• 1信道的分類
  • 1.1狹義信道的分類
    • 1.1.1有線信道
    • 1.1.2無線信道
    • 1.1.3存儲信道
  • 1.2廣義信道的分類
• 2信道的數學模型
  • 2.1調制信道模型
  • 2.2編碼信道模型

1.信道的分類

1.1狹義信道的分類

狹義信道，按照傳輸媒質來劃分，可以分為有線信道、無線信道和存儲信道三類。

1.1.1有線信道

有線信道以導線為傳輸媒質，信號沿導線進行傳輸，信號的能量集中在導線附近，因此傳輸效率高，但是部署不夠靈活。這一類信道使用的傳輸媒質包括用電線傳輸電信號的架空明線、電話線、雙絞線、對稱電纜和同軸電纜等等，還有傳輸經過調制的光脈沖信號的光導纖維。

1.1.2無線信道

無線信道主要有以輻射無線電波為傳輸方式的無線電信道和在水下傳播聲波的水聲信道等。

無線電信號由發射機的天線輻射到整個自由空間上進行傳播。不同頻段的無線電波有不同的傳播方式，主要有：

• 地波傳輸：地球和電離層構成波導，中長波、長波和甚長波可以在這天然波導內沿著地面傳播并繞過地面的障礙物。長波可以應用于海事通信，中波調幅廣播也利用了地波傳輸。
• 天波傳輸：短波、超短波可以通過電離層形成的反射信道和對流層形成的散射信道進行傳播。短波電臺就利用了天波傳輸方式。天波傳輸的距離最大可以達到400千米左右。電離層和對流層的反射與散射，形成了從發射機到接收機的多條隨時間變化的傳播路徑，電波信號經過這些路徑在接收端形成相長或相消的疊加，使得接收信號的幅度和相位呈隨機變化，這就是多徑信道的衰落，這種信道被稱作衰落信道。
• 視距傳輸：對于超短波、微波等更高頻率的電磁波，通常采用直接點對點的直線傳輸。由于波長很短，無法繞過障礙物，視距傳輸要求發射機與接收機之間沒有物體阻礙。由于地球曲率的影響，視距傳輸的距離有限，最遠傳輸距離 d 與發射天線距地面的高度 h 滿足。如果要進行遠距離傳輸，必須設立地面中繼站或衛星中繼站進行接力傳輸，這就是微波視距中繼和衛星中繼傳輸。光信號的視距傳輸也屬于此類。

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由于電磁波在水體中傳輸的損耗很大，在水下通常采用聲波的水聲信道進行傳輸。不同密度和鹽度的水層形成的反射、折射作用和水下物體的散射作用，使得水聲信道也是多徑衰落信道。

無線通信在自由空間（對于無線電信道來說是大氣層和太空，對于水聲信道來說是水體）上傳播信號，因此能量分散、傳輸效率較低，并且很容易被他人截獲，安全性差。但是，無線通信擺脫了對導線的依賴，因此具有有線通信所沒有的高度靈活性。

1.1.3存儲信道

在某種意義上，磁帶、光盤、磁盤等數據存儲媒質也可以被看作是一種通信信道。將數據寫入存儲媒質的過程即等效于發射機將信號傳輸到信道的過程，將數據從存儲媒質讀出的過程即等效于接收機從信道接收信號的過程。

1.2廣義信道的分類

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廣義信道，按照其功能進行劃分，可以分為調制信道和編碼信道兩類。

調制信道是指信號從調制器的輸出端傳輸到解調器的輸入端經過的部分。對于調制和解調的研究者來說，信號在調制信道上經過的傳輸媒質和變換設備都對信號做出了某種形式的變換，研究者只關心這些變換的輸入和輸出的關系，并不關心實現這一系列變換的具體物理過程。這一系列變換的輸入與輸出之間的關系，通常用多端口時變網絡作為調制信道的數學模型進行描述。

編碼信道是指數字信號由編碼器輸出端傳輸到譯碼器輸入端經過的部分。對于編譯碼的研究者來說，編碼器輸出的數字串行經過編碼信道上的一系列變換之后，在譯碼器的輸入端成為另一組數字串行，研究者只關心這兩組數字串行之間的變換關系，而并不關心這一系列變換發生的具體物理過程，甚至并不關心信號在調制信道上的具體變化。編碼器輸出的數字串行與到譯碼器輸入的數字串行之間的關系，通常用多端口網絡的轉移概率作為編碼信道的數學模型進行描述。

2.信道的數學模型

2.1調制信道模型

調制信道模型描述的是調制信道的輸出信號和輸入信號之間的數學關系。調制信道、輸入信號、輸出信號存在以下特點：

• 信道總具有輸入信號端和輸出信號。
• 信道一般是線性的，即輸入信號和對應的輸出信號之間滿足疊加原理。
• 信道是因果，即輸入信號經過信道后，相應的輸出信號的響應有延時。
• 信道使通過的信號發生畸變，即輸入信號經過信道后，相應的輸出信號會發生衰減。
• 信道中存在噪聲，即使輸入信號為零，輸出信號仍然會具有一定功率

因此，調制信道可以被描述為一個多端口線性系統。如果信號通過信道發生的畸變是時變的，那么這是一個線性時變系統，這樣的信道被稱作“隨機參數信道”；如果畸變與時間無關，那么這是一個線性時不變系統，這種信道被稱作“恒定參數信道”。

調制信道的數學模型為：

?：線性時不變信道模型。

?其中是調制信道在時刻t的輸入信號，即已調信號。是調制信道在時刻t的輸出信號。是信道的沖激響應，代表時延，表示在時刻t、延時為時信道對沖激函數的響應，描述了信道對輸入信號的畸變和延時。*為卷積算子。是調制信道上存在的加性噪聲，與輸入信號無關，又被稱為“加性干擾”。由于信道的線性性質，并且考慮信道噪聲，就是通過由信道響應描述的調制信道的輸出。調制信道可以同時有多個輸入信號和多個輸出信號，這時的和是矢量信號。

?：線性時變信道模型。

? ? ? ?使得調制信道的輸出信號y(t)的幅度隨著時間t發生變化，因此被稱作“乘性干擾”。乘性干擾是的函數，受到信道特性的影響通常隨著時間隨機變化，因此一般只能用隨機過程描述其統計特性，這種信道被稱作“隨機參數信道”。不過也有信道的乘性干擾基本不隨著時間變化，可以認為其為一常量，這種信道被稱作“恒定參數信道”。由短波電離層反射、超短波及微波電離層散射、超短波視距繞射等媒質構成的調制信道屬于隨參信道。由架空明線、對稱電纜、同軸電纜、光纜、微波視距傳播、光波視距傳播等媒質構成的調制信道屬于恒參信道。

：加性噪聲信道模型。由同軸電纜、光纖等媒質構成的信道符合這一模型?

是信道的加性噪聲，它獨立于輸入信號，因此也獨立于輸出信號。即使信道的輸入信號為零，信道仍然有來自噪聲的量輸出。加性噪聲的來源主要有：電路內部的熱噪聲和霰彈噪聲，來自外部的宇宙噪聲等等

2.2編碼信道模型

數字通信將信息通過編碼器以數量有限的碼元表示。這些碼元信號通過編碼信道后，由于信道對信號的畸變和噪聲干擾，在編碼信道輸出端由譯碼器重建的碼元信號會發生錯誤。編碼信道模型描述了編碼信道的輸入碼元信號與輸出碼元信號之間變換的數學關系。

編碼信道模型描述了編碼信道輸入和輸出碼元信號之間的轉移概率。設編碼信道的使用碼元集合為，為碼本大小。編碼器輸出信號為，解碼器的輸出信號為。則轉移概率就描述了輸入信號經過編碼信道之后被檢測為的概率。

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總結

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