通信信道分类及组成
通信原理(第四章)
27
第4章 信 道 章
四进制编码信道模型
0 0
1 送
端
发
1
收 端
接
2
2
3
3
28ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4章 信 道 章
4.4 信道特性对信号传输的影响 恒参信道的影响 恒参信道对信号传输的影响是确定的或者 是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以 等效为一个线性时不变网络。 只要知道网络 的传输特性，就可以采用信号分析方法，分 析信号及其网络特性。 线性网络的传输特性可以用幅度频率特 性和相位频率特性来表征。 现在我们首先讨论 理想情况下的恒参信道特性。
平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地 面
6
第4章 信 道 章
电离层对于传播的影响 反射 散射
7
第4章 信 道 章
电磁波的分类： 电磁波的分类： 地波 频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离： 距离：数百或数千千米 天波 频率： 频率：2 ~ 30 MHz 特点： 特点：被电离层反射 一次反射距离： 一次反射距离：< 4000 km 寂静区： 寂静区：
13
第4章 信 道 章
4.2 有线信道
明线
14
第4章 信 道 章
对称电缆：由许多对双绞线组成， 对称电缆：由许多对双绞线组成，分非屏蔽 （UTP）和屏蔽（STP）两种。 ）和屏蔽（ ）两种。
塑料外皮
双绞线（ 5对）
图4-9 双绞线
15
第4章 信 道 章
同轴电缆
16
第4章 信 道 章
n2 n1 折射率
25
第4章 信 道 章
4.3.2 编码信道模型
调制信道对信号的影响是通过k(t)和 使已调信号发生波形 调制信道对信号的影响是通过 和n(t)使已调信号发生波形 失真。 失真。 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换， 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即将 一种数字序列变成另一种数字序列。 一种数字序列变成另一种数字序列。误码 输入、输出都是数字信号， 输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号 失真情况，但误码与调制信道有关， 失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由 发滤波器设计不当及n(t)引起 引起。 收、发滤波器设计不当及 引起。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。
通信原理第4章信道
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
本章教学目的：了解各种实际信道、信
道的数学模型和信道容量的概念。
本章的讨论思路：通过介绍实际信道的例
子，在此基础上归纳信道的特性,阐述信道的 数学模型，最后简介了信道容量的概念。
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
31
4.3.1 调制信道模型
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，即满足线性叠加原理；
41
相位－频率畸变
指相位－频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
1、理想相频特性是一直线
群延迟－频率特性
|H( )|
d ( ) ( ) d
( ) td
O (b) td
K0
O (a)
O (c)
42
2、实际电话信道的群延迟特性 一种典型的音频电话信道的群延迟特性。
25
光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组成(如 图所示)。芯是光纤最中心的部分，它由一条或多 条非常细的玻璃或塑料纤维线构成，每根纤维线都 有它自己的封套。由于这一玻璃或塑料封套涂层的 折射率比芯线低，因此可使光波保持在芯线内。环 绕一束或多束有封套纤维的外套由若干塑料或其它 材料层构成，以防止外部的潮湿气体侵入，并可防 止磨损或挤压等伤害。
第四章 信道(2)
§4.3.1 调制信道模型
e0 (t ) k (t )ei (t ) n(t )
k(t)——乘性干扰 它是时间t的函数，表示信道的特性是随时间变化的。 随时间变化的信道成为时变信道 k(t)——乘性干扰——引起的失真随时间做随机变化 特性随机变化的信道称为随参信道 特性不随时间变化或者变化很小的信道称为恒参信道
§4.3.1 调制信道模型
输出量表示为：
e0 (t ) k (t )ei (t ) n(t ) ——二端口网络
e0(t)——输出端电压 ei(t)——输入信号电压 k(t)——乘性干扰 n(t)——加性干扰
n(t)——加性干扰 当没有信号输入时，信道输出端也有加性干扰 k(t)——乘性干扰 当没有信号输入时，信道输出端没有乘性干扰
( w)
dw
td (常数)
理想的相—频及群迟延—频率特性曲线：
( )
( )
k
k
恒参信道对信号传输的影响
实际信道对信号产生的两种失真： （1）幅频失真 表示信号中不同频率的分量分 H ( w ) K （频率失真）： 别受到信道不同的衰减。
模拟信号：波形失真——信噪比下降
回顾窄带随机过程
(t ) a (t ) cos[ct (t )]
(t ) c (t ) cos ct s (t ) sin ct
可见，随机过程的统计特性可由
a (t )、 (t )或者c (t )、s(t )的特性确定 反之也成立
重要结论之二： 一个均值为零，方差为σ2ξ的窄带高斯过程ξ (t)， 其包络a ξ(t)的一维分布是瑞利分布；
设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为：
H ( w) K
通信的定义通信系统的组成通信系统分类及通信方
2024/2/11
3
二、模拟通信系统
信源
调制器
发送端
信道 噪声源
解调器
信宿
接收端
图模1-拟2 通模拟信通系信统系的统模模型型
模拟通信系统中两种重要变换： （1）连续消息到电信号相互变换； （2）基带信号到调制信号的变换；
2024/2/11
4
已调信号有三个基本特性： （1）携带有消息； （2）适合在信道中传输; （3）频谱有带通形式，中心频率远离零频。
基带
信
信号
源
形成
器
信道
接收 滤波
器
抽 样 判 决
信 宿
噪声源
cp
图1-4 数字基带传输系统模型
数字基带传输系统模型
基带信号形成器：包括编码器、加密器以及波形 变换等；
接收滤波器： 包括译码器、解密器等。
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3. 模拟信号数字化传输通信系统
模拟 信息源
由抽样、量化、 编码组成的模数 转换器
发
接
发
接
送
收
送
收
设
设
设
设
备
备
备
备
(a)串序传输
(b)并序传输
图1-7 串序和并序传输方式
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12
3. 按通信网络形式分 通信的网络形式通常可分为三种：两点间直通方
式、分支方式和交换方式，
终端A (a)
转接站
终端B
终端 A
终端 B
终端 C
...
终端 N
(b)
终端A 终端B 终端C
交换设备
第4章_信道
32
4.3 信道的数学模型
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
4.3.2 编码信道模型
由于信道噪声或其它因素的影响，将导致输出数字序列发生 错误，因此输入输出数字序列之间的关系可以用一组 转移概率 来表征。 转移概率：在二进制系统中，就是“0”转移为“1”的 概率和“1”转移为“0”的概率。
8
4.1 无线信道
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
地波
频率在2MHz以下的电磁波，趋于沿弯曲的地球表面传 播，有一定的绕射能力。 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。
传播路径 传播路径
发射天线 发射天线
地面 地面
接收天线 接收天线
导体 绝缘层
图4-9 双绞线
21
4.2 有线信道
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
传输电信号的有线信道主要有三类：
明线、对称电缆和同轴电缆。 同轴电缆
由内外两根同心圆柱导体构成，两根导体之间用绝缘体 隔离开。内导体多为实心导线，外导体是一根空心导电管或 金属编织网，在外导体外面有一层绝缘保护层。其优点是抗 干扰特性好。
增大视线传播距离的途径 卫星中继（卫星通信）
利用三颗地球同步卫星可以覆盖全球，从而实现全球通信。
利用卫星作为中继站能够增大一次 转发的距离，但是却增大了发射功 率和信号传输的延迟。 此外，发射卫星也是一项巨大的工 程。 故开始研究使用平流层通信。 图4-5 卫星中继
15
4.1 无线信道
发射天线 发射天线
地面 地面
接收天线 接收天线
图4-4
无线电中继
特点：容量大、发射功率小、稳定可靠等。
通信原理樊昌信第七版
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~相频特性
2. 无失真传输
H ( )K ejtd
H() K
()td
n 无失真传输（理想恒参信道）特性曲线：
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td ()dd ()td
相频特性
群迟延特性
n 理想恒参信道的冲激响应:
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
20
§4.3 信道数学模型
1. 调制信道模型 n 模型： 叠加有噪声的线性时变/时不变网络：
si (t)
C()
输入
r(t)
+
输出
n 共性：
信道
n(t)
有一对（或多对）输入端和输出端
大多数信道都满足线性叠加原理
对信号有固定或时变的延迟和损耗
无信号输入时，仍可能有输出(噪声)
地球
对流层散射通信
r 流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率: 30 ~ 100 MHz 距离: 1000 km以上 用途: 低速存储、高速突发、断续传输
12
§4.2 有线信道
n 明线 n 对称电缆 n 同轴电缆 n 光纤
本章内容:
第4章 信道
信道分类
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
信道噪声
信道容量
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
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
(整理)通信原理复习提纲-
10级通信原理内容提纲第一章 绪论1． 通信系统的组成和各部分的功能；2． 通信系统的两个主要性能要求、在模拟和数字通信系统中分别反映为哪个指标。
3． 信源信息量的有关计算● 单个符号的信息量：I=−log 2p(x) bit ● 平均每符号的信息量：211()()()()log()/M Miiii i i H x p x I x p x p x bit symbol ====-∑∑● 信源等概时平均每符号的信息量：H(x)=log 2M bit/symbol ● 整个消息的信息量：I=N·H(x)=I 1+I 2+···+I N bit 4． 比特率、符号率、频带利用率的概念，以及有关计算 ● R b =R s ×每符号所含比特数 bit/s ，对信源有R b =R s ·H(x) ● R b =R s ·log 2M bit/s ，M 个符号等概下5． 误符号率与误比特率的概念、二者关系，以及有关计算 * 说明：本课程中，“比特（bit ）”有两种含义，一是信息量单位，一是二进制的“位”，应根据具体情况判断是哪种含义。
本章内容基本，要求全面掌握。
第二章 随机信号分析本章内容注重概念、结论、参数的物理意义、必要的计算推导，特定函数的付利叶变换与反变换关系。
以下ξ(t )表示随机过程。
1． ξ(t )的概率密度函数与概率分布的关系，E[ξ(t )]、D[ξ(t )]、R(t 1,t 2)的定义及简单计算，广义平稳ξ(t )的定义及判定。
2． 平稳ξ(t )的功率谱密度与R(τ)的关系。
3． 正态分布统计特性特点，一维正态分布概率密度表达式及其参数的物理意义。
4． 白噪声及带限白噪声的功率谱密度和自相关函数的有关计算和结论。
5． 窄带随机过程的统计特性结论。
6． 平稳ξ(t )通过线性系统的统计特性结论。
本章内容，重点掌握基本概念如要点1、3、5、6，并进行相应的随机信号分析。
Cha电信PPT课件
p(bi | a j ) 1或0 • 噪声熵H(Y|X) ＝ 0
p(ai
|
bj
)
1或0
• 损失熵H(X|Y) ≠ 0
I(X ,Y ) H (Y ) H (X )
C max I (X ;Y ) max H (Y ) p(ai )
信道中接收到 符号Y后不能 完全消除对X 的不确定性, 信息有损失。 但输出端Y的 平均不确定性 因噪声熵等于 零而没有增加。26
内容
3.1 信道分类和表示参数 3.2 离散单个符号信道及其容量 3.3 离散序列信道及其容量
1
3.1 信道分类和表示参数
2
信道
• 信道：信息传输的通道
–在通信中,信道按其物理组成常被分成微波信 道、光纤信道、电缆信道等。信号在这些信 道中传输的过程遵循不同的物理规律, 通信 技术必须研究信号在这些信道中传输时的特 性
C
max
p(ai )
I
(X
;Y
)
max
H
(Y
)
log
2
m
29
3.2.2 对称DMC信道
• 对称离散无记忆信道：
• 对称性:
–每一行都是由同一集合{q1, q2,…qm}的诸
元素不同排列组成——输入对称
–每一列都是由{p1, p2,…pn}集的诸元素不
同排列组成——输出对称
1 1 1 1
P
3
3
6
6
31
对称DMC信道
• 对称离散信道的平均互信息为
I(X ,Y ) H (X ) H (X |Y ) H (Y ) H (Y | X )
H (Y | X ) p(ai ) p(bj | ai ) logp(bj | ai )
信道及信道容量
信道1 p( j | k )
P2
信道2 P p( j | k )
若信道1和信道2级联，则要求信道1的输出集和信道2的输入集 相同。给定信道1和信道2的转移概率 p( j | k ) 和 p( j | k ) ， 则 级联信道的转移概率为 p ( j | k ) j p( j | k ) p( j | k j ) 这样就得到了一个新的离散信道，输入集为 X1 ，输出集为 Y2 ， 转移概率矩阵为 {P( j | k )}。
信息工程学院通信工程系
3.2 离散信道及数学模型
多符号离散信道数学模型 X=X1X2… Xk ….XN
P(Y|X)
Y=Y1Y2…Yk ….YN
{p(yj|xi)}
Xk取值: {x1, x2, …, xn}， 则X共有nN 种 i , i=1～nN Yk取值: {y1, y2, …, ym}， 则Y共有mN种 j , j=1～mN
在物理信道一定的情况下，总是希望传输的信息越 多越好。这不仅仅与物理信道本身特性有关，还与载荷
信息的信号形式和信源输出信号的统计特性有关。
本章讨论“什么条件下，通过信道的信息量最大”。
信息工程学院通信工程系
3.1 信道分类和描述
信道分类
1、根据信道两端输入和输出集合的个数，分为： 两端信道(单用户信道)--输入、输出均只有一个 多端信道(多用户信道)--输入、输出有多个 2、根据输入、输出随机变量的个数，分为： 单符号信道--输入、输出用随机变量表示 多符号信道--输入、输出用随机矢量表示 3、根据信道上有无噪声(干扰)，分为： 有噪(扰)信道 无噪(扰)信道
[ （1） 信道输入统计概率空间：X , p( X )] [ （2） 信道输出统计概率空间：Y , p (Y )] （3） 信道的统计特性，即信道转移概率矩阵：p( y | x)
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。
通信系统的基本组成
通信系统的基本组成主要包括以下部分：
1. 信源：信源是产生原始电信号的设备，其功能是将各种信息转换为原始电信号。
根据信息类型的不同，信源可分为模拟信源和数字信源两种类型。
2. 发送设备：发送设备的功能是将信源产生的原始电信号转换为适合在信道中传输的信号。
在转换过程中，发送设备会对信号进行调制、编码等处理，以增强信号的抗干扰能力和传输效率。
3. 信道：信道是传输信号的媒介，负责将来自发送设备的信号传送到接收端。
根据传输介质的不同，信道可分为有线信道和无线信道两大类。
4. 噪声源：噪声源是指存在于通信系统中的各种噪声。
这些噪声可能来自外部环境，如电磁干扰、雷电等，也可能来自系统内部，如热噪声等。
5. 接收设备：接收设备的功能是从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。
在接收端，接收设备会对信号进行解调、解码等处理，以还原出原始电信号。
6. 受信者：受信者是将原始电信号还原成相应的消息的设备或人。
在电话通信中，受信者是电话听筒的持有者；在电视通信中，受信者是电视机前的观众。
通过以上组成部分的协同工作，通信系统实现了信息的
传输和交流。
在实际应用中，根据不同的通信需求和场景，可以选择不同的通信方式和组成部件，以达到最佳的通信效果。
GSM的信道类型和组成 - 考试归类
22. BCCH 组合类型 BCCHTYPE 用字符串表示，范围为：COMB，COMBC，NCOMB 三种。一下说法正确的是 （D） A.广播消息在 BCCHNO 定义的载频上发送。 B：表示 BCCH 与独立专用控制信道（SDCCH/4）组合。 C.NCOMB：表示 BCCH 不与 SDCCH/4 组合。 D.以上都正确。
分析： PCH（寻呼信道）：用于寻呼（搜索）MS。在下行信道中传送，点对多点方式。PCH 信道在下行 BCCH 载频的 0 时 隙上传送。 29. 普通突发脉冲可以用于携带 A.AGCH B.RACH C.SCH (A) AGCH 信道的消息。
30. 立即分配消息是在以下哪个逻辑信道发送的 (C) AGCH 31. “Immediate Assignment”消息是在哪个信道上发送的? 32. 系统为 MS 分配的 SDCCH 信息是通过哪个信道下发给手机的？ A.AGCH B.RACH C.SACCH
D.SCH E.BCCH 44. SDCCH 上能承载 (B) 呼叫建立、短信息、位置更新、周期性登记、补充业务登记等 A.呼叫建立、寻呼、数据业务等。 B.呼叫建立、短信息、位置更新、周期性登记、补充业务登记等业务。 C.呼叫建立，短信息、位置更新、数据业务等。 D.呼叫建立，位置更新、话务业务等。 业务。
26. 公共控制信道 CCCH 包含：（D） A.FCCH、SCH、BCCH B.PCH、SCH、AGCH C.SDCCH、SACCH、FACCH D.PCH、RACH、AGCH
PCH、RACH、AGCH
27. 以下不属于公共控制信道的是 （C） SCH A.PCH B.RACH C.SCH (SCH 同步信道，属于广播控制信道) D.AGCH 寻呼信道 PCH 28. 对移动台的寻呼信息是通过哪个逻辑信道来传送的？ A.BCCH B.PCH C.SCH D.SACCH （B） PCH
各种类型信道
第四章 信道
第一节
一、基本问题
《通信原理（一）》CAI
无线信道
– 无线信道电磁波的频率 • 受天线尺寸限制，一般为电磁波波长的1/10~1/4， 故无线信道电磁波的频率较高。 – 地球大气层的结构 电离层 • 对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层 • 平流层：约10 ～ 60 km 60 • 电离层：约60 ～ 400 km km 对流层
信道是以传输媒质为基础的信号传输通道。 有线信道 狭义信道
明线 电缆 光缆
地波传播 短波电离层反射 超短波、微波视距中继 人造卫星中继等
无线信道
广义信道：包括传输媒质和变换装置（发送接收调制解调） 一般来说,实际信道都不是理想的。首先，这些信道具有 非理想的频率响应特性(无源干扰)，另外还有噪声和信号 通过信道传输时掺杂进去的其他干扰(有源干扰) 。
10 km 0 km
地 面
第四章 信道
第一节 无线信道
衰 减
《通信原理（一）》CAI
一、基本问题 电离层对于传播的影响
吸收(衰减) 反射 散射
水蒸气 氧 气
(dB/km)
频率(GHz) (a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减
大气层对于传播的影响
吸收 散射
衰 减
降雨率
图 4-3 视线传播
式中，D – 收发天线间距离(km)。 [例] 若要求D = 50 km，则由式(4.1-3)
D 2 D 2 502 h 50 8r 50 50
m
图4-4 无线电中继
增大视线传播距离的其他途径 中继通信： 卫星通信：静止卫星、移动卫星 平流层通信：
第四章 信道
通信原理第4章信道
人为噪声 － 例：开关火花、电台辐射 自然噪声 － 例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热
噪声
30
信道中的噪声
热噪声
来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。 频率范围：均匀分布在大约 0 ～ 1012 Hz。 热噪声电压有效值：
V 4kTRB(V)
式中 k = 1.38 10-23（J/K） － 波兹曼常数； T － 热力学温度（ºK）； R － 阻值（）； B － 带宽（Hz）。
8
有线信道
4.2 有线信道
明线
9
有线信道
对称电缆：由许多对双绞线组成
导体 绝缘层
同轴电缆
图4-9 双绞线
实心介质 导体
金属编织网
保护层
图4-10 同轴线
10
有线信道
n2 n1 折射率
光纤
结构
(a)
纤芯 包层
n2 n1 折射率
按折射率分类 (b) 阶跃型
梯度型 按模式分类
噪声等效带宽：
Bn
Pn(f)d
f
2Pn(f0)
0 Pn(f)df Pn(f0)
式中 Pn(f0) － 原噪声功率谱密度曲线的最大值
噪声等效带宽的物理概念：
以此带宽作一矩形
滤波特性，则通过此
接收滤波器特性
特性滤波器的噪声功率，
等于通过实际滤波器的
Pn(f)
噪声功率。
Pn (f0)
噪声等效 带宽
利用噪声等效带宽的概念，
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信道中的噪声
窄带高斯噪声
带限白噪声：经过接收机带通滤波器过滤的热噪 声
窄带高斯噪声：由于滤波器是一种线性电路，高 斯过程通过线性电路后，仍为一高斯过程，故此 窄带噪声又称窄带高斯噪声。
通信系统组成、分类、通信方式与主要性能指标
目前的这些现代的通信方法和手段已为我们大家所熟 知，并成为我们社会生活中一个不可或缺的组成部分。随 着科学技术与社会的发展，对通信的要求也越来越高。
近代深空通信的一个成功范例
美国宇航局2005年1月12日发射了用来探测彗星的“深度撞击” 号探测器，它的目标是“坦普尔一号”彗星的彗核。 “深度撞击”发 射了一发“炮弹”于7月4日与彗星TEMPEL1在距地球1.32亿公里处相 撞，并将观测到的宝贵图像和数据传回地球（延时大约74分钟）。
举，当时的苏联政府便把5月7日定为“无线 电发明日”。
波波夫实验用的无线电接收机
人类首次远距离无线电通信
1897年5月18日,马可尼进行横跨布里斯托尔（Bristol）海峡的无线电 通信取得成功，通信距离为14公里。
影响通信发展的重要发明或理论
1906年,Lee Deforest发明了真空三极管放大器。 1925年，英国发明家贝尔德在前人研究的基础上终于制成了
1976年，出现个人计算机。 1979年，64KB随机存储器的出现宣告超大规模集成（VLSI）电路时代的
到来。 1980年，贝尔公司推出FT3光纤通信系统。 1985年，传真机（FAX）广泛使用。 1989年，卫星全球定位系统（GPS）完成部署 。 1995年，互联网（Internet）及WWW浏览广泛流行。 2000年至今，进入基于微处理器的数字信号处理、高速个人计算机、扩
最早的电通信设想
1753年2月17日，《苏格兰人》杂志上发表了一封署名C.M的书信。 在这封信中，作者提出了用电流进行通信的大胆设想。他建议： 把一组金属线从一个地点延伸到另一个地点，每根金属线与一个 字母相对应。在一端发报时，便根据报文内容将一条条金属线与 静电机相连接，使它们依次通过电流。电流通过金属线上的小球 便将挂在它下面的写有不同字母或数字的小纸片吸了起来，从而 起到远距离传递信息的作用。
通信原理第3章信道
图3.1-5 无线电中继
➢ 平流层通信：利用位于平流层的高空平台电台代替卫星作为 基站的通信。
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第3章 信 道
三、电离层和大气层对于传播的影响
电离层对于传播的影响
反射 散射
大气层对于传播的影响
散射 吸收
衰 减
根据应用情况不同，在光纤线路中可能设有中继器 （也可不设）。中继器有两种类型：直接中继器和间接中继器。 所谓直接中继器就是光放大器，它直接将光信号放大以补偿光 纤的传输损耗，以便延长传输距离；所谓间接中继器就是将光 信号先解调为电信号，经放大或再生处理后，再调制到光载波 上，利用光纤继续进行传输。在数字光纤信道中，为了减少失 真及防止噪声的积累，每隔一定距离需要加入再生中继器。
电离层
电离层：约60 ～ 400 km
平流层
60 km
对流层
10 km
地面
0 km
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第3章 信 道
3.短波电离层的传播路径
短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电 离层， 或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成 的信道。
离地面60~400 km的大气层称为电离层。
电离层由分子、原子、离子及自由电子组成，形成的 原因是由于太阳辐射的紫外线和X射线。 当频率范围为 3~30 MHz (波长为10-100m)的短波(或称为高频)无线电 波射入电离层时， 由于折射现象会使电波发生反射，返回 地面，从而形成短波电离层反射信道。
制 器
光
光
纤
探
线测
路
器
基
基
带
带
处 理
电 信 号
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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通信信道
□通信信道的组成
远程设备之间的数据链路称为通信信道、通信线路或通信链路。
一条通信信道提供了在两至多点间传送数据的通道。
通信信道可以由下述传输设备之一或它们的某种组合所组成：
1.电话线路
2.电报线路
3.卫星
4.激光
5.同轴电缆
6.微波
7.光纤
数据是按位(0、1信号)存储和传送的，信道速度是指每秒钟可以传输的位数，又称它为波特率。
位/秒与波特率并不完全等同，但在实际使用时二者是通用的。
根据波特率一般可以将信道分成三类：次声级、声级和宽频带级。
1.次声级。
次声级线路比电话线还低一级。
通常，因硬件技术的限制使得每秒钟只能输出7个字符时才使用这种线路，但是目前已经很少，甚至没有这种需要了。
2.声级。
这是常规的电话线路，其速率在600波特(位/秒)到9600波特之间。
一条常规的电话线可以被“调节”以高达9600波特的速率传送数据，而且相当准确。
当然随着这种能力的增加而必然带来用户成本相应提高。
如果具体看声级线路速度，那么，一条具有1200波特速率的线路每秒钟大约可以传送120个字符。
声级线路主要用于计算机与群控器之间的高速链路，但是它也能用于低速的、计算机到计算机的通信。
3.宽频带级。
宽频带级信道具有超出1兆波特的容量，而且主要用于计算机到计算机的通信上。
□信道的种类
一个公司要为自己在费城与纽约之间架设一条同轴电缆线是不切实际的，更不用说是不合法的。
同样，要建立自己的微波中继站或发射卫星也是不切实际的。
鉴于这些原因，大多数公司都转向去租用公用的载波线路，例如，去租用美国电话电报公司(AT&.T)和西方联盟(Western Union)为他们的数据网络提供的信道。
一个公司可以在传输设备间租用一种永久的或半永久的连接线路(租用线)。
永久线路是一天24小时都可使用的专用线。
半永久的连线只给公司在每天的某9个小时使用权。
租用线路的公司付费的多少取决于波特率的大小、距离的长短以及是永久的还是半永久的等因素。
拨号线路(又称为公用线或交换线路)是严格按时间和距离来记帐的。
这跟打长途电话的收费办法一样。
私用线路由使用者自己安装、维护，而且其所有权也是属于使用者的。
私用线是局部网的一部分，有时也称为一个“局部网”。
一个局部网只限于一个大楼内或公司范围内的几座大楼之间。
有时把一条完全专用的租用线也称为私用线。
另一种公司载波线路是增值网络(VAN)，VAN是一种“特殊的”公用载波。
它可以使用也可以不使用公用载波设备，在每种情况下VAN都对网络起“增值”作用。
在公用载波线路的标准服务之外，VAN还能进行电子邮件业务并允许在彼此不兼容的计算机之间进行通信。
VAN不仅增加了服务项目，而且是以低速率来完成这些服务项目的。
为了说明这一点，我们来考察下面的实例，美国广播公司(ABC)从公用载波线路中租用了一条从纽约到费城的速率为9600波特的专用线路。
ABC只使用大约15%的线路容量。
一个增值网络可以从同一个公用载波线路中租用同一条线路，并使用余下的(85%)的线路容量来为几个公司传输数据(这几个公司都要求建立纽约与费城之间的联系)。
VAN 在线路的每一端都使用计算机来收集数据，并把这些数据重新发送至目的地。
事实上，四五个公司共用同一条线路共同负担线路费用，而没有降低服务质量。
只能单传输数据的线路称作为单工线路。
能在不同时刻双向传输数据的线路称为半双工线路。
能在同一时刻双向传送数据的线路称为全双工线路(见图20.8.7)。
由于信息系统是交互式工作的，而且通常要求双向传输数据，因此信息系统使用的线路或是半双工的或是全双工的。
事实上，“线路”一词有点用词不当，因为一条全双工线路是由两条半双工线路组成的。
假定某公用事业公司的总部设在圣·露易斯。
图20.8.8指出了在对圣·露易斯的总部以及在其它城市的业务分支办事处。
公司领导打算建立一个将所有远程办事处与圣·露易斯总部相连接的数据通信网络。
确定线路分布的第一个任务是分析在每一地点的工作负荷，以便使这些工作负荷能均匀地分散在各条线路上。
为了做到这一点，这种分析需要确定：
1.每日和每小时的平均信息量
2.峰值日和峰值小时的信息量
3.所发送的信息的类型
4.信息从何处来，发送至何处
一个通信网络的线路分布的目标是既使线路的长度最短而又能与所有远程点相连接，同时还要避免线路的超载。
在分布线路时，还应该考虑到备用发送的可能性。