第一节 信道及其分类
信道分类(精)
K 1
Qk
k 0
p(
j
| k)
1 K
K 1 k 0
p(
j | k)
j
1 J
对称DMC的容量计算
输出集Y可划为若干和子集,每个子集对应的信 道转移概率矩阵P中列所组成的子阵具有下列 性质
每一行都是第一行的置换 每一列都是第一列的置换
该信道称为准对称信道
关于输入对称 Y的划分只有一个时，关于输入和输出均对称，称
N
Sn
E,
2 n
Sn
B
n1
注水定理的说明
积信道 当各分信道的干扰功率不等，需要对输入信号
总能量进行适当分配 比较门限B 迭代算法
波形信道
信道的输入、输出都是任意时间的函数－波形 信道或时间连续的连续信道
可加波形信道
y(t)=x(t)+z(t)
x(t) xnn (t)
(Y
)
Hc
(X
)
1 2
log(1
2 x 2 z
)
输入为正态分布,在此条件下,输出也为正态分布
平均功率受限的可加噪声信道
1
N
N
xn2
n 1
S
xn2 xn2Q(xn )d xn
xn
功率受限的时间离散信道容量
输入信号平均功率不超过S的时间离散信 道容量定义为：
C sup 1 I ( X N ;Y N ) N N ,N (S )
为对称信道 （例）
对称DMC容量的计算
定理4.2.3 实现准对称DMC信道容量的输入 分布为等概分布
信道的定义与分类
图4 地波传播
信号传播路径
地面
图 5 天波传播
8
02. 信道的分类
• 明线
图6 明线
9
02. 信道的分类
• 对称电缆：由许多对双绞线组成
导体 绝缘层
• 同轴电缆
图7 双绞线
金属编织网 实心介质 导体
保护层
图8 同轴线
10
02. 信道的分类
• 光纤 • 结构 • 纤芯 • 包层 • 按折射率分类 • 阶跃型 • 梯度型
狭义信道仅指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道；
广义信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，
这种信道称为广义信道。
狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道
两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。
广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。
02. 信道的分类
• 吸收
频率(GHz) (b) 降雨的衰减
图3 波 • 频率 < 2 MHz • 有绕射能力 • 距离：数百或数千千米 • 天波 • 频率：2 ~ 30 MHz • 特点：被电离层反射 • 一次反射距离：< 4000 km • 寂静区：
传播路径 地 面
• 损耗最小点：1.31与1.55 m
12
03. 信道的数学模型
• 信道的数学模型 • 信道模型的分类： • 调制信道 • 编码信道
信 息 源 信 源 编 码 加 密 信 道 编 码 数 字 调 制 数 字 解 调 信 道 译 码 解 密 信 源 译 码 受 信 者
信道 噪声源
调制信道 编码信道
f [ei (t )] k (t )ei (t ) eo (t ) k (t )ei (t ) n(t )
信 道
数字信道的信道容量
ห้องสมุดไป่ตู้
Nyquist准则指出：带宽为B Hz 准则指出：带宽为 准则指出 的信道， 的信道，所能传送的信号的最高 码元速率（即调制速率） 码元速率（即调制速率）为2B Bd。 。 离散、 离散、无噪声数字信道的信道 容量可表示为： 容量可表示为：
C = 2B log2 M (bit / s)
2.1信道的分类（p9-10） 2.1信道的分类（p9-10） 信道的分类
广义信道： 信道的范围还可以扩大， 广义信道 ： 信道的范围还可以扩大 ， 除包括传 输媒质外，还可以包括有关的变换装置。 输媒质外，还可以包括有关的变换装置。 广义信道按照它包含的功能， 广义信道按照它包含的功能 ， 可以划分为调制 信道、编码信道。 信道、编码信道。
第二讲 信 道
第一节 第二节 第三节 第四节 信道的分类 有线信道 无线信道 信道容量
2.1信道的分类 2.1信道的分类
信道是指以传输媒质为基础的信号通路， 根据媒 信道是指以传输媒质为基础的信号通路 ， 质不同，将信道划分为有线信道和无线信道。 质不同，将信道划分为有线信道和无线信道。 有线信道包括架空明线、 对称电缆、 同轴电缆、 有线信道包括架空明线 、 对称电缆 、 同轴电缆 、 光缆等。 光缆等。 无线信道主要是利用收发天线和自由空间作为媒 包括地面微波、卫星线路、散射、短波等。 质，包括地面微波、卫星线路、散射、短波等。 以上传输媒质的信道称为狭义信道。 以上传输媒质的信道称为狭义信道。
式中M为进制。 式中 为进制。 为进制
练习题
例1：若数字信道的带宽为 ：若数字信道的带宽为3000Hz，采用四进 ， 制传输， 制传输 ， 计算无噪声时该数字信道的信道容 量。
Chap电信
15
一般离散单符号信道的概率关系：
（1）输入输出随机变量的联合概率分布为 P(X xi ,Y yj ) p(xi y j )
则有 p(xi yj ) p(xi ) p( yj | xi ) p( yj ) p(xi | yj )
其中 p( y j | xi ) 是信道转移概率，即输入为xi ，通过信道
|
an
)
p(b2 | an)
• P:转移概率矩阵
p(bm | a1) p(bm | a2)
p(bm | an)
– 已知X,信道输出Y表现出来的统计特性
– 完全描述了信道的统计特性,其中有些概率是信 道干扰引起的错误概率,有些是正确传输的概率
m
p(bj | ai ) 1 i 1,2,n
j 1
12
I(X ,Y) H (X ) H (Y )
C max I(X;Y) max H(X ) p(ai )
28
无干扰离散信道
• 无噪无损信道
C
max
p(ai )
I
(
X
;Y
)
max
H
(
X
)
max
H
(Y
)
log
2
n
• 有噪无损信道
C
max
p(ai )
I
(
X
;Y
)
max
H
(
X
)
log
2
n
• 无噪有损信道
• 有干扰无记忆信道 • 有干扰有记忆信道
21
3.2.1 无干扰离散信道
• 设信道的输入X∈A={a1 … an},输出Y∈B={b1 … bm}
信道的定义及分类ppt课件
其中，Si (t) 为输入的已调信号；So (t) 为信道总输 出波形；n(t) 为加性噪声/干扰，且与 Si (t) 相互 独立。
f si t 表示已调信号通过网络所发生的(时变)
线性变换。
若设 f si t k(t)si (t) ，则有 so t k(t)si (t) nt
7
调制信道对信号的影响
22
Communication Theory
典型音频电话信道的相对衰耗
23
Communication Theory
影响：不均匀衰耗使传输信号的幅度随频率发生畸 变，引起信号波形的失真；传输数字信号，还会引 起相邻码元波形在时间上的相互重叠，造成码间串 扰。 抑制措施：为了减小幅度—频率畸变，在设计总的 电话信道传输特性时，一般都要求把幅度—频率畸 变控制在一个允许的范围内；即通过一个线性补偿 网络，使衰耗特性曲线变得平坦，这一措施通常称 之为“均衡”；在载波电话信道上传输数字信号时， 通常要采取均衡措施。
29
Communication Theory
2.5 随参信道举例
1、短波电离层反射信道 短波的定义：波长为100～10m(相应的频率为3～ 30MHz)的无线电波； 短波信道：既可沿地表面传播，也可由电离层反射 传播； 地波传播：一般是近距离的，限于几十公里范围； 天波传播：借助于电离层的一次反射或多次反射可 传输几千公里，乃至上万公里的距离；
k
k
0
0
理想 的 相位-频率特性及群时延-频率特性 26
Communication Theory
实际的信道特性总是偏离理想的相位—频率特性及群 时延-频率特性，下图给出一个典型的电话信道的群迟 延－频率特性。
27
0301_信道
线性关系（斜率为负）；
~
一条水平直线；
亦即：
H
ht
K exp K t
jt0
t0
随参信道特性及其影响
随参信道： 即乘性干扰k(t)随时间随机快变
化的信道。 包括短波电离层反射、超短波及
微波对流层散射以及超短波超视距 绕射等传输媒质所构成的信道。
包括架空明线、电缆、中长波地 波传播、超短波及微波视距传播、 人造卫星中继、光导纤维以及光波 视距传播等传输媒质构成的信道。
恒参信道特性及其影响
两种失真及其影响： 幅度—频率失真（幅频失真）； 相位—频率失真（相频失真）；
群延迟—频率失真；
理想信道与不失真传输条件；
幅度—频率失真（幅频失真）
C
B
log
2
1
S N
B
log
2
1
S n0 B
bit
s
信道容量的概念
其中 ：B 为信道带宽 ( Hz ) ，S 为
信号功率 ( W )， n0 为噪声单边功率 谱密度 ( W/ Hz )，N= n0 B 为噪声
功率( W ) ，C为信道容量 ( bit/s ) 。
统计独立的信号，并将其适当的合 并构成总的接收信号，从而大大减 少衰落的影响。 常见的分集方式：
空间分集、频率分集、角度分集
分集接收
、极化分集等等。 常见的合并方式：
最佳选择式合并、等增益相加式 合并、最大比值相加式合并；其中 以最大比值相加式合并对总的接收 信噪比改善最大，等增益相加式合 并次之，最佳选择式合并最差。
设最大多径时延差为 max ，则定
通信原理15信道
解 调 器
译 码 器
输 出
调制 信道 编码 信道
调制信道是为研究调制与解调问题所建 立的一种广义信道，它所关心的是调制 信道输入信号形式和已调信号通过调制 信道后的最终结果，对于调制信道内部 的变换过程并不关心。
1.调制信道模型
调制信道的共性： 有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端； 绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加原理； 信号通过信道具有一定的迟延时间，而且它还会 受到(固定的或时变的)损耗； 即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一定的 功率输出(噪声)。
光缆
光纤损耗耗与波长关系：
1.31 m
1.55 m
0.7
0.9
1.1 1.3 光波波长（m）
1.5
1.7
图4-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m，这是目前应用最广的波长。
光线的传播模式是指光线传播的路径。 多模光纤是指光波在光纤中的光线有多条传播路径。 用发光二极管作光源，光源不是单色的，包含多个频 率成分。各路径传输时延不同，存在色散现象，造成 波形失真，带宽低。 单模光纤是指光波在光纤中只有一种传播模式。激光 器作光源，单色波传播，只有一种传播模式，频带宽。 单模光纤传输采用激光器，成本高，用作远距离传输； 多模光纤采用发光二极管，成本低，用作近距离传输。
利用三颗同步地球卫星(高度35800km)，可实现 全球通信。
中、低轨道卫星主要用于移动通信，一般距地面 1000km，由于卫星的轨道高度低，卫星形成的 覆盖小区在地球表面快速移动，绕地球一周约需 两小时。传输延时短，路径损耗小，若干数量的 卫星组成空间移动通信网，在任一时间和地球上 的任一地点，都有至少一颗卫星可以覆盖。
4信道
频率选择性衰落
延 迟 t0 V 0 f(t-t 0 )+V 0 f(t-t 0 -τ ) V0 延 迟 t0 +
j
V0 f(t)
H ( f ) 2V
0
H ( ) V 0 e V0 e V0 e
j t 0
(1 e
j
cos( f )
)
2
2
j t 0
恒参信道举例
明线、双绞线、同轴电缆、无 线光通信（FSO）等信道
随参信道举例
典型代表：移动通信系统的基站与移 动终端间的无线信道
离地面60~600 公里的大气层
离地面10~12公 里以下的大气层
短波电离层反射信道和超短波及微波对流层散射
信道的数学模型
乘性干扰C（ ）的三种典型形式： •C（ ）为常数，有So（t）= CSi（t）+n（t），C是信道衰减 因子，因加性噪声n（t）通常是高斯噪声，这种信道一般称为加 性高斯噪声信道。 •C（ ）在信号频带内不为常数，但不随时间变化，可表示为带 有加性噪声的线性滤波器：So（t）= c（t）*Si（t）+n（t）。 •C（ ）在信号频带内不为常数，随时间变化，表示为带有加性 噪声的线性时变滤波器：So（t）= c（t，）*Si（t）+n（t）。 电离层反射信道和移动通信信道都属于这类信道。
相位的一维分布为均匀分布。r可视为一个窄带过程。
均衡－多径衰落
传播损耗
自由空间传播损耗 慢衰落－分集
–
由地形起伏、建筑物及障碍物的遮蔽等引起慢衰落 （阴影衰落） 由各种反射物和散射体产生的直射波、反射波和散射 波的相互干扰和串扰，以及多普勒（Doppler）频移 等产生的快衰落（多径衰落）
信道
/dB 0 300 1100 2900 频率/Hz
频率不 ，幅度 不 ， 不 的，随频率变化。 的，随频率变化。
频
的幅频特性
幅度——频率畸变：信道的不均匀衰减使信号的幅度随 频率畸变： 幅度 频率畸变 频率发生畸变， 频率发生畸变，引起信号波形的失 就称为幅度——频率畸变（幅 频率畸变（ 真，就称为幅度 频率畸变 频畸变）。 频畸变）。 对于模拟通信，只是波形失真，在数字通信中， 对于模拟通信，只是波形失真，在数字通信中， 会造成码间干扰，产生误码。 会造成码间干扰，产生误码。在设计总的电话信道 把幅频畸变控制在一个允许的范围内就可以了。 时，把幅频畸变控制在一个允许的范围内就可以了。 一般可改善滤波性能后再通过补偿网络等方法进行 处理。 处理。
用二对端（或多对端）时变线性网络表示调制信道。 用二对端（或多对端）时变线性网络表示调制信道。 这就称为调制信道模型。 这就称为调制信道模型。 时 e01 (t ) ei1 (t ) 变 线 时变线 e0 (t ) ei (t ) 性 e0 k (t ) eik (t ) 性网络 网 络
ein (t )
C
幅频特性： 幅频特性：
| H (ω ) |=
jωRC H (ω ) = = 1 1 + jωRC +R jω C R
输入
输出 R 例1 图
ωRC
1 + (ωRC )
2
图 P3-1
≠ 常数
有幅频失真（畸变） 有幅频失真（畸变）
jωRC (ωRC ) 2 + jωRC 相频特性： 相频特性： H (ω ) = = 1 + jωRC 1 − (ωRC ) 2
2、相位——频率畸变： 、相位 频率畸变： 频率畸变 相位——频率畸变：信道的相位—频率特性偏离线性 频率畸变：信道的相位 频率特性偏离线性 相位 频率畸变 关系引起的畸变（相频畸变）。 关系引起的畸变（相频畸变）。 相频畸变主要来源于信道中的滤波器和电感线圈， 相频畸变主要来源于信道中的滤波器和电感线圈， 由于人耳对相频畸变不敏感， 由于人耳对相频畸变不敏感，相频畸变对模拟语音通信 影响并不显著；但对数字通信会造成严重的码间干扰， 影响并不显著；但对数字通信会造成严重的码间干扰， 造成误码。引入群延迟——频率特性衡量相频畸变。 频率特性衡量相频畸变。 造成误码。引入群延迟 频率特性衡量相频畸变 群延迟——频率特性就是相位 频率特性对频率的导数。 频率特性就是相位—频率特性对频率的导数 群延迟 频率特性就是相位 频率特性对频率的导数。
信道知识点总结
信道知识点总结一、信道的定义与分类1. 信道的定义信道是信息传输的媒介，在通信系统中起到传输信息的作用。
它可以是电磁波、光波、声波等形式的媒介，用来传输信号或数据。
2. 信道的分类根据不同的标准，信道可以分为多种类型，常见的有以下几种：（1）按传输方式分类：有线信道和无线信道。
（2）按传输方向分类：单向信道和双向信道。
（3）按传输介质分类：光纤信道、微波信道、声波信道等。
二、信道的特性与参数1. 信道的特性信道的特性包括带宽、传输速率、传输距离、信噪比、误码率等。
- 带宽：信道能够传输的频率范围，带宽越大，传输速率越高。
- 传输速率：信道能够传输的数据量，通常以每秒传输的比特数表示。
- 传输距离：信道能够传输数据的最远距离。
- 信噪比：信号与噪声的比值，反映了信号传输的质量。
- 误码率：在传输过程中产生错误的比率。
2. 信道的参数信道的参数有很多，主要包括衰减、延迟、频谱容量、多径效应等。
- 衰减：信号在传输过程中逐渐减弱的现象。
- 延迟：信号在传输中所需要的时间。
- 频谱容量：信道传输数据的最大能力。
- 多径效应：信号在传输过程中遇到多条路径，产生干扰和衰减。
三、信道传输技术1. 信道编码信道编码是指在信息传输过程中为了提高信道传输质量而对信息进行编码的过程。
常见的信道编码方式包括奇偶校验码、循环冗余校验码、汉明码、卷积码等。
2. 调制与解调调制是指将数字信号转换成模拟信号的过程，解调是指将模拟信号转换成数字信号的过程。
调制技术有幅度调制、频率调制、相位调制等。
3. 多路复用多路复用是指将多个信号通过同一信道传输的技术，包括频分复用、时分复用、码分复用等。
4. 故障检测与纠正在信道传输中，常常会出现传输错误的情况，故障检测与纠正技术可以帮助我们发现和纠正传输错误，提高传输可靠性。
四、信道建模与传输性能分析1. 信道建模信道建模是指对信道进行描述和抽象，以便对信道进行分析和仿真。
常用的信道建模方式包括概率模型、时域模型、频域模型等。
数据通讯技术基础
用于我国明码电报通信中；
用4位十进制数组成的代码表示一个汉字，然后用ASCII码或波多码再 表示出十进制数字，最后变换成电信号传输；
汉字变成代码的过程分两步实现，即采用“外码”和“内码”组成的
两级编码方法。外码是计算机与人之间进行交换的一种代码形式，与 汉字的录入方式有直接关系，录入的方式不同则汉字的外码就不同；
第一节 传输信道概述
三、传输介质
2、无线传输介质
卫星通信 卫星通信就是利用位于3万6千公里高空的人造地球同步卫星作 为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫 星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距 离远，且通信费用与通信距离无关。
优点：卫星通信的频带比微波接力通信更宽，通信容量更大，信号 所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠；
数据通信技术基础
第一节 传输信道概述
一、信道的类型
2、按照传输的信号类型分类
模拟信道：传输的是在幅度和时间上都连续变化的模拟信号。如电话 线就是一个模拟信道。
数字信道：在信道上只能传输数字信号的信道。如数字电话信道、计
算机组成的局域网等。
3、按照信道的使用方式分类
专用信道：两点或多点之间的线路是固定不变的。如民航系统、金融 系统内部自己组建的网络等。
实际的信道总要受到各种噪声的干扰,香农则进一步研究了受随机
噪声干扰的信道的情况,给出了计算信道容量的香农公式:
C =B×log2(1+S/N) (bps) 其中S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。由于实际使用
的信道的信噪比都要足够大，故常表示成10log10(S/N)，以分贝(dB)为
信道
4.3 信道的数学模型
4.3.1 调制信道模型 通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具 有如下 共性 ： (1) 有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端；
(2) 绝大多数信道是线性的，即满足线性叠加原理； (3) 信号通过信道具有固定或时变的 延迟时间； (4) 信号通过信道会受到 固定的或时变 的 损耗； (5) 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一
图4-1 地波传播
6
4.1 无线信道
天波 天波传播是靠电磁波在地面和电离层之间来 回反射而传播的，频率较高(2MHz~30MHz)的电磁波 称为高频电磁波，它能够被 电离层反射。电离层距 离地面的高度约60km~400km。
信号传播路径
地面
图 4-2 天波传播
7
4.1 无线信道
视线传播 频率高于 30MHz 的电磁波将穿透电离层，不能 被反射回来。此外它沿地面绕射的能力也很小。所 以，只能类似光波那样作视线传播，即直线传播。
5
4.1 无线信道
地波 地波传播是频率在2MHz以下的电磁波，沿地球表面 进行的，不会随时间变化，受天气影响小 地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率 越高损失越大，因此传播距离不大，一般在数百千 米到数千千米。 应用：在长波和中波的广播、导航 ,以及短波乃至于超 传播路径 短波的近距离通信中仍广泛使用地表面波。 地 面
加性干 扰
当没有信号输入时，加性干扰也存在，但没有乘性 干扰输出。 随参信道与恒参信道 分析乘性干扰时，可以把信道粗略地分为两大类： 恒参信道：k(t)不随时间变化或基本不变；
随参信道：k(t)随时间作较快的随机变化。
18
4.3 信道的数学模型
4.3.2 编码信道模型
信道种类及其特点
信道分类及其特点根据通信的概念，信号必须依靠传输介质传输，所以传输介质被定义为狭义信道。
另一方面，信号还必须经过很多设备(发送机、接收机、调制器、解调器、放大器等)进行各种处理，这些设备显然也是信号经过的途径，因此，把传输介质(狭义信道)和信号必须经过的各种通信设备统称为广义信道。
我们这里研究的是狭义上的信道，即信号的传输介质。
信道可分为两大类：一类是电磁波的空间传播渠道，如短波信道、超短波信道、微波信道、光波信道等；它们具有各种传播特性的自由空间，习惯上称为无线信道；另一类是电磁波的导引传播渠道。
如明线信道、电缆信道、波导信道、光纤信道等。
它们具有各种传输能力的导引体，习惯上就称为有线信道。
一、有线信道：1、架空明线，即在电线杆上架设的互相平行而绝缘的裸线，它是一种在20世纪初就已经大量使用的通信介质。
架空明线安装简单，传输损耗比电缆低，但通信质量差，受气候环境等影响较大并且对外界噪声干扰比较敏感，因此，在发达国家中早已被淘汰，在许多发展中国家中也已基本停止了架设，但目前在我国一些农村和边远地区受条件限制的地方仍有不少架空明线在工作着2、双绞线电缆(TP)：将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。
双绞线分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。
目前市面上出售的UTP分为3类，4类，5类和超5类四种：3类：传输速率支持10Mbps，外层保护胶皮较薄，皮上注有“cat3”4类：网络中不常用5类（超5类）：传输速率支持100Mbps或10Mbps，外层保护胶皮较厚，皮上注有“cat5”超5类双绞线在传送信号时比普通5类双绞线的衰减更小，抗干扰能力更强，在100M网络中，受干扰程度只有普通5类线的1/4，目前较少应用。
STP分为3类和5类两种，STP的内部与UTP相同，外包铝箔，抗干扰能力强、传输速率高但价格昂贵。
2-- 信道
10
第2章 信 道
2. 编码信道模型
二进制编码信道简单模型 － 无记忆信道模型
P(0 / 0) 0 P(1 / 0) 发送端 P(0 / 1) 1 P(1 / 1) 1 接收端 0
图4-13 二进制编码信道模型
P(0 / 0)和P(1 / 1) － 正确转移概率 P(1/ 0)和P(0 / 1) － 错误转移概率 P(0 / 0) = 1 – P(1 / 0) P(1 / 1) = 1 – P(0 / 1)
1
－ 接收信号的包络
(t ) tan
X s (t ) X c (t )
－接收信号的相位
17
第2章 信 道
所以，接收信号可以看作是一个包络和相位随机缓慢变化 的窄带信号：
结论：发射信号为单频恒幅正弦波时，接收信号因多径效 应变成包络起伏的窄带信号。 这种包络起伏称为快衰落 － 衰落周期和码元周期可 以相比。 另外一种衰落：慢衰落 － 由传播条件引起的。
7
第2章 信 道
2.1.2 信道的数学模型
信道模型的分类：
调制信道 编码信道
信 息 源
信 源 编 码
加 密
信 道 编 码
数 字 调 制
信道 噪声源
调制信道 编码信道
数 字 解 调
信 道 译 码
解 密
信 源 译 码
受 信 者
8
第2章 信 道
1. 调制信道模型
ei(t) f [ei(t)] n(t) 图4-13 调制信道数学模型 e0(t)
S 1 Ct B log 2 n0 B (b / s )
由上式可见，连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功 率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。
信道
第三章信道任何一个通信系统从大的方向均可视为由发送端、信道、接收端三大部分组成。
因此信道是通信系统不可缺少的组成部分。
信道的特性好坏直接影响到系统的总特性。
3.1 信道定义与分类为了研究的需要，将有关转换设备一并划入狭义信道，称为广义信道。
广义信道：除传输媒质外，还包括有关发送设备、接收设备、天线、Modem 等。
见图3—1 樊书P343.2 信道数学模型一、调制信道模型在具有调制解调过程的任何一种通信方式中，已调信号离开调制器便进入调制信道，对于Modem而言，通常可以不管调制信号包括什么样的转换器，也不管选用了什么样的传输媒质，以及发生了怎样的传输过程，研究的着眼点只关心已调信号通过调制信道的最终结果，即只关心调制信道输入/输出信号的关系。
因此把调制信道概括成一个模型是可能的。
通过对调制信道进行大量考察之后，发现有如下主要特性：①有一对（或多对）输入端，则必然有一对（或多对）输出端；② 绝大多数的信道都是线性的，满足叠加定理； ③ 信号通过信道有迟延时间； ④ 信号通过信道有损耗；⑤ 无信号输入信道时，仍有（可能）一定的功率输出（噪声）。
由此看来，可用一个二端对（或多端对）的时变线性网络去代替调制信道，这个网络称作调制信道模型（图示）。
对于二端对网络: ()()[]()t n t e f t e i +=0()~t e i 输入的已调信号，()~t e 0 信道输出波形，()~t n 信道噪声（干扰）（加性干扰）;()[]t e f i ～ 表示信道对信号的影响（变换）的某种函数关系。
寻找到这种函数关系是()()t e t k i ⋅ ()~t k 对()t e i 的一种乘性干扰。
可以写成：()()()()t n t e t k t e i +=0如果了解()()t n t k 、的特性，信道对信号的特性就能搞清楚。
()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧→→无线信道用于信号随机快变化变参应看作随机过程作恒参信道对信号的影响有线信道缓慢固定恒参信道对信号影响乘性干扰t k t k t k , 二、编码信道编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变成另一种数字序列。
数据通信中信道的概念及其分类
数据通信中信道的概念及其分类
信道是指信息在传输过程中的传输媒介或路径，是连接发送方和接收方的物理或逻辑通路。
在数据通信中，信道用于将数据从一个地方传输到另一个地方，可以是通过有线或无线的方式进行传输。
信道可以根据不同的分类标准进行分类，如下所示：
1. 传输介质：根据传输介质的不同，信道可以分为有线信道和无线信道。
有线信道使用导线或光纤等物理介质进行数据传输，如以太网、电话线等；无线信道通过无线电波进行数据传输，如无线局域网、蓝牙、卫星通信等。
2. 信道用途：根据信道的用途和传输内容的不同，信道可以分为数据信道和控制信道。
数据信道主要用于传输数据信息，如文件、图像、音频、视频等；控制信道用于传输控制信息，如控制命令、错误检测与修正等。
3. 传输方式：根据数据的传输方式的不同，信道可以分为单向信道和双向信道。
单向信道只能在一个方向上传输数据，常见的例如广播电视；双向信道可以在两个方向上传输数据，如电话通信。
4. 信道性质：根据信道的性质和传输特点的不同，信道可以分为基带信道和带通信道。
基带信道传输的是来自发送方的基带信号，没有进行频带转换；带通信道传输的是进行了调制和解调的信号，通常在一个特定的频带内进行传输。
5. 多路复用方式：根据多路复用方式的不同，信道可以分为频分复用信道、时分复用信道和码分复用信道。
频分复用信道将不同的信号分配到不同的频率带宽上进行传输；时分复用信道将不同的信号分配到不同的时间片段上进行传输；码分复用信道将不同的信号用不同的编码进行传输。
这些是信道的一些常见分类，不同的分类方式可以根据具体需求选择合适的信道。
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2.2 传输介质之有线 光纤
光纤的应用： 通信应用：在有线电视和光通信中，是应用最广泛的光纤 医学应用：光导纤维内窥镜可导入心脏和脑室，测量心脏 中的血压、血液中氧的饱和度、体温等。用光导纤维连接 的激光手术刀已在临床应用。 传感器应用：与敏感元件组合或利用本身的特性,则可以做 成各种传感器,测量压力、流量、温度等。 艺术应用：由于光纤的良好的物理特性， 光纤照明和LED照明已越来越成为艺术 装修美化的用途。
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2.1.1 信道分类
1. 狭义信道和广义信道
➢ 狭义信道即可以传输光或电信号的各种传输媒介 ➢ 广义信道由传输媒介和部分收发端的通信设备组 成（为方便研究），常用的有调制信道和编码信道。
广义 信道
信
道 狭义 信道
调制信道 编码信道 有线信道
无线信道
恒参信道 变参信道 无记忆编码信道 有记忆编码信道 双绞线 同轴电缆
2.2 传输介质之有线 光纤
1. 光纤 光纤由纤芯、包层和涂覆层构成
光纤是由两层折射率不同的玻璃组 成。内层为纤芯，直径在几微米至 几十微米，外层的直径0.1--0.2mm。 一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1%。根据光 的折射和全反射原理,当光线射到内芯和外层界面 的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过 界面，全部反射。
UTP与STP的区别： ✓STP要求建筑物要有良好的接地系统。 ✓STP能减少辐射，防止信息被窃听。 ✓STP可阻止外部电磁干扰的切入，使 屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有 更高的传输速率。
2.2 传输介质之有线 双绞线
双绞线的类型： 常见的有3类线，5类线和超5类线，以及最新 的6类，7类线，前者线径细而后者线径粗 双绞线的优缺点： 优点：占用空间小，便宜，灵活，易弯曲，易 安装。 缺点：传输衰减大，因而传输距离短，有时有 来自临近信道的串话干扰。 应用： 主要应用于电话线路，传输语音和数据
2.3 传输介质之无线
天波传播 定义：天波传播是无线电波通过电离层的反射而
进行的传播。 电离层的反射特性还与无线电波的波长有关，波
长越长，越容易反射，所以长波、中波、短波都可 以被电离层反射，而微波和超短波则穿透电离层不 反射。
天波最适合短波传播，因为电离层对长波的吸收 太强。
特点：适合2—30MHZ波段，频率越高，越适合 反射，但频率太高，将穿透电离层。
2.2 传输介质之有线 光纤
光纤的分类： 单模光纤：单模光纤是指按工作波长，只能传输一 个传播模式的光纤，通常简称为单模光纤（SMF： Single ModeFiber）。目前，在有线电视和光通信中， 是应用最广泛的光纤 多模光纤：多模光纤是指按工作波长，能传播多个 模式的光纤称作多模光纤（MMF：MUltiModeFiber）
2.2 传输介质之有线 光纤
光纤的优缺点： 优点：频带宽，频带的宽窄代表传输容量的大小；损耗低， 比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要 远得多。在全部有线电视频道内具有相同的损耗（无需均 衡器），同时损耗几乎不随温度而变；重量轻，光纤非常 细，安装十分方便；抗干扰能力强，光纤的基本成分是石 英，只传光，不导电，不受电磁场的的影响，因此，在光 纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。保真度高， 因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引入新 的非线性失真；工作性能可靠，一个系统的可靠性与该系 统的设备数量有关。设备越多，发生故障的机会越大。光 纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放 大器)，可靠性自然也就高；成本不断下降。
2.2 传输介质之有线 同轴电缆
2. 同轴电缆
同轴电缆由内导体，绝缘层外导体和塑料 保护外套组成，如下图示：
绝缘材料 内导体外导体来自塑料 外皮内外导体组成一组线对，外导体同时起到屏蔽外界电磁干 扰的作用
分类 基带同轴电缆：阻抗为50欧姆，用于局域网数据传输1 宽带同轴电缆：阻抗为75欧姆，CATV网以及PSTN局
第二章 信道
主要内容：
➢ 信道的定义、分类和模型 ➢ 常用的传输媒质 ➢ 无线电波的传播方式 ➢ 信道对信号的影响 ➢ 信道容量和香农公式
2.1 信道
➢传输信道是以传输介质为基础的信号通道，是任 何通信系统中必不可少的组成部分。 ➢信道的传输特性将直接影响系统的性能。 ➢根据信道或传输媒质的特性以及分析问题的需要， 可以对信道进行不同的分类。
传播，传播时可随地球表面的弯曲而改变传播方向。 地球表面分布有起伏不平的山峦，以及高低不平
的建筑物等障碍物，无线电波只能绕过这些障碍物， 才能传到较远的地方。当电磁波的波长大于或等于 障碍物的尺寸时，波的衍射性能好，即可绕过障碍 物。
长波、中波和波长较长的短波能实现地波传播。 特点：适合2MHZ以下的电磁波，性能稳定，距 离受限，要求天线的长度很长。
超短波和微波一般采用空间波传播 特点：适合30MHZ以上波段，传输距离受限。
间传输
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2.2 传输介质之有线 同轴电缆
同轴电缆的优缺点： 优点：与双绞线比，抗干扰能力强，支持更高的数据传输 率，可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信 （细缆的传输距离为185米，粗缆为500米）。 缺点：体积大，细缆的直径0.26厘米，粗缆直径1.27厘米， 占用电缆管道空间大；不能承受缠结、压力和严重的弯曲， 否则损坏电缆结构，阻止信号的传输；成本高，接头制作 复杂。这些缺点正是双绞线能克服的，因此在局域网环境 中，基本已被基于双绞线的以太网物理层规范所取代。 应用： 设备的支架连线，闭路电视(CCTV)，共用天线系统(MATV) 以及彩色或单色射频监视器的转送。
光纤 长波信道 短波信道 微波信道
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2.2 传输介质之有线 双绞线
1. 双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称扭绞在
一起形成。
扭矩越短抗
两根绝
干扰能力越强
缘铜线
扭距
绞合的目的: (1) 减少线对之间的相互干扰， (2) 同时增强了机械和电气稳定性
分类
非屏蔽 双绞线
UTP
2.3 传输介质之无线
视距（空间波）传播： 定义：视距（空间波）传播是指无线电波像光一
样传播。 由于地球近似球体，因此，空间波是传不远的，
传播的最远距离不能超出视距。 空间波是不能进行远距离传播的，当然，无线电
波除了直接从发射天线传播到接收天线外，也可以 经过地面反射而传到接收天线。因此，接收天线收 到的应是这两种波的合成波。
2.3 传输介质之无线
无线电波的波段划分：
2.3 传输介质之无线
无线电波的传播方式： 由于地面、高山、电离层等对各波段无线电波的
吸收、反射、透射等性能的不同，无线电波在空间 适宜的传播方式通常有以下三种： ➢地波传播 ➢天波传播 ➢视距（空间波）传播
2.3 传输介质之无线
地波传播： 定义：地波传播是无线电波沿地球表面附近空间的
3类UTP 5类UTP
屏蔽双绞线STP
阻值为100欧姆， 每英尺绞合3-4 次， 应用如电话线，10Base-T 阻值为100欧姆， 每英寸绞合3-4 次， 应用如100Base-T等。
阻值为150欧姆， 外部加一金属包 层来 屏蔽干扰， 应用如令牌环等
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2.2 传输介质之有线 双绞线