8.2 信道的定义和分类

信道是信号从发送端向接收端传输的物理通道。在通信工程与系统理论中，根据研究层级与物理界面的不同，信道有着多维度的严格定义与分类方法。

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8.2.1 狭义信道与广义信道

根据信道所包含的物理设备范畴，信道可划分为狭义信道与广义信道。

图 8.2.1 通信系统框图与狭义信道、调制信道、编码信道的边界划分

graph LR
    A["信源"] --> B["信源编码器"]
    B --> C["信道编码器"]
    subgraph "编码信道（离散信道）"
        C --> D["调制器"]
        subgraph "调制信道（连续信道）"
            D --> E["发射机放大"]
            subgraph "狭义信道"
                E --> F["物理传输媒质<br/>(有线/无线空间)"]
            end
            F --> G["接收机前端"]
        end
        G --> H["解调器"]
    end
    H --> I["信道译码器"]
    I --> J["信源译码器"]
    J --> K["信宿"]

1. 狭义信道（物理传输媒质）

仅指信号传播所通过的客观物理媒质，不包含任何收发电子线路设备。

• 有线媒质：对称双绞线（局域网网线）、同轴电缆、架空明线、单模/多模石英光纤；
• 无线媒质：自由空间电磁波（长波地波、中波天波电离层反射、短波电离层多次跳跃、超短波/微波视距传播、卫星中继通信、对流层散射）。

2. 广义信道（扩展信道系统）

广义信道除传输媒质外，还涵盖了通信系统收发两端的特定变频、放大或调制解调模块。根据通信协议层级分为两类：

1. 调制信道（Modulation Channel）：
   • 界面范围：从调制器输出端（发射机基带信号输入口）至解调器输入端（接收机中频/基带信号输出口）；
   • 包含构件：发射机射频上变频与功率放大器、发端天线、物理传输媒质、收端天线、低噪声放大器（LNA）及射频下变频滤波网络；
   • 信号特征：输入与输出均为连续时间连续模拟波形，因此调制信道属于连续信道（模拟信道）。
2. 编码信道（Coding Channel）：
   • 界面范围：从信道编码器输出端至信道译码器输入端；
   • 包含构件：数字调制器、调制信道、数字解调与位同步判决器；
   • 信号特征：输入与输出均为离散数字符号或二进制码流，因此编码信道属于离散信道（数字信道）。

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8.2.2 连续信道与离散信道

根据信道输入输出端口处的信号取值形态：

类别	输入/输出信号特征	数学描述工具	物理工程对应
连续信道（模拟信道）	时间连续、幅度连续的波形 $s(t)\to r(t)$	线性时变冲激响应 $h(\tau ;t)$、传递函数 $H(f;t)$、连续转移概率密度 $p(y\mid x)$	物理传输媒质、调制信道、光通信放大器链路
离散信道（数字信道）	时间离散、字母表有限的序列 $X\to Y$	条件状态转移概率矩阵 $[P(y_j\mid x_i)]$、误符号率 / 转移概率 $p$	编码信道、数字基带传输链路、计算机网络数据链路层

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8.2.3 恒参信道与随参信道

根据信道传输特性随时间的时变剧烈程度，信道可严格分为两大传输机理截然不同的类别：

1. 恒参信道（Time-Invariant / Constant-Parameter Channel）：
   • 信道的时域冲激响应 $h(\tau )$ 与频域传递函数 $H(f)$ 不随时间改变或随时间极其缓慢平稳地漂移；
   • 典型代表：光纤通信信道、同轴电缆、双绞线网络、卫星中继信道及固定视距微波中继链路。
2. 随参信道（Time-Variant / Random-Parameter Fading Channel）：
   • 信道的衰减因子、相位突变、多径时延及等效频响呈现出剧烈的随机时变起伏（衰落， Fading）；
   • 典型代表：蜂窝移动通信无线多径信道、短波电离层反射跳跃信道、对流层对流散射信道及水声通信信道。

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8.2 信道的定义和分类 思考题与自测