信道
其实通信里的 “信道” 很好理解，就像信号要走的 “高速公路”—— 一边连发送端（比如你手里的手机、路边的基站），一边连接收端（比如朋友的手机、后台服务器）。但这条 “路” 可没那么好走，时不时会遇到 “堵车”（干扰）、“路太窄跑不快”（带宽）、“装太多会超载”（容量），甚至 “路面坑坑洼洼”（衰落）。今天就顺着这几个点，跟大家掰扯清楚信道到底是怎么回事。
一、噪声与干扰：信道里的 “信号杂音”
要是把信号比作咱们说话的声音，那噪声和干扰就是周围的 “杂音”—— 要么盖过你说话声，要么让听的人听不清，比如打电话时的电流声、刷视频突然卡顿，多半就是这俩搞的鬼。虽然都是 “添乱”，但它们的来头不太一样：
噪声：信道自带的 “背景杂音”
噪声是信道本身就有的，没法完全消除，就像你待在房间里，就算没人说话，也能听到点空气流动的声音。常见的有这么几种：
- 热噪声：导体里的电子乱晃产生的，比如路由器、手机芯片工作时，都会有微弱的电流噪声，温度越高，这噪声还越明显；
- 散弹噪声：多在二极管、三极管这类电子元件里出现，因为带电粒子传输没个准头，比如基站放大信号时，偶尔会有微小波动；
- 宇宙噪声：听着挺玄乎，其实就是太阳、星系这些天体发出的电磁辐射，对卫星通信、短波通信影响挺大。
干扰：外部闯进来的 “刻意杂音”
干扰是从信道外面来的，要么是人搞出来的，要么是其他设备影响的，就像你正说话呢，旁边有人突然大声嚷嚷。平时常见的有：
- 同频干扰：不同设备用了一样的频率传信号，比如两个离得近的 4G 基站，要是频率没规划好，就会互相抢信号；
- 邻频干扰：比如家里的 WiFi 用 2.4GHz 频段（信道 1 到 14），要是邻居家的路由器跟你用了相邻的信道，俩信号就会 “打架”；
- 人为干扰：这个就很常见了，比如考场、会议室用的信号屏蔽器，还有工厂里的电机、电焊机，它们产生的电磁辐射，都会影响正常通信。
不管是噪声还是干扰，最后都会让 “信噪比（SNR）” 变低 —— 信噪比越低，信号越容易失真，像视频卡成 PPT、语音断断续续，都是这个原因。
二、信道带宽：信号传输的 “道路宽度”
信道带宽就像公路的车道数，车道越多，能同时过的车就越多，速度自然快。但在通信里，带宽得说得再准点：信道能有效传信号的频率范围，单位是赫兹（Hz）。
举个大家熟悉的例子：现在常用的 WiFi 6（802.11ax），支持 20MHz、40MHz、80MHz、160MHz 四种带宽。就说 160MHz 的，它的频率范围能覆盖 160Hz（比如从 5.1GHz 到 5.26GHz），能传的信号 “跨度” 更大，所以理论速率最高能到 9.6Gbps，比 20MHz 带宽（最高 650Mbps）快多了。
这里得区分两个概念，不然容易混：
- 基带带宽：直接传 “原始信号” 的带宽，比如固定电话的基带带宽是 300-3400Hz，刚好能覆盖咱们说话的主要频率；
- 通带带宽：传 “经过调制的信号”，比如把基带信号调到高频上再传，像手机 4G 信号的通带带宽，常见的有 5MHz、10MHz、20MHz，带宽越大，能装的用户和数据就越多。
简单说就是：带宽是速度的底子—— 要是带宽不够，再牛的通信技术也白搭，就像给自行车道开跑车，根本跑不起来。
三、信道容量：信号传输的 “最大载重”
如果带宽是 “道路宽度”，那信道容量就是 “这条路最多能装多少东西”—— 具体说，就是信道在 “传信号不出错” 的前提下，能达到的最高数据传输速率，单位是比特每秒（bps）。
说到信道容量，就绕不开 “香农公式”，是信息论之父克劳德・香农提出来的，公式长这样：
C = B × log₂(1 + S/N)
这里面：
- C 是信道容量（bps）；
- B 是信道带宽（Hz）；
- S/N 是信噪比（信号功率和噪声功率的比值，没单位）。
从这个公式能看出来两个关键点：
- 带宽和信噪比一起决定容量：带宽越大、信噪比越高，容量就越大。比如同样带宽下，5G 基站的信噪比比 4G 高（因为信号处理技术更先进），所以 5G 单用户的速率比 4G 快很多；
- 信噪比不是越高越好：要是信噪比已经很高了，再往上提，容量增长会越来越慢；但如果带宽能无限大，容量会趋近一个上限（C ≈ 1.44 × S/N₀，N₀是噪声功率谱密度）。
给大家算个实际的例子：假设某 4G 基站的带宽是 20MHz，信噪比是 100（也就是 S/N=100），代入公式算：
C = 20×10⁶ × log₂(1+100) ≈ 20×10⁶ × 6.65 ≈ 133Mbps
这就是这条信道的理论最大速率，不过实际用的时候，因为有干扰、信号损耗这些，速率会低一点，一般在 50-100Mbps。
四、 移动衰落信道：信号传输的 “路面颠簸”
前面说的信道，默认是 “不动的”，比如光纤、家里的网线，传信号相对稳。但在移动的时候，比如走路、开车时用手机，信道就变成了 “移动衰落信道”—— 信号就像在坑洼路上走，时强时弱，这就是 “衰落”。按影响范围分，主要有三类：
1、路径损耗：信号的 “长途衰减”
路径损耗就是信号在传输过程中 “自然变弱”，跟声音越传越远、音量越小一个道理。它只跟 “传输距离” 有关，离得越远，损耗越大，信号越弱。
比如你在小区楼下，离基站就 100 米，手机信号满格；等走到 3 公里外的公园，离基站远了，信号就变成 2 格了 —— 这就是路径损耗的锅。不同传输介质，路径损耗的计算公式不一样（比如无线信道用 “自由空间传播模型”，光纤用 “衰减系数模型”），但核心都是 “距离越远，损耗越大”。
2、大尺度衰落：信号的 “区域衰减”
大尺度衰落是在路径损耗的基础上，再加上地形、建筑遮挡导致的，衰减得比较慢，影响范围能到几百米到几公里，变化也慢 —— 比如你走路的时候，可能隔几十米，信号强度才变一次。
常见的情况有两种：
- 阴影衰落：比如基站信号被高楼、大树挡住了，在挡住的那片区域里，信号会整体变弱，就像阳光被乌云遮住，形成一片阴影；
- 地形衰落：在山区很明显，基站信号被山挡住，山背面的信号肯定比正面弱很多。
大尺度衰落会导致 “信号覆盖不均”—— 比如同一个小区，离基站近的楼信号好，离得远又被其他楼挡着的，信号就差。
3、小尺度衰落：信号的 “瞬间波动”
小尺度衰落是在大尺度衰落的基础上，因为 “多径传播” 导致的，波动特别快，影响范围就几米到几十米 —— 比如你在室内走路，可能走 1-2 米，信号就从满格变成 1 格，甚至偶尔断一下。
关键原因是 “多径传播”：信号从发送端到接收端，不会只走一条路，会有直射、反射、折射这些不同路径。不同路径的信号到接收端时，因为 “相位差”，会互相叠加或者抵消 —— 叠加的时候信号变强，抵消的时候信号变弱，所以信号强度会剧烈波动。
比如你在屋里走，手机信号一会儿好一会儿差，偶尔还卡顿，就是小尺度衰落搞的（信号经墙壁反射后，跟直射信号互相干扰）。小尺度衰落对移动通信影响最大，现在 5G、未来 6G 都在重点解决这个问题，比如用 MIMO 多天线技术，靠多根天线接收不同路径的信号，减少衰落的影响。
从噪声与干扰的 “信号杂音”，到带宽的 “道路宽度”、容量的 “最大载重”，再到移动衰落信道的 “路面颠簸”—— 这些都在影响通信的质量和速度。搞懂这些，不仅能明白 “为啥 5G 比 4G 快”“为啥地下室信号差”，也能看清未来通信技术（比如 6G）的方向：其实都是在 “优化信道”—— 减少干扰、扩宽带宽、提升容量、对抗衰落，让信号能传得更顺、更快。