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现代通信原理现代通信原理前前 言言本书的编写目的是提供一本适合高职学生使用的通信原理本书的编写目的是提供一本适合高职学生使用的通信原理教材。近年来，随着高职教育的兴起及其规模的迅速扩大，高教材。近年来，随着高职教育的兴起及其规模的迅速扩大，高职教育有普及的趋势。高职教育的特点是培养面向生产和管理职教育有普及的趋势。高职教育的特点是培养面向生产和管理一线的高技能人才。高职教育遵循一线的高技能人才。高职教育遵循“理论够用、适度，突出实理论够用、适度，突出实用性用性”这一准则，相应的高职教材也应遵循这一准则，做到以这一准则，相应的高职教材也应遵循这一准则，做到以简单实用。笔者一直从事高职通信原理教学，就目前通信原理简单实用。笔者一直从事高职通信原理教学，就目前通信原理的高职教材来说感觉有三点不足：一是可供选用的教材较少；的高职教材来说感觉有三点不足：一是可供选用的教材较少；二是总体上仍偏难，理论分析过多，学生学习起来较吃力；三二是总体上仍偏难，理论分析过多，学生学习起来较吃力；三是实训环节薄弱，特别是综合性实训如课程设计缺乏，造成理是实训环节薄弱，特别是综合性实训如课程设计缺乏，造成理论与实践不能较好地结合。论与实践不能较好地结合。下一页 返回前前 言言事实上，高职学生学习通信原理的重点在于尽快掌握有关事实上，高职学生学习通信原理的重点在于尽快掌握有关通信的一些基本概念、基本原理和通信系统的基本分析方法以通信的一些基本概念、基本原理和通信系统的基本分析方法以及应用，至于复杂的理论分析和结论求证则可以完全忽略。因及应用，至于复杂的理论分析和结论求证则可以完全忽略。因此，编写一本简单适用、通俗易懂的通信原理教材成为本次编此，编写一本简单适用、通俗易懂的通信原理教材成为本次编写的立足点与出发点。写的立足点与出发点。在认真总结和借鉴国内外众多高职通信类专业教学经验，在认真总结和借鉴国内外众多高职通信类专业教学经验，并广泛征求通信课程教学一线教师的意见的基础上，以职业岗并广泛征求通信课程教学一线教师的意见的基础上，以职业岗位群的需求为出发点，本着必须、够用为度，对教学内容进行位群的需求为出发点，本着必须、够用为度，对教学内容进行了适当的精简，减少了理论推导，强调通信技术的基本概念、了适当的精简，减少了理论推导，强调通信技术的基本概念、基本原理和分析方法的学习，基本原理和分析方法的学习，下一页 返回上一页前前 言言并增加了实验与课程设计等内容，从而加强了针对性和实并增加了实验与课程设计等内容，从而加强了针对性和实用性，突出了本教材的高职特色。同时，考虑到通信技术的飞用性，突出了本教材的高职特色。同时，考虑到通信技术的飞速发展，在教材中适当的对一些通信领域的新技术加以简单介速发展，在教材中适当的对一些通信领域的新技术加以简单介绍，以使该教材能具有一定的先进性。绍，以使该教材能具有一定的先进性。全书共分为八章，主要内容有绪论；模拟调制系统；数字全书共分为八章，主要内容有绪论；模拟调制系统；数字基带传输系统；数字信号的频带传输；信源编码；信道复用及基带传输系统；数字信号的频带传输；信源编码；信道复用及多址技术；同步技术；实验与课程设计等基本知识。多址技术；同步技术；实验与课程设计等基本知识。本书由九江职业技术学院黄小虎主编，李伟明、徐敏、郭本书由九江职业技术学院黄小虎主编，李伟明、徐敏、郭晓功、黄印君老师参编。其中李伟明老师编写了第晓功、黄印君老师参编。其中李伟明老师编写了第5 5章；徐敏老章；徐敏老师编写了第师编写了第6 6章和第章和第7 7章；章；下一页 返回上一页前前 言言郭晓功老师编写了第郭晓功老师编写了第4 4章并协助进行了部分章节插图的整理；章并协助进行了部分章节插图的整理；黄印君老师编写了第黄印君老师编写了第8 8章；黄小虎编写了第章；黄小虎编写了第1 1章、第章、第2 2章和第章和第3 3章。章。全书由黄小虎统稿。本书编写过程中，得到了湖北众友科技实全书由黄小虎统稿。本书编写过程中，得到了湖北众友科技实业股份有限公司的大力支持，该公司曾定兵和官飞龙两位对本业股份有限公司的大力支持，该公司曾定兵和官飞龙两位对本书实践部分进行了悉心指导。书实践部分进行了悉心指导。由于编者水平有限，错误与不妥之处在所难免，敬请同行由于编者水平有限，错误与不妥之处在所难免，敬请同行专家及读者批评指正。专家及读者批评指正。编者编者20072007年年8 8月月下一页 返回上一页内容简介内容简介本书作为通信类专业的本书作为通信类专业的现代通信原理现代通信原理教材，系统地阐教材，系统地阐述了现代通信系统的基本概念、基本原理、基本技术及基本分述了现代通信系统的基本概念、基本原理、基本技术及基本分析方法，较充分地反映了现代通信的新技术。析方法，较充分地反映了现代通信的新技术。全书共八章，包括绪论；模拟调制系统；数字基带传输系全书共八章，包括绪论；模拟调制系统；数字基带传输系统；数字信号的频带传输；信源编码；信道复用及多址技术；统；数字信号的频带传输；信源编码；信道复用及多址技术；同步技术；实验与课程设计。本书简单实用，便于教学和广大同步技术；实验与课程设计。本书简单实用，便于教学和广大读者自学。读者自学。本书适合高职院校通信、信息及相关专业的学生学习，也本书适合高职院校通信、信息及相关专业的学生学习，也可作为电子爱好者自学读物。可作为电子爱好者自学读物。下一页 返回上一页下一页 返回目目 录录第第1 1章章 绪论绪论1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念1.2 1.2 信息及其度量信息及其度量1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量1.4 1.4 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标上一页下一页 返回目目 录录第第2 2章章 模拟调制系统模拟调制系统2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 幅度调制系统幅度调制系统2.3 2.3 幅度调制系统的性能分析幅度调制系统的性能分析2.4 2.4 角度调制系统角度调制系统上一页下一页 返回目目 录录第第3 3章章 数字基带传输系统数字基带传输系统3.1 3.1 数字基带传输系统数字基带传输系统3.2 3.2 数字基带信号常用码型数字基带信号常用码型3.3 3.3 数字基带信号的频谱分析数字基带信号的频谱分析3.4 3.4 数字基带传输系统的测量与调整数字基带传输系统的测量与调整上一页下一页 返回目目 录录第第4 4章章 数字信号的频带传输数字信号的频带传输4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 二进制数字调制系统二进制数字调制系统4.3 4.3 多进制数字调制系统多进制数字调制系统4.4 4.4 最小频移键控（最小频移键控（MSKMSK）4.5 4.5 正交频分复用（正交频分复用（OFDMOFDM）简介）简介上一页下一页 返回目目 录录第第5 5章章 信源编码信源编码5.1 5.1 抽样与量化抽样与量化5.2 5.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCMPCM）5.3 5.3 差分脉冲编码调制（差分脉冲编码调制（DPCMDPCM）5.4 5.4 自适应差分脉冲编码调制（自适应差分脉冲编码调制（ADPCMADPCM）5.5 5.5 增量调制（增量调制（DMDM）上一页下一页 返回目目 录录第第6 6章章 信道复用及多址技术信道复用及多址技术6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM）6.3 6.3 时分多路复用（时分多路复用（TDMTDM）6.4 6.4 多址技术简介多址技术简介上一页下一页 返回目目 录录第第7 7章章 同步原理同步原理7.1 7.1 概概 述述7.2 7.2 载波同步载波同步7.3 7.3 位同步位同步7.4 7.4 群同步群同步上一页返回目目 录录第第8 8章章 实验与课程设计实验与课程设计8.1 8.1 通信原理实验通信原理实验8.2 8.2 通信原理课程设计通信原理课程设计上一页第第1章章 绪论绪论1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念1.2 1.2 信息及其度量信息及其度量1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量1.4 1.4 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标1.1.1 1.1.1 通信的概念通信的概念通信是信息传输或交换的过程。这个过程可以是单向的，比如通信是信息传输或交换的过程。这个过程可以是单向的，比如广播、电视通信；这个过程也可以是双向的，如电话通信，对讲机广播、电视通信；这个过程也可以是双向的，如电话通信，对讲机通信等。本书所指通信是指借助现代电子通信设备实现的通信，即通信等。本书所指通信是指借助现代电子通信设备实现的通信，即通常所说的电通信或电信。通常所说的电通信或电信。通信的目的是传输或交换消息中包含的信息。消息也称原始消通信的目的是传输或交换消息中包含的信息。消息也称原始消息，如语言、文字、图片等。信息是消息中对接收者有意义的部分。息，如语言、文字、图片等。信息是消息中对接收者有意义的部分。在电通信系统中，消息必须转化为电信号才能实现传输。所以，信在电通信系统中，消息必须转化为电信号才能实现传输。所以，信号是消息的载体。这里所说的电信号包含两种类型：一种是在电路号是消息的载体。这里所说的电信号包含两种类型：一种是在电路中传输的电压或电流信号，另一种是在自由空间传播的电磁波信号。中传输的电压或电流信号，另一种是在自由空间传播的电磁波信号。1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念下一页 返回1.1.2 1.1.2 通信系统的模型通信系统的模型通信系统是指完成通信这一过程的全部设备、软件和传输媒介通信系统是指完成通信这一过程的全部设备、软件和传输媒介的总称。需要指出的是：通信软件在现代通信系统中的地位越来越的总称。需要指出的是：通信软件在现代通信系统中的地位越来越重要，甚至可以替代传统通信系统中的硬件电路，使通信系统的功重要，甚至可以替代传统通信系统中的硬件电路，使通信系统的功能变得更强大，支撑的业务更多，可靠性更高，设备体积更小巧。能变得更强大，支撑的业务更多，可靠性更高，设备体积更小巧。因此，在定义通信系统的概念时，应加入通信软件这一关键内容。因此，在定义通信系统的概念时，应加入通信软件这一关键内容。图图1-11-1所示为通信系统的基本模型。所示为通信系统的基本模型。 图中，信源的作用是产生或形成消息。消息有许多种类型，如图中，信源的作用是产生或形成消息。消息有许多种类型，如语言、文字、图像、数据等。从时间上看，消息有连续消息和离散语言、文字、图像、数据等。从时间上看，消息有连续消息和离散消息两种，前者如语言，活动图像等；后者如电报，数据等。消息两种，前者如语言，活动图像等；后者如电报，数据等。1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念下一页 返回上一页发送设备的作用是将消息变换为适合在信道中传送的信号。变发送设备的作用是将消息变换为适合在信道中传送的信号。变换的方式很多，有时可以将信号直接在信道中传送，有时需将信号换的方式很多，有时可以将信号直接在信道中传送，有时需将信号的频谱进行搬移，有时需进行的频谱进行搬移，有时需进行A/DA/D转换等。通常将信号分为两类：当转换等。通常将信号分为两类：当信号的波形和取值均为时间的连续函数时，称为模拟信号；当信号信号的波形和取值均为时间的连续函数时，称为模拟信号；当信号的波形和取值均为时间的离散函数时，则称为数字信号。的波形和取值均为时间的离散函数时，则称为数字信号。信道是信号从发送设备传输接收设备的媒介或通道，其传输性信道是信号从发送设备传输接收设备的媒介或通道，其传输性能直接影响到通信的质量。信道种类繁多，如常见的有电话线、电能直接影响到通信的质量。信道种类繁多，如常见的有电话线、电缆、同轴电缆、光纤、自由空间等，概括起来有两类：有线信道和缆、同轴电缆、光纤、自由空间等，概括起来有两类：有线信道和无线信道。无线信道。1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念下一页 返回上一页噪声或干扰存在于通信系统的各处，并引起传输信号的失真，噪声或干扰存在于通信系统的各处，并引起传输信号的失真，影响通信的质量。在图影响通信的质量。在图1-11-1中为方便起见将噪声源集中表示在一个方中为方便起见将噪声源集中表示在一个方框里。框里。接收设备与发送设备的作用相反，用来将信号转换为消息。信接收设备与发送设备的作用相反，用来将信号转换为消息。信宿是消息传输的对象，信源进行通信的目的就在于将消息传输到信宿是消息传输的对象，信源进行通信的目的就在于将消息传输到信宿，信源和信宿既可以是人也可以是设备。因此，有时它们也分别宿，信源和信宿既可以是人也可以是设备。因此，有时它们也分别被称为发终端和收终端。被称为发终端和收终端。图图1-11-1是通信系统的基本模型，能反映各种通信系统的共性。有是通信系统的基本模型，能反映各种通信系统的共性。有时根据通信系统研究对象或关心问题的不同，会出现一些更具体的时根据通信系统研究对象或关心问题的不同，会出现一些更具体的通信系统的模型。比较常见的有模拟通信系统模型和数字通信系统通信系统的模型。比较常见的有模拟通信系统模型和数字通信系统模型两种。模型两种。1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念下一页 返回上一页模拟通信系统模型如模拟通信系统模型如图图1-21-2所示。由于调制在模拟通信系统中起所示。由于调制在模拟通信系统中起关键作用，其他如放大、滤波等过程都可认为是线性的而把它们合关键作用，其他如放大、滤波等过程都可认为是线性的而把它们合并到信道中。因此，发送设备和接收设备简化为调制器和解调器。并到信道中。因此，发送设备和接收设备简化为调制器和解调器。调制的目的在于变换信号，使信号适合信道的传输特性或简化传送调制的目的在于变换信号，使信号适合信道的传输特性或简化传送设备。设备。 数字通信系统模型如数字通信系统模型如图图1-31-3所示。所示。信源编码的目的是对信源产生的信号进行数字压缩编码及加密。信源编码的目的是对信源产生的信号进行数字压缩编码及加密。如果信源产生的消息是模拟的，则首先要对其进行模拟如果信源产生的消息是模拟的，则首先要对其进行模拟/ /数字转换，数字转换，如果消息本身就是离散的，则直接进行编码。信道编码也称检纠错如果消息本身就是离散的，则直接进行编码。信道编码也称检纠错编码，编码，1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念下一页 返回上一页其编码方式是通过在信息码元中插入若干特定规律的监督码，其编码方式是通过在信息码元中插入若干特定规律的监督码，在接收端就可以发现或纠正在传输中出现的误码，从而提高通信系在接收端就可以发现或纠正在传输中出现的误码，从而提高通信系统的可靠性。数字调制在本质上和模拟调制是相同的，都是把要传统的可靠性。数字调制在本质上和模拟调制是相同的，都是把要传输的信号（调制信号）叠加到适合信道传输的高频载波上去，只是输的信号（调制信号）叠加到适合信道传输的高频载波上去，只是在数字通信系统中调制信号是数字信号而已。在接收端经过数字解在数字通信系统中调制信号是数字信号而已。在接收端经过数字解调、信道解码和信源解码后可正确地恢复消息，在此过程中同步起调、信道解码和信源解码后可正确地恢复消息，在此过程中同步起到至关重要的作用。由于同步存在于数字信号接收的诸多环节中，到至关重要的作用。由于同步存在于数字信号接收的诸多环节中，因此图因此图1-31-3种用一个方框集中来表示。种用一个方框集中来表示。图图1-31-3所示的数字通信系统也称数字频带传输系统，如果经过信所示的数字通信系统也称数字频带传输系统，如果经过信道编码的数字信号不经数字调制就直接经信道传输到接收端，道编码的数字信号不经数字调制就直接经信道传输到接收端，1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念下一页 返回上一页则称该系统为数字基带传输系统。相应地，数字基带传输系统则称该系统为数字基带传输系统。相应地，数字基带传输系统在接收端也没有数字解调环节。在接收端也没有数字解调环节。1.1.31.1.3通信系统的分类通信系统的分类通信系统没有固定的分类方法，通信系统可从不同的角度对其通信系统没有固定的分类方法，通信系统可从不同的角度对其进行分类。例如，早期的移动电话通信系统，既可称之为模拟通信进行分类。例如，早期的移动电话通信系统，既可称之为模拟通信系统，又可称之为无线通信系统，还可称之为移动通信系统。系统，又可称之为无线通信系统，还可称之为移动通信系统。通常通信系统可从以下角度进行分类。通常通信系统可从以下角度进行分类。1 1按传输信号的性质分按传输信号的性质分（1 1）模拟通信系统；）模拟通信系统；（2 2）数字通信系统。）数字通信系统。1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念下一页 返回上一页2 2按传输媒质的不同分按传输媒质的不同分（1 1）有线通信系统；）有线通信系统；（2 2）无线通信系统。）无线通信系统。3 3按通信的双方是否在移动中完成通信分按通信的双方是否在移动中完成通信分（1 1）移动通信系统；）移动通信系统；（2 2）固定通信系统。）固定通信系统。4 4按通信设备工作波段的不同分按通信设备工作波段的不同分按通信设备工作波段的不同可分为长波通信、中波通信、短波按通信设备工作波段的不同可分为长波通信、中波通信、短波通信和微波通信等。通信和微波通信等。表表1-11-1列出了无线电波端的划分及其对应的通信列出了无线电波端的划分及其对应的通信应用情况。应用情况。1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念下一页 返回上一页5 5按工作方式不同分按工作方式不同分（1 1）单工通信；）单工通信；（2 2）半双工通信；）半双工通信；（3 3）双工通信。）双工通信。6 6按信号复用方式不同分按信号复用方式不同分（1 1）频分多址；）频分多址；（2 2）时分多址；）时分多址；（3 3）码分多址；）码分多址；（4 4）空分多址；）空分多址；（5 5）复合多址。）复合多址。1.1 1.1 通信系统的基本概念通信系统的基本概念返回上一页信息是消息中对接收者有意义的部分，通信的目的是传递消息信息是消息中对接收者有意义的部分，通信的目的是传递消息中包含的信息。消息是多种多样的，消息中所包含的信息量的大小中包含的信息。消息是多种多样的，消息中所包含的信息量的大小也不同，但可以通过一种确定的方法将消息中所包含的信息量度量也不同，但可以通过一种确定的方法将消息中所包含的信息量度量出来，而且这种度量方法具有通用性，可以用来度量任何消息。出来，而且这种度量方法具有通用性，可以用来度量任何消息。当接收者收到消息后，若事前认为消息中所描述事件发生的可当接收者收到消息后，若事前认为消息中所描述事件发生的可能性越小，就认为这个消息的信息量越大；反之则认为越小。确知能性越小，就认为这个消息的信息量越大；反之则认为越小。确知事情（其发生概率为事情（其发生概率为1 1）带给人们的信息量为）带给人们的信息量为0 0，如，如“太阳从东边升太阳从东边升起起”；不可能的事情（其发生概率为；不可能的事情（其发生概率为0 0）带给人们的信息量为无穷大，）带给人们的信息量为无穷大，如如“星际旅行将会遇到什么？星际旅行将会遇到什么？”会给人以无尽遐想。会给人以无尽遐想。1.2 1.2 信息及其度量信息及其度量下一页 返回综上所述，假设消息所代表的事件出现的概率为综上所述，假设消息所代表的事件出现的概率为P P( (x x) )，消息中，消息中所含的信息量所含的信息量I I可以按如下方法定义。可以按如下方法定义。 式中，如果式中，如果a a =2=2，则信息量的单位为比特（，则信息量的单位为比特（bitbit）；如果）；如果a a = = e e，则单位为奈特（则单位为奈特（nitnit）；如果）；如果a a =10=10，则单位为哈特莱（，则单位为哈特莱（hartleyhartley）。）。信息量最常使用的单位是比特，它代表出现概率为信息量最常使用的单位是比特，它代表出现概率为1/21/2的消息所的消息所包含的信息量。在数字通信系统中典型的出现概率为包含的信息量。在数字通信系统中典型的出现概率为1/21/2的消息是二的消息是二进制系统，在实际应用中，常把一位二进制消息（代码进制系统，在实际应用中，常把一位二进制消息（代码0 0或或1 1）的信）的信息量称为息量称为1 1比特。比特。1.2 1.2 信息及其度量信息及其度量下一页 返回上一页)(log)(1logxPxPIaa如果消息是由如果消息是由n n个事件构成，假设这个事件构成，假设这n n个事件发生的概率分别为个事件发生的概率分别为P P1 1（x x）、）、P P2 2（x x）、）、P Pn n（x x），那么可以证明该消息包含的平均），那么可以证明该消息包含的平均信息量为信息量为 与统计热力学中熵的定义类似，所以，常将它称为信源的熵，与统计热力学中熵的定义类似，所以，常将它称为信源的熵，单位为比特单位为比特/ /符号（符号（bit/bit/符号）。符号）。1.2 1.2 信息及其度量信息及其度量返回上一页niiixPxPH12)(log)(1.3.11.3.1信道的概念信道的概念通俗的讲，信道是信号传输的通路，这种通路可以是有线或无通俗的讲，信道是信号传输的通路，这种通路可以是有线或无线的传输介质。理想信道可以保证有用信号无失真的传输，阻断信线的传输介质。理想信道可以保证有用信号无失真的传输，阻断信号频带以外的各种干扰；实际信道可以保证信号通过，但又给信号号频带以外的各种干扰；实际信道可以保证信号通过，但又给信号以限制和损害，造成信号的失真。以限制和损害，造成信号的失真。通常将仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道，如架空明线、通常将仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道，如架空明线、光导纤维等。但在通信系统的分析研究中，为简化系统模型和突出光导纤维等。但在通信系统的分析研究中，为简化系统模型和突出重点，常把信道的范围适当扩大，除了传输介质外，还包括系统的重点，常把信道的范围适当扩大，除了传输介质外，还包括系统的有关部件和电路，如天线、混频器、放大器及调制解调器等，我们有关部件和电路，如天线、混频器、放大器及调制解调器等，我们把这种扩大了的信道称为广义信道。把这种扩大了的信道称为广义信道。1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回1.3.21.3.2信道的分类信道的分类狭义信道通常按具体介质的不同分为有线信道和无线信道。所狭义信道通常按具体介质的不同分为有线信道和无线信道。所谓有线信道是指传输介质为架空明线、对称电缆、同轴电缆、光缆谓有线信道是指传输介质为架空明线、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导管等这类能看得见的介质。有线信道是现代通信网中最常用及波导管等这类能看得见的介质。有线信道是现代通信网中最常用的信道之一，如光缆广泛应用于（长途）干线传输，对称电缆则常的信道之一，如光缆广泛应用于（长途）干线传输，对称电缆则常用作近程（市内电话）传输。无线信道是指传输介质为自由空间的用作近程（市内电话）传输。无线信道是指传输介质为自由空间的信道。无线信道具有方便灵活的特点，在移动通信中只能采用无线信道。无线信道具有方便灵活的特点，在移动通信中只能采用无线信道，但其传输特性没有有线信道稳定可靠。信道，但其传输特性没有有线信道稳定可靠。广义信道通常也可分为两种：调制信道和编码信道。调制信道广义信道通常也可分为两种：调制信道和编码信道。调制信道是从研究调制和解调的基本问题出发而定义的，是从研究调制和解调的基本问题出发而定义的，1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页包括从调制器的输出端至解调器的输入端的所有环节。从调制包括从调制器的输出端至解调器的输入端的所有环节。从调制和解调的角度来看，从调制器的输出端至解调器的输入端的所有电和解调的角度来看，从调制器的输出端至解调器的输入端的所有电路和传输介质，仅仅是对已调信号进行了某种形式的变换，我们只路和传输介质，仅仅是对已调信号进行了某种形式的变换，我们只关心变换的最终结果，而不关心这个变换的过程。因此，在研究调关心变换的最终结果，而不关心这个变换的过程。因此，在研究调制和解调的基本问题时，采用调制信道是方便和恰当的。制和解调的基本问题时，采用调制信道是方便和恰当的。在数字通信系统中，如果仅着眼于编码和译码问题，则可定义在数字通信系统中，如果仅着眼于编码和译码问题，则可定义另一种广义信道另一种广义信道编码信道。编码信道是指从编码器的输出端至译编码信道。编码信道是指从编码器的输出端至译码器的输入端所有环节。从编译码角度来看，编码器输出为某一数码器的输入端所有环节。从编译码角度来看，编码器输出为某一数字序列，译码器的输入为进行了某种变换的数字序列。因此，从编字序列，译码器的输入为进行了某种变换的数字序列。因此，从编码器的输出端至译码器的输入端码器的输出端至译码器的输入端, ,1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页所有电路和传输介质可以用一个可以进行数字序列变换的信道所有电路和传输介质可以用一个可以进行数字序列变换的信道加以概括，此信道称为编码信道。加以概括，此信道称为编码信道。调制信道和编码信道的示意图如调制信道和编码信道的示意图如图图1-41-4所示。另外，根据研究对所示。另外，根据研究对象和关心问题的不同，也可以定义其他形式的广义信道编码器输出象和关心问题的不同，也可以定义其他形式的广义信道编码器输出调制器发转换器传输介质收转换器解调器译码器输入调制信道编码调制器发转换器传输介质收转换器解调器译码器输入调制信道编码信道信道1.3.31.3.3信道的模型信道的模型通常，为了方便地描述信道的一般特性，有必要引入信道模型通常，为了方便地描述信道的一般特性，有必要引入信道模型的概念。的概念。1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页1 1调制信道模型调制信道模型调制信道的输入、输出为连续信号（模拟信号），也可称为连调制信道的输入、输出为连续信号（模拟信号），也可称为连续信道。通过对调制信道的大量观察后，可得出它具有如下主要特续信道。通过对调制信道的大量观察后，可得出它具有如下主要特性：性：（1 1）具有一对（或多对）输入、输出端；）具有一对（或多对）输入、输出端；（2 2）绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；）绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；（3 3）信号通过信道会有一定的延时；）信号通过信道会有一定的延时；（4 4）信号通过信道会有一定的损耗（固定损耗或时变损耗）；）信号通过信道会有一定的损耗（固定损耗或时变损耗）；1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页（5 5）没有信号输入时，信道输出端仍有噪声输出。）没有信号输入时，信道输出端仍有噪声输出。根据以上特性，最基本的单端输入、单端输出调制信道可以用根据以上特性，最基本的单端输入、单端输出调制信道可以用图图1-51-5所示模型来等效。该模型对于多端输入、多端输出的调制信道所示模型来等效。该模型对于多端输入、多端输出的调制信道同样适用。同样适用。其输入信号和输出信号之间的关系可以用下式来表示：其输入信号和输出信号之间的关系可以用下式来表示： 即调制信道的一般数学模型。即调制信道的一般数学模型。k k( (t t) )称为乘性因子，是一个很复称为乘性因子，是一个很复杂的函数，它反映信道特性，表征信道传输特性对信号的影响，这杂的函数，它反映信道特性，表征信道传输特性对信号的影响，这种影响包括各种失真，如线性失真、非线性失真、传输衰减及延迟种影响包括各种失真，如线性失真、非线性失真、传输衰减及延迟等。等。1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页)()()()(tntetkteio一般来讲，它是时间一般来讲，它是时间t t的函数，因此调制信道可等效为一线性时的函数，因此调制信道可等效为一线性时变网络。若变网络。若k k( (t t) )随时间随机变化，则可称这种调制信道为随机参量随时间随机变化，则可称这种调制信道为随机参量信道，简称随参信道；若信道，简称随参信道；若k k( (t t) )基本上不随时间改变，或则变化极小，基本上不随时间改变，或则变化极小，则将这种信道称为恒定参量信道，简称恒参信道。因此，调制信道则将这种信道称为恒定参量信道，简称恒参信道。因此，调制信道也可分为随参信道和恒参信道两大类。一般来讲，无线信道基本属也可分为随参信道和恒参信道两大类。一般来讲，无线信道基本属于随参信道，有线信道基本属于恒参信道。于随参信道，有线信道基本属于恒参信道。N N( (t t) )表示信道噪声，由于不管有无信号，在信道输出端总有噪表示信道噪声，由于不管有无信号，在信道输出端总有噪声输出，因此它是以叠加的形式作用于信道，可以用一个叠加网络声输出，因此它是以叠加的形式作用于信道，可以用一个叠加网络来表示。理想的调制信道来表示。理想的调制信道k k( (t t) )等于等于1 1，n n( (t t) )等于等于0 0，即信号经过该信，即信号经过该信道实际不失真，也不叠加噪声。道实际不失真，也不叠加噪声。1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页2 2编码信道模型编码信道模型编码信道的输入、输出为数字序列，由图编码信道的输入、输出为数字序列，由图1-41-4可看出编码信道包可看出编码信道包含了调制信道。由于调制信道的非理想特性，数字序列在通过编码含了调制信道。由于调制信道的非理想特性，数字序列在通过编码信道时会出现差错，如二进制序列中的信道时会出现差错，如二进制序列中的“0”0”变为变为“1”1”或是或是“1”1”变变为为“0”0”。所以，可以用错误概率来描述编码信道的特性，这种错误。所以，可以用错误概率来描述编码信道的特性，这种错误概率常称为转移概率，用概率常称为转移概率，用P(b/a)P(b/a)来表示，其含义是：当输入为符号来表示，其含义是：当输入为符号a a时，输出为符号时，输出为符号b b的概率。的概率。图图1-61-6为常见的二进制无记忆（当前码元为常见的二进制无记忆（当前码元的差错与其前后码元的差错没有依赖关系）编码信道的模型。的差错与其前后码元的差错没有依赖关系）编码信道的模型。1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页1.3.41.3.4信道容量信道容量在有干扰的信道中，由于信道的带宽限制和噪声的存在，信道在有干扰的信道中，由于信道的带宽限制和噪声的存在，信道传输信息的最大能力是有限的。信道容量是指信道传输信息的最大传输信息的最大能力是有限的。信道容量是指信道传输信息的最大极限速率。根据香农（极限速率。根据香农（ShannonShannon）信息论，对于连续信道，如果信道）信息论，对于连续信道，如果信道带宽为带宽为B B，并受到加性高斯白噪声的干扰，其信道的容量，并受到加性高斯白噪声的干扰，其信道的容量C C的理论公的理论公式为式为式中，式中，N N为白噪声平均功率，为白噪声平均功率，S S为信号平均功率，为信号平均功率，S/NS/N为信噪比。为信噪比。虽然式时在一定条件下获得的，但对一般情况也可近似使用。该式虽然式时在一定条件下获得的，但对一般情况也可近似使用。该式即著名的香农公式，是研究和评价通信系统原理和性能的理论基础。即著名的香农公式，是研究和评价通信系统原理和性能的理论基础。1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页)/1 (log2NSBC根据香农公式可以得出以下重要结论：根据香农公式可以得出以下重要结论：（1 1）任何一个信道，都有信道容量）任何一个信道，都有信道容量C C。如果信源的信息速率。如果信源的信息速率R R小小于或等于信道容量于或等于信道容量C C，那么在理论上存在一种方法使信源的输出能以，那么在理论上存在一种方法使信源的输出能以任意小的差错概率通过信道传输；如果任意小的差错概率通过信道传输；如果R R大于信道容量大于信道容量C C，则无差错，则无差错传输在理论上是不可能实现的。传输在理论上是不可能实现的。（2 2）当信道噪声为高斯白噪声且单位频带内的噪声功率为）当信道噪声为高斯白噪声且单位频带内的噪声功率为n n0 0（W/HzW/Hz）时，噪声平均功率）时，噪声平均功率N N = = n n0 0B B，若信道带宽趋于无穷大，此时，若信道带宽趋于无穷大，此时的信道容量的信道容量C C将为将为 1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页00244. 1)1 (loglimlimnSBnSBCBB（3 3）给定的信道容量）给定的信道容量C C可以用不同的带宽和信噪比的组合来传可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。若减小带宽，则必须增大信噪比输。若减小带宽，则必须增大信噪比S/NS/N，即增加信号功率，反之亦，即增加信号功率，反之亦然。因此，当信噪比太小而不能保证通信质量时，可采用宽带系统然。因此，当信噪比太小而不能保证通信质量时，可采用宽带系统传输，用增加带宽降低对信噪比的要求，以改善通信质量。这就是传输，用增加带宽降低对信噪比的要求，以改善通信质量。这就是所谓的用带宽换功率的措施。应当指出，带宽和信噪比的互换不是所谓的用带宽换功率的措施。应当指出，带宽和信噪比的互换不是自动完成的，必须变换信号使之具有所要求的带宽。实际上这是由自动完成的，必须变换信号使之具有所要求的带宽。实际上这是由各种类型的调制和编码完成的，调制和编码的过程就是实现带宽和各种类型的调制和编码完成的，调制和编码的过程就是实现带宽和信噪比之间的互换手段。信噪比之间的互换手段。（4 4）由于信息速率）由于信息速率C=I/TC=I/T，T T为传输时间，代入式可得为传输时间，代入式可得1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量下一页 返回上一页)/1 (log2NSTBI可见，当可见，当S/NS/N一定时，给定的信息量可以用不同的带宽和时间一定时，给定的信息量可以用不同的带宽和时间T T的组合来传输。和带宽与信噪比互换类似，带宽与时间也可以互换。的组合来传输。和带宽与信噪比互换类似，带宽与时间也可以互换。（5 5）由式可知，若）由式可知，若n n0 000，则，则C C，这意味着无干扰信道容量，这意味着无干扰信道容量为无穷大。为无穷大。1.3 1.3 信道及信道容量信道及信道容量返回上一页通信的任务是能快速、准确地传递信息，因此评价一个通信系通信的任务是能快速、准确地传递信息，因此评价一个通信系统最重要的指标是它的有效性和可靠性。统最重要的指标是它的有效性和可靠性。有效性是指系统传送信息的速度，即传送信息的快慢程度。可有效性是指系统传送信息的速度，即传送信息的快慢程度。可靠性指系统传送信息的准确度，即送信息的好坏程度。有效性和可靠性指系统传送信息的准确度，即送信息的好坏程度。有效性和可靠性是通信系统中最重要的两个性能指标，整个通信系统的设计和靠性是通信系统中最重要的两个性能指标，整个通信系统的设计和评价是围绕着这两个指标进行的。通信系统的有效性和可靠性指标评价是围绕着这两个指标进行的。通信系统的有效性和可靠性指标始终是一对矛盾。一般情况下，提高有效性会降低可靠性，反之亦始终是一对矛盾。一般情况下，提高有效性会降低可靠性，反之亦然。在工程应用中必须根据具体情况寻求适当的解决方案。然。在工程应用中必须根据具体情况寻求适当的解决方案。1.4 1.4 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标下一页 返回1.4.11.4.1通信系统的有效性通信系统的有效性1 1模拟通信系统的有效性指标模拟通信系统的有效性指标模拟通信系统的有效性通常可用有效传输带宽来衡量。在指定模拟通信系统的有效性通常可用有效传输带宽来衡量。在指定带宽的信道里，同时传输的信号路数越多，信号传输的有效性就越带宽的信道里，同时传输的信号路数越多，信号传输的有效性就越好。这就是通信系统采用多路复用技术和多址技术的目的。单路信好。这就是通信系统采用多路复用技术和多址