們只關(guān)心編碼和譯碼問題，可以定義編碼信道來突出研究的重點。所謂編碼信道是指圖1-7中編碼器輸出端到譯碼器輸入端的部分。因為從編碼和譯碼的角度來看，編碼器是把信源所產(chǎn)生的消息信號變換為數(shù)字信號，譯碼器則是將數(shù)字信號恢復成原來的消息信號，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)字信號的作用，所以可以將其歸為一體來討論。圖1-7為調(diào)制信道與編碼信道的示意圖。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果我們只關(guān)心編碼和譯碼問題，可以定義編碼431.6.2信道數(shù)學模型

信道的數(shù)學模型用來表征實際物理信道的特性，它反映信道輸出和輸入之間的關(guān)系。下面我們簡要描述調(diào)制信道和編碼信道這兩種廣義信道的數(shù)學模型。

1、調(diào)制信道模型調(diào)制信道屬于模擬信道，通過對調(diào)制信道進行大量的分析研究，發(fā)現(xiàn)它具有如下共性：（1）有一對（或多對）輸入端和一對（或多對）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；（3）信號通過信道具有一定的延遲時間，而且它還會受到（固定的或時變的）損耗；1.6.2信道數(shù)學模型信道的數(shù)學模型用來表征實際物理信道44圖1-8調(diào)制信道模型（4）即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的輸出（噪聲）。根據(jù)以上幾條性質(zhì)，調(diào)制信道可以用一個線性時變網(wǎng)絡來表示，如圖1-8所示。圖1-8調(diào)制信道模型（4）即使沒有信號輸入，在信道的輸45通信系統(tǒng)的主要分類課件46由以上分析可見，信道對信號的影響可歸納為兩點：一是乘性干擾k(t)；二是加性干擾n(t)。如果了解和的特性，則信道對信號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k(t)和n(t)。通常，把前面提到的架空明線、電纜、波導、中長波地波傳播、超短波及微波視距傳播、衛(wèi)星中繼、光導纖維以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；而將短波電離層反射，超短波流星余跡散射，超短波及微波對流層散射，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)成的信道稱為隨參信道。由以上分析可見，信道對信號的影響可歸納為兩點：一是乘性干擾k472、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。它與調(diào)制信道模型有明顯的不同：調(diào)制信道對信號的影響是通過和使信號的模擬波形發(fā)生變化。而編碼信道對信號的影響則是一種數(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。在常見的二進制數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，編碼信道的簡單模型如圖1-9所示。

2、編碼信道模型在常見的二進制數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，編碼信道的簡單48圖1-9二進制編碼信道模型

圖1-9二進制編碼信道模型49圖1-9的模型中，P(0)和P(1)分別表示發(fā)送“0”符號和“1”符號的先驗概率，P(0/0)與P(1/1)是正確轉(zhuǎn)移的概率，而P(1/0)與P(0/1)是錯誤轉(zhuǎn)移的概率。信道噪聲越大將導致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯誤越多，錯誤轉(zhuǎn)移條件概率P(1/0)與P(0/1)也就越大；反之，錯誤轉(zhuǎn)移條件概率P(1/0)與P(0/1)就越小。信道輸出總的錯誤概率為Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)（1.6-3）

由概率論的性質(zhì)可知P(0/0)+P(1/0)=1P(1/1)+P(0/1)=1轉(zhuǎn)移概率完全由編碼信道的特性決定，一個特定的編碼信道就會有其相應確定的轉(zhuǎn)移概率關(guān)系。而編碼信道的轉(zhuǎn)移概率一般需要對實際信道做大量的統(tǒng)計分析才能得到。圖1-9的模型中，P(0)和P(1)分別表示發(fā)送“0”符號和50由無記憶二進制編碼信道模型可以容易地推廣到多進制無記憶編碼信道模型。圖1-10給出了一個多進制無記憶編碼信道模型。圖1-10多進制無記憶編碼信道模型

由無記憶二進制編碼信道模型可以容易地推廣到多進制無記憶編碼信51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)制信道特性對信號傳輸?shù)挠绊憽?/p>

1.6.3調(diào)制信道特性對信號傳輸?shù)挠绊?/p>

一、恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懹捎诤銋⑿诺缹π盘杺鬏數(shù)挠绊懯谴_定的或者是變化極其緩慢的。因此，其傳輸特性可以等效為一個線性時不變網(wǎng)絡，該線性網(wǎng)絡的傳輸特性可以用幅度—頻率特性和相位—頻率特性來表征。1、信號不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件對于信號傳輸而言，通常追求的是信號通過信道時不產(chǎn)生失真或者失真小到不易察覺的程度。由《信號與系統(tǒng)》課程可知，線性網(wǎng)絡傳輸特性H(ω)通常可用幅度－頻率特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，52通信系統(tǒng)的主要分類課件53可見，對于理想的無失真信道，如果相頻特性是線性的，則群時延－頻率特性是－條水平直線，如圖1-11（c）所示。圖1-11理想的幅－頻特性、相－頻特性、群時延－頻率特性可見，對于理想的無失真信道，如果相頻特性是線性的，則群時延－542、信號兩種主要失真及其影響信號經(jīng)過恒參信道時，若信道的幅度特性在信號頻帶內(nèi)不是常數(shù)，則信號的各頻率分量通過信道后將產(chǎn)生不同的幅度衰減，從而引起信號波形的失真，我們稱這種失真為幅－頻失真；幅－頻失真對模擬通信影響較大，導致信噪比下降。若信道的相頻特性在信號頻帶內(nèi)不是頻率的線性函數(shù)，則信號的各頻率分量通過信道后將產(chǎn)生不同的時延，從而引起波形的群時延失真，我們稱這種失真為相－頻失真。相－頻失真對語音通信影響不大，但對數(shù)字通信影響較大，會引起嚴重的碼間干擾，造成誤碼。2、信號兩種主要失真及其影響55通信系統(tǒng)的主要分類課件56通信系統(tǒng)的主要分類課件57通信系統(tǒng)的主要分類課件58通信系統(tǒng)的主要分類課件59通信系統(tǒng)的主要分類課件60通信系統(tǒng)的主要分類課件61通信系統(tǒng)的主要分類課件62多徑傳播使包絡產(chǎn)生的起伏雖然比信號的周期緩慢，但是其周期仍然可能是在秒的數(shù)量級。故通常將由多徑效應引起的衰落稱為“快衰落”。多徑傳播不僅會造成上述的衰落和頻率彌散，同時還可能發(fā)生頻率選擇性衰落。在多徑傳播時，由于各條路徑的等效網(wǎng)絡傳輸函數(shù)不同，于是各網(wǎng)絡對不同頻率的信號衰減也就不同，這就使接收點合成信號的頻譜中某些分量衰減特別嚴重，這種現(xiàn)象稱為頻率選擇性衰落。下面通過一個例子來建立這個概念。

多徑傳播使包絡產(chǎn)生的起伏雖然比信號的周期緩慢，但是其周期仍然63通信系統(tǒng)的主要分類課件64通信系統(tǒng)的主要分類課件65相關(guān)帶寬表示信道傳輸特性相鄰兩個零點之間的頻率間隔。如果信號的帶寬比相關(guān)帶寬寬，則將產(chǎn)生嚴重的頻率選擇性衰落。為了減小頻率選擇性衰落，就應使信號的帶寬小于相關(guān)帶寬。在工程設計中，為了保證接收信號質(zhì)量，通常選擇信號帶寬為相關(guān)帶寬的1/5~1/3。當在多徑信道中傳輸數(shù)字信號時，特別是傳輸高速數(shù)字信號，頻率選擇性衰落將會引起嚴重的碼間干擾。為了減小碼間干擾的影響，就必須限制數(shù)字信號傳輸速率。相關(guān)帶寬表示信道傳輸特性相鄰兩個零點之間的頻率間隔。66圖1-14選擇性衰落特性

圖1-14選擇性衰落特性67隨參信道的衰落，將會嚴重地影響系統(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)制解調(diào)技術(shù)、抗衰落接收技術(shù)及擴頻技術(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)。按廣義信道的含義，分集接收可看作是隨參信道中的一個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。

隨參信道的衰落，將會嚴重地影響系統(tǒng)的性能。為了抗快衰落，通常68衰落信道中接收的信號是到達接收機的各路徑分量的合成，如果在接收端同時獲得幾個不同路徑的信號，把這些信號適當合并構(gòu)成總的接收信號，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。“分集”兩字就是把代表同一信息的信號分散傳輸，以求在接收端獲得若干衰落樣式不相關(guān)的復制品，然后用適當?shù)姆椒右约泻喜ⅲ瑥亩_到以強補弱的效果。獲取不相關(guān)衰落信號的方法是將分散得到的幾個合成信號集中（合并）。只要被分集的幾個信號之間是統(tǒng)計獨立的，經(jīng)適當?shù)暮喜⒑缶湍艽蟠蟾纳葡到y(tǒng)的性能。衰落信道中接收的信號是到達接收機的各路徑分量的合成，如果在接691.6.4信道中的噪聲

我們將信道中不需要的電信號統(tǒng)稱為噪聲。通信系統(tǒng)中沒有傳輸信號時也有噪聲，噪聲永遠存在于通信系統(tǒng)中。由于這樣的噪聲是疊加在信號上的，所以有時將其稱為加性噪聲。噪聲對于信號的傳輸是有害的，它能使模擬信號失真，使數(shù)字信號發(fā)生錯碼，并隨之限制著信息的傳輸速率。一、按照來源分類噪聲可以分為人為噪聲和自然噪聲兩大類。1、人為噪聲。它是由人類的活動產(chǎn)生的，例如電鉆和電氣開關(guān)瞬態(tài)造成的電火花、汽車點火系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花、熒光燈產(chǎn)生的干擾、其它電臺和家電用具產(chǎn)生的電磁波輻射等。1.6.4信道中的噪聲我們將信道中不需要的電信號統(tǒng)稱為噪702、自然噪聲。它是自然界中存在的各種電磁波輻射，例如閃電、大氣噪聲，以及來自太陽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。熱噪聲來自一切電阻性元器件中電子的熱運動。例如，導線、電阻和半導體器件等均會產(chǎn)生熱噪聲。所以熱噪聲無處不在，不可避免地存在于一切電子設備中。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。1、脈沖噪聲。它是突發(fā)性地產(chǎn)生的幅度很大、持續(xù)時間很短、間隔時間很長的干擾。由于其持續(xù)時間很短，故其頻譜較寬，可以從低頻一直分布到甚高頻，但是頻率越高其頻譜的強度越小。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。2、自然噪聲。它是自然界中存在的各種電磁波輻射，例如閃電、大712、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，或簡單地就是一個幅度恒定的單一頻率的正弦波。通常它來自相鄰電臺或其它電子設備。窄帶噪聲的頻率位置通常是確知的或可以測知的。3、起伏噪聲。它是在時域和頻域內(nèi)都普遍存在的隨機噪聲。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。

上述各種噪聲中，脈沖噪聲不是普遍地、持續(xù)地存在的，對于話音通信的影響也較小，但是對于數(shù)字通信可能有較大影響。同樣，窄帶噪聲也是只存在于特定頻率、特定時間和特定地點，所以它的影響也是有限的。只有起伏噪聲無處不在。所以，在討論噪聲對于通信系統(tǒng)的影響時，主要是考慮起伏噪聲（特別是熱噪聲），

它是通信系統(tǒng)最基本的噪聲源。通信系統(tǒng)模型中的“噪聲源”就是分散在通信2、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72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)所有的熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲等。根據(jù)大量的實踐證明，起伏噪聲是一種高斯噪聲，且在相當寬的頻率范圍內(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述成高斯白噪聲。在討論通信系統(tǒng)性能受噪聲的影響時，我們主要分析的就是高斯白噪聲的影響。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)73通信系統(tǒng)的主要分類課件74通信系統(tǒng)的主要分類課件75通信系統(tǒng)的主要分類課件76香農(nóng)公式給出了通信系統(tǒng)所能達到的極限信息傳輸速率，達到極限信息速率并且差錯率為零的通信系統(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“存在性”，卻沒有指出這種通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。因此，理想通信系統(tǒng)的實現(xiàn)還需要我們不斷地努力。香農(nóng)公式給出了通信系統(tǒng)所能達到的極限信息傳輸速率，達到極限信771.6.6幾種常用信道

一、話音信道話音信道是指傳輸頻帶在300～3400Hz的音頻信道。按照與話音終端設備連接的導線數(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)在同一線對上進行；在四線信道上，收發(fā)分別在兩對不同的線對上進行。二、數(shù)字信道數(shù)字信道是直接傳輸數(shù)字信號的信道。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)字衛(wèi)星信道。1、數(shù)字光纖信道（1）光纖及傳輸模式1.6.6幾種常用信道一、話音信道78光纖（OpticalFiber）的材質(zhì)是極細小的玻璃纖維（纖芯直徑4-75μm），非常適合傳輸光波信號。光纖利用在圓柱型光波導內(nèi)的電磁波傳播實現(xiàn)光信號的定向傳輸。以“1”和“0”兩種狀態(tài)表征的數(shù)字信號用光脈沖的“有”和“無”來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Ｅc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，由于單模光纖具有色散小的突出優(yōu)點，可使傳輸容量和傳輸距離大幅度提高，所以得到廣泛應用。（2）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)字信道。光波在近紅外區(qū)，波長范圍為0.76～15μm，頻率范圍為20-390THz。光纖信道由光發(fā)射機、光纖線路、光接收機三個基本部分構(gòu)成。

光纖（OpticalFiber）的材質(zhì)是極細小的玻璃纖維（79通常將光發(fā)射機和光接收機統(tǒng)稱為光端機。光發(fā)射機主要由光源、基帶信號處理器和光調(diào)制器組成。光源是光載波發(fā)生器，目前廣泛采用半導體發(fā)光二極管或半導體激光器作為光源。光調(diào)制器采用光強度調(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)傳輸距離等具體情況，在光纖線路中可設中繼器。光接收機由光探測器和基帶信號處理器組成，光探測器采用PIN（光電二極管）或APD（雪崩光電二極管）完成光強度的檢測。光纖信道的組成如圖1-15所示。通常將光發(fā)射機和光接收機統(tǒng)稱為光端機。光發(fā)射機主要由光源、基80圖1-15光纖信道的一般組成

圖1-15光纖信道的一般組成81（3）數(shù)字光纖信道的特點及其應用數(shù)字光纖信道與其它信道比較，有許多突出的特點。

①

頻帶寬，信息容量大。

②

傳輸損耗小。目前使用的單模光纖，每公里的傳輸損耗在0.2dB左右，特別適合于遠距離傳輸，目前的光纖信道無中繼傳輸距離可達200km左右。③抗干擾能力