第三章-傳輸介質(zhì)

1、2021/3/131 第三章 數(shù)據(jù)傳輸信道 3.1 信道概述 3.2 信道容量 3.3 導(dǎo)向傳輸媒體 3.4 非導(dǎo)向傳輸媒體 2021/3/132 3.1 信道概述 傳輸信道 信道分類 2021/3/133 3.1.1 傳輸信道 廣義信道: l將傳輸媒體和完成各種形式的信號變換功能的設(shè)備 都包含在內(nèi) 狹義信道 l僅指傳輸媒休(如明線、電纜、光纖、微波、短波等) 本身 l更深入地定義為:能夠傳輸信號的任何抽象的或具體 的通路 信道為信號傳輸提供了通路,是溝通通信雙方的 橋梁。 2021/3/134 狹義信道 廣義信道（調(diào)制信道） 廣義信道（編碼信道） 2021/3/135 3.1.2 信道分類

2、模擬信道和數(shù)字信道 l模擬信道 l允許傳輸波形連續(xù)變化的模擬信號 l恒參信道和變參信道 l通信質(zhì)量:失真、輸出信噪比 l數(shù)字信道 l只允許傳輸離散取值的數(shù)字信號 l通信質(zhì)量:差錯(cuò)率 單工、半雙工、全雙工信道 l按照信道上信號傳送方向與時(shí)間的關(guān)系 2021/3/136 專用（租用）信道和公共交換信道 l專用（租用）信道是指連接兩點(diǎn)或多點(diǎn)的固定線路 l公共交換信道是一種通過交換機(jī)轉(zhuǎn)接可為大量用戶服務(wù) 的信道。 有線信道和無線信道 l有線信道 l是以有形的導(dǎo)向傳輸媒體為傳輸媒體的信道。 l雙絞線、同軸電纜、光纜 l無線信道 l是以非導(dǎo)向傳輸媒體為傳輸媒體的信道。 l地波傳播、短波電離層反射、超短波及

3、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼、 紅外線傳播、光波視距傳播等 2021/3/137 3.2 信道容量 信道容量概念 l在給定條件下,通常指定的通信路徑或信道 所能獲得的最大數(shù)據(jù)傳輸速率稱為信道容量 （C）,單位為比特/秒（bit/s） 兩種有代表性的信道 l有擾模擬信道的信道容量 l有擾數(shù)字信道的信道容量 2021/3/138 3.2.1 有擾模擬信道的信道容量 香農(nóng)信道容量公式（香農(nóng)公式） l在信號平均功率受限的高斯白噪聲信道中: CBlb(1+S/N) (比特/秒) lC是信道容量 lB是信道帶寬 lS/N是平均信號噪聲功率比 例例:信道帶寬信道帶寬W=3KHz,信噪比為信噪比為30dB,則則 C

4、=3000*lb(1+1000) 30Kbps 2021/3/139 幾點(diǎn)重要結(jié)論: l（1）任何一個(gè)信道都有它的信道容量 l（2）信道容量C與帶寬B和信噪比S/N有關(guān)。 l（3）當(dāng)信道的噪聲為高斯白噪聲時(shí),香農(nóng)公式中 的噪聲功率不是常數(shù),而與B有關(guān) l若噪聲功率N=n0B(n0為單位頻帶內(nèi)的噪聲功率） 則有:CBlb(1+S/ n0 B) 若B趨近于無窮大，則信道容量C將為： C1.44S/ n0 2021/3/1310 l（4）如果考慮到信道容量CI/T,代入香農(nóng)公式 得:ITBlb(1+S/N) ll為傳輸?shù)男畔⒘?lT為傳輸時(shí)間 l當(dāng)S/N一定時(shí),對于給定的信息量I可以用不同的帶寬B

5、和傳輸時(shí)間T的組合來進(jìn)行傳輸。 2021/3/1311 例:如有一幅圖片擬在模擬電話信道上進(jìn)行數(shù)字傳真。該圖片 約有2.25106個(gè)象素,設(shè)每個(gè)象素有16個(gè)亮度等級,且各亮度 等級是等概率出現(xiàn)的。模擬電話信道的帶寬和信噪比分別為 3KHz和30dB。試求在此模擬信道上傳輸這幅傳真圖片所需 的最小時(shí)間。 解: 每個(gè)象素所包含的信息量為每個(gè)象素所包含的信息量為:lb16=4(bit) 一幅圖片需要傳輸?shù)男畔⒘繛橐环鶊D片需要傳輸?shù)男畔⒘繛?.2510649106(bit) 設(shè)此圖片的傳輸時(shí)間為T,則圖片信息的傳輸速率圖片信息的傳輸速率R9106 /T(bps) 模擬電話信道容量信道容量CBlb(1+

6、S/N)29.9103 （b/s) 由于RC,如取RC，則可求所需最小時(shí)間 Tmin9106 /C 5.01(min) 2021/3/1312 3.2.2 有擾數(shù)字信道的信道容量 典型的數(shù)字信道:平穩(wěn)、無記憶、對稱、離散的信道模型 信道信道 二進(jìn)制信道模型 四進(jìn)制信道模型表示碼元錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕?2021/3/1313 l平穩(wěn)是指對任何碼元來說,正確或錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕?都與發(fā)生的時(shí)間無關(guān); l無記憶是指接收到的第i個(gè)碼元僅與發(fā)送的第i個(gè) 碼元有關(guān),而與發(fā)送的第i個(gè)碼元以前的其他碼元 無關(guān); l對稱是指任何碼元正確傳輸和錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕逝c 其他碼元一樣，在錯(cuò)誤傳輸時(shí)一個(gè)碼元錯(cuò)成其他 碼元的概率都相同；

7、 l離散是指時(shí)間上的離散性，即信道上傳輸?shù)男盘?可以劃分為碼元。 2021/3/1314 以二進(jìn)制信道為例說明如何計(jì)算它的信道容 量: l在有擾對稱二進(jìn)制信道中,當(dāng)發(fā)送“1”和“0”的概 率均為1/2時(shí),收到一個(gè)符號所能得到的最大信息 量為: 1+lb+(1- )lb(1- ) （比特/符號） 傳輸差錯(cuò)引起的信息量損失 所以有擾對稱二進(jìn)制信道的信道容量為: C=1+ lb +(1- )lb(1- ) *r (b/s) r為發(fā)送端每秒發(fā)送的符號數(shù) 2021/3/1315 設(shè)信息源由符號0和1組成,順次選 擇兩符號構(gòu)成所有可能的消息。如 果消息傳輸速率是每秒1000符號, 且兩符號出現(xiàn)概率相等。在

8、傳輸中 ， 弱干擾引起的差錯(cuò)是:平均每100符 號中有一個(gè)符號不正確。試問這時(shí) 傳輸信息的速率是多少? 0 0 1 1 1- 1- 解: =0.01 C=1+ lb +(1- )lb(1- ) *r =1+0.01lb(0.01)+0.99lb(0.99) *1000 =919(bit/s) 2021/3/1316 3.3 導(dǎo)向傳輸媒體 雙絞線 同軸電纜 光纜 2021/3/1317 3.3.1 雙絞線 由兩根互相絕緣的銅線以均勻?qū)ΨQ的方 式扭絞在一起作為一條通信鏈路。 銅線的直徑為0.4mm1mm 是最常用的傳輸媒體 分類: l非屏蔽雙絞線（UTP）: l外皮為塑料外皮為塑料, ,不具有屏蔽

9、能力不具有屏蔽能力。 l易受外部的電磁干擾 l3類,數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)16Mb/s l4類，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20Mb/s,不常用 l5類，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100Mb/s l屏蔽雙絞線(STP)： l外皮為金屬，具有屏蔽能力。外皮為金屬，具有屏蔽能力。 l價(jià)格比UTP貴 內(nèi)導(dǎo)體芯線內(nèi)導(dǎo)體芯線 絕緣絕緣 箔屏蔽箔屏蔽 銅屏蔽銅屏蔽 外套外套 2021/3/1318 2021/3/1319 特點(diǎn) l能夠傳輸模擬信號,也可以傳輸數(shù)字信號。 l結(jié)構(gòu)簡單,容易安裝，普通UTP較便宜 l有一定的傳輸速率 l具有較高的容性阻抗，信號衰減較大，傳輸距離 有限（幾千米到幾十千米） l有輻射，容易被竊聽 2021/3

10、/1320 UTPUTP連接器連接器 插座插座 水晶頭（水晶頭（RJ - 45） 2021/3/1321 3.3.2 同軸電纜 同軸電纜由同心的內(nèi)導(dǎo)體、電絕緣體、屏 蔽層、保護(hù)外套組成。 2021/3/1322 基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜: l50 稱為基帶同軸電纜, l用于傳輸數(shù)字信號,距離可達(dá)1千米，傳輸速率為 10Mb/s; l75 稱為寬帶同軸電纜， l是共用天線電視系統(tǒng)CATV中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜 l用于傳輸模擬信號，其信號頻率可高達(dá) 300MHz450MHz，傳輸距離可達(dá)100km。 l需用放大器（僅能單向傳輸）增強(qiáng)信號，可分為多個(gè) 信道 2021/3/1323 特點(diǎn) l既可以用來傳輸

11、模擬信號,又可以用來傳輸數(shù)字信號。 l頻帶較寬（60KHz到數(shù)十兆赫茲）,傳輸速率較高。 l損耗較低，傳輸距離較遠(yuǎn)。 l輻射低，保密性好，抗干擾能力強(qiáng)。 l架設(shè)安裝方便，容易分支。 l寬帶電纜可實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用傳輸 主要應(yīng)用領(lǐng)域: l電視轉(zhuǎn)播 l長途電話傳輸 l近距離的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，局域網(wǎng)絡(luò) 2021/3/1324 3.3.3 光纜 光纖是能夠傳導(dǎo)光波的非常纖細(xì)的柔軟的介 質(zhì)。 ld=2m125m l玻璃光纖:纖芯及包層均用玻璃,損耗小,成本高。用 于遠(yuǎn)距離寬帶傳輸。 l塑料光纖:纖芯為玻璃，包層為塑料，損耗大，成 本低。短距離基帶傳輸。 2021/3/1325 光纖結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu) 外套外套 纖芯

12、纖芯 加強(qiáng)材料加強(qiáng)材料 （紗線）（紗線） 緩沖層緩沖層 包層包層 保護(hù)膜保護(hù)膜 緩沖層緩沖層 纖芯纖芯 紗線紗線 外套外套 2021/3/1326 光纖信道的組成 l由光源、光纖線路和光探測器等三個(gè)基本部件組成。 光源 光源調(diào)制器 光纖線路 光探測器 電信號處理 電信號處理 調(diào)制 電信號 已調(diào)光信號 調(diào)制 電信號 電信號輸入 電信號輸出 2021/3/1327 2021/3/1328 光纖傳輸原理光纖傳輸原理利用了光的反射利用了光的反射 l光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量 取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)

13、入射角臨界值時(shí)產(chǎn)生全反臨界值時(shí)產(chǎn)生全反 射射,不會(huì)泄漏。不會(huì)泄漏。 l光纖光纖:纖芯纖芯 折射率高、玻璃包層折射率高、玻璃包層 折射率低折射率低 l亮度調(diào)制亮度調(diào)制,有脈沖有脈沖-1，無脈沖，無脈沖-0 l單向傳輸，雙向需兩根光纖或使用一根光纖上的兩個(gè)頻單向傳輸，雙向需兩根光纖或使用一根光纖上的兩個(gè)頻 段段 l兩種傳輸模式兩種傳輸模式: l多模傳輸方式多模傳輸方式 l許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸 l只適合于短距離傳輸只適合于短距離傳輸 l單模傳輸方式單模傳輸方式 l纖芯中僅有某一角度的射線通過纖芯中僅有某一角度的射線通過 l適合用于長距離大容

14、量的主干光纜傳輸系統(tǒng)適合用于長距離大容量的主干光纜傳輸系統(tǒng) 2021/3/1329 光纖傳送模式光纖傳送模式:MMF、SMF 光纖的直徑減小 到一個(gè)光波波長 多束光線以不同的反射角傳播多束光線以不同的反射角傳播 單束光線沿直線傳播單束光線沿直線傳播 2021/3/1330 光纖的傳輸質(zhì)量 l最能影響傳輸質(zhì)量的因素是光纖的損耗特性和頻帶特性 l光纖的損耗特性是表示光能在光纖中傳輸所受到的衰減 程度 l與波長有關(guān),在波長0.81.8范圍內(nèi),出現(xiàn)三個(gè)較低損耗的波段區(qū) 域 l常用的窗口波長為: l光纖的頻帶特性直接影響傳輸波形的失真情況和傳輸容 量 l通常以兆赫千米來表示，即1Km長的光纖所具有的帶寬

15、能力。 l光纖的頻帶特性與光纖傳光時(shí)的色散性能有關(guān) l色散特性:傳輸速度隨模式、波長或材料變化的性質(zhì) l模間色散：模式之間的傳輸速度差異 l模內(nèi)色散：單一模式內(nèi)，因波長或材料引起的傳輸速度差異 l多模光纖中兩種色散均存在，但以模間色散為主;單模光纖只存 在模內(nèi)色散。 l色散特性對傳輸質(zhì)量的影響體現(xiàn)在傳輸波形的畸變上 2021/3/1331 3.4 非導(dǎo)向傳輸媒體 通常稱為通常稱為“無線傳輸無線傳輸”:以自由空間為傳輸電磁波以自由空間為傳輸電磁波 的手段的手段 l使用電磁波或光波攜帶信息使用電磁波或光波攜帶信息 l無需物理連接無需物理連接 l適用于長距離或不便布線的場合適用于長距離或不便布線的場

16、合 l易受干擾易受干擾 本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容: l短波通信短波通信 l微波通信微波通信 l衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 l光波通信光波通信 2021/3/1332 3.4.1 短波通信 無線電短波是指波長在100米以下,10米以上的電磁波,其 頻率為330兆赫茲。 短波主要靠電離層反射（天波）傳播，也可以和長、中波 一樣靠地波進(jìn)行短距離傳播。 1.地波傳播形式 1)沿地面?zhèn)鞑サ臒o線電波叫地波 2)利用地波的傳播頻率范圍大約為1.5MHz5MHz。 3)為了適應(yīng)地波傳播，通常采用各種形式的輻射垂直極化 波的垂直天線。 4)這種傳播形式不宜用作無線電廣播或遠(yuǎn)距離通信。 5)傳播建立還和傳播路徑上媒介的電參

17、數(shù)密切相關(guān) 2021/3/1333 2. 天波傳播形式 1)太陽的輻射對于地球上方的電離層起著至關(guān)重要的作用。 太陽輻射使大氣層中的氧原子和氮原子失去了電子,形 成離子。進(jìn)而這些電離化的氣體在地球上空60450公 里的范圍內(nèi)形成了4個(gè)不同的離子層:D層、E層、F1層 和F2層。這些層通稱為電離層。 2)有了電離層對于短波信號的折射作用,才使遠(yuǎn)距離通信 成為可能。 3)當(dāng)前電離層的條件直接影響著不同頻率的無線電波的傳 播。太陽黑子（也就是太陽表面溫度比較低的地方）是 太陽電磁輻射活動(dòng)增強(qiáng)的表現(xiàn)，即它可以使電離層的反 射短波信號的能力增強(qiáng)。而太陽流又會(huì)使電離層擾動(dòng) 導(dǎo)致電磁暴。騷動(dòng)的電離層會(huì)吸收短

18、波的信號，而不 是傳播信號。 2021/3/1334 白天晚上 2021/3/1335 D層: l吸收層,日出現(xiàn),日落失，在中午的時(shí)候電離程度最高。 lD層電離化的程度越高，吸收無線電波的能力越強(qiáng)，而且電波頻率越低， 衰減越大。 E層: l跟D層相類似，日出現(xiàn)，日落失，在中午的時(shí)候電離達(dá)到最大 l但是E層不像D層那樣吸收較低頻率的短波信號的能量而讓較高頻率的 通過，E層可以把電波反射回地面。通常來說，在晚上E層非常弱，無線 電信號都能穿透它。在某些時(shí)候，突發(fā)的E層甚至可以將VHF信號反射 回地面。 F層： lF1和F2層合稱為F層。對于遠(yuǎn)距離短波通信（都選用F層作為反射層） 來說F層是最為重要

19、的。 lF層在白天和晚上都存在，只是在晚上F層比較薄。也由于這個(gè)原因，F(xiàn) 層在白天能把比較高的頻率反射回地面，而到了晚上就讓較高的頻率通 過。一般來說，在晚上可以把1015MHZ的信號反射回地面。 2021/3/1336 短波電離層傳播的基本特性 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） l指在實(shí)際通信中指在實(shí)際通信中,能被電離層發(fā)射回地面的電波的最高頻能被電離層發(fā)射回地面的電波的最高頻 率。率。 l若選用的工作頻率超過它若選用的工作頻率超過它,則電波穿出電離層，不再返回則電波穿出電離層，不再返回 地面。地面。 lMUF與發(fā)射層的電離密度有關(guān)，有的時(shí)候，由于電離層與發(fā)射層的電離密度有關(guān)，有的時(shí)候，

20、由于電離層 的擾動(dòng)或者是的擾動(dòng)或者是F層過于稀薄，層過于稀薄， MUF甚至降到了甚至降到了5MHz以下。以下。 l使用接近最高可用頻率（使用接近最高可用頻率（MUF）的頻率是一個(gè)很明智的）的頻率是一個(gè)很明智的 選擇（只有一條傳播路徑）。因?yàn)榈陀谶@個(gè)頻率的將被選擇（只有一條傳播路徑）。因?yàn)榈陀谶@個(gè)頻率的將被 吸收得多，而高于這個(gè)頻率的又容易穿透電離層。吸收得多，而高于這個(gè)頻率的又容易穿透電離層。 lMUF是電波能返回地面和穿出電離層的臨界層的臨界值。是電波能返回地面和穿出電離層的臨界層的臨界值。 在確定線路的工作頻率時(shí)，取低于在確定線路的工作頻率時(shí)，取低于MUF的最佳工作頻率的最佳工作頻率 （F

21、OT），一般情況下，），一般情況下，F(xiàn)OT0.85MUF 2021/3/1337 多徑傳播多徑傳播 l多徑傳播是指來自發(fā)射源的電波信號經(jīng)過不同的途徑、多徑傳播是指來自發(fā)射源的電波信號經(jīng)過不同的途徑、 以不同的時(shí)間延遲到達(dá)遠(yuǎn)方接收端的現(xiàn)象。以不同的時(shí)間延遲到達(dá)遠(yuǎn)方接收端的現(xiàn)象。 l信號經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收端的時(shí)間是不同的。信號經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收端的時(shí)間是不同的。 l多徑時(shí)散多徑時(shí)散:兩條路徑間的時(shí)間差兩條路徑間的時(shí)間差,多徑時(shí)散與信號傳輸?shù)亩鄰綍r(shí)散與信號傳輸?shù)?距離及信號頻率有關(guān)。距離及信號頻率有關(guān)。 2021/3/1338 l在短波信道上在短波信道上,多徑時(shí)散特征多徑時(shí)散特征: l隨工作頻率

22、偏離隨工作頻率偏離MUF的增大而增大的增大而增大 l與通信距離的關(guān)系與通信距離的關(guān)系: l在在200Km300Km的通信線路上的通信線路上,多徑延時(shí)最嚴(yán)重多徑延時(shí)最嚴(yán)重 l在在2000Km8000Km的線路上，多徑延時(shí)小的線路上，多徑延時(shí)小 l當(dāng)通信線路進(jìn)一步增大時(shí)，由于不再存在單跳模式，多徑延當(dāng)通信線路進(jìn)一步增大時(shí)，由于不再存在單跳模式，多徑延 時(shí)又隨之增大。時(shí)又隨之增大。 l隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化 l主要是電離層的電子密度隨時(shí)間變化，電子密度變化越劇烈，主要是電離層的電子密度隨時(shí)間變化，電子密度變化越劇烈， 多徑延時(shí)的變化越嚴(yán)重多徑延時(shí)的變化越嚴(yán)重 2021/3/1339 衰落衰落 l 衰落

23、現(xiàn)象是指接收端信號強(qiáng)度隨機(jī)變化的一種現(xiàn)象。衰落現(xiàn)象是指接收端信號強(qiáng)度隨機(jī)變化的一種現(xiàn)象。 l在短波通信中在短波通信中,即使在電離層的平靜時(shí)期即使在電離層的平靜時(shí)期,也不可能獲也不可能獲 得穩(wěn)定的信號。在接收端信號振幅總是呈現(xiàn)忽大忽得穩(wěn)定的信號。在接收端信號振幅總是呈現(xiàn)忽大忽 小的隨機(jī)會(huì)化，如圖所示。這種現(xiàn)象稱為衰落。小的隨機(jī)會(huì)化，如圖所示。這種現(xiàn)象稱為衰落。 接收端信導(dǎo)振幅的隨機(jī)起伏 2021/3/1340 l干涉衰落干涉衰落 l它是由多徑傳播現(xiàn)象引起的。是由到達(dá)接收端的若干個(gè)信號的相位干它是由多徑傳播現(xiàn)象引起的。是由到達(dá)接收端的若干個(gè)信號的相位干 涉所造成的衰落。涉所造成的衰落。 l特征特征

24、 l具有明顯的頻率選擇性具有明顯的頻率選擇性 l衰落信號的振幅服從瑞利分布衰落信號的振幅服從瑞利分布 l:其頻率（也稱衰落速率）大約為其頻率（也稱衰落速率）大約為1020次次/分分,衰落深度可達(dá)衰落深度可達(dá)40dB,持續(xù)時(shí)持續(xù)時(shí) 間在間在4ms20ms內(nèi)內(nèi) l采用頻率分集技術(shù)克服采用頻率分集技術(shù)克服 l吸收衰落吸收衰落 l產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因:D層衰減特性的慢變化，它與電離層電子濃度及其高度的變層衰減特性的慢變化，它與電離層電子濃度及其高度的變 化有關(guān)，持續(xù)時(shí)間最長可達(dá)化有關(guān)，持續(xù)時(shí)間最長可達(dá)1小時(shí)或更長小時(shí)或更長 l特征特征 l接收點(diǎn)信號幅度的變化較慢，其周期從幾分鐘到幾小時(shí)接收點(diǎn)信號幅度的變化

25、較慢，其周期從幾分鐘到幾小時(shí) l對短波整個(gè)頻段的影響程度是相同的。對短波整個(gè)頻段的影響程度是相同的。 l常用增加發(fā)射功率的余量以彌補(bǔ)電離層吸收引起的衰落常用增加發(fā)射功率的余量以彌補(bǔ)電離層吸收引起的衰落 l極化衰落極化衰落 l產(chǎn)生原因：電波被電離層反射后，其極化已不再和發(fā)射天線輻射時(shí)的相同產(chǎn)生原因：電波被電離層反射后，其極化已不再和發(fā)射天線輻射時(shí)的相同 l其出現(xiàn)的概率遠(yuǎn)較干涉衰落小，可采用極化分集的方法克服。其出現(xiàn)的概率遠(yuǎn)較干涉衰落小，可采用極化分集的方法克服。 2021/3/1341 相位起伏（多普勒頻移）相位起伏（多普勒頻移） l短波傳播中存在的多徑效應(yīng)不僅使接收點(diǎn)的信號振短波傳播中存在的多

26、徑效應(yīng)不僅使接收點(diǎn)的信號振 幅隨機(jī)變化幅隨機(jī)變化,也使信號的相位起伏不定也使信號的相位起伏不定 l這種相位的變化這種相位的變化,可以看成電離層不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的可以看成電離層不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的 高頻載波的多普勒頻移，此時(shí)，發(fā)射信號的頻率結(jié)高頻載波的多普勒頻移，此時(shí)，發(fā)射信號的頻率結(jié) 構(gòu)發(fā)生變化，頻率畸變。構(gòu)發(fā)生變化，頻率畸變。 l時(shí)間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落 干擾干擾 l大氣干擾大氣干擾 l工業(yè)干擾工業(yè)干擾 l電臺(tái)干擾電臺(tái)干擾:是影響短波通信的主要干擾源是影響短波通信的主要干擾源 2021/3/1342 衡量短波信道的性能衡量短波信道的性能,其主要技術(shù)指標(biāo)有其主要技術(shù)指標(biāo)有 兩個(gè)兩個(gè): l通信質(zhì)量

27、通信質(zhì)量: l傳輸模擬信號時(shí)傳輸模擬信號時(shí),一般用輸出信噪比來衡量一般用輸出信噪比來衡量 l傳輸數(shù)據(jù)信號時(shí)，則常用差錯(cuò)率來表示傳輸數(shù)據(jù)信號時(shí)，則常用差錯(cuò)率來表示 l可通率可通率又稱線路利用率又稱線路利用率 l是指通信線路接收端的信噪比是指通信線路接收端的信噪比r高于可接受的最高于可接受的最 低信噪比低信噪比rmin的時(shí)間百分比。的時(shí)間百分比。 2021/3/1343 3.4.2 地面微波通信地面微波通信 地面微波通信是利用微波作為載波并采用中繼地面微波通信是利用微波作為載波并采用中繼 （接力）方式在地面上進(jìn)行的無線電通信。（接力）方式在地面上進(jìn)行的無線電通信。 微波頻段的波長范圍為微波頻段的波

28、長范圍為1m1mm, 頻率范圍為頻率范圍為300MHz300GHz 是目前解決城市和地區(qū)之間大容量信息傳輸問題是目前解決城市和地區(qū)之間大容量信息傳輸問題 的主要通信手段的主要通信手段 微波通信采用多路復(fù)用的工作方式微波通信采用多路復(fù)用的工作方式,且工作于射頻且工作于射頻 的微波頻段，其使用頻率范圍通常為的微波頻段，其使用頻率范圍通常為2GHz 40GHz 2021/3/1344 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): : l通信頻段的頻帶寬通信頻段的頻帶寬 l微波頻段微波頻段300MHz300GHz,占用的頻帶越寬占用的頻帶越寬,能容納同時(shí)工作的無線電能容納同時(shí)工作的無線電 設(shè)備就越多，通信容量就大。設(shè)備就越多，通信容量

29、就大。 l受外界干擾的影響小受外界干擾的影響小 l當(dāng)頻率高于當(dāng)頻率高于100MHz后，工業(yè)干擾、天電干擾及太陽黑子的活動(dòng)對其通后，工業(yè)干擾、天電干擾及太陽黑子的活動(dòng)對其通 信影響極小信影響極小;微波傳輸可靠性高。微波傳輸可靠性高。 l通信靈活性較大通信靈活性較大 l天線增益高、方向性強(qiáng)天線增益高、方向性強(qiáng) l點(diǎn)對點(diǎn)通信，采用定向天線。對定向天線，當(dāng)其開口面尺寸給定時(shí)，天點(diǎn)對點(diǎn)通信，采用定向天線。對定向天線，當(dāng)其開口面尺寸給定時(shí)，天 線的增益與工作波長的平方成反比。微波波長短，所以極易制作高增益線的增益與工作波長的平方成反比。微波波長短，所以極易制作高增益 的天線。采用高增益的天線可降低發(fā)信機(jī)的

30、發(fā)射功率。的天線。采用高增益的天線可降低發(fā)信機(jī)的發(fā)射功率。 l投資少、建設(shè)快投資少、建設(shè)快 2021/3/1345 主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn): l中繼站定點(diǎn)比較復(fù)雜中繼站定點(diǎn)比較復(fù)雜 l易受自然環(huán)境的影響易受自然環(huán)境的影響 l通信保密性差通信保密性差 2021/3/1346 地面微波接力通信是由信道兩端的終端站、中間的地面微波接力通信是由信道兩端的終端站、中間的 中繼站中繼站,以及各站之間的電波傳播空間所組成。以及各站之間的電波傳播空間所組成。 l終端站終端站 l終端站是處于線路兩端的微波站是系統(tǒng)的終端。它對一個(gè)方向終端站是處于線路兩端的微波站是系統(tǒng)的終端。它對一個(gè)方向 收、發(fā)收、發(fā),且收、發(fā)射頻不同

31、。且收、發(fā)射頻不同。 l可以采用一副天線，也可以分別使用收、發(fā)天線可以采用一副天線，也可以分別使用收、發(fā)天線 l中繼站中繼站 l中繼站是線路的中間轉(zhuǎn)接站。它對來自兩個(gè)方向的微波信號放大、中繼站是線路的中間轉(zhuǎn)接站。它對來自兩個(gè)方向的微波信號放大、 轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)。 l必須使用兩幅天線必須使用兩幅天線 l在微波信道中基本上采用定向天線在微波信道中基本上采用定向天線 2021/3/1347 終端站 中繼站 中繼站 終端站 2021/3/1348 自然環(huán)境對微波傳播的影響自然環(huán)境對微波傳播的影響 l地形地形 l主要表現(xiàn)在電波的反射、繞射和地面散射等方面主要表現(xiàn)在電波的反射、繞射和地面散射等方面 l對流層大

32、氣折射對流層大氣折射 2021/3/1349 3.4.3 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 通信衛(wèi)星實(shí)際上是一個(gè)微波中繼站通信衛(wèi)星實(shí)際上是一個(gè)微波中繼站,衛(wèi)星接衛(wèi)星接 收某一頻段的發(fā)射（上行鏈路）收某一頻段的發(fā)射（上行鏈路）,放大并轉(zhuǎn)放大并轉(zhuǎn) 發(fā)傳輸信號，然后再用另一個(gè)頻率發(fā)射它發(fā)傳輸信號，然后再用另一個(gè)頻率發(fā)射它 （下行鏈路）。（下行鏈路）。 既可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路又可實(shí)現(xiàn)廣播鏈路。既可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路又可實(shí)現(xiàn)廣播鏈路。 2021/3/1350 同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星 l運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,其運(yùn)行軌道稱為同步軌道其運(yùn)行軌道稱為同步軌道 l同步定點(diǎn)衛(wèi)星（靜止衛(wèi)星）同步定點(diǎn)衛(wèi)星（靜止衛(wèi)星）

33、: l若衛(wèi)星沿赤道上空若衛(wèi)星沿赤道上空35800Km高的圓形軌道與地球自轉(zhuǎn)同向運(yùn)行高的圓形軌道與地球自轉(zhuǎn)同向運(yùn)行,則則 衛(wèi)星運(yùn)行過程中將與地球上任一點(diǎn)都保持相對靜止。衛(wèi)星運(yùn)行過程中將與地球上任一點(diǎn)都保持相對靜止。 l其運(yùn)行軌道稱為靜止軌道（只有一條）。其運(yùn)行軌道稱為靜止軌道（只有一條）。 l非定點(diǎn)同步衛(wèi)星（非靜止同步衛(wèi)星）非定點(diǎn)同步衛(wèi)星（非靜止同步衛(wèi)星）: l不滿足靜止衛(wèi)星條件的同步衛(wèi)星不滿足靜止衛(wèi)星條件的同步衛(wèi)星 非同步衛(wèi)星非同步衛(wèi)星 l運(yùn)轉(zhuǎn)周期不等于（通常小于）地球自轉(zhuǎn)周期運(yùn)轉(zhuǎn)周期不等于（通常小于）地球自轉(zhuǎn)周期 l從地球上看，這種衛(wèi)星是以一定的速度運(yùn)動(dòng)的，故又稱為從地球上看，這種衛(wèi)星是以一

34、定的速度運(yùn)動(dòng)的，故又稱為 移動(dòng)衛(wèi)星或運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星移動(dòng)衛(wèi)星或運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星 2021/3/1351 與地面站相對固定位置 使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球 2021/3/1352 特點(diǎn)特點(diǎn): l覆蓋區(qū)域大、通信距離遠(yuǎn)覆蓋區(qū)域大、通信距離遠(yuǎn) l具有多址聯(lián)接能力具有多址聯(lián)接能力 l頻帶寬、容量大頻帶寬、容量大 l通信機(jī)動(dòng)靈活通信機(jī)動(dòng)靈活 l通信穩(wěn)定可靠通信穩(wěn)定可靠 l建站費(fèi)用與距離無關(guān)建站費(fèi)用與距離無關(guān) 2021/3/1353 衛(wèi)星通信的工作頻段衛(wèi)星通信的工作頻段: 頻段頻段工作頻段（工作頻段（GHz）上行（上行（GHz）下行（下行（GHz） C4/65.9256.4253.74.2 Ku12/141414.511.714.2 Ka19/2927.53117.721.2 2021/3/1354 衛(wèi)星通信電波傳播特點(diǎn)衛(wèi)星通信電波傳播特點(diǎn) l傳播時(shí)延長傳播時(shí)延長 l傳播損耗大傳播損耗大 l受大氣層的影響大受大氣層的影響大 l面覆蓋式的傳播面覆蓋式的傳播 2021/3/1355 3.4.4 光波通信光波通信 波長波長:3 10260 104 m 頻率頻率:3 10125 1016Hz 紫外線、可見光和紅外線都屬于光波的紫外線、可見光和紅外線都屬于光波的