1成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第3章通信傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)通信導(dǎo)論（第2版）陳金鷹教授第3章通信傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)3.1

通信信道的概念3.2

不同傳輸介質(zhì)的信道3.3

信號(hào)調(diào)制與編碼3.4信號(hào)濾波與電平調(diào)整3信號(hào)的傳輸信道信道的復(fù)用3.1通信信道的概念

3.2不同傳輸介質(zhì)的信道導(dǎo)向傳輸介質(zhì)非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)3.3信號(hào)調(diào)制與編碼信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的編碼3.4信號(hào)濾波與電平調(diào)整

網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)信號(hào)的濾波信號(hào)的電平調(diào)整4傳輸信道:是以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道。構(gòu)成信道的傳輸介質(zhì)可以是有線介質(zhì)或無(wú)線介質(zhì)。抽象地看，信道是指定的一段頻帶，它讓信號(hào)通過(guò)，同時(shí)又給信號(hào)以限制和損害。信道為信號(hào)傳輸提供了通路，是溝通通信雙方的橋梁。通常將信號(hào)的傳輸介質(zhì)稱為狹義信道。如明線、電纜、光纖、微波、短波等有線信道和無(wú)線信道。1.傳輸信道概念3.1.1信號(hào)的傳輸信道3.1

通信信道的概念5廣義信道包括狹義信道和通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置的集合體，如調(diào)制信道、編碼信道，如圖所示。6只允許傳輸離散取值的數(shù)字信號(hào)；通信質(zhì)量受數(shù)字信號(hào)的比特差錯(cuò)率影響，只要噪聲小于判決電平就能通過(guò)再生恢復(fù)原來(lái)比特。模擬信道數(shù)字信道特點(diǎn)①按照信道傳輸信號(hào)的種類不同，可將信道分為:允許傳輸波形連續(xù)變化的模擬信號(hào)，包括恒參信道和變參信道；通信質(zhì)量受傳輸失真、信道噪聲影響。特點(diǎn)2.信道分類7②按信道上信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系不同，可分為通信的一方可同時(shí)發(fā)信和收信，而通信的另一方只能在一段時(shí)間內(nèi)選擇或者發(fā)信，或者收信。單工信道半雙工信道特點(diǎn)通信雙方在某一時(shí)間段內(nèi)，只能選擇一方發(fā)信另一方收信的通信方式。特點(diǎn)全雙工信道通信雙方均可同時(shí)收信和發(fā)信的工作方式，即任一方可在發(fā)信的同時(shí)接收對(duì)方的信號(hào)。特點(diǎn)8910一種通過(guò)交換機(jī)轉(zhuǎn)接可為大量用戶服務(wù)的信道。專用（租用）信道公共交換信道特點(diǎn)連接兩點(diǎn)或多點(diǎn)的固定線路；特點(diǎn)③按照對(duì)信道的占有程度不同，可將信道分為11以無(wú)形非導(dǎo)向介質(zhì)傳輸信號(hào)的信道。在無(wú)線傳輸介質(zhì)中，信號(hào)的電磁波在自由空間中傳播，如地波傳播、短波電離層反射、超短波及微波視距傳播、衛(wèi)星中繼、紅外線傳播、光波視距傳播等。有線信道無(wú)線信道特點(diǎn)以有形的導(dǎo)向介質(zhì)傳輸信號(hào)的信道。在有線傳輸介質(zhì)中，信號(hào)的電磁波沿著固定介質(zhì)(銅線或光纖)傳播，如雙絞絲、明線、同軸電纜、光纖等。特點(diǎn)④按照信道中對(duì)信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)向的介質(zhì)不同，可分為12信道容量:指在給定條件下信道所能提供的模擬信號(hào)頻帶寬度或數(shù)字信號(hào)最大傳輸速率。模擬信道容量單位為赫茲（Hz），數(shù)字信道容量單位為比特/秒（bit/s或bps）。信道容量分為有擾模擬信道的信道容量和有擾數(shù)字信道的信道容量。3.信道容量計(jì)算①有擾模擬信道的信道容量由香農(nóng)信道容量公式?jīng)Q定C=B

log2(1+S/N)

例3-1：信道帶寬B=3KHz，信噪比為S/N=1000，則：

C=3000×log2(1+1000)≈30kbps13（1）任何一個(gè)信道都有它的信道容量；（2）信道容量C與帶寬B和信噪比S/N有關(guān)；（3）當(dāng)信道的噪聲為高斯白噪聲時(shí)，香農(nóng)公式中的噪聲功率不是常數(shù)，而與B有關(guān)。（4）如果考慮到信道容量C＝I/T，l為傳輸?shù)男畔⒘?，T為傳輸時(shí)間，代入香農(nóng)公式得：

I＝T

B

log2

(1+S/N)當(dāng)S/N一定時(shí)，對(duì)于給定的信息量I可以用不同的帶寬B和傳輸時(shí)間T的組合來(lái)進(jìn)行傳輸。香農(nóng)定理的幾點(diǎn)重要結(jié)論：14②有擾數(shù)字信道的信道容量與信道的誤碼率有關(guān)C=[1+

log2+(1-

)log2(1-)]

r(b/s)

例3-3：在有擾對(duì)稱二進(jìn)制信道中，當(dāng)發(fā)送“1”和“0”的概率均為1/2時(shí)，設(shè)e表示碼元錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕?，收到一個(gè)符號(hào)所能得到的最大信息量為：1+e

log2e+(1-e)log2(1-e)（比特/符號(hào)）其中e

log2e+(1-e)log2(1-e)為傳輸差錯(cuò)引起的信息量損失。所以有擾對(duì)稱二進(jìn)制信道的信道容量為：C=[1+elog2e+(1-e)log2(1-e)]

r(b/s)r為符號(hào)數(shù)/秒。當(dāng)e=1/100=0.01，r=1000時(shí)，有C：C=[1+elog2e+(1-e)log2(1-e)]

r(b/s)=[1+0.01log2(0.01)+0.99log2(0.99)]

1000=919(bit/s)15頻分復(fù)用(FDM)定義：為了使若干獨(dú)立信號(hào)能在一條公共通路上同時(shí)傳輸，而將獨(dú)立信號(hào)分別配置在分立的不同頻段上的復(fù)用方式。實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用的方法是將傳輸信道總的有效頻率范圍劃分成若干個(gè)子頻帶(或稱子信道)，每一個(gè)子信道傳輸1路獨(dú)立信號(hào)。頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立隔離帶，以保證各路獨(dú)立信號(hào)互不干擾。3.1.2信道的復(fù)用1.頻分復(fù)用16頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作，每一路信號(hào)傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延，因而頻分復(fù)用技術(shù)取得了非常廣泛的應(yīng)用。頻分復(fù)用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分復(fù)用(FDM)外，近年來(lái)又研究出正交頻分復(fù)用(OFDM)，如圖所示。17正交頻分復(fù)用(OFDM)實(shí)際是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。OFDM全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個(gè)基本振蕩頻率的整數(shù)倍，正交指各個(gè)載波的信號(hào)頻譜是正交的。在第五代移動(dòng)通信(5G)的空口技術(shù)中，還采用了F-OFDM(FilteredOFDM)，F(xiàn)-OFDM能為不同業(yè)務(wù)提供不同的子載波帶寬和循環(huán)前綴長(zhǎng)度CP的配置，以滿足不同業(yè)務(wù)的時(shí)頻資源需求，通過(guò)優(yōu)化濾波器的設(shè)計(jì)，可以把不同帶寬子載波之間的保護(hù)頻帶最低做到一個(gè)子載波帶寬。18載波電話原理：載波電話是將發(fā)送端若干個(gè)電話線路傳來(lái)的音頻信號(hào)，通過(guò)多次調(diào)制，將這些音頻信號(hào)搬移到不同的頻段上，經(jīng)線路和增音設(shè)備傳送到接收端。再經(jīng)解調(diào)制后由帶通濾波器選出各路音頻信號(hào)。由于用濾波器將各路信號(hào)按頻率分開(kāi)，因此許多路電話可同時(shí)在一對(duì)導(dǎo)線上傳輸而互不干擾，這就是頻分復(fù)用帶來(lái)的好處。人耳能識(shí)別的聲波范圍為20Hz～20kHz，但話音的主要信息集中在0.3kHz～3.4kHz內(nèi)。CCITT將0.3kHz～3.4kHz的語(yǔ)音頻段定義為話音基帶信號(hào)。為防止相鄰路的干擾，以0.0kHz～0.3kHz和3.4kHz～4kHz為隔離帶，而將為0kHz～4kHz作為1路基帶的帶寬來(lái)計(jì)算。19載波電話中的多路調(diào)制以4kHz為基帶作為多路載波電話中各路的帶寬。載波通信系統(tǒng)采用多級(jí)調(diào)制方式將多個(gè)電話基帶調(diào)制后分別組成前群、基群、超群、主群、超主群等。3路稱為前群(中國(guó)規(guī)定為12～24千赫)；國(guó)際規(guī)定12路電話為一個(gè)基群(60～108千赫)；60路電話稱超群（312～552千赫）；300路稱主群（812～2044千赫）；900路稱超主群等。高次群由若干低次群組合而成。載波電話通信系統(tǒng)主要由終端設(shè)備、增音設(shè)備和傳輸線路組成。20載波電話通信系統(tǒng)按傳輸介質(zhì)的不同主要有四類。1）明線載波電話發(fā)話和受話采用不同頻段在明線的同一對(duì)導(dǎo)線上傳輸，有單路、3路、12路和高12路載波電話等。用明線傳送載波電話因受串音和無(wú)線電波干擾等影響以及氣候影響，進(jìn)一步擴(kuò)大容量受到限制。2）對(duì)稱電纜載波電話發(fā)話和受話多采用相同頻段分別在兩對(duì)電線中傳輸。話路容量有12路、24路、60路和120路。受衰減和串音影響，進(jìn)一步擴(kuò)大容量受到限制。213）同軸電纜載波電話

發(fā)話和受話一般采用相同頻段，分別在同一電纜中的兩根同軸管中傳輸。小同軸電纜載波電話的話路容量有300路、960路、2700路、3600路。中同軸電纜載波電話的話路容量系列，國(guó)際上常用的有兩種：一種是960路、2700路和10800路；另一種是1860(或1920)路、3600路和10800（或13200）路。中國(guó)采用的是1800路和4380路。此外還有單管中同軸電纜載波電話，話路容量有120路、300路等。4）海底電纜載波電話采用單電纜單同軸管傳輸，發(fā)話與受話采用不同頻段，話路容量可達(dá)數(shù)百路至數(shù)千路。2223模擬微波載波電話通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)群路信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)制與有線載波通信系統(tǒng)基本相同，所不同的是在接近信道側(cè)，微波載波設(shè)備將待發(fā)送到無(wú)線信道上的群頻譜信號(hào)調(diào)制到波長(zhǎng)為1m至0.1mm（頻率為0.3GHz～3THz）的微波頻段，接收端再用相同的載波將微波信號(hào)解調(diào)制回原來(lái)的群頻譜頻段信號(hào)。目前各國(guó)的通信設(shè)備已使用到2、4、5、6、7、8、11、15、20GHz等各頻段，我國(guó)的數(shù)字微波通信已有2、4、6、7、8、11GHz各頻段的設(shè)備。微波通信的中繼接力站，負(fù)責(zé)接收并放大信號(hào)，然后中轉(zhuǎn)發(fā)送回地面。24利用微波視距傳播以接力站的接力方式實(shí)現(xiàn)微波通信，也稱微波中繼通信。微波接力系統(tǒng)由兩端的終端站及中間的若干中繼接力站組成，以延長(zhǎng)微波傳輸距離，為地面視距點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。各站收發(fā)設(shè)備均衡配置，站距約50km，天線直徑1.5～4m，半功率角3～5°，發(fā)射機(jī)功率1～10W，接收機(jī)噪聲系數(shù)3～10dB（相當(dāng)噪聲溫度290～261K）。微波中繼接力傳輸設(shè)備，相當(dāng)于有線傳輸載波通信系統(tǒng)中的有人增音機(jī)。衛(wèi)星通信中，衛(wèi)星地面站執(zhí)行相當(dāng)于微波發(fā)/收設(shè)備的任務(wù)，衛(wèi)星上的通信設(shè)備相當(dāng)于地面微波通信的中繼接力站，負(fù)責(zé)接收并放大信號(hào)，然后中轉(zhuǎn)發(fā)送回地面。25時(shí)分復(fù)用(TDM)定義：為了使若干獨(dú)立信號(hào)能在一條公共通路上傳輸，而將其分別配置在分立的周期性的時(shí)間間隔上的復(fù)用方式。時(shí)分多路復(fù)用以時(shí)間作為信號(hào)分割的參量，故必須使各路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊。4路時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的示意圖如圖所示。2.時(shí)分復(fù)用26時(shí)分多路復(fù)用適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。TDM方式目前又分為同步時(shí)分和統(tǒng)計(jì)(異步)時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)兩種。其中同步時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)又可分為準(zhǔn)同步系列PDH和同步系列SDH。目前世界上存在兩類的PDH標(biāo)準(zhǔn)：①基于13折線A律壓縮的30/32路PCM系統(tǒng)（歐洲標(biāo)準(zhǔn)，用于歐洲、中國(guó)、俄羅斯等）；②基于15折線u律壓縮的24路PCM系統(tǒng)（美洲標(biāo)準(zhǔn)，用于北美、日本、臺(tái)灣等）。同步時(shí)分復(fù)用TDM的時(shí)間片是預(yù)先分配好的，且是固定不變的，因此各種信號(hào)源的傳輸定時(shí)是同步的。而異步時(shí)分多路復(fù)用TDM允許動(dòng)態(tài)地分配傳輸媒體的時(shí)間片。27WDM是在一根光纖上復(fù)用多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，在接收端分別對(duì)不同波長(zhǎng)進(jìn)行解復(fù)用。OTDM在一根光纖上只傳輸一個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)，它首先要求光脈沖必須是RZ碼，各路光信號(hào)通過(guò)占用不同時(shí)隙復(fù)用成一路，即在一路光脈沖之間插入幾路相對(duì)于第一路具有不同時(shí)延的光脈沖，以提高單根光纖的傳輸速率。28空分復(fù)用(SDM)定義：為了使若干獨(dú)立信號(hào)能在一條公共通路上傳輸，而將其分別配置在分立的空間區(qū)域上的復(fù)用方式?？辗謴?fù)用通過(guò)空間的分割來(lái)區(qū)別不同的用戶，如圖所示。在有線傳輸中，空分復(fù)用指多對(duì)電線或光纖共用1條纜的復(fù)用方式。3.空分復(fù)用29碼分復(fù)用(CDM)定義：為了使若干獨(dú)立信號(hào)能在一條公共通路上傳輸，而將其配置成某些正交信號(hào)的復(fù)用。4.碼分復(fù)用30碼分復(fù)用原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)將需要傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼(PN)進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去；接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的寬帶信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)還原成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)，即完成寬帶信號(hào)的解擴(kuò)，從而完成發(fā)端與收端間的通信。碼分復(fù)用中分配給每個(gè)用戶的PN碼是不同的相互正交的碼序，經(jīng)調(diào)制和復(fù)用后，接收方只能用與發(fā)方相同的PN碼解調(diào)輸入信號(hào)才能有輸出，否則輸出為零，從而實(shí)現(xiàn)從混合的多路信號(hào)中還原預(yù)定的某路信號(hào)。31由金屬導(dǎo)線構(gòu)成的傳輸信道包括架空明線、電話線、市話電纜、對(duì)稱電纜、同軸電纜。通信電纜：傳輸電話、電報(bào)、傳真文件、電視和廣播節(jié)目、數(shù)據(jù)和其他電信號(hào)的電纜。通信電纜具有傳輸頻帶較寬、通信容量大、傳輸穩(wěn)定性好、保密性好、受外界干擾小，但不易檢修等特點(diǎn)。通信電纜是各種通信用電纜的總稱。1.金屬導(dǎo)線傳輸信道3.2

不同傳輸介質(zhì)的信道3.2.1導(dǎo)向傳輸介質(zhì)信道32根據(jù)通信電纜的用途和使用范圍，通信電纜可分為市內(nèi)通信電纜長(zhǎng)途對(duì)稱電纜同軸電纜海底電纜射頻電纜光纖電纜通信電纜對(duì)稱電纜同軸電纜綜合電纜按結(jié)構(gòu)分為野戰(zhàn)電纜永備電纜按功能分為33電話線：經(jīng)由市話分線盒接到用戶家庭的連線，由兩根金屬導(dǎo)線絞合在一起構(gòu)成，阻抗600Ω，傳輸音頻信號(hào)可達(dá)數(shù)公里。網(wǎng)線：又稱雙絞線，由兩根互相絕緣的銅線以均勻?qū)ΨQ的方式扭絞在一起作為一條通信鏈路。常見(jiàn)的互聯(lián)網(wǎng)用的雙絞線中共有4對(duì)，既可傳輸模擬信號(hào)，也可傳輸數(shù)字信號(hào)。雙絞線分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線(STP)。非屏蔽雙絞線外皮為塑料，不具有屏蔽能力，易受外部的電磁干擾。根據(jù)雙絞線的數(shù)據(jù)傳輸速率可分為5類線。其中3類線的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)16Mb/s，4類線數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20Mb/s，5類線的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100Mb/s。屏蔽雙絞線外皮為金屬，具有屏蔽能力，價(jià)格比UTP貴。雙絞線特性阻抗為50Ω。34市話電纜：市話電纜是一種用于在電話分線盒到電話交換機(jī)之間傳輸近距離音頻信號(hào)的通信的電纜。常將幾十至上千對(duì)雙絞線做在一根市話電纜中，便于施工鋪設(shè)。長(zhǎng)途電纜：長(zhǎng)途電纜是一種用于在長(zhǎng)途傳輸設(shè)備之間遠(yuǎn)距傳輸大容量高頻載波和數(shù)字信號(hào)的傳輸電纜。長(zhǎng)途電纜包括長(zhǎng)途對(duì)稱電纜(最多可傳輸60路載波信號(hào))、小同軸電纜(最多可傳輸3600路載波信號(hào))、中同軸電纜(最多可傳輸10800路載波信號(hào))、海底電纜(最多可傳輸10800路載波信號(hào))。海底電纜比陸地電纜增加了抗拉和防水性能。35對(duì)稱電纜：由若干對(duì)叫做芯線的雙導(dǎo)線在一根保護(hù)套內(nèi)制造成的。為了減小各對(duì)導(dǎo)線之間的干擾，每一對(duì)導(dǎo)線都做成扭絞形狀，稱做雙絞線。對(duì)稱電纜分非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線兩種。對(duì)稱電纜幅頻特性為低通型，導(dǎo)線間的串音隨頻率升高而增加，因而復(fù)用程度不高。同軸電纜：由外絕緣層、外導(dǎo)體、內(nèi)絕緣層和內(nèi)導(dǎo)體四個(gè)部分組成，絕緣效果較好，誤碼率較低。同軸電纜分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。特性阻抗為50Ω的同軸電纜稱為基帶同軸電纜，用于傳輸數(shù)字信號(hào)，距離可達(dá)1公里，傳輸速率為10Mb/s；特性阻抗為75Ω的同軸電纜稱為寬帶同軸電纜，如長(zhǎng)途載波通信用的小同軸電纜、中同軸電纜和共用天線電視系統(tǒng)CATV中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜。同軸電纜可用于傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。36光纖信道(FC)指用光纖作媒質(zhì)的光傳輸通道。光纖不僅可用來(lái)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，而且可以滿足視頻傳輸?shù)男枨蟆Ｆ鋽?shù)據(jù)傳輸率能達(dá)Tbps。在不使用中繼器的超長(zhǎng)距離通信中，傳輸范圍能達(dá)到上千公里。光纜用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖傳輸系統(tǒng)之間的連接。含1根光纖的光纜稱單纖，有2根光纖的稱雙纖，目前已能將上千芯光纖組合在一條光纜中。光纖有兩種傳輸模式：多模傳輸方式和單模傳輸方式。2.光纖傳輸信道37影響光纖傳輸質(zhì)量的主要因素是光纖的損耗特性和頻帶特性。光纖的損耗特性表示光能在光纖中傳輸時(shí)所受到的衰減程度，光纖的頻帶特性直接影響傳輸波形的失真情況和傳輸容量。光纖的頻帶特性與光纖傳光時(shí)的色散性能有關(guān)。色散特性指光纖中信號(hào)的傳輸速率隨模式、波長(zhǎng)或材料變化的性質(zhì)。38利用高分子塑料導(dǎo)線進(jìn)行電信號(hào)傳輸是一種新興的傳輸技術(shù)，高分子塑料導(dǎo)線的導(dǎo)電是由于材料內(nèi)部有能傳遞電流的自由電荷，這些自由電荷包括電子、空穴、正離子、負(fù)離子。其導(dǎo)電性與微觀物理量載流子濃度、遷移率成正比。大多數(shù)高分子的導(dǎo)電屬于離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電。3.高分子塑料導(dǎo)線傳輸信道39電信號(hào)在自由空間進(jìn)行由近向遠(yuǎn)傳播的信道是無(wú)導(dǎo)線引導(dǎo)的，故稱為無(wú)線傳輸信道。在這種介質(zhì)中傳輸?shù)牟皇菍?dǎo)線中的電子，而是以電磁波的擴(kuò)展方式進(jìn)行能量的傳輸。無(wú)線傳輸適于長(zhǎng)距離或不便布線的應(yīng)用場(chǎng)合。當(dāng)信號(hào)可以在傳輸介質(zhì)的各個(gè)方向上傳播時(shí)，稱該介質(zhì)是非導(dǎo)向的。1.無(wú)線電信號(hào)的傳輸途徑3.2.2非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)信道3.2.1.

1無(wú)線傳輸信道的特性40信號(hào)的非導(dǎo)向傳輸以兩種方式衰減信號(hào)的能量：一種是在信號(hào)的傳輸方向上的固有衰減，如同信號(hào)在導(dǎo)線上的衰減一樣，信號(hào)的頻率不同，其衰減的程度是不一樣的，信號(hào)的傳輸受頻率衰減特性和距離衰減特性影響。另一種對(duì)信號(hào)的衰減是能量密度隨距離增加而呈現(xiàn)的衰減，這是非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)所特有的。例如天線發(fā)輸出的信號(hào)能量為P，當(dāng)信號(hào)傳輸?shù)骄嚯x為R的地點(diǎn)時(shí)，其能量被分散到半徑為R的球面上。此外，在大氣介質(zhì)或水下介質(zhì)中，信號(hào)受到的干擾遠(yuǎn)比在導(dǎo)向傳輸介質(zhì)中受到的干擾大。41自由空間中電磁波在傳輸路徑中的衰落計(jì)算公式：Lbs=32.5+20lgf+20lgd其中：Lbs為自由空間損耗（dB），d為傳輸距離，f為電磁波頻率。接收站接收設(shè)備接收到的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算公式：RSS=Pt+Gt+Gr-Lc-Lbs

其中：RSS為信號(hào)接收強(qiáng)度，Pt為發(fā)射機(jī)發(fā)射功率，Gt為發(fā)射機(jī)的發(fā)射天線增益，Gr為接收機(jī)的接收天線增益，Lc為電纜和纜頭的衰耗，Lbs為自由空間損耗。42電磁波在自由空間信道中傳播時(shí)，不同信號(hào)頻率的傳輸路徑是不同的，因此到達(dá)接收點(diǎn)所受到衰減不能用統(tǒng)一的公式進(jìn)行衡量，而是按頻段分別進(jìn)行估算，并根據(jù)不同的頻段采用與之相適應(yīng)的通信方式和技術(shù)處理措施，由此形成了長(zhǎng)波通信、短波通信、微波通信、衛(wèi)星通信、光波通信等。43①地波傳播

沿大地與空氣的分界面?zhèn)鞑サ碾姴?。地波由于能量逐漸被大地吸收，因而傳播距離不遠(yuǎn)，但地波不受氣候影響，可靠性高。超長(zhǎng)波、長(zhǎng)波、中波無(wú)線電信號(hào)均利用地波進(jìn)行傳播，短波近距離通信也利用地波進(jìn)行傳播。②直射波傳播

由發(fā)射點(diǎn)從空間直線傳播到接收點(diǎn)的無(wú)線電波。直射波的傳播距離一般限于視距范圍，強(qiáng)度衰減較慢，利用直射波傳播進(jìn)行通信的有超短波和微波通信方式。2.無(wú)線電波常見(jiàn)的傳播方式44③天波傳播

天波是由天線向高空輻射的電磁波遇到大氣電離層折射后返回地面的無(wú)線電波。電離層只對(duì)短波波段的電磁波產(chǎn)生反射作用，因此天波傳播主要用于短波遠(yuǎn)距離通信。④散射傳播

散射傳播是由天線輻射出去的電磁波投射到低空大氣層或電離層中不均勻介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生散射，其中一部份到達(dá)接收點(diǎn)。散射傳播距離遠(yuǎn)，但是效率低，不易操作，使用并不廣泛。45表3－1給出了無(wú)線電頻段的劃分。表3－2給出了各無(wú)線電頻段的應(yīng)用領(lǐng)域。3.無(wú)線通信的頻率劃分其中，頻率約為300MHz～300GHz的無(wú)線電波頻段，又被稱之為微波頻段，波長(zhǎng)約在1m～0.1mm之間的電磁波。這段電磁頻譜包括分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波等波段。在雷達(dá)和常規(guī)微波技術(shù)中，常用拉丁字母代號(hào)表示更細(xì)的波段劃分。波段名稱頻率范圍波長(zhǎng)范圍P波段230～1000MHz1300.00～300.00mmL波段1～2GHz300.00～150.00mmS波段2～4GHz150.00～75.00mmC波段4～8GHz75.00～37.50mmX波段8～12GHz37.50～25.00mmKu波段12～18GHz25.00～16.67mmK波段18～27GHz16.67～11.11mmKa波段27～40GHz11.11～7.50mmU波段40～60GHz7.50～5.00mmE波段60～90GHz5.00～3.33mmF波段90～140GHz3.33～2.14mmQ波段30～50GHz10.00～6.00mmV波段50～75GHz6.00～4.00mmW波段75～110GHz4.00～2.73mmD波段110～170GHz2.73～1.76mm461.長(zhǎng)波通信長(zhǎng)波通信是利用波長(zhǎng)長(zhǎng)于1公里的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信，亦稱低頻通信。它可細(xì)分為在長(zhǎng)波、甚長(zhǎng)波、特長(zhǎng)波、超長(zhǎng)波和極長(zhǎng)波波段的通信。長(zhǎng)波通信的特點(diǎn)：長(zhǎng)波通信用天波或地波形式傳播，也可在地面與高空電離層之間形成的波導(dǎo)中傳播，主要沿地球表面的地波傳播，傳播比較穩(wěn)定。由于傳播穩(wěn)定，受太陽(yáng)耀斑或核爆炸引起的電離層騷擾的影響小，也可用作防電離層騷擾的備用通信手段。此外，還用以傳播頻率標(biāo)準(zhǔn)。3.2.2.2無(wú)線通信的分類472.中波通信中波通信指利用波長(zhǎng)為1000m～100m的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信。中波通信的電磁波既可利用地波傳播，也可利用天波傳播。白天，由于電離層D層對(duì)中波的強(qiáng)烈吸收，使其不能依靠電離層反射的天波傳播，主要靠地波傳播。工作頻率越低，地面電導(dǎo)率越高，地波傳播距離越遠(yuǎn)。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)《國(guó)際無(wú)線電規(guī)則》的頻率劃分，526.5kHz～1606.5kHz頻段的中波用作廣播，廣播頻段以下的中波常用于中近程無(wú)線電導(dǎo)航，飛機(jī)、艦船的無(wú)線電通信及軍事地下通信等。廣播頻段以上的中波也用作飛機(jī)、艦船通信等外，還用于無(wú)線電定位，在軍事上還常用于近距離的戰(zhàn)術(shù)通信。483.短波通信短波通信指利用波長(zhǎng)為100ｍ～10ｍ，頻率為3MHz～30MHz的電磁波進(jìn)行的無(wú)線電通信。短波通信中所發(fā)射的電波要經(jīng)電離層的反射才能到達(dá)接收設(shè)備，通信距離較遠(yuǎn)，是遠(yuǎn)程通信的主要手段。由于電離層的高度和密度容易受晝夜、季節(jié)、氣候等因素的影響，所以短波通信的穩(wěn)定性較差，噪聲較大。短波的基本傳播途徑有兩個(gè)：一個(gè)是地波，一個(gè)是天波。目前，它廣泛應(yīng)用于電報(bào)、電話、低速傳真通信和廣播等方面。盡管當(dāng)前新型無(wú)線電通信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，短波這一古老和傳統(tǒng)的通信方式仍然受到全世界普遍重視，不僅沒(méi)有被淘汰，還在快速發(fā)展。494.微波通信微波通信指使用波長(zhǎng)在0.1毫米至1米之間的電磁波進(jìn)行的通信。當(dāng)兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無(wú)障礙物時(shí)就可以使用微波傳送。利用微波進(jìn)行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠(yuǎn)的距離，因此是國(guó)家通信網(wǎng)的一種重要通信手段，也普遍適用于各種專用通信網(wǎng)。微波通信包括地面微波接力通信、對(duì)流層散射通信、流星余跡通信、衛(wèi)星通信、空間通信及工作于微波頻段的移動(dòng)通信。微波通信由于其頻帶寬、容量大、可以用于各種電信業(yè)務(wù)的傳送，如電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)、傳真以及彩色電視等均可通過(guò)微波電路傳輸。50微波中繼通信或微波接力通信中，由于地球表面的影響以及空間傳輸?shù)膿p耗，每隔50公里左右，就需要設(shè)置中繼站，將電波放大轉(zhuǎn)發(fā)而延伸通信距離。長(zhǎng)距離微波通信干線可以經(jīng)過(guò)幾十次中繼而將信號(hào)傳至數(shù)千公里仍保持很高的通信質(zhì)量。51自由空間光通信（FSO）指以激光波為載體，在真空或大氣中傳遞信息的一種寬帶光通信技術(shù)。5.自由空間光通信52其中自由空間光通信又稱無(wú)線光通信。和其他無(wú)線通信相比，自由空間光通信具有不需要頻率許可證、頻率寬、成本低廉、保密性好，低誤碼率、安裝快速、抗電磁干擾，組網(wǎng)方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。特別適合骨干網(wǎng)的擴(kuò)建、光纖網(wǎng)絡(luò)的備援、寬頻接入、企業(yè)應(yīng)用、無(wú)線基地臺(tái)數(shù)據(jù)的回傳等領(lǐng)域，以及其他需要高速接入的終端。以光波作為信號(hào)載體的通信方式稱為光通信。按照所采用的介質(zhì)的不同，光通信系統(tǒng)可分為光纖通信自由空間光通信水下光通信53FSO通信的缺點(diǎn)

①受大氣折射、吸收和散射的影響大②受風(fēng)力和大氣溫度的梯度變化產(chǎn)生氣穴影響③天氣的雨、雪、霧的影響最大④大風(fēng)和地震引起建筑物的晃動(dòng)

FSO的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

①頻帶寬，速率高，容量大②架設(shè)組網(wǎng)靈活便捷，擴(kuò)展性好③適用任何通信協(xié)議④頻譜資源豐富⑤傳輸保密性好⑥伸縮性好⑦體積小⑧成本低廉54信號(hào)調(diào)制的目的是解決信道的頻分復(fù)用和頻率搬移。在發(fā)信端將多個(gè)模擬信源通過(guò)調(diào)制，將他們的頻譜搬移到新的不同頻段上，便可實(shí)現(xiàn)同一傳輸線上多個(gè)信號(hào)同時(shí)傳輸而互不影響。對(duì)數(shù)字信號(hào)通過(guò)調(diào)制可將基帶信號(hào)搬移到適宜于傳輸?shù)男诺李l段上。1.模擬信號(hào)的調(diào)制理論對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)，根據(jù)付里葉變換總可將其表示為許多正弦信號(hào)之和的形式。3.3

信號(hào)調(diào)制與編碼3.3.1信號(hào)的調(diào)制55而正弦信號(hào)是由振幅、頻率和相位三要素決定的。通過(guò)對(duì)三個(gè)要素的處理，可得到新的正弦信號(hào)三要素受控制的信號(hào)，這個(gè)處理過(guò)程稱為對(duì)信號(hào)的調(diào)制過(guò)程。振幅、頻率和相位三要素受控制的正弦信號(hào)稱為載波信號(hào)或被調(diào)信號(hào)，控制載波信號(hào)振幅、頻率和相位三要素的模擬信源信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。調(diào)制的方法主要是通過(guò)改變載波信號(hào)正弦波的幅度、相位和頻率來(lái)傳送信息。其基本思想是把調(diào)制信號(hào)的特征寄生在載波信號(hào)的幅度、頻率和相位參數(shù)。56①對(duì)載波信號(hào)振幅的調(diào)制(AM)電話通信中用得最多的是進(jìn)行載波信號(hào)振幅的調(diào)制，其方法是用一個(gè)稱為載波的被調(diào)信號(hào)與話音信號(hào)相乘，將調(diào)制信號(hào)的頻率搬移到載波信號(hào)頻率附近，這個(gè)過(guò)程稱為載波調(diào)制。其中，x(t)=Asinωt稱調(diào)制信號(hào)，sinωct稱被調(diào)制信號(hào)或載波信號(hào)，ω＋ωc稱調(diào)制后的上邊帶信號(hào)，ω－ωc稱下邊帶信號(hào)。f(t)為調(diào)制后的信號(hào)。信號(hào)的解調(diào)制：57根據(jù)濾波器的不同可得到不同的載波輸出信號(hào)58如果用調(diào)制信號(hào)的幅值去改變載波信號(hào)的頻率，使載波信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)的幅度的變化而變化，叫頻率調(diào)制。頻率調(diào)制得到的輸出是調(diào)頻信號(hào)。②對(duì)載波信號(hào)的頻率調(diào)制(FM)調(diào)頻信號(hào)占用頻帶較寬，但優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到噪聲和干擾時(shí)，通過(guò)限幅放大，可消除這些噪聲和干擾，這就是調(diào)頻收音機(jī)音質(zhì)優(yōu)于調(diào)幅收音機(jī)的原因。59如果用調(diào)制信號(hào)的幅值去改變載波信號(hào)的相位，使載波信號(hào)的相位隨調(diào)制信號(hào)的幅度的變化而變化，叫相位調(diào)制。相位調(diào)制得到的輸出稱調(diào)相信號(hào)。③對(duì)載波信號(hào)的相位調(diào)制(PM)60用基帶數(shù)字信號(hào)去調(diào)制模擬載波信號(hào)，可將基帶信號(hào)搬移到高頻頻段上便于傳輸。如進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的無(wú)線電發(fā)射，需將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻正弦波信號(hào)。用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波信號(hào)，也可分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。2.數(shù)字信號(hào)的調(diào)制理論在數(shù)字通信系統(tǒng)中，調(diào)制信號(hào)不再是模擬的信號(hào)，而是只有0、1兩種狀態(tài)的數(shù)字信號(hào)，這種原始數(shù)字信號(hào)常稱基帶信號(hào)。61數(shù)字幅度調(diào)制或幅度鍵控（ASK）調(diào)制方式指正弦載波信號(hào)的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化。對(duì)二進(jìn)制幅度鍵控記作2ASK。2ASK是利用代表數(shù)字信息的0或1的基帶矩形脈沖去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出。有載波輸出時(shí)表示發(fā)送1，無(wú)載波輸出時(shí)表示發(fā)送0。①對(duì)載波信號(hào)的2ASK調(diào)制62數(shù)字頻率調(diào)制或頻移鍵控（FSK）調(diào)制方式指正弦載波信號(hào)的頻率隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化。二進(jìn)制頻移鍵控記作2FSK。2FSK信號(hào)是用載波頻率的變化來(lái)表征調(diào)制信號(hào)所攜帶的信息，載波信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)二進(jìn)制序列0、1狀態(tài)而變化，即載頻為f0時(shí)表示傳0，載頻為f1時(shí)表示傳1。②對(duì)載波信號(hào)的2FSK調(diào)制63數(shù)字相位調(diào)制或相移鍵控（PSK）調(diào)制方式指正弦載波信號(hào)的相位隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化。二進(jìn)制相移鍵控記作2PSK。2PSK信號(hào)是用載波信號(hào)相位的變化來(lái)表征調(diào)制信號(hào)所攜帶的信息，被調(diào)載波的相位隨二進(jìn)制序列0、1狀態(tài)而變化。當(dāng)數(shù)字信號(hào)的振幅為1時(shí)，載波起始相位取0；當(dāng)數(shù)字信號(hào)的振幅為0時(shí)，載波起始相位取180°。有時(shí)也把代表兩個(gè)以上符號(hào)的多相制相位調(diào)制稱為相移鍵控。③對(duì)載波信號(hào)的2PSK調(diào)制64數(shù)字差分相移鍵控(DPSK)調(diào)制方式指利用調(diào)制信號(hào)前后碼元之間載波相對(duì)相位的變化來(lái)傳遞信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為Δφ，可定義一種數(shù)字信息與Δφ之間的關(guān)系為：Δφ=0，表示數(shù)字信息“0”，Δφ=π，表示數(shù)字信息“1”。例如：

數(shù)字信息：11010011102DPSK信號(hào)相位：0π00πππ0π00

或: π0ππ000π0ππ在二進(jìn)制中通常規(guī)定：傳送1時(shí)后一碼元相對(duì)于前一碼元的載波相位變化180°，而傳送0時(shí)前后碼元之間的載波相位不發(fā)生變化。④對(duì)載波信號(hào)的DPSK調(diào)制65除了上面提到的調(diào)制外，新型調(diào)制技術(shù)還包括：1）線性調(diào)制技術(shù)：PSK、QPSK、DQPSK、OK-QPSK等。2）恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)：MSK、GMSK、GFSK、TFM等。脈沖調(diào)制有兩種含義：第一種是指用調(diào)制信號(hào)控制脈沖本身的參數(shù)(幅度、寬度、相位等)，使這些參數(shù)隨調(diào)制信號(hào)變化。此時(shí)，調(diào)制信號(hào)是連續(xù)波，載波是重復(fù)的脈沖序列。第二種是指用脈沖信號(hào)控制高頻振蕩的參數(shù)。此時(shí)，調(diào)制信號(hào)是脈沖序列，載波是高頻振蕩的連續(xù)波。如2ASK、2FSK、2PSK、DPSK。66已調(diào)脈沖序列還可以用各種方法去調(diào)制高頻振蕩載波。常用的脈沖調(diào)制有以下幾種：①脈幅調(diào)制(PAM)用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列的幅度，使脈沖幅度在其平均值上下隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值變化。這是脈沖調(diào)制中最簡(jiǎn)單的一種。脈幅調(diào)制的已調(diào)波在傳輸途徑中衰減

，抗干擾能力差，所以現(xiàn)在很少直接用于通信，往往只用作連續(xù)信號(hào)采樣的中間步驟。②脈寬調(diào)制(PWM)用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列中各脈沖的寬度，使每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間與該瞬時(shí)的調(diào)制信號(hào)值成比例。此時(shí)脈沖序列的幅度保持不變，被調(diào)制的是脈沖的前沿或后沿，或同時(shí)是前后兩沿，使脈沖持續(xù)時(shí)間發(fā)生變化。在無(wú)線電通信中一般不用脈寬調(diào)制，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)射機(jī)的平均功率要不斷地變化。67③脈位調(diào)制(PPM)用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列中各脈沖的相對(duì)位置（即相位），使各脈沖的相對(duì)位置隨調(diào)制信號(hào)變化。此時(shí)脈沖序列中脈沖的幅度和寬度均保持不變。脈位調(diào)制的傳輸性能較好，常用于視距微波中繼通信系統(tǒng)。④脈頻調(diào)制(PFM)用調(diào)制信號(hào)控制脈沖的重復(fù)頻率，即單位時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，使脈沖的重復(fù)頻率隨調(diào)制信號(hào)變化。此時(shí)脈沖序列中脈沖的幅度和寬度均保持不變。主要用于儀表測(cè)量等方面，很少直接用于無(wú)線電通信。68對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼的目的，主要是解決如下幾方面的問(wèn)題：①將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，可減少噪聲影響，提高傳輸質(zhì)量；②可實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的時(shí)分復(fù)用；③可適應(yīng)不同的信道要求，降低誤碼率，通過(guò)數(shù)據(jù)冗余和糾錯(cuò)增強(qiáng)信道抗衰落能力；④可消除直流分量，節(jié)省電能；⑤可獲取同步時(shí)鐘信號(hào)；⑥可進(jìn)行信號(hào)加密處理，提高信息傳輸?shù)陌踩浴?.3.2信號(hào)的編碼691.模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程可敘述如下：常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換方法包括：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、∑-Δ調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。702.數(shù)據(jù)編碼方法為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)的編碼？1)單極性碼中包涵了不含信息量的直流分量，造成電能的消耗。2)SDH中，如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有信號(hào)傳輸，就會(huì)造成無(wú)法從數(shù)字信號(hào)中提取出同步信號(hào)，造成通信中斷。3)在移動(dòng)通信中，會(huì)因?yàn)樾诺浪ヂ湓斐蓴?shù)據(jù)丟失。4)在衛(wèi)星通信中會(huì)因?yàn)樵肼曆蜎](méi)信號(hào)造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。為解決這此問(wèn)題，就需要根據(jù)通信體系的不同特點(diǎn)，采用相應(yīng)的編碼方式來(lái)保證數(shù)據(jù)的正確傳輸，這正是數(shù)字通信優(yōu)于模擬通信的地方之一。71將數(shù)字消息或模擬消息轉(zhuǎn)換成通信硬件能夠接受和易于傳輸?shù)男盘?hào)，包括如下四個(gè)步驟：第一，把各種信息用二進(jìn)制表示，包括字符編碼、PCM編碼、PAM編碼等。第二，把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)（電信號(hào)），即碼型編碼。第三，差錯(cuò)控制編碼。第四，基帶信號(hào)變成頻帶信號(hào)。72字符編碼指將文字、數(shù)字和特殊符號(hào)等字符信息轉(zhuǎn)換為用二進(jìn)制數(shù)字表示的數(shù)據(jù)。字符：漢字、數(shù)字和英文字母及特殊符號(hào)等，統(tǒng)稱為字符。漢字的編碼方法：我國(guó)規(guī)定用4位十進(jìn)制數(shù)字表示一個(gè)漢字。又可分為電報(bào)碼和區(qū)位碼。電報(bào)編碼：“中”用數(shù)字“0022”表示，“國(guó)”用數(shù)字“0948”表示。區(qū)位碼：“中”用數(shù)字“5448”表示，“國(guó)”用數(shù)字“2590”表示。英文字母編碼：采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(ANSI)制定的ASCII碼來(lái)表示，該方法用7位二進(jìn)制數(shù)字表示一個(gè)字符。再加上一位的奇偶校驗(yàn)位構(gòu)成8位碼組。①字符編碼技術(shù)73PCM脈沖編碼調(diào)制是數(shù)字通信的編碼方式之一。主要編碼過(guò)程是將話音、圖像等模擬信號(hào)每隔一定時(shí)間進(jìn)行取樣，使其離散化，同時(shí)將抽樣值按分級(jí)單位進(jìn)行四舍五入的非線性取整量化，然后將抽樣值按一組二進(jìn)制碼來(lái)表示抽樣脈沖的幅值。②PCM編碼技術(shù)74在同步數(shù)字系列（SDH）系統(tǒng)和同步光網(wǎng)絡(luò)SONET的PCM群中，數(shù)字群路信號(hào)按表中的方法進(jìn)行群路劃分與組合。數(shù)字群路信號(hào)的劃分與組合753.數(shù)字基帶信號(hào)碼的波形及傳輸碼型基帶傳輸：當(dāng)二進(jìn)制編碼的0、1符號(hào)用電脈沖的正、負(fù)表示時(shí)，形成的是基帶信號(hào)，將基帶信號(hào)直接在信道中傳輸?shù)姆绞椒Q為基帶傳輸方式。頻帶傳輸：把數(shù)字信號(hào)調(diào)制成不同頻率的信號(hào)，再進(jìn)行傳輸?shù)姆椒ǚQ為頻帶傳輸。碼型：表示二進(jìn)制數(shù)中0和1的信號(hào)形式。在數(shù)字通信中，用直流信號(hào)的有或無(wú)表示二進(jìn)制數(shù)中的1和0。76二電平碼、單極性非歸零碼（NRZ碼）、雙極性非歸零碼碼、單極性歸零碼、雙極性歸零碼、差分碼、交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）、曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼、密勒碼、多電平碼和二進(jìn)制編碼等。

①數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)基帶信號(hào)常用碼型77雙極性信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）、高密度雙極性3零碼（HDB3）、曼徹斯特編碼、密勒碼、CMI碼、卷積編碼、Viterbi編碼、糾錯(cuò)編碼碼等。②數(shù)字基帶傳輸常用碼型數(shù)字基帶傳輸常用碼型110001010

1

0

1時(shí)間(a)雙極性信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）+E+++時(shí)間(b)高密度雙極性3零碼（HDB3）1000000000100001000D100D01000D奇數(shù)個(gè)比特1奇數(shù)個(gè)比特1+E+E110001010時(shí)間(c)曼徹斯特碼10100111(d)差分曼徹斯特碼0起始時(shí)刻電平跳變+E時(shí)間110001101中點(diǎn)電平跳變(e)密勒碼兩個(gè)0相連后者改變電平極性+E時(shí)間10110001時(shí)間雙相碼波形(f)CMI碼1001101001010110信號(hào)碼雙相碼雙相碼相位0π00πππ0時(shí)間密勒碼時(shí)間CMI碼+E+E78信號(hào)在傳輸過(guò)程中，傳輸設(shè)備的通頻帶是有限的，信號(hào)只能在有限的通帶中傳輸，但其他無(wú)用信號(hào)、干擾信號(hào)、噪聲信號(hào)也會(huì)進(jìn)入通帶內(nèi)，造成信號(hào)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生失真和雜音。在傳輸設(shè)備中加入濾波器可減少通帶外干擾信號(hào)和噪聲對(duì)帶內(nèi)信號(hào)的影響，只讓有用信號(hào)通過(guò)，其他無(wú)用信號(hào)被盡可能的阻止，或?yàn)V掉。此外傳輸設(shè)備的頻率特性不能保證是均勻平坦的，需要在傳輸系統(tǒng)中加入均衡電路或預(yù)加重電路，使信號(hào)不失真地傳輸?shù)浇邮斩恕V波的意義3.4信號(hào)濾波與電平調(diào)整79信道對(duì)所有信號(hào)都有衰減作用，因此通信系統(tǒng)中還應(yīng)加入放大器，提升信號(hào)的能量。當(dāng)信號(hào)過(guò)大時(shí)，通信系統(tǒng)中還要加入衰減器防止信號(hào)過(guò)大，導(dǎo)致設(shè)備過(guò)負(fù)荷產(chǎn)生強(qiáng)雜音。信號(hào)電平的調(diào)整在通信設(shè)備中也是不能少的。信號(hào)電平調(diào)整的意義80網(wǎng)絡(luò)：由若干電子元器件和連接他們的線路組成的具有一定獨(dú)立功能的電路的集合體。網(wǎng)絡(luò)的端：網(wǎng)絡(luò)的端指網(wǎng)絡(luò)的對(duì)外信號(hào)連線。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)外有多少根信號(hào)連線，就稱該網(wǎng)絡(luò)為多少個(gè)端的網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)有4根對(duì)外連線，就稱該網(wǎng)絡(luò)為四端網(wǎng)絡(luò)。3.4.1網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)81端口：由信號(hào)的正、負(fù)兩個(gè)端組成的一個(gè)對(duì)端。信號(hào)總是由一正一負(fù)兩線組成的，所以用兩根引線端便能完成信號(hào)的輸入或輸出。如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)端口，稱該網(wǎng)絡(luò)為多端口網(wǎng)絡(luò)。無(wú)源網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)中不包括供電電源的網(wǎng)絡(luò)。如僅由電阻、電容、電感組成的網(wǎng)絡(luò)。有源網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)中包含有供電電源的網(wǎng)絡(luò)。如集成運(yùn)算放大器、晶體管組成的網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)：由若干網(wǎng)絡(luò)鏈接而成的，能夠完成一個(gè)完整功能的網(wǎng)絡(luò)集合體。這樣定義后，一個(gè)通信系統(tǒng)就可看到是由調(diào)制網(wǎng)絡(luò)、放大網(wǎng)絡(luò)、衰減網(wǎng)絡(luò)、濾波網(wǎng)絡(luò)等組成的集合體。82網(wǎng)絡(luò)方程：用一個(gè)二元一次方程組來(lái)描述一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)外性能。Z參數(shù)方程網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗：網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗等于輸入端電壓與輸入端電流之比。網(wǎng)絡(luò)輸出阻抗：網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗等于輸出端電壓與輸出端電流之比。阻抗匹配：當(dāng)前后兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)相連接時(shí)，前一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗應(yīng)與后一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗相等，則稱這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)是阻抗匹配的網(wǎng)絡(luò)。阻抗匹配的網(wǎng)絡(luò)能將前一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功率最大限度地輸出到下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，且不會(huì)產(chǎn)生反射。83網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)：在負(fù)載匹配的條件下，雙端口網(wǎng)絡(luò)輸出功率與輸出入功率之比的平方根取對(duì)數(shù)。γ通常為復(fù)數(shù)，φu為輸出復(fù)電壓落后輸入復(fù)電壓的相角，φi為輸出復(fù)電流落后輸入復(fù)電流的相角。上式中α反映信號(hào)通過(guò)雙端口網(wǎng)絡(luò)時(shí)信號(hào)幅度的變化。如果α＞0，表示信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)后能量變小了，稱這樣的網(wǎng)絡(luò)為衰減網(wǎng)絡(luò)，稱α為衰減常數(shù)。如果α＜0，表示信號(hào)通信網(wǎng)絡(luò)后能量變大了，稱這樣的網(wǎng)絡(luò)為放大網(wǎng)絡(luò)，α稱為放大倍數(shù)，對(duì)于放大網(wǎng)絡(luò)，常用K表示放大倍數(shù)。如果α＝0，表示信號(hào)通信網(wǎng)絡(luò)后能量沒(méi)有損失。84

β稱為相移常數(shù)，表示電壓、電流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)后產(chǎn)生的相移。純電阻網(wǎng)絡(luò)：α＞0，β＝0的網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中可認(rèn)為只有電阻元件。純電抗網(wǎng)絡(luò)：通帶內(nèi)α＝0，β≠0的網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中可認(rèn)為只有電容、電感元件。

85濾波是信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念。通信中傳輸信道的帶寬是有限的，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的電路設(shè)計(jì)時(shí)，只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)成分正常通過(guò)，而阻止另一部分頻率成分通過(guò)，具有這種功能的電路，叫做經(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路。受電容和電感影響，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有自己的頻率響應(yīng)特性，網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性是網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本特征。濾波器是人們根據(jù)傳輸要求人為設(shè)計(jì)的頻率特性在整個(gè)頻帶上不均勻的電路，用以控制信道的頻率特性，使有的信號(hào)能通過(guò)，有的不能通過(guò)。3.4.2信號(hào)的濾波86根據(jù)濾波器中通過(guò)的頻率范圍不同，濾波器可分為：高通濾波器允許信號(hào)中高于截止頻率的成分通過(guò)低通濾波器允許信號(hào)中低于截止的低頻成分通過(guò)帶通濾波器允許信號(hào)中界于上、下截止頻率范圍內(nèi)的頻率成分通過(guò)帶阻濾波器不允許信號(hào)中上、下截止頻率范圍內(nèi)的頻率成分通過(guò)現(xiàn)實(shí)一個(gè)濾波器有兩種方法，由模擬電路所設(shè)計(jì)的濾波器稱為模擬濾波器，由數(shù)字電路所設(shè)計(jì)的濾波器稱為數(shù)字濾波器。

87根據(jù)濾波器電路中是否有供電電源，模擬濾波器分為1.模擬濾波器設(shè)計(jì)無(wú)源濾波器中只有電阻、電容或電感。有源濾波器無(wú)源濾波器有源濾波器由集成運(yùn)算放大器和電阻、電容或電感構(gòu)成(a)低通濾波器(b)高通濾波器(d)帶阻濾波器(c)帶通濾波器基本的雙端口濾波器88①無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)源濾波器就是設(shè)計(jì)一個(gè)由電容、電感組成的雙端口網(wǎng)絡(luò)，稱為純電抗網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)也加入電阻調(diào)整衰減特性，即改變諧振電路的品質(zhì)因素Q。。89參數(shù)K與截止頻率：元件值特性阻抗：90②有源濾波器設(shè)計(jì)有源濾波器只利用電阻R、電容C和放大器，使輸出值趨近理想值、通帶內(nèi)能提高增益、放大器可隔離輸入與輸出端、可使用多級(jí)串聯(lián)。常見(jiàn)的有。Butterworth(巴特沃斯濾波器)Chebyshev(切比雪夫?yàn)V波器)Bessel（貝塞爾濾波器）InvChebyshev(反切比雪夫?yàn)V波器)。91設(shè)計(jì)有源濾波器時(shí)，R、C、Q的數(shù)值一般由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件根據(jù)輸入的截止頻率和通帶增益及Q值和阻帶衰減要求自動(dòng)得出。還可直接選用可編程濾波器芯片加上少許外圍電路完成設(shè)計(jì)。

92數(shù)字濾波器指由數(shù)字乘法器、加法器和延時(shí)單元組成的一種算法或裝置。數(shù)字濾波器的功能是對(duì)輸入離散信號(hào)的數(shù)字代碼進(jìn)行運(yùn)算處理，以達(dá)到改變信號(hào)頻譜的目的。應(yīng)用數(shù)字濾波器處理模擬信號(hào)時(shí)，首先要對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行限帶、抽樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。為得到模擬信號(hào)輸出，數(shù)字濾波器處理后輸出的數(shù)字信號(hào)須經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、平滑。數(shù)字濾波器有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。應(yīng)用最廣的是線性、時(shí)不變數(shù)字濾波器，如有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)、無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器(IIR)濾波器。2.數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)93n階IIR濾波器的z變換的傳輸函數(shù)公式為：當(dāng)aj=0，IIR濾波器就變?yōu)镕IR濾波器：IIR濾波器的差分方程表達(dá)式為：FIR濾波器的差分方程表達(dá)式為：9495在設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器時(shí)，可以根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，然后通過(guò)一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。常用MATLAB軟件工具中的SignalProcessingToolbox設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，在MATLAB下設(shè)計(jì)不同類型IIR、FIR濾波器均有與之對(duì)應(yīng)的函數(shù)和階數(shù)可供選擇。設(shè)計(jì)IIR、FIR濾波器的基本思路是根據(jù)通帶和阻帶指標(biāo)、截止頻率計(jì)算前向系數(shù)bi和反饋系數(shù)aj。全通濾波器也稱全通網(wǎng)絡(luò)，指具有平坦的頻率響應(yīng)，不衰減任何頻率信號(hào)的濾波器。全通濾波器雖然并不改變輸入信號(hào)的頻率特性，但它會(huì)改變輸入信號(hào)的相位。利用這個(gè)特性，全通濾波器可以用做延時(shí)器、延遲均衡等。96自適應(yīng)濾波器屬于現(xiàn)代濾波器的范疇，設(shè)計(jì)思路與經(jīng)典的濾波器有較大區(qū)別，其發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)模型識(shí)別、通信信道的自適應(yīng)均衡，雷達(dá)與聲納的波束形成，減少或消除心電圖中的周期干擾，噪聲中信號(hào)的檢測(cè)、跟蹤、增強(qiáng)和線性預(yù)測(cè)，圖像的增強(qiáng)與復(fù)原等。在研究現(xiàn)代濾波器時(shí)，常常涉及兩種比較有名的濾波器，即維納濾波器和卡爾曼濾波器。3.自適應(yīng)數(shù)字濾波器97維納濾波的基本原理是：設(shè)維納濾波器的輸入為含噪聲的隨機(jī)信號(hào)。期望輸出與實(shí)際輸出之間的差值為誤差，對(duì)該誤差求均方，即為均方誤差。均方誤差越小，噪聲濾除效果就越好。為使均方