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電纜信道

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信道又被稱為通道、頻道和波道，是信號在通信系統中傳輸的通道，由信號從發射端傳輸到接收端所經過的傳輸媒質所構成。廣義的信道定義除了包括傳輸媒質，還包括傳輸信號的相關設備。基帶傳輸的信道是電纜信道。
中文名
電纜信道
領    域
通信系統

目錄

  1. 1 信道的分類
  2. ▪ 狹義信道的分類
  3. ▪ 廣義信道的分類
  1. 2 信道的數學模型
  2. ▪ 調製信道模型
  3. ▪ 編碼信道模型
  1. 3 應用
  2. 4 參見

電纜信道信道的分類

電纜信道狹義信道的分類

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] 
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，還有傳輸經過調製的光脈衝信號的光導纖維。
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着地面傳播並繞過地面的障礙物。長波可以應用於海事通信，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。短波電台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：對於超短波、微波等更高頻率的電磁波，通常採用直接點對點的直線傳輸。由於波長很短，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。由於地球曲率的影響，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{\displaystyle d={\sqrt {15h}}\ {\mbox{km}}}。如果要進行遠距離傳輸，必須設立地面中繼站或衞星中繼站進行接力傳輸，這就是微波視距中繼和衞星中繼傳輸。光信號的視距傳輸也屬於此類。
由於電磁波在水體中傳輸的損耗很大，在水下通常採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（對於無線電信道來説是大氣層和太空，對於水聲信道來説是水體）上傳播信號，因此能量分散、傳輸效率較低，並且很容易被他人截獲，安全性差。但是，無線通信擺脱了對導線的依賴，因此具有有線通信所沒有的高度靈活性。
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於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於接收機從信道接收信號的過程。

電纜信道廣義信道的分類

廣義信道，按照其功能進行劃分，可以分為調製信道和編碼信道兩類。
調製信道是指信號從調製器的輸出端傳輸到解調器的輸入端經過的部分。對於調製和解調的研究者來説，信號在調製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係，並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係，通常用多端口時變網絡作為調製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。對於編譯碼的研究者來説，編碼器輸出的數字串行經過編碼信道上的一系列變換之後，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係，而並不關心這一系列變換髮生的具體物理過程，甚至並不關心信號在調製信道上的具體變化。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係，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。

電纜信道信道的數學模型

電纜信道調製信道模型

調製信道模型描述的是調製信道的輸出信號和輸入信號之間的數學關係。調製信道、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後，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後，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，調製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，那麼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，那麼這是一個線性時不變系統，這種信道被稱作“恆定參數信道”。

電纜信道編碼信道模型

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後，由於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係。

電纜信道應用

根據七芯鎧裝測井電纜的模型，利用時域有限差分法計算以模式 7 傳輸時信道的衰減特性。建立正交頻分複用( OFDM) 通信仿真系統模型，該系統可以有效地克服信道時延擴展和頻率選擇性衰落對數據傳輸的影響，現已廣泛應用到測井設備的高速通信中。針對測井電纜信道的頻率特性，在發送端引入一個預均衡器，適當地調整發射端各個子載波的發射功率，提高了接收端的信噪比，減小了誤碼率。該預均衡器實現方便，應用前景廣闊。 [2] 

電纜信道參見

參考資料
  • 1.    樊昌信：《通信原理》. 北京：國防工業出版社. 2001年
  • 2.    李偉根, 雙凱. 基於 OFDM 調製的測井電纜信道預均衡研究[J]. 西安石油大學學報: 自然科學版, 2014, 29(6): 94-97.