信道、信道容量、数据传输速率

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1、简介：信道、信道容量、数据传输速率（比特率）、电脑装置带宽列表  一、信道的概念 信道，是信号在通信系统中传输的通道，是信号从发射端传输到接收端所经过的传输媒质，这是狭义信道的定义。广义信道的定义除了包括传输媒质，还包括信号传输的相关设备。 信道容量是在通信信道上可靠地传输信息时能够达到的最大速率。根据有噪信道编码定理，给定信道的信道容量是其以任意小的差错概率传输信息的极限速率。信道容量的单位为比特每秒、奈特每秒等等。香农在第二次世界大战期间发展出信息论，并给出了信道容量的定义和计算信道容量的数学模型。他指出，信

2、道容量是信道的输入与输出的互信息量的最大值，这一最大取值由输入信号的概率分布决定。 二、信道的分类 （一）狭义信道的分类 狭义信道，按照传输媒质来划分，可以分为有线信道、无线信道和存储信道三类。 1.有线信道有线信道以导线为传输媒质，信号沿导线进行传输，信号的能量集中在导线附近，因此传输效率高，但是部署不够灵活。这一类信道使用的传输媒质包括用电线传输电信号的架空明线、电话线、双绞线、对称电缆和同轴电缆等等，还有传输经过调制的光脉冲信号的光导纤维。 2.无线信道无线信道主要有以辐射无线电波为传输方式的无线电信道和在

3、水下传播声波的水声信道等。 无线电信号由发射机的天线辐射到整个自由空间上进行传播。不同频段的无线电波有不同的传播方式，主要有： 地波传输：地球和电离层构成波导，中长波、长波和甚长波可以在这天然波导内沿着地面传播并绕过地面的障碍物。长波可以应用于海事通信，中波调幅广播也利用了地波传输。 天波传输：短波、超短波可以通过电离层形成的反射信道和对流层形成的散射信道进行传播。短波电台就利用了天波传输方式。天波传输的距离最大可以达到400千米左右。电离层和对流层的反射与散射，形成了从发射机到接收机的多条随时间变化的传播路径，

4、电波信号经过这些路径在接收端形成相长或相消的叠加，使得接收信号的幅度和相位呈随机变化，这就是多径信道的衰落，这种信道被称作衰落信道。 视距传输：对于超短波、微波等更高频率的电磁波，通常采用直接点对点的直线传输。由于波长很短，无法绕过障碍物，视距传输要求发射机与接收机之间没有物体阻碍。由于地球曲率的影响，视距传输的距离有限，最远传输距离d与发射天线距地面的高度h满足。如果要进行远距离传输，必须设立地面中继站或卫星中继站进行接力传输，这就是微波视距中继和卫星中继传输。光信号的视距传输也属于此类。 由于电磁波在水体中传

5、输的损耗很大，在水下通常采用声波的水声信道进行传输。不同密度和盐度的水层形成的反射、折射作用和水下物体的散射作用，使得水声信道也是多径衰落信道。 无线信道在自由空间（对于无线电信道来说是大气层和太空，对于水声信道来说是水体）上传播信号，能量分散，传输效率较低，并且很容易被他人截获，安全性差。但是通过无线信道的通信摆脱了导线的束缚，因此无线通信具有有线通信所没有的高度灵活性。 3.存储信道在某种意义上，磁带、光盘、磁盘等数据存储媒质也可以被看作是一种通信信道。将数据写入存储媒质的过程即等效于发射机将信号传输到信道的

6、过程，将数据从存储媒质读出的过程即等效于接收机从信道接收信号的过程。 （二）广义信道的分类 广义信道，按照其功能进行划分，可以分为调制信道和编码信道两类。 调制信道是指信号从调制器的输出端传输到解调器的输入端经过的部分。对于调制和解调的研究者来说，信号在调制信道上经过的传输媒质和变换设备都对信号做出了某种形式的变换，研究者只关心这些变换的输入和输出的关系，并不关心实现这一系列变换的具体物理过程。这一系列变换的输入与输出之间的关系，通常用多端口时变网络作为调制信道的数学模型进行描述。 编码信道是指数字信号由编码器输

7、出端传输到译码器输入端经过的部分。对于编译码的研究者来说，编码器输出的数字序列经过编码信道上的一系列变换之后，在译码器的输入端成为另一组数字序列，研究者只关系这两组数字序列之间的变换关系，而并不关心这一系列变换发生的具体物理过程，甚至并不关心信号在调制信道上的具体变化。编码器输出的数字序列与到译码器输入的数字序列之间的关系，通常用多端口网络的转移概率作为编码信道的数学模型进行描述。 三、信道的数学模型 （一）调制信道模型 调制信道模型描述的是调制信道的输出信号和输入信号之间的数学关系。调制信道、输入信号、输出信号

8、存在以下特点： 1.信道总具有输入信号端和输出信号。2.信道一般是线性的，即输入信号和对应的输出信号之间满足叠加原理。3.信道是因果，即输入信号经过信道后，相应的输出信号的响应有延时。4.信道使通过的信号发生畸变，即输入信号经过信道后，相应的输出信号会发生衰减。5.信道中存在噪声，即使输入信号为零，输出信号仍然会具有一定功率 因此，调制信道可以被描述为一个多端口线性系统。