現(xiàn)代通信原理第1章 概論

通信原理第1章概論1.1通信的根本概念1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式1.4信息及其度量1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)1.6小結(jié)通信的開展簡(jiǎn)史1753年2月17日，?蘇格蘭人?雜志上發(fā)表了一封署名C.M的書信。在這封信中，作者提出了用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想。他建議：把一組金屬線從一個(gè)地點(diǎn)延伸到另一個(gè)地點(diǎn)，每根金屬線與一個(gè)字母相對(duì)應(yīng)。在一端發(fā)報(bào)時(shí)，便根據(jù)報(bào)文內(nèi)容將一條條金屬線與靜電機(jī)相連接，使它們依次通過電流。電流通過金屬線上的小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片吸了起來，從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。最早的電通信設(shè)想通信的開展簡(jiǎn)史1844年5月24日，莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩拍發(fā)人類歷史上的第一份電報(bào)。在座無虛席的國(guó)會(huì)大廈里,莫爾斯用沖動(dòng)得有些顫抖的雙手,操縱著他傾十余年心血研制成功的電報(bào)機(jī),發(fā)出了:“上帝創(chuàng)造了何等奇跡!〞一語。莫爾斯發(fā)出第一封電報(bào)設(shè)備的復(fù)制品

最早的有線電報(bào)通信的開展簡(jiǎn)史1875年6月2日，美國(guó)人亞力山大.格雷厄姆.貝爾(Bell,AlekanderGraham)創(chuàng)造了。至今美國(guó)波士頓法院路109號(hào)的門口，仍釘著塊鐫有：1875年6月2日誕生在這里的銅牌。1876年2月14日，貝爾申請(qǐng)了那個(gè)著名的他和沃森一直研究著的裝置——的專利。同一天另一個(gè)創(chuàng)造家格雷〔1835-1901〕也向美國(guó)專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請(qǐng)書，只因比貝爾晚了幾個(gè)小時(shí)而痛失創(chuàng)造權(quán)。最早的有線貝爾獲得的專利證書通信的開展簡(jiǎn)史電磁波的發(fā)現(xiàn)通信的開展簡(jiǎn)史最早的無線通信波波夫?qū)嶒?yàn)用的無線電接收機(jī)

通信的開展簡(jiǎn)史1897年5月18日,馬可尼進(jìn)行橫跨布里斯托爾〔Bristol〕海峽的無線電通信取得成功，通信距離為14公里。人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信影響通信開展的重要?jiǎng)?chuàng)造或理論1906年,LeeDeforest創(chuàng)造了真空三極管放大器。1925年，英國(guó)創(chuàng)造家貝爾德在前人研究的根底上終于制成了世界上第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的電視機(jī)。1941年，JohnV.Atanasoff在衣阿華州立大學(xué)創(chuàng)造數(shù)字計(jì)算機(jī)。

1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的SteveO.Rice給出了噪聲的統(tǒng)計(jì)1948年，貝爾實(shí)驗(yàn)室向公眾展示了用以取代真空管的晶體管。1948年，ClaudeE.Shannon發(fā)表了信息論。1957年10月4日，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，地球上第一次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航天時(shí)代的開始，也意味著一個(gè)利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的時(shí)代即將到來。影響通信開展的重要?jiǎng)?chuàng)造或理論1958年，創(chuàng)造了集成電路。1964年，電子交換機(jī)投入使用。1972年，摩托羅拉公司為FCC演示蜂窩系統(tǒng)。1976年，出現(xiàn)個(gè)人計(jì)算機(jī)。1979年，64KB隨機(jī)存儲(chǔ)器的出現(xiàn)宣告超大規(guī)模集成〔VLSI〕電路時(shí)代的到來。1980年，貝爾公司推出FT3光纖通信系統(tǒng)。1985年，機(jī)〔FAX〕廣泛使用。1989年，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)〔GPS〕完成部署。1995年，互聯(lián)網(wǎng)〔Internet〕及WWW瀏覽廣泛流行。2000年至今，進(jìn)入基于微處理器的數(shù)字信號(hào)處理、高速個(gè)人計(jì)算機(jī)、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)、數(shù)字電視、數(shù)字播送以及個(gè)人通信系統(tǒng)時(shí)代。1.2通信系統(tǒng)一般模型信源發(fā)送設(shè)備信道信宿接收設(shè)備發(fā)送端接收端噪聲源信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，稱之為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。發(fā)送設(shè)備將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見的變換方式。1.2通信系統(tǒng)一般模型信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無線信道中，信道可以是大氣〔自由空間〕在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同，需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。1.2通信系統(tǒng)一般模型噪聲源是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的不是人為參加的設(shè)備，并且是人們所不希望的。噪聲的來源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象參加到信道。接收設(shè)備完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。1.2通信系統(tǒng)一般模型信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)，其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。1.2通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)一般模型消息消息的狀態(tài)連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語音、活動(dòng)圖片等離散消息指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。

消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體——電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號(hào)的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。hello信號(hào)信號(hào)參量的取值方式模擬信號(hào)：信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個(gè)值，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如機(jī)送出的語音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)等。時(shí)域離散信號(hào)：信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個(gè)值，但時(shí)間上是離散的。數(shù)字信號(hào)：凡信號(hào)參量只能取有限個(gè)值，并且常常不直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入/輸出信號(hào)等。1.2.1通信系統(tǒng)一般模型1.2.1通信系統(tǒng)一般模型tf(t)0tf(t)0tf(t)0時(shí)間離散、參量連續(xù)時(shí)間連續(xù)、參量連續(xù)時(shí)間離散、參量離散抽樣量化1.2.1通信系統(tǒng)一般模型信號(hào)信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)模擬通信系統(tǒng)：利用模擬信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)：利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)。信源調(diào)制信道信宿解調(diào)發(fā)送端接收端噪聲源模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)模型在模擬通信系統(tǒng)中，需要兩種變換:

第一種變換：發(fā)送端的連續(xù)消息要變換成原始電信號(hào)，接收端收到的信號(hào)要反變換成原連續(xù)消息。第二種變換：調(diào)制和解調(diào)調(diào)制:將原始電信號(hào)變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，解調(diào):在接收端將信道中傳輸?shù)男盘?hào)復(fù)原成原始的電信號(hào)。送端調(diào)制前和接收端解調(diào)后的信號(hào)成為基帶信號(hào)。已調(diào)信號(hào)又稱為頻帶信號(hào)。模擬信息源調(diào)制器解調(diào)器受信者信道噪聲源圖1-2模擬通信系統(tǒng)模型基帶信號(hào)基帶信號(hào)頻帶信號(hào)數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、以及加/解密等信源信源編碼信道編碼加密調(diào)制信宿信源譯碼信道譯碼解密解調(diào)信道噪聲數(shù)字通信系統(tǒng)信源編碼與譯碼

信源編碼的作用有兩個(gè)

1將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，即通常所說的模/數(shù)轉(zhuǎn)換;

2設(shè)法降低數(shù)字信號(hào)的數(shù)碼率，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮。

碼元速率直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸所占的帶寬直接反響了通信的有效性。信源譯碼是信源編碼的逆過程。

信道編碼與譯碼數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及干擾等因素，將會(huì)引起過失。信道編碼的目的就是提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力，盡可能地控制過失，實(shí)現(xiàn)可靠通信。

調(diào)制與解調(diào)調(diào)制:將各種數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號(hào)(已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào))；

解調(diào):在接收端將收到的數(shù)字頻帶信號(hào)復(fù)原成數(shù)字基帶信號(hào)。

在某些有線信道中，假設(shè)傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信號(hào)可以直接傳送，我們稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。而在另外一些信道，特別是無線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號(hào)那么必須經(jīng)過調(diào)制將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，我們把這種傳輸稱為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。

5〕同步與數(shù)字復(fù)接同步是使收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致。按功能可分為：載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。數(shù)字復(fù)接是依據(jù)時(shí)分復(fù)用把假設(shè)干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速的數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。模擬&數(shù)字通信系統(tǒng)模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸，數(shù)字系統(tǒng)就是以數(shù)字方式傳輸模擬語音信號(hào)的例子。數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸，如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過模擬線路傳輸，但這時(shí)必須使用調(diào)制解調(diào)器〔Modem〕將數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行正弦調(diào)制，以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性?？梢?，模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別僅在于信道中傳輸?shù)男盘?hào)種類。模擬&數(shù)字通信系統(tǒng)1.3通信系統(tǒng)分類調(diào)制方式用途連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺(tái)、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控?cái)?shù)據(jù)傳輸1.3通信系統(tǒng)分類調(diào)制方式用途脈沖數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測(cè)脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測(cè)、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其他語言編碼方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話1.3通信系統(tǒng)分類頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對(duì)長(zhǎng)波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)30~300kHz103~104m低頻LF有線線對(duì)長(zhǎng)波無線電導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜短波無線電調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無線電移動(dòng)無線電話、短波廣播定點(diǎn)軍用通信、業(yè)余無線電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航1.3通信系統(tǒng)分類頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途300MHz~3GHz10~100cm特高頻UHF波導(dǎo)分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無線電雷達(dá)、微波接力、射電天文學(xué)107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外可見光紅外光纖激光空間傳播光通信通信方式按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分：對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。

單工通信，是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一個(gè)信道。半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。全雙工通信，是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。1.3.5按通信方式分類

對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)之間的通信，按消息傳送的方向與時(shí)間的關(guān)系，通信方式可分為:單工通信:指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞健＠邕b控、遙測(cè)、播送、電視等。

半雙工通信:指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收發(fā)的工作方式。例如使用同一載頻工作的無線電對(duì)講機(jī)。全雙工通信:全雙工通信是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。例如。通信方式是指通信雙方之間的工作方式或信號(hào)傳輸方式。單工：播送半雙工：對(duì)講機(jī)雙工：信道收端發(fā)端a單工通信信道發(fā)端發(fā)端收端收端b半雙工通信信道收端信道發(fā)端發(fā)端發(fā)端c全雙工通信雙工：半雙工：對(duì)講機(jī)數(shù)字通信中，按照數(shù)字信號(hào)碼元排列方法不同，通信方式可分為:

串行傳輸:是指數(shù)字信號(hào)碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在信道中傳輸。遠(yuǎn)距離數(shù)字通信大多采用串行傳輸方式。并行傳輸:是指將數(shù)字信號(hào)碼元序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號(hào)碼元序列同時(shí)在信道中傳輸。近距離數(shù)字通信可采用并行傳輸方式。

FLASH演示01101100發(fā)送方接收方8比特同時(shí)發(fā)送a并行傳輸01101100發(fā)送方接收方并/串轉(zhuǎn)換器01101100并/串轉(zhuǎn)換器8比特依次發(fā)送b串行傳輸1.4信息及其度量〔重點(diǎn)〕

信號(hào)是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。 任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的，也就是說，信源輸出是用統(tǒng)計(jì)方法來定性的。對(duì)接收者來說，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息；否那么，信源輸出已確切知曉，就沒有必要再傳輸它了。因此，信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量。信息及其度量從常識(shí)的角度來感覺三條消息：①太陽從東方升起；②太陽比往日大兩倍；③太陽將從西方升起。第一條幾乎沒有帶來任何信息第二條帶來了大量信息第三條帶來的信息多于第二條第一事件是一個(gè)必然事件，人們?nèi)狈槠妫坏谌录缀醪豢赡馨l(fā)生，它使人感到驚奇和意外，也就是說，它帶來更多的信息信息含量是與驚奇這一因素相關(guān)聯(lián)的，這是不確定性或不可預(yù)測(cè)性的結(jié)果。越是不可預(yù)測(cè)的事件，越會(huì)使人感到驚奇，帶來的信息越多。信息及其度量

根據(jù)概率論知識(shí)，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述。

可能性越小，概率越??；反之，概率越大。

因此，消息中包含的信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。信息及其度量信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系應(yīng)為

信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)a有關(guān)。a=2時(shí)，信息量的單位為比特(bit)；a=e時(shí)，信息量的單位為奈特(nit)；a=10時(shí)，信息量的單位為十進(jìn)制單位，叫哈特萊。目前廣泛使用的單位為比特。【例】設(shè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字0或1，那么信源每個(gè)輸出的信息含量為I(0)=I(1)=log22=1(bit)傳送等概率的二進(jìn)制波形之一(P=1/2〕的信息量為1比特。傳送等概率的四進(jìn)制波形之一〔P=1/4〕的信息量為2比特，這時(shí)每一個(gè)四進(jìn)制波形需要用2個(gè)二進(jìn)制脈沖表示；傳送等概率的八進(jìn)制波形之一〔P=1/8〕的信息量為3比特，這時(shí)至少需要3個(gè)二進(jìn)制脈沖。對(duì)于離散信源，M個(gè)波形等概率〔P=1/M〕發(fā)送，且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，即信源是無記憶的，那么傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為信息及其度量信息及其度量如果是非等概情況，設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，且有P(xi)=1,那么x1,x2,…,xn所包含的信息量分別為-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(xn)。于是，每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量為

通常又稱它為信息源的熵，其單位為bit/符號(hào)。顯然，當(dāng)信源中每個(gè)符號(hào)等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，此時(shí)信源的熵有最大值。信息及其度量信息及其度量假設(shè)用熵的概念來計(jì)算

可見，兩種算法的結(jié)果有一定誤差，但當(dāng)消息很長(zhǎng)時(shí)，用熵的概念來計(jì)算比較方便。而且隨著消息序列長(zhǎng)度的增加，兩種計(jì)算誤差將趨于零。1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)〔重點(diǎn)〕通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣权晢栴}；可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量〞問題。這兩個(gè)問題相互矛盾而又相對(duì)統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行互換。

主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的有效性可用有效傳輸頻帶來度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，那么需要不同的頻帶寬度?？煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量。可靠性可用過失率來衡量。主要性能指標(biāo)TTTA二進(jìn)制0TT/2T/3符號(hào)比特碼元寬度碼元寬度碼元寬度比特寬度比特寬度比特寬度碼元碼元四進(jìn)制01八進(jìn)制010主要性能指標(biāo)傳輸速率：碼元傳輸速率和信息傳輸速率碼元傳輸速率RB簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特〔Baud〕，記為B。例如，假設(shè)1秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，那么傳碼率為2400B。數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度T有關(guān):主要性能指標(biāo)信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位是比特/秒，可記為bit/s，或b/s，或bps。每個(gè)碼元或符號(hào)通常都含有一定bit數(shù)的信息量，因此碼元速率和信息速率有確定的關(guān)系，即Rb=RB·H(b/s)式中，H為信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量〔熵〕。等概傳輸時(shí)，熵有最大值log2M，信息速率也到達(dá)最大，即Rb=RBlog2M(b/s)主要性能指標(biāo)【例】碼元速率為1200B，采用十六進(jìn)制〔M=16〕時(shí)，信息速率為b/s；采用二進(jìn)制〔M=2〕時(shí)，信息速率為1200b/s，可見，二進(jìn)制的碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等，有時(shí)簡(jiǎn)稱它們?yōu)閿?shù)碼率4800主要性能指標(biāo)頻帶利用率η比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即數(shù)字信號(hào)的傳輸帶寬B取決于碼元速率，而碼元速率RB和信息速率Rb有著確定的關(guān)系。為了比較不同系統(tǒng)的傳輸效率，又可定義頻帶利用率為過失率衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是過失率，常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率〔碼元過失率〕Pe是指發(fā)生過失的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即誤信率〔信息過失率〕Pb是指發(fā)生過失的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即主要性能指標(biāo)信道與噪聲信道定義與數(shù)學(xué)模型恒參信道及其傳輸特性隨參信道及其傳輸特性加性噪聲信道容量的概念信道定義信道〔channel〕：以傳輸媒質(zhì)為根底的信號(hào)通道。狹義信道：信號(hào)的傳輸媒質(zhì)。廣義信道：不僅是傳輸媒質(zhì)，而且包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置。信道定義狹義信道按照傳輸媒質(zhì)的特性可分為有線信道明線、雙絞線、同軸電纜及光纖等無線信道地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼、散射及移動(dòng)無線電信道等。廣義信道與通信系統(tǒng)有關(guān)的變換裝置可以是發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等等。廣義信道按照它包括的功能，調(diào)制信道編碼信道信道定義明線(即平行絕緣線)優(yōu)點(diǎn)：傳輸損耗低缺點(diǎn)：噪聲干擾敏感銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套同軸電纜優(yōu)點(diǎn)：外導(dǎo)體接地、屏蔽干擾LAN用基帶電纜：50Ω、93Ω〔1~20MHz〕CATV用寬帶電纜：75Ω〔750MHz〕信道定義內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套雙絞線(擰成扭絞狀的電纜)優(yōu)點(diǎn)：較穩(wěn)定缺點(diǎn)：損耗較大屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)常用的雙絞線為3類(16Mbit/s)和5類(155Mbit/s)兩種以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音雙絞線外無任何屏蔽層信道定義入射角折射角包層纖芯涂覆層涂覆層包層纖芯62.5μm0.0063cm125μm0.0124cm250μm0.025cm只要射到光纖外表的光線的入射角大于某一臨界角度，就可以產(chǎn)生全反射，并且可以存在許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸，這種光纖就稱為多模光纖〔MultimodeFiber〕無線視距中繼信道——超短波、微波兩個(gè)地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路

微波傳送塔地面微波接力衛(wèi)星中繼通信地面站地球地面站使用微波頻段使用轉(zhuǎn)發(fā)器接收和轉(zhuǎn)發(fā)信道定義編碼信道調(diào)制信道編碼器調(diào)制器發(fā)轉(zhuǎn)換器媒質(zhì)譯碼器解調(diào)器收轉(zhuǎn)換器輸入輸出調(diào)制信道和編碼信道調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道模型調(diào)制信道是為研究調(diào)制與解調(diào)問題所建立的一種廣義信道，是模擬信道，它具有如下共性：〔1〕有一對(duì)〔或多對(duì)〕輸入端和一對(duì)〔或多對(duì)〕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(hào)通過信道具有固定的或時(shí)變的延遲時(shí)間；〔4〕信號(hào)通過信道會(huì)受到固定的或時(shí)變的損耗；〔5〕即使沒有信號(hào)輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的輸出〔噪聲〕調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型可用一個(gè)二端對(duì)〔或多端對(duì)〕的時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)去代替調(diào)制信道，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)稱作調(diào)制信道模型二端對(duì)網(wǎng)絡(luò)多端對(duì)網(wǎng)絡(luò)調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型

尋找到這種函數(shù)關(guān)系是表示信道對(duì)信號(hào)的影響〔變換〕的某種函數(shù)關(guān)系信道對(duì)信號(hào)影響有兩點(diǎn)加性干擾乘性干擾調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型隨編碼信道數(shù)學(xué)模型編碼信道包括調(diào)制信道、調(diào)制器和解調(diào)器，是一種數(shù)字信道或離散信道。由于信道噪聲或其他因素的影響，將導(dǎo)致輸出數(shù)字序列發(fā)生錯(cuò)誤，因此輸入、輸出數(shù)字序列之間的關(guān)系可以用一組轉(zhuǎn)移概率來表征。二進(jìn)制編碼信道模型發(fā)送端接收端對(duì)于多進(jìn)制無記憶編碼信道：對(duì)于二進(jìn)制無記憶編碼信道：輸出的總的錯(cuò)誤概率：M元輸入符號(hào)：N元輸出符號(hào)：轉(zhuǎn)移概率：編碼信道數(shù)學(xué)模型編碼信道數(shù)學(xué)模型一個(gè)多進(jìn)制無記憶編碼信道模型恒參信道的特性及對(duì)信號(hào)的影響理想恒參信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯牵?1)對(duì)信號(hào)在幅度上產(chǎn)生固定的衰減；(2)對(duì)信號(hào)在時(shí)間上產(chǎn)生固定的遲延。這種情況也稱信號(hào)是無失真?zhèn)鬏敽銋⑿诺朗侵赋诵愿蓴_根本不隨時(shí)間變化的信道恒參信道的特性及對(duì)信號(hào)的影響傳輸特性幅-頻特性相-頻特性經(jīng)過信道后不產(chǎn)生失真，那么希望H(w)滿足不失真條件為一條直線呈線性關(guān)系恒參信道的特性及對(duì)信號(hào)的影響理想信道的幅頻特性、相頻特性恒參信道的特性及對(duì)信號(hào)的影響幅度-頻率失真幅度-頻率失真是由實(shí)際信道的幅度頻率特性的不理想所引起的，這種失真又稱為頻率失真，屬于線性失真。信道的幅度-頻率特性不理想會(huì)使通過它的信號(hào)波形產(chǎn)生失真，假設(shè)傳輸數(shù)字信號(hào)，那么會(huì)引起相鄰數(shù)字信號(hào)波形之間在時(shí)間上的相互重疊，造成碼間干擾。相位-頻率失真也是屬于線性失真。它對(duì)模擬話音傳輸影響不明顯。如果傳輸數(shù)字信號(hào)，相頻失真同樣會(huì)引起碼間干擾。相位-頻率失真恒參信道的特性及對(duì)信號(hào)的影響隨參信道及其傳輸特性隨參信道的傳輸媒質(zhì)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：(1)對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間隨機(jī)變化；(2)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間隨機(jī)變化；(3)多徑傳播。多徑衰落與頻率彌散(Multi-pathfadingandfrequencydispersal)頻率選擇性衰落與相關(guān)帶寬

(Frequency-selectivefadingandcoherencebandwidth)多徑衰落與頻率彌散

(Multi-pathfadingandfrequencydispersal)輸入信號(hào)輸出信號(hào)hbd2dd1qqhm多徑衰落與頻率彌散

(Multi-pathfadingandfrequencydispersal)r(t)的包絡(luò)和相位形式均勻分布瑞利分布(Rayleigh)多徑衰落與頻率彌散

(Multi-pathfadingandfrequencydispersal)相對(duì)于載波來說V(t)和j(t)是慢變化隨機(jī)過程，于是r(t)可以看成是一個(gè)窄帶隨機(jī)過程。兩個(gè)結(jié)論:(1)多徑傳播使單一頻率的正弦信號(hào)變成了包絡(luò)和相位受調(diào)制的窄帶信號(hào)，這種信號(hào)稱為衰落信號(hào)，即多徑傳播使信號(hào)產(chǎn)生瑞利型衰落；(2)從頻譜上看，多徑傳播使單一譜線變成了窄帶頻譜，即多徑傳播引起了頻率彌散。多徑衰落與頻率彌散

(Multi-pathfadingandfrequencydispersal)兩條路徑信道模型頻率選擇性衰落與相關(guān)帶寬

(Frequency-selectivefadingandcoherencebandwidth)信道幅頻特性它表示信道傳輸特性相鄰兩個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔。如果信號(hào)的頻譜比相關(guān)帶寬寬，那么將產(chǎn)生嚴(yán)重的頻率選擇性衰落。為了減小頻率選擇性衰落，就應(yīng)使