信道:信号的傳輸媒質-中文百科頻道

詞語

1．信奉正道。《論語·子張》：“執德不弘，信道不笃，焉能為有，焉能為亡！”《孔子家語·五儀解》：“笃行信道，自強不息。”

2．宋柳永《瑞鹧鸪》詞：“須信道，緣情寄意，别有知音。”元無名氏《連環計》第四折：“方信道天網自恢恢，業重禍相随。”《古今小說·史弘肇龍虎君臣會》：“你好羞人，兀自有那面顔來讨錢！你信道我和酒也沒，索性請你喫一頓拳踢去了。”

3．猶言果然是。金董解元《西廂記諸宮調》卷一：“一箇是一方長老，一箇是一代名儒。俗談沒半句，那一和者也之乎。信道：‘若說一夕話，勝讀十年書。’”

通訊名詞

結構

信息是抽象的，但傳送信息必須通過具體的媒質。例如二人對話，靠聲波通過二人間的空氣來傳送，因而二人間的空氣部分就是信道。郵政通信的信道是指運載工具及其經過的設施。無線電話的信道就是電波傳播所通過的空間，有線電話的信道是電纜。每條信道都有特定的信源和信宿。在多路通信，例如載波電話中，一個電話機作為發出信息的信源，另一個是接收信息的信宿，它們之間的設施就是一條信道，這時傳輸用的電纜可以為許多條信道所共用。在理論研究中，一條信道往往被分成信道編碼器、信道本身和信道譯碼器。人們可以變更編碼器、譯碼器以獲得最佳的通信效果，因此編碼器、譯碼器往往是指易于變動和便于設計的部分，而信道就指那些比較固定的部分。但這種劃分或多或少是随意的，可按具體情況規定。例如調制解調器和糾錯編譯碼設備一般被認為是屬于信道編碼器、譯碼器的，但有時把含有調制解調器的信道稱為調制信道；含有糾錯編碼器、譯碼器的信道稱為編碼信道。

所有信道都有一個輸入集A，一個輸出集B以及兩者之間的聯系，如條件概率P(y│x)，x∈A，y∈B。這些參量可用來規定一條信道。

輸入集就是信道所容許的輸入符号的集。通常輸入的是随機序列，如X1,X2,…，Xn,…，各X∈A(r=1,2,…)。随機過程在限時或限頻的條件下均可化為随機序列。在規定輸入集A時，也包括對各随機變量X的限制，如功率限制等。輸出集是信道可能輸出的符号的集。若輸出序列為Y1，Y2，…，Yn，…，各Y∈B。這些X和Y可以是數或符号，也可以是一組數或矢量。

按輸入集和輸出集的性質，可劃分信道類型。當輸入集和輸出集都是離散集時，稱信道為離散信道。電報信道和數據信道就屬于這一類。當輸入集和輸出集都是連續集時，稱信道為連續信道。電視和電話信道屬于這一類。當輸入集和輸出集中一個是連續集、另一個是離散集時，則稱信道為半離散信道或半連續信道。連續信道加上數字調制器或數字解調器後就是這類信道。

輸入和輸出之間有一定的概率聯系。信道中一般都有随機幹擾，因而輸出符号和輸入符号之間常無确定的函數關系,須用條件概率P(y1,y2,…，yn|x1,x2,…，xn)來表示。其中各x和y(r=1,2,…，n)分别是輸入随機序列和輸出随機序列的樣本,且x∈A,y∈B。當這條件概率可分解成的形式時，信道稱為無記憶信道，否則就是有記憶信道。無記憶意味着某個輸出樣y隻與相應的輸入樣x有關，而與前後的輸入樣無關。當隻與前面有限個輸入樣有關時，可稱為有限記憶信道；當與前面無限個輸入樣有關，但關聯性随間隔加大而趨于零時，可稱為漸近有記憶信道。此外，當上式中的P1,P2，…等條件概率是同樣的函數時，稱為平穩信道。這也适用于有記憶信道，即變量的下标順序推移時，條件概率的函數形式不變。

輸入和輸出都是單一的情況，這類信道是單用戶信道，或簡稱為信道。當輸入和（或）輸出不止一個時,稱為多用戶信道，也就是幾個用戶合用一個信道。但當幾個用戶的信息通過複用設備合并後再送入信道時，這個信道仍為單用戶信道。隻有當這個信源分别用編碼器變換後再一起送入信道，或在信道的輸出上接有幾個譯碼器分别提取信息給信宿，也就是信道的輸入端或輸出端不止一個時，才稱為多用戶信道。當有幾個輸入如Xa,Xb，…而輸出隻有一個Y時，習慣上稱為多址接入信道。它可用條件概率P（y|Xa,Xb,…）來規定；當隻有一個輸入X，而輸出有幾個Ya，Yb，…時，就稱為廣播信道,可用條件概率P（ya│x),P(yb│x),…來規定。廣播信道還有一個特例稱為退化型廣播信道，此時各條件概率應滿足下列各式：就是說，x，ya，yb，yc，…組成馬爾可夫鍊。一般的多用戶信道可以有幾個輸入和幾個輸出。當然多用戶信道也有離散和連續，無記憶和有記憶之分。

其實，上述分類是可以組合的,例如平穩無記憶離散信道，正态無記憶平穩連續信道等。後者是指P（y│x）為正态分布，這種信道常簡稱為高斯信道。

無線信道

無線信道也就是常說的無線的“頻段（Channel）”，其是以無線信号作為傳輸媒體的數據信号傳送通道。

大家知道，在進行無線網絡安裝，一般使用無線網絡設備自帶的管理工具，設置連接參數，無論哪種無線網絡的最主要的設置項目都包括網絡模式（集中式還是對等式無線網絡）、SSID、信道、傳輸速率四項，隻不過一些無線設備的驅動或設置軟件将這些步履簡化了，一般使用默認設置（也就是不需要任何設置）就能很容易的使用無線網絡。

但很多問題，也會因為追求便利而産生，大家知道，常用的IEEE802.11b/g工作在2.4～2.4835GHz頻段，這些頻段被分為11或13個信道。當在無線AP無線信号覆蓋範圍内有兩個以上的AP時，需要為每個AP設定不同的頻段，以免共用信道發生沖突。而很多用戶使用的無線設備的默認設置都是Channel為1，當兩個以上的這樣的無線AP設備相“遇”時沖突就在所難免。

為什麼無線信道的沖突如此讓人關注，這除了家用或辦公無線設備因為價格的不斷走低而呈幾何級數增長外，無線标準的天生缺撼也是造成這種窘境的重要原因：

衆所周知，主流的無線協議都是由IEEE（美國電氣電工協會）所制定，在IEEE認定的三種無線标準IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11a中，其信道數是有差别的。

IEEE802.11b

采用2.4GHz頻帶，調制方法采用補償碼鍵控（CCK），共有“3”個不重疊的傳輸信道。傳輸速率能夠從11Mbps自動降到5.5Mbps，或者根據直接序列擴頻技術調整到2Mbps和1Mbps，以保證設備正常運行與穩定。

IEEE802.11a

擴充了标準的物理層，規定該層使用5GHz的頻帶。該标準采用OFDM調制技術，共有“12”個非重疊的傳輸信道，傳輸速率範圍為6Mbps-54Mbps。不過此标準與IEEE802.11b标準并不兼容。支持該協議的無線AP及無線網卡，在市場上較少見。

IEEE802.11g

該标準共有“3”個不重疊的傳輸信道。雖然同樣運行于2.4GHz，但向下兼容IEEE802.11b，而由于使用了與IEEE802.11a标準相同的調制方式OFDM（正交頻分），因而能使無線局域網達到54Mbps的數據傳輸率。

從上我們可以看出，無論是IEEE802.11b還是IEEE802.11g标準其都隻支持3個不重疊的傳輸信道信道，隻有信道1、6、11或13是不沖突的，但使用信道3的設備會幹擾1和6，使用信道9的設備會幹擾6和13……。

在802.11b/g情況下，可用信道在頻率上都會重疊交錯，導緻網絡覆蓋的服務區隻有三條非重疊的信道可以使用，結果這個服務區的用戶隻能共享這三條信道的數據帶寬。這三條信道還會受到其它無線電信号源的幹擾，因為802.11b/gWLAN标準采用了最常用的2.4GHz無線電頻段。而這個頻段還被用于各種應用，如藍牙無線連接、手機甚至微波爐，這些應用在這個頻段産生的幹擾可能會進一步限制WLAN用戶的可用帶寬。

信道編碼

信道編碼的實質是在信息碼中增加一定數量的多餘碼元(稱為監督碼元)，使它們滿足一定的約束關系，這樣，由信息碼元和監督碼元共同組成一個由信道傳輸的碼字。

一旦傳輸過程中發生錯誤，則信息碼元和監督碼元間的約束關系被破壞。在接收端按照既定的規則校驗這種約束關系，從而達到發現和糾正錯誤的目的。

信息通過信道傳輸，由于物理介質的幹擾和無法避免噪聲，信道的輸入和輸出之間僅具有統計意義上的關系，在做出唯一判決的情況下将無法避免差錯，其差錯概率完全取決于信道特性。因此，一個完整、實用的通信系統通常包括信道編譯碼模塊。視頻信号在傳輸前都會經過高度壓縮以降低碼率，傳輸錯誤會對最後的圖像恢複産生極大的影響，因此信道編碼尤為重要。

信道編碼的作用：

一是使碼流的頻譜特性适應通道的頻譜特性，從而使傳輸過程中能量損失最小，提高信号能量與噪聲能量的比例，減小發生差錯的可能性。

二是增加糾錯能力，使得即便出現差錯也能得到糾正。

信道容量

信道容量是信道的一個參數，反映了信道所能傳輸的最大信息量，其大小與信源無關。對不同的輸入概率分布，互信息一定存在最大值。我們将這個最大值定義為信道的容量。一但轉移概率矩陣确定以後，信道容量也完全确定了。盡管信道容量的定義涉及到輸入概率分布，但信道容量的數值與輸入概率分布無關。我們将不同的輸入概率分布稱為試驗信源，對不同的試驗信源，互信息也不同。其中必有一個試驗信源使互信息達到最大。這個最大值就是信道容量。

信道容量有時也表示為單位時間内可傳輸的二進制位的位數（稱信道的數據傳輸速率，位速率），以位/秒（b/s）形式予以表示，簡記為bps。

信道帶寬

信道帶寬是限定允許通過該信道的信号下限頻率和上限頻率，也就是限定了一個頻率通帶。比如一個信道允許的通帶為1.5kHz至15kHz，其帶寬為13.5kHz，上面這個方波信号的所有頻率成分當然能從該信道通過，如果不考慮衰減、時延以及噪聲等因素，通過此信道的該信号會毫不失真。

信道帶寬：W=f2-f1

f1是信道能通過的最低頻率，f2是信道能通過的最高頻率。兩者都是由信道的物理特性決定的。

隻要最低頻率分量和最高頻率分量都在該頻率範圍内的任意複合信号都能通過該信道。此外，頻率為1.5kHz、4kHz、6kHz、9kHz、12kHz，15kHz以及

任意在該頻帶範圍内的各種單頻波也可以通過該信道。然而，如果一個基頻為1kHz的方波，通過該信道肯定失真會很嚴重；方波信号若基頻為2kHz，但最高諧波頻率為18kHz，帶寬超出了信道帶寬，其9次諧波會被信道濾除，通過該信道接收到的方波沒有發送的質量好；那麼，如果方波信号基頻為500Hz，最高頻率分量是11次諧波的頻率為5.5kHz，其帶寬隻需要5kHz，遠小于信道帶寬，是否就能很好地通過該信道呢？其實，該信号在信道上傳輸時，基頻被濾掉了，僅各次諧波能夠通過。

信道理論

信道是信息論中的一個主要概念。它是用來傳送信息的，所以理論上應解決它能無錯誤地傳送的最大信息率，也就是計算信道容量問題，并證明這樣的信息率是能達到或逼近的,最好還能知道如何實現，這就是信道編碼問題。這些是C.E.仙農建立信息論時提出的關于信道的理論問題。他自己回答了一些，以後許多學者又使之不斷完善。可以說信息論的發展史，有相當一部分是解決這些理論問題的曆史。一般而論，對于無記憶信道，這些問題已基本解決，但具體編碼方法，如采用代數碼來糾錯還不能達到要求。無記憶多用戶信道中，隻有多址接入信道和退化型廣播信道才可以說基本解決了這些理論問題。

報警信道

信道是探測電信号傳送的通道。信道的種類較多，通常分有線信道和無線信道。有線信道是指探測電信号通過雙紋線、電話線、電纜或光纜向控制器或控制中心傳輸。無線信道則是對探測電信号先調制到專用的無線電頻道由發送天線發出；控制器或控制中心的無線接收機将空中的無線電波接收下來後，解調還原出控制報警信号。

信道是傳輸探測電信号的通道，也即媒介。信道的範圍有狹義和廣義之分。僅指傳輸信号的媒介稱為狹義信道；把除包括傳輸媒介外，還包括從探測器輸出端到報警控制器輸入端之間的所有轉換器（如發送設備、編碼發射機、接收設備等）在内的擴大範圍的信道稱為廣義信道。

狹義信道

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。

有線信道

有線信道以導線為傳輸媒質，信号沿導線進行傳輸，信号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号的架空明線、電話線、雙絞線、對稱電纜和同軸電纜等等，還有傳輸經過調制的光脈沖信号的光導纖維。如圖為常見的有線通信方式，通常每個家庭的固定電話就是通過有線信道進行通訊。

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。

無線電信号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内沿着地面傳播并繞過地面的障礙物。長波可以應用于海事通信，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随時間變化的傳播路徑，電波信号經過這些路徑在接收端形成相長或相消的疊加，使得接收信号的幅度和相位呈随機變化，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：對于超短波、微波等更高頻率的電磁波，通常采用直接點對點的直線傳輸。由于波長很短，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。由于地球曲率的影響，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。如果要進行遠距離傳輸，必須設立地面中繼站或衛星中繼站進行接力傳輸，這就是微波視距中繼和衛星中繼傳輸。光信号的視距傳輸也屬于此類。

由于電磁波在水體中傳輸的損耗很大，在水下通常采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。

無線信道在自由空間（對于無線電信道來說是大氣層和太空，對于水聲信道來說是水體）上傳播信号，能量分散，傳輸效率較低，并且很容易被他人截獲，安全性差。但是通過無線信道的通信擺脫了導線的束縛，因此無線通信具有有線通信所沒有的高度靈活性。如圖所示為常見的無線通信方式，手機和手機之間通電話，電腦之間通過藍牙互傳信息，這些都是經過無線方式進行通訊。

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。将數據寫入存儲媒質的過程即等效于發射機将信号傳輸到信道的過程，将數據從存儲媒質讀出的過程即等效于接收機從信道接收信号的過程。

廣義信道

廣義信道，按照其功能進行劃分，可以分為調制信道和編碼信道兩類。

調制信道是指信号從調制器的輸出端傳輸到解調器的輸入端經過的部分。對于調制和解調的研究者來說，信号在調制信道上經過的傳輸媒質和變換設備都對信号做出了某種形式的變換，研究者隻關心這些變換的輸入和輸出的關系，并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系，通常用多端口時變網絡作為調制信道的數學模型進行描述。

編碼信道是指數字信号由編碼器輸出端傳輸到譯碼器輸入端經過的部分。對于編譯碼的研究者來說，編碼器輸出的數字序列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序列，研究者隻關系這兩組數字序列之間的變換關系，而并不關心這一系列變換發生的具體物理過程，甚至并不關心信号在調制信道上的具體變化。編碼器輸出的數字序列與到譯碼器輸入的數字序列之間的關系，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。

有線信道

在報警器中常用的有線信道有如下兩種。

① 專用線

專用于連接每個探測器和報警接收中心的線路，隻作為傳輸該系統的探測信号用，不做它用。一般常用的有雙絞線、電纜、通信電纜。專用線是我國大量采用的信道。專用線有并行傳輸的多線制和串行傳輸的總線制兩種。總線制線數最少有兩根，既做電源傳輸用又做信号傳輸用。常用的是4根線，電源線和信号線分開，也有6根線或更多一點的。串行總線制比并行傳輸的多線制對整個報警工程系統的設計、施工和節省導線上優越得多，尤其是對大、中型工程來說優越性就更加顯著。

② 借用線

一些建好的建築物内，已有各種傳輸線網絡，如220V的照明線路，電話及電視共用的天線線路等。若能借此傳輸報警系統的探測信号，這也是報警系統的設計者和施工者們所盼望的。人們根據實際需要研制了能利用已有的線路傳輸報警探測信号的相關設備，像電話報警器，平時作為電話用，有情況時作為報警器用。