1、第三章第三章 信道與信道復用信道與信道復用3.1 3.1 通信信道通信信道3.2 3.2 信道復用信道復用3.3 3.3 碼分復用（碼分復用（CDMCDM） 3.4 3.4 數字復接技術數字復接技術3.1 通信信道通信信道 信道是信息傳輸的通道。信道連接發送端和接信道是信息傳輸的通道。信道連接發送端和接收端的通信設備，并將信號從發送端傳送到接收收端的通信設備，并將信號從發送端傳送到接收端，完成點對點通信。端，完成點對點通信。 按傳輸媒介的不同，信道可以分為有線信道和按傳輸媒介的不同，信道可以分為有線信道和無線信道兩大類。無線信道兩大類。 有線信道有線信道指利用人造的傳輸媒體來傳輸信號，指利用人

2、造的傳輸媒體來傳輸信號，如明線、對稱電纜、同軸電纜以及光纜等。如明線、對稱電纜、同軸電纜以及光纜等。 無線信道無線信道指利用電磁波在空間傳播來傳輸信號，指利用電磁波在空間傳播來傳輸信號，包括地波傳波、短波電離層反射、超短波或微波包括地波傳波、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛星中繼等。視距中繼、人造衛星中繼等。3.1.1 有線信道有線信道 1、明線、明線 明線是指平行架設在電線桿上的架空線路。它本明線是指平行架設在電線桿上的架空線路。它本身是導電裸線或帶絕緣層的導線。其傳輸損耗低，但身是導電裸線或帶絕緣層的導線。其傳輸損耗低，但是易受天氣和環境的影響，對外界噪聲干擾較敏感，是易受天氣

3、和環境的影響，對外界噪聲干擾較敏感，并且很難沿一條路徑架設大量的（成百對）線路，故并且很難沿一條路徑架設大量的（成百對）線路，故目前已經逐漸被電纜所代替。目前已經逐漸被電纜所代替。2、對稱電纜、對稱電纜 對稱電纜是由若干對叫做芯線的雙導線對稱電纜是由若干對叫做芯線的雙導線放在一根保護套內制成的。為了減小各對導放在一根保護套內制成的。為了減小各對導線之間的干擾，每一對導線都做成扭絞形狀線之間的干擾，每一對導線都做成扭絞形狀的，稱為雙絞線。保護套則是由幾層金屬屏的，稱為雙絞線。保護套則是由幾層金屬屏蔽層和絕緣層組成的，它還有增大電纜機械蔽層和絕緣層組成的，它還有增大電纜機械強度的作用。對稱電纜的芯

4、線比明線細，直強度的作用。對稱電纜的芯線比明線細，直徑約在徑約在0.4-1.4 mm，故其損耗較明線大，但，故其損耗較明線大，但是性能較穩定。是性能較穩定。3、同軸電纜、同軸電纜 同軸電纜則由內外兩根同心圓柱形導體構成，在同軸電纜則由內外兩根同心圓柱形導體構成，在這兩根導體間用絕緣體隔開。外導體自然應是一根空這兩根導體間用絕緣體隔開。外導體自然應是一根空心導管，內導體多為實心導線。在內外導體間可以填心導管，內導體多為實心導線。在內外導體間可以填充滿塑料作為電介質，或者用空氣作介質但同時有塑充滿塑料作為電介質，或者用空氣作介質但同時有塑料支架用于連接和固定內外導體。由于外導體通常接料支架用于連接

5、和固定內外導體。由于外導體通常接地，所以它同時能夠很好地起到屏蔽作用。在實用中地，所以它同時能夠很好地起到屏蔽作用。在實用中多將幾根同軸電纜和幾根電線放入同一根保護套內，多將幾根同軸電纜和幾根電線放入同一根保護套內，以增強傳輸能力以增強傳輸能力.4、光纖和光纜、光纖和光纜 傳輸光信號的有線信道是光導纖維，簡稱傳輸光信號的有線信道是光導纖維，簡稱光纖光纖。 光纖的材料主要是光纖的材料主要是石英玻璃石英玻璃(適當摻雜適當摻雜),由兩種不同由兩種不同折射率的玻璃材料拉制而成折射率的玻璃材料拉制而成. 光纖光纖纖芯纖芯是一個透明的圓柱形介質，其作用是以極是一個透明的圓柱形介質，其作用是以極小的能量損耗

6、傳輸載有信息的光信號。小的能量損耗傳輸載有信息的光信號。 緊靠纖芯的外面一層稱為緊靠纖芯的外面一層稱為包層包層，其作用是保證光全，其作用是保證光全反射只發生在纖芯內，使光信號封閉在纖芯中傳輸。反射只發生在纖芯內，使光信號封閉在纖芯中傳輸。 為了實現光信號的傳輸，要求纖芯折射率為了實現光信號的傳輸，要求纖芯折射率n1比包層比包層折射率折射率n2稍大些稍大些. 為了提高光纖的抗拉力及彎曲強度，還需要在包層為了提高光纖的抗拉力及彎曲強度，還需要在包層外加上外加上涂覆層涂覆層.光纖的結構光纖的結構纖芯直徑纖芯直徑2a：510um(單模光纖單模光纖) 5080um(多模光纖多模光纖)包層直徑包層直徑2b

7、：均為：均為125um一次涂覆后直徑：一次涂覆后直徑：250um二次涂覆后直徑：二次涂覆后直徑：900um 光纜由光纜由纜芯纜芯(包括多根光纖包括多根光纖)，加強件加強件和和護層護層構成。構成。 加強件由鋼絲線、鋼絞線和芳倫纖維材料構成。加強件由鋼絲線、鋼絞線和芳倫纖維材料構成。 護層對纜芯起機械保護和環境保護作用，要求具有護層對纜芯起機械保護和環境保護作用，要求具有良好的抗側壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。由良好的抗側壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。由聚乙烯或聚氯乙烯聚乙烯或聚氯乙烯(PE或或PVC)和鋁帶或鋼帶構成。和鋁帶或鋼帶構成。 按纜芯結構不同光纜可分為以下按纜芯結構不同光纜可分

8、為以下4種：種： 層絞式光纜；層絞式光纜；骨架式光纜；中心束管式光纜；帶狀式光纜。骨架式光纜；中心束管式光纜；帶狀式光纜。 按使用條件分：按使用條件分： 室內光纜、室內光纜、 架空光纜、架空光纜、 埋地光纜、管道光纜、埋地光纜、管道光纜、 特種光纜等。特種光纜等。光纜結構和類型光纜結構和類型容許頻帶很寬，傳輸容量很大容許頻帶很寬，傳輸容量很大。 理論上一根單理論上一根單模光纖可利用的帶寬達模光纖可利用的帶寬達20THz以上以上損耗很小損耗很小,中繼距離很長。目前通信用光纖的最中繼距離很長。目前通信用光纖的最低損耗低達低損耗低達0.2 dB/km，中繼距離達數百公里以上。，中繼距離達數百公里以上

9、。傳統的電纜傳統的電纜(1.5km)、微波、微波(50km)等無法與之相比。等無法與之相比。 重量輕、重量輕、 體積小體積小抗電磁干擾性能好抗電磁干擾性能好泄漏小，泄漏小， 保密性能好保密性能好原材料豐富原材料豐富，潛在價格低廉（光纖成本，潛在價格低廉（光纖成本0.1元元/m)光纖優點：光纖優點：光纖缺點：光纖缺點： 質地脆質地脆,機械強度低機械強度低 光纖切斷和接續需要一定的工具光纖切斷和接續需要一定的工具,設備和技術設備和技術 分路分路,耦合不靈活耦合不靈活 光纖光纖,光纜彎曲半徑不能過小光纜彎曲半徑不能過小 光纖怕水光纖怕水3.1.2 無線信道無線信道1、電磁波、電磁波 在無線信道中，信

10、號的傳輸是利用電磁波在空間的在無線信道中，信號的傳輸是利用電磁波在空間的傳播來實現的。所謂電磁波，簡單地說，就是電和磁傳播來實現的。所謂電磁波，簡單地說，就是電和磁的波動過程，是向前傳播的交變的電磁場；或者說，的波動過程，是向前傳播的交變的電磁場；或者說，電磁波是在空間傳播的交變電磁場。電磁波和我們周電磁波是在空間傳播的交變電磁場。電磁波和我們周圍存在的水波、聲波一樣，都是一種波動過程。所不圍存在的水波、聲波一樣，都是一種波動過程。所不同的是，人的眼睛可以看到水波，耳朵可以聽到聲波。同的是，人的眼睛可以看到水波，耳朵可以聽到聲波。但我們既看不見也聽不到電磁波。但我們既看不見也聽不到電磁波。 正

11、弦波是最簡單的波動過程，也是最重要的波動過正弦波是最簡單的波動過程，也是最重要的波動過程。正弦波具有振幅、頻率以及相位三個要素。程。正弦波具有振幅、頻率以及相位三個要素。83 10cff83 10/c （米 秒）光速 表表3.1-2 通信頻段通信頻段 、 常用傳輸媒質及主要用途常用傳輸媒質及主要用途 通常把頻率為通常把頻率為300MHz300GHz的頻段稱為的頻段稱為微波微波；波長在波長在0.75毫米以下的電磁波，毫米以下的電磁波，統稱為統稱為光波光波。我們最熟悉的光波是可見光。我們最熟悉的光波是可見光。2、電波的傳播方式、電波的傳播方式 利用無線電波傳遞信息時，電波要經過發利用無線電波傳遞信

12、息時，電波要經過發射、傳播、接收等幾個環節。那么，不同頻率射、傳播、接收等幾個環節。那么，不同頻率的無線電波是怎樣傳播的呢？的無線電波是怎樣傳播的呢？ 電波的電波的4種主要傳播方式，即種主要傳播方式，即 地波傳播；地波傳播； 天波傳播；天波傳播； 視距傳播；視距傳播； 散射傳播。散射傳播。（1）地波傳播）地波傳播 地波傳播是指無線電波沿地球表面傳播，又稱繞射傳播地波傳播是指無線電波沿地球表面傳播，又稱繞射傳播或地表面波傳播。或地表面波傳播。 地波傳播主要受地面土壤的電參數和地形地物的影響，地波傳播主要受地面土壤的電參數和地形地物的影響，波長越短的電波越容易被地面吸收，因此只有超長波、長波波長越

13、短的電波越容易被地面吸收，因此只有超長波、長波及中波能以地波方式傳播。及中波能以地波方式傳播。 地波傳播不受氣候條件影響，傳播時穩定可靠，但在傳地波傳播不受氣候條件影響，傳播時穩定可靠，但在傳播過程中，電波能量不斷地被大地吸收，因而傳播距離不遠。播過程中，電波能量不斷地被大地吸收，因而傳播距離不遠。（2）天波傳播）天波傳播 天波傳播也叫電離層反射傳播，是指無線電波經天空中電天波傳播也叫電離層反射傳播，是指無線電波經天空中電離層的反射或折射后返回地面的傳播方式。離層的反射或折射后返回地面的傳播方式。 所謂電離層是指大氣層中離地面約所謂電離層是指大氣層中離地面約40-800千米高度范圍內包千米高度

14、范圍內包含有大量的自由電子和離子的氣體層，它是大氣層在受到太陽含有大量的自由電子和離子的氣體層，它是大氣層在受到太陽射線和宇宙射線的照射后發生電離而形成的。射線和宇宙射線的照射后發生電離而形成的。 電離層能反射電波，對電波也有吸收作用。但電離層對長波電離層能反射電波，對電波也有吸收作用。但電離層對長波和中波吸收較多而對短波吸收較少，因而和中波吸收較多而對短波吸收較少，因而短波通信更適合以天短波通信更適合以天波方式傳播波方式傳播。比短波頻率更高的超短波及微波可以穿過電離層，。比短波頻率更高的超短波及微波可以穿過電離層，因而它們也不能靠電離層反射來傳播。因而它們也不能靠電離層反射來傳播。（3）空間

15、波傳播）空間波傳播 空間波傳播空間波傳播也稱視距傳播也稱視距傳播，是指收發兩端處在視距范圍內，是指收發兩端處在視距范圍內，能互相能互相“看得見看得見”時的電波直線傳播方式。時的電波直線傳播方式。 超短波和微波主要以視距方式傳播；超短波和微波主要以視距方式傳播； 另外，工作在特高頻和超高頻頻段的衛星通信，其電磁波另外，工作在特高頻和超高頻頻段的衛星通信，其電磁波傳播也是利用視距傳播方式，但是在地面和衛星之間的電磁波傳播也是利用視距傳播方式，但是在地面和衛星之間的電磁波傳播要穿過電離層。傳播要穿過電離層。 視距傳播時易受到高山和大的建筑物的阻隔，因此為了加視距傳播時易受到高山和大的建筑物的阻隔，因

16、此為了加大傳輸距離，就要把發射天線架高，做成大鐵塔。但由于受地大傳輸距離，就要把發射天線架高，做成大鐵塔。但由于受地球曲面的影響，一般的傳輸距離也不過球曲面的影響，一般的傳輸距離也不過50千米左右。千米左右。 為了加大傳輸距離，通常采用接力通信方式，即每隔一定為了加大傳輸距離，通常采用接力通信方式，即每隔一定的距離設立接力站，像接力賽跑一樣，把信息傳到遠方。的距離設立接力站，像接力賽跑一樣，把信息傳到遠方。圖圖3-11 空間波傳播空間波傳播圖圖3-12 微波接力微波接力（4）散射波傳播）散射波傳播 對于那些無法建立微波接力站的地區大海、島嶼對于那些無法建立微波接力站的地區大海、島嶼之間的通信，

17、可以利用散射波傳遞信息。之間的通信，可以利用散射波傳遞信息。 散射波傳播包括對流層散射和電離層散射傳播。散射波傳播包括對流層散射和電離層散射傳播。 對流層是指比電離層低的不均勻氣團。散射傳播對流層是指比電離層低的不均勻氣團。散射傳播的工作頻段主要是超短波和微波，通信距離最大可達的工作頻段主要是超短波和微波，通信距離最大可達600600800800千米。千米。 散射信號一般很弱，因此進行散射通信時要求使散射信號一般很弱，因此進行散射通信時要求使用大功率發射機、高靈敏和方向性很強的天線。用大功率發射機、高靈敏和方向性很強的天線。 圖3-13 對流層散射通信和電離層散射通信 各波段無線電波的傳播特點

18、如表3.1-3所示 由于電磁波的傳播沒有國界，所以為了在由于電磁波的傳播沒有國界，所以為了在國際上保持良好的電磁環境，避免不同通信系國際上保持良好的電磁環境，避免不同通信系統間的干擾，由國際電信聯盟（統間的干擾，由國際電信聯盟（ITU）負責定）負責定期召開世界無線電通信大會期召開世界無線電通信大會WRC (The World Radio communication Conference)，制訂有關，制訂有關頻率使用的國際協議。頻率使用的國際協議。 各個國家在此國際協議的基礎上也分別制各個國家在此國際協議的基礎上也分別制訂本國的無線電頻率使用規則。訂本國的無線電頻率使用規則。 3、電波傳播的窗口

19、、電波傳播的窗口天線天線 天線的基本功能是輻射和接收無線電波。天線的基本功能是輻射和接收無線電波。 發射時，通過天線把高頻信號輻射到空中去，接發射時，通過天線把高頻信號輻射到空中去，接收時，通過天線把高頻信號收集起來。收時，通過天線把高頻信號收集起來。 信號經發射機調制成高頻信號，經饋線送至發射信號經發射機調制成高頻信號，經饋線送至發射天線，發射天線將高頻信號能量轉換成向空間傳播天線，發射天線將高頻信號能量轉換成向空間傳播的電磁波，并按指定方向傳播之后，在接收端用接的電磁波，并按指定方向傳播之后，在接收端用接收天線將信號接收下來。收天線將信號接收下來。圖圖3-14 基本的無線電通信系統基本的無

20、線電通信系統 接收天線與發射天線的作用是一個可逆過接收天線與發射天線的作用是一個可逆過程；程； 同一天線既可用作發射也可用作接收用。同一天線既可用作發射也可用作接收用。 為了使高頻信號在天線上形成諧振，將天為了使高頻信號在天線上形成諧振，將天線的長度取為電磁波波長的線的長度取為電磁波波長的1/2或者或者1/4。 當頻率較低時，電磁波的波長很長，天線尺當頻率較低時，電磁波的波長很長，天線尺寸過大，當頻率過高時天線的尺寸又會很小。寸過大，當頻率過高時天線的尺寸又會很小。 圖（a） 微波天線（2）天線的分類）天線的分類 圖（b）移動基站天線 3.1.3 通信信道特性通信信道特性 1、恒參信道恒參信道

21、對信號傳輸的影響對信號傳輸的影響 各種有線信道和部分無線信道，包括衛星各種有線信道和部分無線信道，包括衛星鏈路和某些視距傳輸鏈路，可以看作恒參信道，鏈路和某些視距傳輸鏈路，可以看作恒參信道，因為它們的特性變化很小、很慢，可以視做其因為它們的特性變化很小、很慢，可以視做其參量恒定。參量恒定。 可以把恒參信道當做一個非時變線性網絡可以把恒參信道當做一個非時變線性網絡來分析。該線性網絡的傳輸特性來分析。該線性網絡的傳輸特性 可以用可以用幅度幅度頻率特性頻率特性 和相位和相位頻率特性頻率特性 來表征。即來表征。即( )H( )H( ) )()()(jeHH 要使任一信號通過線性網絡不產生波形失真，要使

22、任一信號通過線性網絡不產生波形失真，網絡的傳輸特性應具備以下兩個理想條件：網絡的傳輸特性應具備以下兩個理想條件： （1）網絡的幅度頻率特性）網絡的幅度頻率特性 是一個不隨是一個不隨頻率變化的常數。頻率變化的常數。 （2）網絡的相位頻率特性）網絡的相位頻率特性 應與頻率應與頻率成直線關系。成直線關系。 網絡的相位頻率特性網絡的相位頻率特性 常用群時延頻常用群時延頻率特性來表示。所謂群時延頻率特性是指相位率特性來表示。所謂群時延頻率特性是指相位頻率特性的導數，即頻率特性的導數，即( )H( ) dd)()( ) 對于理想的無失真信道，如果相頻特性是線對于理想的無失真信道，如果相頻特性是線性的，則群

23、時延頻率特性是條水平直線性的，則群時延頻率特性是條水平直線.圖圖3-16 理想的幅頻特性、相頻特性、群時延頻率特性理想的幅頻特性、相頻特性、群時延頻率特性 信號經過恒參信道時，若信道的幅度特性信號經過恒參信道時，若信道的幅度特性在信號頻帶內不是常數，則信號的各頻率分量在信號頻帶內不是常數，則信號的各頻率分量通過信道后將產生不同的幅度衰減，從而引起通過信道后將產生不同的幅度衰減，從而引起信號波形的失真，我們稱這種失真為幅頻失信號波形的失真，我們稱這種失真為幅頻失真；真；幅頻失真對模擬通信影響較大，導致信幅頻失真對模擬通信影響較大，導致信噪比下降。噪比下降。 若信道的相頻特性在信號頻帶內不是頻率若

24、信道的相頻特性在信號頻帶內不是頻率的線性函數，則信號的各頻率分量通過信道后的線性函數，則信號的各頻率分量通過信道后將產生不同的時延，從而引起波形的群時延失將產生不同的時延，從而引起波形的群時延失真，我們稱這種失真為相頻失真。真，我們稱這種失真為相頻失真。相頻失相頻失真對語音通信影響不大，但對數字通信影響較真對語音通信影響不大，但對數字通信影響較大，會引起嚴重的碼間干擾，造成誤碼。大，會引起嚴重的碼間干擾，造成誤碼。 信道的幅頻失真信道的幅頻失真是一種線性失真，可以是一種線性失真，可以用一個線性網絡進行補償。用一個線性網絡進行補償。 若此線性網絡的頻率特性與信道的幅若此線性網絡的頻率特性與信道的

25、幅-頻頻特性之和，在信號頻譜占用的頻帶內，為一條特性之和，在信號頻譜占用的頻帶內，為一條水平直線，則此補償網絡就能夠完全抵消信道水平直線，則此補償網絡就能夠完全抵消信道產生的幅頻失真。產生的幅頻失真。 信道的相頻失真信道的相頻失真也是一種線性失真，所以也是一種線性失真，所以也可以用一個線性網絡進行補償。也可以用一個線性網絡進行補償。 恒參信道中還可能存在其它一些使信號產生恒參信道中還可能存在其它一些使信號產生失真的因素，例如失真的因素，例如非線性失真、頻率偏移和相非線性失真、頻率偏移和相位抖動位抖動等。等。 非線性失真非線性失真是指信道輸入信號和輸出信號的是指信道輸入信號和輸出信號的幅度關系不

26、是直線關系。非線性特性將使信號幅度關系不是直線關系。非線性特性將使信號產生新的諧波分量。這種失真主要是由信道中產生新的諧波分量。這種失真主要是由信道中的元器件特性不理想造成的。的元器件特性不理想造成的。 頻率偏移頻率偏移是指信道輸入信號的頻譜經過信道是指信道輸入信號的頻譜經過信道傳輸后產生了平移。這主要是由發送端和接收傳輸后產生了平移。這主要是由發送端和接收端中用于調制解調或頻率變換的振蕩器的頻率端中用于調制解調或頻率變換的振蕩器的頻率誤差引起的。誤差引起的。 相位抖動相位抖動也是由這些振蕩器的頻率不穩定產也是由這些振蕩器的頻率不穩定產生的。相位抖動的結果是對信號產生附加調制。生的。相位抖動的

27、結果是對信號產生附加調制。上述這些因素產生的信號失真一旦出現，就很上述這些因素產生的信號失真一旦出現，就很難消除。難消除。2、隨參信道隨參信道對信號傳輸的影響對信號傳輸的影響 許多無線信道都是隨參信道，例如依靠天波和地許多無線信道都是隨參信道，例如依靠天波和地波傳播的無線電信道，某些視距傳輸信道和各種散射波傳播的無線電信道，某些視距傳輸信道和各種散射信道。信道。 隨參信道的參數隨時間隨機快速變化，其特性比隨參信道的參數隨時間隨機快速變化，其特性比恒參信道要復雜，對傳輸信號的影響也較為嚴重。恒參信道要復雜，對傳輸信號的影響也較為嚴重。 影響信道特性的主要因素是傳輸媒介，如電離層影響信道特性的主要

28、因素是傳輸媒介，如電離層的反射和散射，對流層的散射等。的反射和散射，對流層的散射等。隨參信道的傳輸媒質有以下隨參信道的傳輸媒質有以下3個特點個特點 ：（1）對信號的衰耗隨時間而變化）對信號的衰耗隨時間而變化。 在隨參信道中，傳輸媒介參數隨氣象條件在隨參信道中，傳輸媒介參數隨氣象條件和時間而隨機變化。如電離層對電波的吸收特和時間而隨機變化。如電離層對電波的吸收特性隨年份、季節、白天和黑夜在不斷地變化，性隨年份、季節、白天和黑夜在不斷地變化，因而對傳輸信號的衰減也在不斷地發生變化，因而對傳輸信號的衰減也在不斷地發生變化，這種變化通常稱為衰落這種變化通常稱為衰落。由于這種信道參數的。由于這種信道參數

29、的變化相對而言是十分緩慢的，所以稱這種衰落變化相對而言是十分緩慢的，所以稱這種衰落為為“慢衰落慢衰落”。慢衰落對傳輸信號的影響可以。慢衰落對傳輸信號的影響可以通過調節設備的增益來補償。通過調節設備的增益來補償。 （2）傳輸的時延隨時間而變化傳輸的時延隨時間而變化。 （3）多徑傳播多徑傳播。由發射點出發的電波可能經。由發射點出發的電波可能經多條路徑到達接收點，這種現象稱為多徑傳播。多條路徑到達接收點，這種現象稱為多徑傳播。 由多徑傳播也會引起的信號衰落，這種衰由多徑傳播也會引起的信號衰落，這種衰落屬于落屬于“快衰落快衰落”。 為了抗快衰落，可采為了抗快衰落，可采用抗衰落的用抗衰落的調制解調調制解

30、調技術技術、抗衰落接收技抗衰落接收技術術、擴頻技術擴頻技術，差錯差錯控制及交織技術控制及交織技術等。等。其中較為有效且常用其中較為有效且常用的抗衰落措施是的抗衰落措施是分集分集接收技術接收技術。3、信道中的噪聲、信道中的噪聲 我們將信道中不需要的電信號統稱為噪聲。我們將信道中不需要的電信號統稱為噪聲。 通信系統中沒有傳輸信號時也有噪聲，噪聲通信系統中沒有傳輸信號時也有噪聲，噪聲永遠存在于通信系統中。由于這樣的噪聲是疊永遠存在于通信系統中。由于這樣的噪聲是疊加在信號上的，所以有時將其稱為加在信號上的，所以有時將其稱為加性噪聲加性噪聲。 噪聲對于信號的傳輸是有害的，它能使模擬噪聲對于信號的傳輸是有

31、害的，它能使模擬信號失真，使數字信號發生錯碼，并隨之限制信號失真，使數字信號發生錯碼，并隨之限制著信息的傳輸速率。著信息的傳輸速率。（1）噪聲按照來源分類，可以分為）噪聲按照來源分類，可以分為人為噪聲人為噪聲和和自然噪聲自然噪聲兩大類。兩大類。 人為噪聲是指由人類的活動產生的噪聲人為噪聲是指由人類的活動產生的噪聲。例如電。例如電鉆和電氣開關瞬態造成的電火花、汽車點火系統產生鉆和電氣開關瞬態造成的電火花、汽車點火系統產生的電火花、熒光燈產生的干擾、其它電臺和家電用具的電火花、熒光燈產生的干擾、其它電臺和家電用具產生的電磁波輻射等。產生的電磁波輻射等。 自然噪聲自然噪聲是指自然界中存在的各種電磁輻

32、射。如是指自然界中存在的各種電磁輻射。如閃電、大氣噪聲及來自太陽和銀河系等的宇宙噪聲等。閃電、大氣噪聲及來自太陽和銀河系等的宇宙噪聲等。 此外還有一種很重要的自然噪聲，即此外還有一種很重要的自然噪聲，即熱噪聲熱噪聲。熱噪熱噪聲來自一切電阻性元器件中電子的熱運動聲來自一切電阻性元器件中電子的熱運動。例如，導。例如，導線、電阻和半導體器件等均會產生熱噪聲。所以熱噪線、電阻和半導體器件等均會產生熱噪聲。所以熱噪聲無處不在，不可避免地存在于一切電子設備中。聲無處不在，不可避免地存在于一切電子設備中。（2）噪聲按照性質分類，可以分為噪聲按照性質分類，可以分為脈沖噪聲脈沖噪聲、窄帶噪聲窄帶噪聲和和起伏噪聲

33、起伏噪聲三類。三類。 脈沖噪聲是突發性地產生的幅度很大、持續時間脈沖噪聲是突發性地產生的幅度很大、持續時間很短、間隔時間很長的干擾很短、間隔時間很長的干擾。由于其持續時間很短，。由于其持續時間很短，故其頻譜較寬，可以從低頻一直分布到甚高頻，但是故其頻譜較寬，可以從低頻一直分布到甚高頻，但是頻率越高其頻譜的強度越小。電火花就是一種典型的頻率越高其頻譜的強度越小。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。脈沖噪聲。 窄帶噪聲是一種非所需的連續的已調正弦波窄帶噪聲是一種非所需的連續的已調正弦波，或，或簡單地就是一個幅度恒定的單一頻率的正弦波。簡單地就是一個幅度恒定的單一頻率的正弦波。通常通常它來自相鄰電臺或其它

34、電子設備它來自相鄰電臺或其它電子設備。窄帶噪聲的頻率位。窄帶噪聲的頻率位置通常是確知的或可以測知的。置通常是確知的或可以測知的。 起伏噪聲是在時域和頻域內都普遍存在的隨機噪起伏噪聲是在時域和頻域內都普遍存在的隨機噪聲聲。熱噪聲、電子管內產生的散彈噪聲和宇宙噪聲等。熱噪聲、電子管內產生的散彈噪聲和宇宙噪聲等都屬于起伏噪聲。都屬于起伏噪聲。 脈沖噪聲不是普遍地、持續地存在的，對于脈沖噪聲不是普遍地、持續地存在的，對于話音通信的影響也較小，但是對于數字通信可話音通信的影響也較小，但是對于數字通信可能有較大影響。能有較大影響。 窄帶噪聲也是只存在于特定頻率、特定時間窄帶噪聲也是只存在于特定頻率、特定時

35、間和特定地點，所以它的影響也是有限的。和特定地點，所以它的影響也是有限的。 只有只有起伏噪聲無處不在起伏噪聲無處不在。所以在討論噪聲對。所以在討論噪聲對通信系統的影響時，主要是考慮起伏噪聲通信系統的影響時，主要是考慮起伏噪聲(特別特別是是熱噪聲熱噪聲)， 它是通信系統最基本的噪聲源它是通信系統最基本的噪聲源。 起伏噪聲是一種高斯噪聲，起伏噪聲是一種高斯噪聲，且在相當寬的且在相當寬的頻率范圍內其頻譜是均勻分布的頻率范圍內其頻譜是均勻分布的，好像白光的，好像白光的頻譜在可見光的頻譜范圍內均勻分布那樣，所頻譜在可見光的頻譜范圍內均勻分布那樣，所以起伏噪聲又常稱為以起伏噪聲又常稱為白噪聲白噪聲.3.2

36、 信道復用信道復用 所謂信道復用是指在同一鏈路上傳輸多路信所謂信道復用是指在同一鏈路上傳輸多路信號而互不干擾的一種技術號而互不干擾的一種技術。 最常用的信道復用方式有頻分復用最常用的信道復用方式有頻分復用(FDM)、時分復用時分復用(TDM)和碼分復用和碼分復用(CDM)。 頻分復用是指按照頻率的不同來區分多路信頻分復用是指按照頻率的不同來區分多路信號的方法。號的方法。 時分復用是指利用各路信號在信道上占有不時分復用是指利用各路信號在信道上占有不同時間間隔的特征來區分各路信號的方法。同時間間隔的特征來區分各路信號的方法。 碼分復用是指按相互正交的不同碼型區分信碼分復用是指按相互正交的不同碼型區

37、分信號的方法。號的方法。 幾個多路傳輸的網或鏈路間需要互連，這稱幾個多路傳輸的網或鏈路間需要互連，這稱為為復接復接(Multiple Connection)。 復接技術是為了解決來自若干條鏈路的多路復接技術是為了解決來自若干條鏈路的多路信號的合并和分離的專門技術。信號的合并和分離的專門技術。 目前大容量鏈路的復接幾乎都是目前大容量鏈路的復接幾乎都是TDM信號的信號的復接。所以復接。所以數字復接是一種時分復用技術數字復接是一種時分復用技術，它，它把兩個或兩個以上中低速數字信號按時分復用把兩個或兩個以上中低速數字信號按時分復用方式合并成一個高速數字信號，再通過高速信方式合并成一個高速數字信號，再通

38、過高速信道傳輸，在收端分離還原成各個中低速信號。道傳輸，在收端分離還原成各個中低速信號。3.2.1 頻分復用（頻分復用（FDM） 頻分復用就是在發送端利用不同頻率的載頻分復用就是在發送端利用不同頻率的載波將多路信號的頻譜調制到不同的頻段，以實波將多路信號的頻譜調制到不同的頻段，以實現多路復用。現多路復用。 頻分復用的多路信號在頻率上不會重疊，頻分復用的多路信號在頻率上不會重疊，合并在一起通過一條信道傳輸，到達接收端后，合并在一起通過一條信道傳輸，到達接收端后，可以通過中心頻率不同的帶通濾波器將它們彼可以通過中心頻率不同的帶通濾波器將它們彼此分離開來，解調還原出基帶信號。此分離開來，解調還原出基

39、帶信號。 在頻分復用時，每路信號占用不同的頻段。在頻分復用時，每路信號占用不同的頻段。在有大量信號需做頻分復用時，總的占用頻帶在有大量信號需做頻分復用時，總的占用頻帶必然很寬。因此，希望在復用時每路信號占用必然很寬。因此，希望在復用時每路信號占用的頻帶寬度盡量窄。的頻帶寬度盡量窄。 由第由第2章的討論可知，單邊帶調制信號占用章的討論可知，單邊帶調制信號占用的帶寬最窄。所以的帶寬最窄。所以在頻分復用中一般都采用單在頻分復用中一般都采用單邊帶調制技術。邊帶調制技術。 傳統的模擬通信系統都采用頻分復用，下面傳統的模擬通信系統都采用頻分復用，下面以多路電話通信系統為例，說明其原理。以多路電話通信系統為

40、例，說明其原理。 圖圖3-18畫出了畫出了3路頻分復用電話通信系統的路頻分復用電話通信系統的原理圖。為了使各個輸入信號在調制之后頻譜原理圖。為了使各個輸入信號在調制之后頻譜不相互重疊，調制時使用了多個頻率互不相同不相互重疊，調制時使用了多個頻率互不相同的載波。為了能用濾波器有效地對帶寬進行限的載波。為了能用濾波器有效地對帶寬進行限制，國際組織建議將制，國際組織建議將1個話路的帶寬取為個話路的帶寬取為4kHz。圖圖3-18 頻分復用的原理頻分復用的原理 在收端，如想取出在收端，如想取出某一個話路信號，只某一個話路信號，只要選用一個與單邊帶要選用一個與單邊帶信號頻率范圍相對應信號頻率范圍相對應的帶

41、通濾波器對信號的帶通濾波器對信號進行濾波，然后解調進行濾波，然后解調就可還原聲音信號。就可還原聲音信號。 頻分復用主要缺點是設備龐大復雜，成本頻分復用主要缺點是設備龐大復雜，成本較高，還會因為濾波器件特性不夠理想和信道較高，還會因為濾波器件特性不夠理想和信道內存在非線性而出現鏈路間干擾。內存在非線性而出現鏈路間干擾。故近年來已故近年來已經逐步被更為先進的時分復用技術所取代。經逐步被更為先進的時分復用技術所取代。 不過在電視廣播中圖像信號和聲音信號的不過在電視廣播中圖像信號和聲音信號的復用、立體聲廣播中左右聲道信號的復用，仍復用、立體聲廣播中左右聲道信號的復用，仍然采用頻分復用技術。然采用頻分復

42、用技術。3.2.1 時分復用時分復用 時分復用時分復用(TDM)就是利用就是利用各路信號的抽樣值在時各路信號的抽樣值在時間上占據不同的時隙間上占據不同的時隙，以實現在同一信道中傳輸多路，以實現在同一信道中傳輸多路信號而互不干擾的一種方法。信號而互不干擾的一種方法。 時分復用主要用于數字通信，例時分復用主要用于數字通信，例PCM通信。通信。 各路語音信號先經低通濾波器各路語音信號先經低通濾波器(截止頻率為截止頻率為3.4kHz)將頻帶限制在將頻帶限制在0.3kHz3.4kHz以內。以內。 然后各路語音信號經各自的抽樣門進行抽樣，其然后各路語音信號經各自的抽樣門進行抽樣，其抽樣頻率為抽樣頻率為8k

43、Hz，則抽樣間隔均為，則抽樣間隔均為T=125us，抽樣，抽樣脈沖出現時刻依次錯后，因此各路樣值序列在時間脈沖出現時刻依次錯后，因此各路樣值序列在時間上是分開的，從而達到合路的目的。上是分開的，從而達到合路的目的。 合路后的抽樣信號送到合路后的抽樣信號送到PCM編碼器進行量化和編編碼器進行量化和編碼，然后將數字信碼通過信道送到收端。碼，然后將數字信碼通過信道送到收端。 在接收端，解碼后還原成合路抽樣信號，再經過在接收端，解碼后還原成合路抽樣信號，再經過分路門把各路抽樣信號區分開來，最后經過低通濾分路門把各路抽樣信號區分開來，最后經過低通濾波器重建原始的語音信號。波器重建原始的語音信號。 要注意

44、為收、發旋轉開關必須同步。要注意為收、發旋轉開關必須同步。2、PCM30/32路系統的幀結構路系統的幀結構 時分多路時分多路PCM最重要的一種應用是最重要的一種應用是PCM電電話系統。對于多路數字電話系統，有二種標準話系統。對于多路數字電話系統，有二種標準化制式，即化制式，即PCM 30/32路路(A律壓擴特性律壓擴特性)制式和制式和PCM 24路路( 律壓擴特性律壓擴特性)制式，制式，并規定國際通并規定國際通信時，以信時，以A律壓擴特性為準律壓擴特性為準(即以即以PCM 30/32路路制式為準制式為準)。 通常稱通常稱PCM30/32路和路和PCM24路時分多路路時分多路系統為系統為PCM基

45、群基群(即一次群即一次群)。我國和歐洲采用。我國和歐洲采用PCM 30/32路制式路制式。圖圖3-20 PCM 30/32路幀和復幀結構路幀和復幀結構 對于對于PCM30/32，幀周期為，幀周期為 一復幀由一復幀由16個幀組成，復幀周期為個幀組成，復幀周期為 ； 一幀內要時分復用一幀內要時分復用32路，則每路占用的時隙路，則每路占用的時隙為為 ； 每時隙包含每時隙包含8位碼，則每位碼元占位碼，則每位碼元占488ns。 從傳碼率上講，也就是每秒鐘能傳送從傳碼率上講，也就是每秒鐘能傳送8000幀，幀，而每幀包含而每幀包含 總傳碼率為總傳碼率為256bit/幀幀8000幀幀/s=2048kbit/s

46、。 對于每個話路來說，每秒鐘要傳輸對于每個話路來說，每秒鐘要傳輸8000個樣值，個樣值，每個樣值編每個樣值編8位碼，所以可得每個話路數字化后信位碼，所以可得每個話路數字化后信息傳輸速率為息傳輸速率為88000=64kbit/s。s/125800012ms125/323.9ss32 8256bit 可見，可見，PCM基群（基群（30/32路系統）的傳輸速率路系統）的傳輸速率為為2.048Mbit/s，簡稱，簡稱2M線或線或E1。圖。圖3-21所示所示為為E1線實例圖。線實例圖。圖圖3-21 E1線實例圖線實例圖 3.3 碼分復用碼分復用(CDM) 碼分復用碼分復用(Code Division M

47、ultiplexing) 通通信系統是給每個用戶分配一個唯一的正交碼的信系統是給每個用戶分配一個唯一的正交碼的碼字作為該用戶的地址碼，對要傳輸的數據信碼字作為該用戶的地址碼，對要傳輸的數據信息用該地址碼進行編碼，從而實現信道復用。息用該地址碼進行編碼，從而實現信道復用。 在接收端，用與發送端相同的地址碼進行在接收端，用與發送端相同的地址碼進行解碼，從而實現用戶之間的通信解碼，從而實現用戶之間的通信。圖圖3-22 碼分復用原理框圖碼分復用原理框圖3.4 數字復接技術數字復接技術 在時分制數字通信系統中，為了擴大傳輸容量和在時分制數字通信系統中，為了擴大傳輸容量和提高傳輸效率，常常需要將若干個低速

48、數字信號合并提高傳輸效率，常常需要將若干個低速數字信號合并成一個高速數字信號流，以便在高速寬帶信道中傳輸。成一個高速數字信號流，以便在高速寬帶信道中傳輸。具體來說，具體來說，數字復接技術是解決數字復接技術是解決PCM信號由低次群信號由低次群到高次群的合成技術到高次群的合成技術，它把，它把PCM數字信號由低次群數字信號由低次群逐級合成為高次群以適應在高速信道中傳輸。逐級合成為高次群以適應在高速信道中傳輸。圖圖3-23 數字復接系統的組成框圖數字復接系統的組成框圖3.4.2 數字復接方法數字復接方法 分為兩類，即分為兩類，即同步復接和異步復接同步復接和異步復接。 同步復接是用一個高穩定的主時鐘來控

49、制被復同步復接是用一個高穩定的主時鐘來控制被復接的幾個低次群接的幾個低次群，使這幾個低次速的數碼率（簡，使這幾個低次速的數碼率（簡稱碼速）統一在主時鐘的頻率上稱碼速）統一在主時鐘的頻率上(這樣就使幾個低這樣就使幾個低次群系統達到同步的目的次群系統達到同步的目的)，可直接復接。，可直接復接。 異步復接是各低次群各自使用自己的時鐘異步復接是各低次群各自使用自己的時鐘，由，由于各低次群的時鐘頻率不一定相等，使得各低次于各低次群的時鐘頻率不一定相等，使得各低次群的數碼率不完全相同（這是不同步的），因而群的數碼率不完全相同（這是不同步的），因而先要進行碼速調整，使各低次群獲得同步，再復先要進行碼速調整，使各低次群獲得同步，再復接接。3.4.3 數字復接的實現數字復接的實現 數字復接的實現主要有三種方法：數字復接的實現主要有三種方法：按位復接按位復接、按按字復接字復接和和按幀復接按幀復接。 1、按位復接、按位復接 每次復接各低次群的一位碼形成高次群。每次復接各低次群的一位碼形成高次群。 復接后高次群的速率提高到復接前各支路的復接后高次群的速率提高到復接前各支路的4倍。倍。 按位復接要求復接電路存儲容量小，簡單易行。按位復接要求復接電路存儲容量小，簡單易行。但這種方法破壞了一個字節的完整性，不利于以字節但這種方法