信道的基本概念

1、信道的基本概念            信道，通俗地說，是指以傳輸媒質為基礎的信號通路。具體地說，信道是指由有線或無線電線路提供的信號通路。信道的作用是傳輸信號，它提供一段頻帶讓信號通過，同時又給信號加以限制和損害。    通常，我們將僅指信號傳輸媒介的信道稱為狹義信道。目前采用的傳輸媒介有架空明線、電纜、光導纖維（光纜）、中長波地表波傳播、超短波及微波視距傳播（含衛(wèi)星中繼）、短波電離層反射、超短波流星余跡散射、對流層散射、電離層散射、超

2、短波超視距繞射、波導傳播、光波視距傳播等。    可以看出，狹義信道是指接在發(fā)端設備和收端設備中間的傳輸媒介（以上所列）。狹義信道的定義直觀，易理解。    在通信原理的分析中，從研究消息傳輸的觀點看，我們所關心的只是通信系統中的基本問題，因而，信道的范圍還可以擴大。它除包括傳輸媒介外，還可能包括有關的轉換器，如饋線、天線、調制器、解調器等等。通常將這種擴大了范圍的信道稱為廣義信道。    在討論通信的一般原理時，通常采用的是廣義信道。   &#

3、160;為了進一步理解信道的概念，下面對信道進行分類。    由信道的定義可看出，信道可大體分成兩類：狹義信道和廣義信道。    1. 狹義信道    狹義信道通常按具體媒介的不同類型可分為有線信道和無線信道。    （1）有線信道    所謂有線信道是指傳輸媒介為明線、對稱電纜、同軸電纜、光纜及波導等一類能夠看得見的媒介。有線信道是現代通信網中最常用的信道之一。如對稱電纜（又稱電話電纜）廣泛應用

4、于（市內）近程傳輸。    （2）無線信道    無線信道的傳輸媒質比較多，它包括短波電離層反射、對流層散射等?？梢赃@樣認為，凡不屬有線信道的媒質均為無線信道的媒質。無線信道的傳輸特性沒有有線信道的傳輸特性穩(wěn)定和可靠，但無線信道具有方便、靈活、通信者可移動等優(yōu)點。    2. 廣義信道    廣義信道通常也可分成兩種：調制信道和編碼信道。    （1）調制信道   &

5、#160;調制信道是從研究調制與解調的基本問題出發(fā)而構成的，它的范圍是從調制器輸出端到解調器輸入端，如圖2-1所示。因為，從調制和解調的角度來看，我們只關心解調器輸出的信號形式和解調器輸入信號與噪聲的最終特性，并不關心信號的中間變化過程。因此，定義調制信道對于研究調制與解調問題是方便和恰當的。     （2）編碼信道    在數字通信系統中，如果僅著眼于編碼和譯碼問題，則可得到另一種廣義信道編碼信道。這是因為，從編碼和譯碼的角度看，編碼器的輸出仍是某一數字序列，而譯碼器輸入同樣也是一數字序列，它們在一般情

6、況下是相同的數字序列。因此，從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的所有轉換器及傳輸媒質可用一個完成數字序列變換的方框加以概括，此方框稱為編碼信道。編碼信道示意圖也示于圖2-1。    根據研究對象和關心問題的不同，還可以定義其它形式的廣義信道。    為了分析信道的一般特性及其對信號傳輸的影響，我們在信道定義的基礎上，引入調制信道和編碼信道的數學模型。    1. 調制信道模型    在頻帶傳輸系統中，調制器輸出的已調信號即被送入調制信道。對于

7、研究調制與解調性能而言，可以不管調制信道究竟包括了什么樣的變換器，也不管選用了什么樣的傳輸媒質，以及發(fā)生了怎樣的傳輸過程，我們只需關心已調信號通過調制信道后的最終結果，即只需關心調制信道輸入信號與輸出信號之間的關系。    通過對調制信道進行大量的分析研究，發(fā)現它們有如下共性：    （1）有一對（或多對）輸入端和一對（或多對）輸出端；    （2）絕大部分信道都是線性的，即滿足疊加原理；    （3）信號通過信道具有一定的遲延時間；&

8、#160;   （4）信道對信號有損耗（固定損耗或時變損耗）；    （5）即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的功率輸出（噪聲）。    根據上述共性，我們可用一個二對端（或多對端）的時變線性網絡來表示調制信道。這個網絡就稱作調制信道模型，如圖2-2所示。    對于二對端的信道模型來說，其輸出與輸入之間的關系式可表示成          

9、;            （2-1）式中-輸入的已調信號；    -調制信道總輸出波形；    -信道噪聲（或稱信道干擾），與無依賴關系，或者說獨立于。常稱為加性干擾（噪聲）；    -表示已調信號通過網絡所發(fā)生的時變線性變換。    為了進一步理解信道對信號的影響，無妨假定可簡寫成。其中，依賴于網絡的特性，乘反映網絡

10、特性對的“時變線性”作用。的存在，對來說是一種干擾，常稱為乘性干擾。        于是，式（2-1）可寫成                          （2-2）    由以上分析可見，信道對信號的影響可歸納為兩

11、點：一是乘性干擾；二是加性干擾。如果了解了和的特性，則信道對信號的具體影響就能確定。不同特性的信道，僅反映信道模型有不同的及。    我們期望的信道（理想信道）應是常數，=0，即                             （2-3）  

12、  實際中，乘性干擾一般是一個復雜函數，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特性和損耗特性隨時間作隨機變化，故往往只能用隨機過程加以表述。不過，經大量觀察表明，有些信道的基本不隨時間變化，也就是說，信道對信號的影響是固定的或變化極為緩慢的；而有的信道卻不然，它們的是隨機快變化的。因此，在分析研究乘性干擾時，可以把調制信道粗略地分為兩大類：一類稱為恒參信道（恒定參數信道），即它們的可看成不隨時間變化或變化極為緩慢；另一類則稱為隨參信道（隨機參數信道，或稱變參信道），它是非恒參信道的統稱，其是隨時間隨機快變的。    通

13、常，把我們前面所列的架空明線、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構成的信道稱為恒參信道，其它媒質構成的信道稱為隨參信道。2. 編碼信道模型編碼信道是包括調制信道及調制器、解調器在內的信道。它與調制信道模型有明顯的不同：即調制信道對信號的影響是通過(t)和n(t)使調制信號發(fā)生“模擬”變化，而編碼信道對信號的影響則是一種數字序列的變換，即把一種數字序列變成另一種數字序列。故有時把調制信道看成是一種模擬信道，而把編碼信道看成是一種數字信道。    由于編碼信道包含調制信道，因而它同樣要受到調制信道的

14、影響。但是，從編/譯碼的角度看，這個影響已反映在解調器的輸出數字序列中，即輸出數字序列以某種概率發(fā)生差錯。顯然，調制信道越差，即特性越不理想和加性噪聲越嚴重，則發(fā)生錯誤的概率就會越大。因此，編碼信道的模型可用數字信號的轉移概率來描述。例如，最常見的二進制數字傳輸系統的一種簡單的編碼信道模型如圖2-3所示。之所以說這個模型是“簡單的”，是因為在這里假設解調器每個輸出碼元的差錯發(fā)生是相互獨立的。用編碼的術語來說，這種信道是無記憶的（當前碼元的差錯與其前后碼元的差錯沒有依賴關系）。    在這個模型里，把P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)稱

15、為信道轉移概率。以P(1/0)為例，其含義是“經信道傳輸，把0轉移為1”。具體地，我們把P(0/0)和P(1/1)稱為正確轉移概率，而把P(1/0)和P(0/1)稱為錯誤轉移概率。根據概率性質可知P(0/0)+P(1/0)=1                               &

16、#160;（2-4）P(0/1)+P(1/1)=1                                （2-5）    轉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相應確定的轉移概率。應該指出，編碼信道的轉移概率一般需要對實際編碼信道作大量的統計分析才能得到。    由無記憶二進制編碼信道模型容易推出無記憶多進制的模型。四進制時無記憶編碼信道模型如圖2-4所示。&