電信傳輸原理第1章 電信傳輸?shù)母拍頿pt課件

1、第第1 1章章 電信傳輸概念電信傳輸概念內(nèi)容提要內(nèi)容提要2通信基本概念及系統(tǒng)模型通信基本概念及系統(tǒng)模型電磁波及其頻段劃分電磁波及其頻段劃分微波和光波微波和光波電信傳輸信道電信傳輸信道信道的傳輸特性信道的傳輸特性發(fā)展歷史發(fā)展歷史1.1 通信基本概念及系統(tǒng)模型通信是指通過(guò)某種媒質(zhì)將消息從一地傳輸通信是指通過(guò)某種媒質(zhì)將消息從一地傳輸?shù)搅硪坏氐倪^(guò)程。簡(jiǎn)單的說(shuō)，消息傳輸就到另一地的過(guò)程。簡(jiǎn)單的說(shuō)，消息傳輸就是通信。是通信。通信的目的是為了獲取信息。通信的目的是為了獲取信息。 1.1.1 通信的基本概念通信的基本概念通常用語(yǔ)言、文字、圖像和數(shù)據(jù)等方式來(lái)描述通常用語(yǔ)言、文字、圖像和數(shù)據(jù)等方式來(lái)描述消息。例如

2、：電話(huà)中的語(yǔ)音；電視中的圖像等消息。例如：電話(huà)中的語(yǔ)音；電視中的圖像等都稱(chēng)為消息。都稱(chēng)為消息。信息是消息中包含的有意義的內(nèi)容，信息是抽信息是消息中包含的有意義的內(nèi)容，信息是抽象的，因而，信息必須借助于載體象的，因而，信息必須借助于載體-消息消息，才能夠便于人們進(jìn)行信息的傳遞、交換、存，才能夠便于人們進(jìn)行信息的傳遞、交換、存儲(chǔ)和提取。儲(chǔ)和提取。1.1.1 通信的基本概念通信的基本概念消息在許多情況下不便于傳送和交換，必須轉(zhuǎn)換成適合消息在許多情況下不便于傳送和交換，必須轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)男问?，為此需要用光、聲、電等物理量?lái)運(yùn)信道傳輸?shù)男问剑瑸榇诵枰霉?、聲、電等物理量?lái)運(yùn)載，這些物理量就稱(chēng)為信號(hào)

3、。如光信號(hào)、聲信號(hào)、電信載，這些物理量就稱(chēng)為信號(hào)。如光信號(hào)、聲信號(hào)、電信號(hào)等。因此信號(hào)是用來(lái)攜帶消息的載體，但不是消息本號(hào)等。因此信號(hào)是用來(lái)攜帶消息的載體，但不是消息本身。身。通信是指通過(guò)某種媒質(zhì)將消息從一地傳輸?shù)搅硪坏氐倪^(guò)通信是指通過(guò)某種媒質(zhì)將消息從一地傳輸?shù)搅硪坏氐倪^(guò)程。簡(jiǎn)單的說(shuō)，消息傳輸就是通信。通信的目的是為了程。簡(jiǎn)單的說(shuō)，消息傳輸就是通信。通信的目的是為了獲取信息。獲取信息。1.1.2 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)信號(hào)參量幅度或者頻率隨消息作連信號(hào)參量幅度或者頻率隨消息作連續(xù)變化的信號(hào)，此信號(hào)就稱(chēng)為模擬信號(hào)續(xù)變化的信號(hào)，此信號(hào)就稱(chēng)為模擬信號(hào)，又稱(chēng)為連續(xù)信號(hào)。，又稱(chēng)為連續(xù)信號(hào)。

4、信號(hào)在時(shí)間上和幅度取值上均離散的信信號(hào)在時(shí)間上和幅度取值上均離散的信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)。號(hào)稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)。1.1.2 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)圖1-1 模擬信號(hào)圖1-2 數(shù)字信號(hào)1.1.2 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 數(shù)字信號(hào)通常可由模擬信號(hào)獲得。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)通常可由模擬信號(hào)獲得。數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、處置、傳輸，與模擬信號(hào)相比最大便于存儲(chǔ)、處置、傳輸，與模擬信號(hào)相比最大的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，噪聲不積累。的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，噪聲不積累。由于信號(hào)在通信中傳輸一段距離后，信號(hào)能量由于信號(hào)在通信中傳輸一段距離后，信號(hào)能量會(huì)受到損失，噪聲的干擾會(huì)使波形變壞，為了會(huì)受到損失

5、，噪聲的干擾會(huì)使波形變壞，為了提高其信噪比，要及時(shí)將變形的信號(hào)進(jìn)行處理、提高其信噪比，要及時(shí)將變形的信號(hào)進(jìn)行處理、放大，如圖放大，如圖1-3a所示。所示。在模擬通信中，由于傳輸?shù)男盘?hào)是模擬信號(hào)在模擬通信中，由于傳輸?shù)男盘?hào)是模擬信號(hào)幅值是連續(xù)的因此難以把噪聲干擾分開(kāi)而幅值是連續(xù)的因此難以把噪聲干擾分開(kāi)而去掉，隨著距離的增加，信號(hào)的傳輸質(zhì)量會(huì)越去掉，隨著距離的增加，信號(hào)的傳輸質(zhì)量會(huì)越來(lái)越惡化，如圖來(lái)越惡化，如圖1-3b所示。所示。1.1.2 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)圖1-3 兩類(lèi)通信方式抗干擾性能比較 只要把信息從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方，均稱(chēng)為通信。雖然通信系統(tǒng)種類(lèi)繁多、形式各異，但

6、實(shí)質(zhì)都是完成從一個(gè)地方到另一個(gè)地方的信息傳遞或交換。一個(gè)簡(jiǎn)單的傳輸電信系統(tǒng)由信源、發(fā)送器、信道、交換設(shè)備、接收器、信宿和噪聲組成。 1.1.3 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型圖1-4 電信傳輸系統(tǒng)基本模型1.1.3 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型信息源：產(chǎn)生消息的源，把人或設(shè)備發(fā)出的信息變換為原始的電信號(hào)。信息源：產(chǎn)生消息的源，把人或設(shè)備發(fā)出的信息變換為原始的電信號(hào)。發(fā)送設(shè)備：負(fù)責(zé)將信息源發(fā)出的信號(hào)變成適合于信道傳輸?shù)男盘?hào)。發(fā)送設(shè)備：負(fù)責(zé)將信息源發(fā)出的信號(hào)變成適合于信道傳輸?shù)男盘?hào)。接收設(shè)備：把從傳輸信道中接收的信號(hào)恢復(fù)成相應(yīng)原始信號(hào)的設(shè)備，與接收設(shè)備：把從傳輸信道中接收的信號(hào)恢復(fù)成相應(yīng)原始

7、信號(hào)的設(shè)備，與發(fā)送設(shè)備功能相反。發(fā)送設(shè)備功能相反。接收設(shè)備：將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息的宿端，也稱(chēng)為信宿。接收設(shè)備：將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息的宿端，也稱(chēng)為信宿。信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，是通信系統(tǒng)的重要組成部分，包括明線、電纜、信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，是通信系統(tǒng)的重要組成部分，包括明線、電纜、光纜、及無(wú)線方面的各波段的電磁波等。光纜、及無(wú)線方面的各波段的電磁波等。l1.1.數(shù)字傳輸系統(tǒng)模型數(shù)字傳輸系統(tǒng)模型 l 由于目前的通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)由于目前的通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因而，現(xiàn)代電信傳輸系統(tǒng)一般又稱(chēng)為數(shù)字傳，因而，現(xiàn)代電信傳輸系統(tǒng)一般又稱(chēng)為數(shù)字傳輸系統(tǒng)。圖輸系統(tǒng)。圖1-5

8、1-5所示為數(shù)字傳輸系統(tǒng)模型。所示為數(shù)字傳輸系統(tǒng)模型。圖1-5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)模型信源提供的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等待傳遞的信息經(jīng)信源編碼、信道編碼和調(diào)制，將其頻譜搬移到對(duì)應(yīng)傳輸介質(zhì)導(dǎo)向傳輸介質(zhì)和非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)的傳輸頻段內(nèi)，通過(guò)傳輸介質(zhì)傳輸至對(duì)方后，再經(jīng)解調(diào)等逆變換，恢復(fù)成受信者適用的信息形式，這一全過(guò)程信息所通過(guò)的通信設(shè)備的總和統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字傳輸系統(tǒng)。簡(jiǎn)單說(shuō)，傳輸系統(tǒng)起到為需要進(jìn)行信息交互的設(shè)備之間提供信息傳遞的通道。傳輸系統(tǒng)作為信道可連接兩個(gè)終端設(shè)備構(gòu)成電信系統(tǒng)，作為鏈路則可連接網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的交換系統(tǒng)構(gòu)成電信網(wǎng)。傳輸系統(tǒng)按其傳輸信號(hào)性質(zhì)可分為模擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)兩類(lèi)；按其傳輸媒質(zhì)可分為有線傳輸

9、系統(tǒng)和無(wú)線傳輸系統(tǒng)兩類(lèi)。l2.2.傳輸系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的位置傳輸系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的位置 l 圖1-6 傳輸系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的位置內(nèi)容提要內(nèi)容提要15通信基本概念及系統(tǒng)模型通信基本概念及系統(tǒng)模型電磁波及其頻段劃分電磁波及其頻段劃分微波和光波微波和光波電信傳輸信道電信傳輸信道信道的傳輸特性信道的傳輸特性發(fā)展歷史發(fā)展歷史在通信過(guò)程中，人們先把通信消息，例如：聲音、圖像、文字等轉(zhuǎn)在通信過(guò)程中，人們先把通信消息，例如：聲音、圖像、文字等轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，這些電信號(hào)以電磁波作為載體，由電磁波帶著向周?chē)優(yōu)殡娦盘?hào)，這些電信號(hào)以電磁波作為載體，由電磁波帶著向周?chē)臻g傳播。而在另一地點(diǎn)，人們利用接收機(jī)接收到這些電磁波后，

10、空間傳播。而在另一地點(diǎn)，人們利用接收機(jī)接收到這些電磁波后，又將其中的電信號(hào)還原成聲音、圖像、文字等消息，這就是信息傳又將其中的電信號(hào)還原成聲音、圖像、文字等消息，這就是信息傳播即通信的大致過(guò)程。播即通信的大致過(guò)程。通信方式一般可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)稱(chēng)為有線通信，一類(lèi)稱(chēng)為無(wú)線通通信方式一般可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)稱(chēng)為有線通信，一類(lèi)稱(chēng)為無(wú)線通信。有線通信方式是傳輸線引導(dǎo)電磁波按照一定方向進(jìn)行傳播，能信。有線通信方式是傳輸線引導(dǎo)電磁波按照一定方向進(jìn)行傳播，能量由發(fā)送方傳送到接收方，傳輸效率較高；無(wú)線通信方式是利用天量由發(fā)送方傳送到接收方，傳輸效率較高；無(wú)線通信方式是利用天線將電磁波輻射到需要的空間區(qū)域進(jìn)行信息

11、交換。線將電磁波輻射到需要的空間區(qū)域進(jìn)行信息交換。1.2 電磁波及其頻段劃分 波速波速c c和頻率（和頻率（ ）的比值稱(chēng)為波長(zhǎng)，用表示，單位是米）的比值稱(chēng)為波長(zhǎng)，用表示，單位是米m m）波長(zhǎng)與頻率成反比，波長(zhǎng)越大，頻率越小，反之，頻率越大，波長(zhǎng)波長(zhǎng)與頻率成反比，波長(zhǎng)越大，頻率越小，反之，頻率越大，波長(zhǎng)越小。越小。 在無(wú)線通信設(shè)備中，為了保證有效的發(fā)射和接收，天線的設(shè)計(jì)依據(jù)在無(wú)線通信設(shè)備中，為了保證有效的發(fā)射和接收，天線的設(shè)計(jì)依據(jù)最重要的參數(shù)就是波長(zhǎng)。天線理論要求：為了得到盡可能高的發(fā)射最重要的參數(shù)就是波長(zhǎng)。天線理論要求：為了得到盡可能高的發(fā)射效率，天線的長(zhǎng)度效率，天線的長(zhǎng)度L L要與發(fā)射信號(hào)的

12、波長(zhǎng)相比擬，通常要求要與發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)相比擬，通常要求1.2 電磁波及其頻段劃分 cf42L1.2.1 電磁波段劃分電磁波段劃分圖1-7 電磁波段劃分1.2.1 電磁波段劃分電磁波段劃分當(dāng)電磁波頻率不高時(shí)，如米波以上波長(zhǎng)范圍，廣當(dāng)電磁波頻率不高時(shí)，如米波以上波長(zhǎng)范圍，廣泛應(yīng)用雙線傳輸線來(lái)傳輸電信號(hào)。泛應(yīng)用雙線傳輸線來(lái)傳輸電信號(hào)。同軸線可用于較高頻率，如分米波及厘米波波段。同軸線可用于較高頻率，如分米波及厘米波波段。當(dāng)頻率更高時(shí)，如微波頻段，就需要波導(dǎo)來(lái)進(jìn)行當(dāng)頻率更高時(shí)，如微波頻段，就需要波導(dǎo)來(lái)進(jìn)行傳輸電信號(hào)。傳輸電信號(hào)。當(dāng)頻率達(dá)到光波時(shí)就選用光纖作為傳輸介質(zhì)。當(dāng)頻率達(dá)到光波時(shí)就選用光纖作為傳輸

13、介質(zhì)。 1.2.2 各波段的特點(diǎn)及應(yīng)用各波段的特點(diǎn)及應(yīng)用 甚長(zhǎng)波和長(zhǎng)波波段甚長(zhǎng)波和長(zhǎng)波波段 中波波段中波波段 短波波段短波波段 米波、分米波的一部分波段米波、分米波的一部分波段 厘米波波段厘米波波段 毫米波波段毫米波波段（1 1甚長(zhǎng)波和長(zhǎng)波波段甚長(zhǎng)波和長(zhǎng)波波段 該波段可以用天波和地波傳播，而主要以地波傳播該波段可以用天波和地波傳播，而主要以地波傳播方式為主。因地波傳播頻率愈高，大地的吸收愈大，方式為主。因地波傳播頻率愈高，大地的吸收愈大，故在無(wú)線電的早期是向低頻率的方向發(fā)展。該波段主故在無(wú)線電的早期是向低頻率的方向發(fā)展。該波段主要用于無(wú)線電導(dǎo)航航空和航海）、定點(diǎn)通信、海上要用于無(wú)線電導(dǎo)航航空和

14、航海）、定點(diǎn)通信、海上移動(dòng)通信和廣播。移動(dòng)通信和廣播。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：傳播距離長(zhǎng)，在海水上應(yīng)用數(shù)千瓦的功率可以實(shí)現(xiàn)傳播距離長(zhǎng)，在海水上應(yīng)用數(shù)千瓦的功率可以實(shí)現(xiàn)30003000公里的通信。公里的通信。電離層擾動(dòng)的影響小。長(zhǎng)波傳播穩(wěn)定，基本沒(méi)有衰落電離層擾動(dòng)的影響小。長(zhǎng)波傳播穩(wěn)定，基本沒(méi)有衰落現(xiàn)象?，F(xiàn)象。波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，大地或海水的吸收愈小，因此適宜于水下波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，大地或海水的吸收愈小，因此適宜于水下和地下通信。和地下通信。缺點(diǎn)：容量小；大氣噪聲干擾大；需要大的天線。缺點(diǎn)：容量?。淮髿庠肼暩蓴_大；需要大的天線。（2 2中波波段中波波段 在中波，電磁波主要的傳播方式是地波傳播在中波，電磁波主要的傳播方式是地波

15、傳播。在這一頻段的低端比高端傳播得更好。出于頻率。在這一頻段的低端比高端傳播得更好。出于頻率增高，地面的情況差別已不太顯著。該波段主要用增高，地面的情況差別已不太顯著。該波段主要用于廣播、無(wú)線電導(dǎo)航航空和航海）、海上移動(dòng)通于廣播、無(wú)線電導(dǎo)航航空和航海）、海上移動(dòng)通信。由于中波傳播的特點(diǎn)，特別適宜于地區(qū)性的廣信。由于中波傳播的特點(diǎn)，特別適宜于地區(qū)性的廣播業(yè)務(wù)。在該頻段信號(hào)穩(wěn)定。播業(yè)務(wù)。在該頻段信號(hào)穩(wěn)定。（3 3短波波段短波波段 優(yōu)點(diǎn)在于短波電離層通信簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)在于短波電離層通信簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，可用小功率和小得多的天線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。成本低，可用小功率和小得多的天線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信

16、。 也有其缺點(diǎn)即通信不穩(wěn)定；有嚴(yán)重的衰落，也有其缺點(diǎn)即通信不穩(wěn)定；有嚴(yán)重的衰落，必須采用分集接收才能得到較穩(wěn)定的通信；它還受電必須采用分集接收才能得到較穩(wěn)定的通信；它還受電離層擾動(dòng)的影響，大氣等自然干擾也比較大。離層擾動(dòng)的影響，大氣等自然干擾也比較大。 除軍用戰(zhàn)術(shù)小型電臺(tái)還采用短波地波通信除軍用戰(zhàn)術(shù)小型電臺(tái)還采用短波地波通信外，其它地方是很少采用的。外，其它地方是很少采用的。（4 4米波、分米波的一部分波段米波、分米波的一部分波段 這一波段是一個(gè)這一波段是一個(gè)“中間波段。它基本上不中間波段。它基本上不能被電離層反射，地波傳播的距離非常短，因此該能被電離層反射，地波傳播的距離非常短，因此該波段主

17、要的傳播方式是視距內(nèi)的空間波傳播，以及波段主要的傳播方式是視距內(nèi)的空間波傳播，以及對(duì)流層散射和電離層散射。該頻段的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于對(duì)流層散射和電離層散射。該頻段的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于低容量系統(tǒng)可以用小尺寸天線。明顯地，這種特點(diǎn)低容量系統(tǒng)可以用小尺寸天線。明顯地，這種特點(diǎn)特別適宜于移動(dòng)通信。特別適宜于移動(dòng)通信。（5 5短波波段短波波段 該頻段的傳播特點(diǎn)是視距傳播，大氣噪聲該頻段的傳播特點(diǎn)是視距傳播，大氣噪聲低，但在某些頻率區(qū)域低，但在某些頻率區(qū)域3 3厘米波長(zhǎng)），大氣水汽厘米波長(zhǎng)），大氣水汽吸收比較大。另外，該頻段也用散射方式傳播。在該吸收比較大。另外，該頻段也用散射方式傳播。在該頻段中，由于沒(méi)有大氣噪聲的

18、干擾，同時(shí)波長(zhǎng)短的天頻段中，由于沒(méi)有大氣噪聲的干擾，同時(shí)波長(zhǎng)短的天線的波束容易做的很窄，所以無(wú)線電導(dǎo)航和雷達(dá)特別線的波束容易做的很窄，所以無(wú)線電導(dǎo)航和雷達(dá)特別適合。目前已經(jīng)將此波段分配給定點(diǎn)及移動(dòng)通信、導(dǎo)適合。目前已經(jīng)將此波段分配給定點(diǎn)及移動(dòng)通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、氣象、無(wú)線電天文學(xué)、空間通信、業(yè)余無(wú)航、雷達(dá)、氣象、無(wú)線電天文學(xué)、空間通信、業(yè)余無(wú)線電使用。線電使用。（6 6毫米波波段毫米波波段 該波段的優(yōu)點(diǎn)是：具有極寬的帶寬；波束窄；與激光相比，毫該波段的優(yōu)點(diǎn)是：具有極寬的帶寬；波束窄；與激光相比，毫米波的傳播受氣候的影響要小得多，可以認(rèn)為具有全天候特性米波的傳播受氣候的影響要小得多，可以認(rèn)為具有全

19、天候特性；和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多，因此毫米波系；和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多，因此毫米波系統(tǒng)更容易小型化等優(yōu)點(diǎn)。統(tǒng)更容易小型化等優(yōu)點(diǎn)。 其缺點(diǎn)是：大氣中傳播衰減嚴(yán)重；器件加工精度要求高。其缺點(diǎn)是：大氣中傳播衰減嚴(yán)重；器件加工精度要求高。 毫米波在通信、雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感技術(shù)、射電天文學(xué)、臨床醫(yī)毫米波在通信、雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感技術(shù)、射電天文學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和波譜學(xué)方面都有重大的意義。利用大氣窗口的毫米波頻率學(xué)和波譜學(xué)方面都有重大的意義。利用大氣窗口的毫米波頻率可實(shí)現(xiàn)大容量的衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)大容量的衛(wèi)星- -地面通信或地面中繼通信。地面通信或地面中繼通信。 從從4040千兆赫到千兆赫到

20、30003000千兆赫這是光波的下限千兆赫這是光波的下限) )，除了激光以外，除了激光以外，還未能很好的加以利用。有待于以后的研究和發(fā)展。，還未能很好的加以利用。有待于以后的研究和發(fā)展。內(nèi)容提要內(nèi)容提要25通信基本概念及系統(tǒng)模型通信基本概念及系統(tǒng)模型電磁波及其頻段劃分電磁波及其頻段劃分微波和光波微波和光波電信傳輸信道電信傳輸信道信道的傳輸特性信道的傳輸特性發(fā)展歷史發(fā)展歷史1.3 微波和光波 1.3.1 微波及其特點(diǎn)微波及其特點(diǎn) 微波是一個(gè)非常特殊的電磁波段，頻率為300MHz-300GHz的電磁波，微波的波長(zhǎng)在0.1mm1m之間。能提供的通信容量較大，在目前得到了快速發(fā)展。 微波波段有著不同于

21、其他波段的重要特點(diǎn)：似光性和擬聲性頻率高，提供的容量大微波能穿透電離層傳播散射特性 1.3.1 微波及其特點(diǎn)微波及其特點(diǎn) 微波在通信中的作用就是利用微波作為信息的載體來(lái)傳輸信息。在發(fā)信方，用振蕩器產(chǎn)生微波，再用調(diào)制器使微波攜帶信息，然后將它們放大，最后送到天線上輻射出去。帶著信息的微波為遠(yuǎn)方的接收機(jī)所接收，再用解調(diào)器將信息取出，微波便完成了傳輸?shù)娜蝿?wù)。 1.3.2 光波光波光波是指波長(zhǎng)在0.33m之間的電磁波。因?yàn)楣馐请姶挪ǖ囊环N，故有此稱(chēng)。光具有波粒二象性，也就是說(shuō)微觀來(lái)看，由光子組成，具有粒子性；但是宏觀來(lái)看又表現(xiàn)出波動(dòng)性。光波的傳播實(shí)際是電磁波的傳播，光波在大氣中傳播時(shí)，受到大氣的吸收、

22、散射、折射和閃爍等影響，影響程度與光波波長(zhǎng)有密切關(guān)系。作為一種波，向外輻射能量，光纖通信就是利用光波作為載頻和光纖作為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。它是以激光作為信息的載體，光波工作在電磁波頻譜圖中的近紅外區(qū)，即波長(zhǎng)是0.8m-1.8m，對(duì)應(yīng)的頻率為167THz-375THz。光波內(nèi)容提要內(nèi)容提要29通信基本概念及系統(tǒng)模型通信基本概念及系統(tǒng)模型電磁波及其頻段劃分電磁波及其頻段劃分微波和光波微波和光波電信傳輸信道電信傳輸信道信道的傳輸特性信道的傳輸特性發(fā)展歷史發(fā)展歷史1.4 電信傳輸信道 1.4.1 信息傳輸信息傳輸 信息傳輸就是將攜帶信息的信號(hào)經(jīng)信道由一端傳送到另一端的過(guò)程。信源提供的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖

23、像等需要傳遞的信息由用戶(hù)終端設(shè)備變換成需要的信號(hào)形式，經(jīng)傳輸終端設(shè)備進(jìn)行調(diào)制，將其頻譜搬移到對(duì)應(yīng)傳輸媒質(zhì)的傳輸頻段內(nèi)，通過(guò)信道傳輸?shù)綄?duì)方后，再經(jīng)解調(diào)等逆變換，恢復(fù)成信宿適合的消息形式。信息本身并不能被傳送或接收，必須有載體，如電信號(hào)、光信號(hào)等。 1.4.2 信道概念及分類(lèi)信道概念及分類(lèi) 信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?。信道由各種各樣的傳輸媒質(zhì)支撐，傳輸媒質(zhì)是用于承載傳輸信息的物理媒體，是傳遞信號(hào)的通道，提供兩地之間的傳輸通路。 根據(jù)傳輸媒質(zhì)是否有形信道分為兩種：一是電磁信號(hào)在某種有形的傳輸線上傳輸?shù)挠芯€信道，目前主要由電纜、光纜構(gòu)成。二是電磁信號(hào)在自由空間中傳輸?shù)臒o(wú)線信道，主要由微波、衛(wèi)星、移動(dòng)無(wú)線信道

24、組成。 1.4.3 有線傳輸信道有線傳輸信道 不同的通信媒體具有不同的屬性，應(yīng)針對(duì)不同的用途應(yīng)用在不同的場(chǎng)合，發(fā)揮不同通信媒體的最佳效能。 有線信道的電磁能量被約束在某種傳輸線上傳輸，包括平行導(dǎo)體傳輸線、同軸電纜傳輸線、微帶傳輸線、波導(dǎo)傳輸線、光纖傳輸線等。（1 1架空明線和平行雙線電纜架空明線和平行雙線電纜 架空明線是利用金屬裸導(dǎo)線捆扎在固定的線擔(dān)上的絕緣子上，是架空明線是利用金屬裸導(dǎo)線捆扎在固定的線擔(dān)上的絕緣子上，是架設(shè)在電線桿上的一種通信線路。如圖架設(shè)在電線桿上的一種通信線路。如圖1-8(a)1-8(a)所示。所示。 平行雙線電纜是一種雙線平行導(dǎo)體傳輸線，如圖平行雙線電纜是一種雙線平行導(dǎo)

25、體傳輸線，如圖1-8(b)1-8(b)所示。所示。 （a架空明線 （b平行雙線電纜圖1-8架空明線和平行雙線電纜圖1-9 對(duì)稱(chēng)電纜和雙絞線電纜（1 1架空明線和平行雙線電纜架空明線和平行雙線電纜 架空明線主要由導(dǎo)線、電桿、線擔(dān)、絕緣子和拉線等組成，如架空明線主要由導(dǎo)線、電桿、線擔(dān)、絕緣子和拉線等組成，如圖圖1-6(a)1-6(a)所示。架空明線暴露在大自然環(huán)境中，它的惟一優(yōu)點(diǎn)所示。架空明線暴露在大自然環(huán)境中，它的惟一優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因?yàn)闆](méi)有屏蔽，所以明線傳輸線輻射損耗高并且是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因?yàn)闆](méi)有屏蔽，所以明線傳輸線輻射損耗高并且易受噪聲及外界電磁場(chǎng)的干擾。易受噪聲及外界電磁場(chǎng)的干擾。 平行雙線電

26、纜是一種雙線平行導(dǎo)體傳輸線，兩個(gè)導(dǎo)體承載電流平行雙線電纜是一種雙線平行導(dǎo)體傳輸線，兩個(gè)導(dǎo)體承載電流，其中一個(gè)導(dǎo)體承載發(fā)出的信號(hào)，另一個(gè)承載返回的信號(hào)，任，其中一個(gè)導(dǎo)體承載發(fā)出的信號(hào)，另一個(gè)承載返回的信號(hào)，任何一對(duì)傳輸線都可以在平衡模式下工作，如圖何一對(duì)傳輸線都可以在平衡模式下工作，如圖1-6(b)1-6(b)所示。所示。（2 2對(duì)稱(chēng)電纜對(duì)稱(chēng)電纜 對(duì)稱(chēng)電纜是由若干條扭絞成對(duì)或組的導(dǎo)電芯線加絕緣層組合而對(duì)稱(chēng)電纜是由若干條扭絞成對(duì)或組的導(dǎo)電芯線加絕緣層組合而成的纜芯，以及在纜芯外面加上金屬編織物等構(gòu)成。如圖成的纜芯，以及在纜芯外面加上金屬編織物等構(gòu)成。如圖1-91-9a a所示。目前，最常用的是軟銅

27、線，也有采用半硬鋁線，對(duì)稱(chēng)電纜主所示。目前，最常用的是軟銅線，也有采用半硬鋁線，對(duì)稱(chēng)電纜主要用于市話(huà)用戶(hù)的電話(huà)線。要用于市話(huà)用戶(hù)的電話(huà)線。 圖1-9 對(duì)稱(chēng)電纜和雙絞線電纜 導(dǎo)電芯線必須具有良好的導(dǎo)電性、柔軟性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 絕緣層是為保證芯線之間和芯線與護(hù)層之間具有良好的絕緣性能，在每根導(dǎo)線外包裹絕緣紙帶或聚苯乙烯或聚烯烴塑料層。編織物要連接到地，起屏蔽作用，以減少輻射損耗和干擾，金屬編織物可以避免信號(hào)輻射出去，也可以阻止電磁干擾到達(dá)內(nèi)部的信號(hào)導(dǎo)體。然后再覆蓋保護(hù)的塑料外套。外面再包裹護(hù)層的一個(gè)整體。（3 3雙絞線雙絞線 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最多是雙絞線電纜簡(jiǎn)稱(chēng)雙絞線）。雙絞線電在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

28、中應(yīng)用最多是雙絞線電纜簡(jiǎn)稱(chēng)雙絞線）。雙絞線電纜是由兩根絕緣的導(dǎo)體扭絞封裝在一個(gè)絕緣外套中而形成的一種傳纜是由兩根絕緣的導(dǎo)體扭絞封裝在一個(gè)絕緣外套中而形成的一種傳輸介質(zhì)，通常以對(duì)為單位，并把它作為電纜的內(nèi)核，根據(jù)用途不同輸介質(zhì)，通常以對(duì)為單位，并把它作為電纜的內(nèi)核，根據(jù)用途不同，其芯線要覆以不同的護(hù)套。雙絞線是目前局域網(wǎng)最常用到的一種，其芯線要覆以不同的護(hù)套。雙絞線是目前局域網(wǎng)最常用到的一種電纜，它既可以傳輸模擬信號(hào)又可以傳輸數(shù)字信號(hào)。雙絞線電纜如電纜，它既可以傳輸模擬信號(hào)又可以傳輸數(shù)字信號(hào)。雙絞線電纜如圖圖1-9(b)1-9(b)所示。所示。 圖1-9 對(duì)稱(chēng)電纜和雙絞線電纜（4 4同軸電纜同軸

29、電纜 同軸導(dǎo)體被廣泛地用于高頻應(yīng)用以減少損耗并隔絕傳輸線路。基本同軸導(dǎo)體被廣泛地用于高頻應(yīng)用以減少損耗并隔絕傳輸線路?；镜耐S電纜包括一個(gè)中心導(dǎo)體，周?chē)峭牡牡耐S電纜包括一個(gè)中心導(dǎo)體，周?chē)峭牡? (與中心距離相同與中心距離相同) )外外部導(dǎo)體。在相對(duì)高的頻段上，同軸外導(dǎo)體提供極好的屏蔽以防止外部導(dǎo)體。在相對(duì)高的頻段上，同軸外導(dǎo)體提供極好的屏蔽以防止外部干擾。廣泛使用的同軸電纜有兩種，一種是阻抗部干擾。廣泛使用的同軸電纜有兩種，一種是阻抗5050的基帶同軸電的基帶同軸電纜，主要用于傳輸數(shù)字信號(hào)；另一種是阻抗為纜，主要用于傳輸數(shù)字信號(hào)；另一種是阻抗為7575的寬帶同軸電纜，的寬帶同軸電纜

30、，主要用于傳輸模擬信號(hào)，如閉路電視信號(hào)等。主要用于傳輸模擬信號(hào)，如閉路電視信號(hào)等。 圖1-9 同軸電纜固態(tài)柔韌型）（5 5微帶線和矩形波導(dǎo)微帶線和矩形波導(dǎo) 微帶線應(yīng)用于高頻微帶線應(yīng)用于高頻(300(3003000 MHz)3000 MHz)。在印制電路板。在印制電路板(PC(PC，Printed Printed Circuit)Circuit)上使用銅線構(gòu)成的特殊傳輸線稱(chēng)為微帶線或帶狀線，已在上使用銅線構(gòu)成的特殊傳輸線稱(chēng)為微帶線或帶狀線，已在PCPC板上被用于元件的連接。如圖板上被用于元件的連接。如圖1-11(a)1-11(a)給出了一個(gè)簡(jiǎn)化的單軌微給出了一個(gè)簡(jiǎn)化的單軌微帶線路。帶線路。 波導(dǎo)

31、波導(dǎo)(Wave Guide)(Wave Guide)的最簡(jiǎn)單形式是一個(gè)空心導(dǎo)管，其橫截面通常是的最簡(jiǎn)單形式是一個(gè)空心導(dǎo)管，其橫截面通常是矩形，如圖矩形，如圖1-11(b)1-11(b)所示，但也有圓形或橢圓形波導(dǎo)，可以限定電所示，但也有圓形或橢圓形波導(dǎo)，可以限定電磁波能量的邊界，最常用的波導(dǎo)是矩形波導(dǎo)。磁波能量的邊界，最常用的波導(dǎo)是矩形波導(dǎo)。 圖1-11 微帶線和矩形波導(dǎo)（6 6光纖光纖 光纖光纜已在長(zhǎng)途通信網(wǎng)、市話(huà)通信網(wǎng)中取代原用的電纜，光纖光纜已在長(zhǎng)途通信網(wǎng)、市話(huà)通信網(wǎng)中取代原用的電纜， 光纜光纖具有重量輕、傳輸容量大、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)等光纜光纖具有重量輕、傳輸容量大、頻帶寬、抗干擾能

32、力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。 光纖是利用光的全反射特性來(lái)導(dǎo)光的。光纖光纖是利用光的全反射特性來(lái)導(dǎo)光的。光纖Optical FiberOptical Fiber是是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲，其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲，其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1-121-12所示。所示。圖1-12 光纖結(jié)構(gòu)圖（6 6光纖光纖 由于光纖纖芯細(xì)如發(fā)絲，由由于光纖纖芯細(xì)如發(fā)絲，由Si02Si02玻璃纖維組成，質(zhì)地脆弱。為了使玻璃纖維組成，質(zhì)地脆弱。為了使光纖能在工程中實(shí)用化，要承受工程中拉伸、側(cè)壓和各種外力作用光纖能在工程中實(shí)用化，要承受工程中拉伸、側(cè)壓和各種外力作用，且要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度

33、而使性能穩(wěn)定。因而，工程應(yīng)用中需增，且要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度而使性能穩(wěn)定。因而，工程應(yīng)用中需增加填充物、護(hù)套、涂敷處理及加強(qiáng)件，使光纖的強(qiáng)度提高，并將光加填充物、護(hù)套、涂敷處理及加強(qiáng)件，使光纖的強(qiáng)度提高，并將光纖制成不同結(jié)構(gòu)、不同形狀和不同種類(lèi)的光纜，才能適應(yīng)不環(huán)境下纖制成不同結(jié)構(gòu)、不同形狀和不同種類(lèi)的光纜，才能適應(yīng)不環(huán)境下光纖通信的需要。光纖通信的需要。圖1-13 光纖結(jié)構(gòu)及剖面示意圖 1.4.4 無(wú)線傳輸信道無(wú)線傳輸信道 無(wú)線信道的介質(zhì)是自由空間，電磁波在大氣層、電離層或外層空間傳送，如短波電離層、散射信道、微波視距信道、衛(wèi)星遠(yuǎn)程自由空間的恒定參數(shù)信道等。在無(wú)線信道中信號(hào)的傳遞是利用電磁波在

34、大氣層的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 原則上，任何頻率的電磁波都可以產(chǎn)生，但是，為了構(gòu)成一條無(wú)線信道，實(shí)現(xiàn)有效地發(fā)射或接收電磁波尤為重要 ，其中一點(diǎn)是要求天線的長(zhǎng)度(L)不小于電磁波波長(zhǎng)( )的 。1142 無(wú)線電波的傳播方式無(wú)線電波的傳播方式 在地球大氣層以?xún)?nèi)傳播的電磁波稱(chēng)為陸地波在地球大氣層以?xún)?nèi)傳播的電磁波稱(chēng)為陸地波(Terrestrial Wave)，因而，在地球上兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間的通信稱(chēng)為地面無(wú)線，因而，在地球上兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間的通信稱(chēng)為地面無(wú)線電通信。陸地波會(huì)受到大氣層以及地球表面的影響。在地面電通信。陸地波會(huì)受到大氣層以及地球表面的影響。在地面無(wú)線電通信中，電磁波的傳播有若干種傳播形式，究竟以哪無(wú)線

35、電通信中，電磁波的傳播有若干種傳播形式，究竟以哪種形式傳播取決于系統(tǒng)的類(lèi)型及外界條件。除地球大氣引起種形式傳播取決于系統(tǒng)的類(lèi)型及外界條件。除地球大氣引起傳播路徑改變外，電磁波總是以直線傳播。實(shí)際上，在地球傳播路徑改變外，電磁波總是以直線傳播。實(shí)際上，在地球大氣層內(nèi)的電磁波有三種傳播方式：地波、空間波大氣層內(nèi)的電磁波有三種傳播方式：地波、空間波(包括直射包括直射波和大地反射波波和大地反射波)以及天波。以及天波。 （1 1地波地波 沿地面?zhèn)鞑サ臒o(wú)線電波叫地波，又叫表面波。由于地球表面也存在沿地面?zhèn)鞑サ臒o(wú)線電波叫地波，又叫表面波。由于地球表面也存在著電阻損耗和介質(zhì)損耗，因此地波在傳播過(guò)程中也必然產(chǎn)生

36、衰減。著電阻損耗和介質(zhì)損耗，因此地波在傳播過(guò)程中也必然產(chǎn)生衰減。電波的波長(zhǎng)越短，越容易被地面吸收，因此只有長(zhǎng)波和中波能在地電波的波長(zhǎng)越短，越容易被地面吸收，因此只有長(zhǎng)波和中波能在地面?zhèn)鞑?。地波傳播的特點(diǎn)是信號(hào)比較穩(wěn)定，基本上不受天氣的影響面?zhèn)鞑?。地波傳播的特點(diǎn)是信號(hào)比較穩(wěn)定，基本上不受天氣的影響。地波最適于在良導(dǎo)體的表面上進(jìn)行傳播，如海面。在干燥的沙漠。地波最適于在良導(dǎo)體的表面上進(jìn)行傳播，如海面。在干燥的沙漠地區(qū)則很難傳播。地波傳播一般多用于艦船之間的通信以及船與岸地區(qū)則很難傳播。地波傳播一般多用于艦船之間的通信以及船與岸之間的通信，還常用于無(wú)線電導(dǎo)航和海上移動(dòng)通信。之間的通信，還常用于無(wú)線電

37、導(dǎo)航和海上移動(dòng)通信。圖1-16 地波傳播（2 2空間波空間波 空間波包括直射波和地面反射波空間波包括直射波和地面反射波( (如圖如圖1-151-15所示所示) )。直射波。直射波(Direct (Direct Wave)Wave)在發(fā)射天線與接收天線之間以直線傳播。以直射波傳播的空在發(fā)射天線與接收天線之間以直線傳播。以直射波傳播的空間波一般稱(chēng)為視距間波一般稱(chēng)為視距(LOS(LOS，Line of Sight)Line of Sight)傳輸。因而，空間波的傳傳輸。因而，空間波的傳播受到地球表面曲率的限制。地面反射波播受到地球表面曲率的限制。地面反射波(Ground Reflected (Gro

38、und Reflected Wave)Wave)是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間靠地球表面對(duì)波的反射進(jìn)行傳播的是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間靠地球表面對(duì)波的反射進(jìn)行傳播的。圖1-17 空間波的傳播（3 3天波天波 一般天波一般天波(Sky Wave)(Sky Wave)是在某一方向上相對(duì)于地球仰起一個(gè)很是在某一方向上相對(duì)于地球仰起一個(gè)很大的角度來(lái)輻射的電磁波。天波是朝著天空輻射并憑借電離層反射大的角度來(lái)輻射的電磁波。天波是朝著天空輻射并憑借電離層反射或折射回地面的。正是由于這個(gè)原因，天波傳播的這種形式有時(shí)也或折射回地面的。正是由于這個(gè)原因，天波傳播的這種形式有時(shí)也稱(chēng)為電離層傳播。稱(chēng)為電離層傳播。 天波的傳播離地

39、球越遠(yuǎn)，電離作用就越強(qiáng)，只有很少的分子天波的傳播離地球越遠(yuǎn)，電離作用就越強(qiáng)，只有很少的分子被電離。因而，在大氣層的高層區(qū)域，分子電離的比例要比大氣層被電離。因而，在大氣層的高層區(qū)域，分子電離的比例要比大氣層的低層區(qū)域高很多。電離的密度越高，折射率越大。的低層區(qū)域高很多。電離的密度越高，折射率越大。無(wú)線電波的傳播方式無(wú)線電波的傳播方式 綜上所述：中、長(zhǎng)波均利用地波方式進(jìn)行傳播；綜上所述：中、長(zhǎng)波均利用地波方式進(jìn)行傳播；超短波用空間波方式進(jìn)行傳播；短波主要靠天波傳播超短波用空間波方式進(jìn)行傳播；短波主要靠天波傳播。 表1-3 不同波長(zhǎng)電磁波傳播方式電磁波段超長(zhǎng)波長(zhǎng)波中波短波米波分米波微波傳播方式空間

40、波為主地波為主地波與天波天波與地波空間波空間波空間波天波內(nèi)容提要內(nèi)容提要48通信基本概念及系統(tǒng)模型通信基本概念及系統(tǒng)模型電磁波及其頻段劃分電磁波及其頻段劃分微波和光波微波和光波電信傳輸信道電信傳輸信道信道的傳輸特性信道的傳輸特性發(fā)展歷史發(fā)展歷史1.5 信道的傳輸特性 1.5.1 幅頻與相頻傳輸特性幅頻與相頻傳輸特性 信道的傳輸特性分為幅頻傳輸特性和相頻傳輸特性。有線信道和無(wú)線信道二者都是以幅頻特性與相頻特性來(lái)描述信道對(duì)通過(guò)信號(hào)的影響的。幅頻傳輸特性:幅頻傳輸特性是信道在各頻率下的幅度衰耗與頻率的關(guān)系曲線，它將影響信號(hào)的幅度衰減量。相頻傳輸特性:是信道在各頻率下的相位移與頻率的關(guān)系曲線，它將影響

41、被傳輸信號(hào)的相位移。 1.5.1 幅頻與相頻傳輸特性幅頻與相頻傳輸特性理想幅頻傳輸特性是其通帶內(nèi)特性平穩(wěn)，即特性曲線是一條水平直線，否則將導(dǎo)致信號(hào)幅度失真。理想相頻傳輸特性是一條通過(guò)f = 0 Hz原點(diǎn)的斜直線，頻率分量高的信號(hào)相移大，頻率分量小的相移小。圖1-19 理想有線信道的傳輸特性 1.5.2 信道的衰減信道的衰減在信道中傳遞的信號(hào)，由于傳輸介質(zhì)的特性，信號(hào)傳輸中必然會(huì)產(chǎn)生能量的損失，這種能量的損失，我們稱(chēng)之為衰減或衰耗。傳輸信道距離越長(zhǎng)衰減越大，其度量一般用(dB)電平表示，其dB的定義為：采用信號(hào)輸入輸出端功率比值取10倍常用對(duì)數(shù)來(lái)表示，稱(chēng)之為分貝。在通信系統(tǒng)中，信號(hào)其傳輸一般用相

42、對(duì)電平來(lái)表示，如果上式中參考點(diǎn)為Po，輸出點(diǎn)為Pi，若P0的單位用mw表示，則電平為dBm，稱(chēng)dB毫瓦，如P單位用W表示，則電平為dBW或稱(chēng)為dB瓦。PlgP入出dB=10oidBmPPlg10)( 1.5.3 信道中的噪聲與干擾信道中的噪聲與干擾信號(hào)在信道傳輸過(guò)程中，會(huì)遇到各種情況的干擾和噪聲。傳輸中最主要的一種噪聲是加性白高斯噪聲，加性是指噪聲與傳送的信號(hào)遵從簡(jiǎn)單的線性疊加關(guān)系，白噪聲是指噪聲的頻譜是平坦的，高斯噪聲是指噪聲的分布服從正態(tài)分布。在加性白高斯噪聲信道中，接收信號(hào)為 s tu tv t圖 1-20 加性白高斯噪聲信道 1.5.3 信道中的噪聲與干擾信道中的噪聲與干擾 具體來(lái)說(shuō)，

43、按照來(lái)源噪聲和干擾可分為系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲與外部的干擾。系統(tǒng)內(nèi)部噪聲：系統(tǒng)內(nèi)部半導(dǎo)體器件中的少數(shù)載流子的隨機(jī)擴(kuò)散與電子-空穴對(duì)的隨機(jī)復(fù)合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生散彈噪聲；通信設(shè)備中的元器件的熱運(yùn)動(dòng)絕對(duì)溫度零度以上都有產(chǎn)生白噪聲。以上兩種噪聲是不可避免的，只能通過(guò)改良通信設(shè)備的工藝來(lái)避免或改善。系統(tǒng)外部的干擾：通信設(shè)備工作時(shí)，處于強(qiáng)電磁環(huán)境中，一方面受到自然界雷電、太陽(yáng)黑子活動(dòng)等引起的電磁暴；另一方面受其它無(wú)線電設(shè)備發(fā)射電磁波，市電50Hz信號(hào)的干擾。這種外界干擾，可通過(guò)降低外界干擾源的干擾和增強(qiáng)通信設(shè)備的屏蔽能力來(lái)改善。 1.5.4 電信傳輸系統(tǒng)性能指標(biāo)電信傳輸系統(tǒng)性能指標(biāo) 現(xiàn)代通信中傳遞和交流的基本上都是數(shù)字化

44、的信息，數(shù)字化技術(shù)是現(xiàn)代通信的基本特征。 從數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)慕嵌壬峡?，電信傳輸系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)分為有效性和可靠性指標(biāo)，其中有效性指標(biāo)常用信息傳輸速率、碼元傳輸速率(符號(hào)速率)、頻帶利用率等表示，可靠性指標(biāo)常用誤碼率和抖動(dòng)容限表示。（1 1信息傳輸速率信息傳輸速率 是指在單位時(shí)間是指在單位時(shí)間( (每秒每秒) )傳送的信息量，與稱(chēng)傳信率。傳送的信息量，與稱(chēng)傳信率。 在信息論中，對(duì)數(shù)字傳輸信息量的度量單位為在信息論中，對(duì)數(shù)字傳輸信息量的度量單位為“比特比特”，即一個(gè)二，即一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)進(jìn)制符號(hào)( (“1 1或或“0 0”) )所含的信息量是一個(gè)所含的信息量是一個(gè)“比特比特”。所以，數(shù)。所以，數(shù)字信

45、號(hào)信息傳輸速率單位是比特字信號(hào)信息傳輸速率單位是比特/ /秒秒bit/sbit/s），單位還有），單位還有Kbit/sKbit/s、Mbit/sMbit/s、Gbit/sGbit/s、Tbit/sTbit/s，一般用符號(hào)，一般用符號(hào)fbfb表示。表示。 例例1-1 1-1 某數(shù)字通信系統(tǒng)，它每秒鐘傳輸某數(shù)字通信系統(tǒng)，它每秒鐘傳輸20482048103103個(gè)二進(jìn)制碼元，個(gè)二進(jìn)制碼元，則它的信息傳輸速率為多少？則它的信息傳輸速率為多少？解解 該系統(tǒng)信息佶速率為：該系統(tǒng)信息佶速率為：fb=2048fb=2048103103比特比特/ /秒。秒。（2 2碼元符號(hào)傳輸速率碼元符號(hào)傳輸速率 也稱(chēng)為符號(hào)傳

46、輸速率，或碼元速率。它是指單位時(shí)間也稱(chēng)為符號(hào)傳輸速率，或碼元速率。它是指單位時(shí)間( (每秒每秒) )所傳輸?shù)拇a元數(shù)目，其單位稱(chēng)為波特。這里的碼元一般指多進(jìn)制，所傳輸?shù)拇a元數(shù)目，其單位稱(chēng)為波特。這里的碼元一般指多進(jìn)制，如：二進(jìn)制、四進(jìn)制等，其轉(zhuǎn)換公式為：如：二進(jìn)制、四進(jìn)制等，其轉(zhuǎn)換公式為： 式中，式中，fbfb為信息傳輸速率為信息傳輸速率( (二進(jìn)制傳輸速率二進(jìn)制傳輸速率) )；fBfB表示波特?cái)?shù)表示波特?cái)?shù)( (消息消息速率速率) )，其單位為波特，其單位為波特BdBd，或，或BaudBaud）；）；M M為符號(hào)進(jìn)制數(shù)為符號(hào)進(jìn)制數(shù)( (碼元進(jìn)制碼元進(jìn)制數(shù)數(shù)) ) 例例1-2 1-2 已知某系統(tǒng)的

47、碼元傳輸速率為已知某系統(tǒng)的碼元傳輸速率為600 Baud600 Baud，如果系統(tǒng)傳輸二進(jìn)，如果系統(tǒng)傳輸二進(jìn)制和四進(jìn)制碼元時(shí)對(duì)應(yīng)的信息速率分別為多少？制和四進(jìn)制碼元時(shí)對(duì)應(yīng)的信息速率分別為多少？ 解：解： 二進(jìn)制碼元時(shí)，二進(jìn)制碼元時(shí)，M = 2M = 2，代入公式，代入公式4.64.6計(jì)算出信息傳輸速計(jì)算出信息傳輸速率率fb = 600 bit/sfb = 600 bit/s；四進(jìn)制碼元時(shí)，；四進(jìn)制碼元時(shí)，M = 4M = 4，信息傳輸速率，信息傳輸速率fb = fb = 1200 b/s1200 b/s。MffBb2log（3 3頻帶利用率頻帶利用率 是指單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。傳輸?shù)乃俾视撸?/p>

48、所占用的信是指單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。傳輸?shù)乃俾视撸加玫男诺李l帶愈寬。通常用來(lái)表示數(shù)字信道頻帶的利用情況，即頻帶利用道頻帶愈寬。通常用來(lái)表示數(shù)字信道頻帶的利用情況，即頻帶利用率為：率為： 當(dāng)傳輸速率是碼元傳輸速率時(shí)，其單位為波特當(dāng)傳輸速率是碼元傳輸速率時(shí)，其單位為波特/ /赫茲赫茲(Baud/Hz)(Baud/Hz)；當(dāng)傳輸速率是信息傳輸速率時(shí)，其單位為比特；當(dāng)傳輸速率是信息傳輸速率時(shí)，其單位為比特/ /秒秒/ /赫赫茲茲(b/s/Hz)(b/s/Hz)。頻帶寬度傳輸速率（4 4誤碼率誤碼率 在數(shù)字通信中是用脈沖信號(hào)，即用在數(shù)字通信中是用脈沖信號(hào)，即用“1 1和和“0 0攜帶信息。由攜帶信

49、息。由于通信系統(tǒng)中噪聲、串音及碼間干擾以及其它突發(fā)因素的影響，當(dāng)于通信系統(tǒng)中噪聲、串音及碼間干擾以及其它突發(fā)因素的影響，當(dāng)干擾幅度超過(guò)脈沖信號(hào)再生判決的某一門(mén)限值時(shí)，將會(huì)造成誤判成干擾幅度超過(guò)脈沖信號(hào)再生判決的某一門(mén)限值時(shí)，將會(huì)造成誤判成為誤碼，如圖為誤碼，如圖1-211-21所示。所示。 圖1-21 噪聲疊加在數(shù)字信號(hào)上的波形（4 4誤碼率誤碼率 數(shù)字通信系統(tǒng)中在一定統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)，數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中，數(shù)字通信系統(tǒng)中在一定統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)，數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中，發(fā)生錯(cuò)誤的碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比，用符號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤的碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比，用符號(hào)PePe表示。表示。 這個(gè)指標(biāo)是統(tǒng)計(jì)結(jié)果的平均值，所

50、以這里指的是平均誤碼率。這個(gè)指標(biāo)是統(tǒng)計(jì)結(jié)果的平均值，所以這里指的是平均誤碼率。顯然，誤碼率愈小，通信的質(zhì)量愈高。顯然，誤碼率愈小，通信的質(zhì)量愈高。 enPlim產(chǎn)生錯(cuò)誤碼元（個(gè)數(shù)）傳輸?shù)目偞a元（個(gè)數(shù)） 例1-3 某數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸“1和“0等概率的碼元，則每碼元含有的信息量為1bit?，F(xiàn)有一數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)每秒傳送144kb的“1和“0碼元，則此系統(tǒng)傳信率多少比特/秒？如果此系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中每5秒傳錯(cuò)2碼元，則系統(tǒng)的誤碼率又為多少？ 解：在二進(jìn)制碼系統(tǒng)中，直接計(jì)算系統(tǒng)傳信率fb = 144 Kbit/s；由于系統(tǒng)5秒鐘內(nèi)傳送的信息比特?cái)?shù)為：144Kb5 = 720 kbits，則根據(jù)公式(4.8

51、)計(jì)算系統(tǒng)誤碼率為：Pe = 2720K = 2.778106。 （5 5抖動(dòng)容限抖動(dòng)容限 所謂抖動(dòng)，是指數(shù)字信號(hào)的有效瞬間與其理想時(shí)間位置的短時(shí)所謂抖動(dòng)，是指數(shù)字信號(hào)的有效瞬間與其理想時(shí)間位置的短時(shí)偏離。一般說(shuō)抖動(dòng)稱(chēng)為相位抖動(dòng)、定時(shí)抖動(dòng)。數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程偏離。一般說(shuō)抖動(dòng)稱(chēng)為相位抖動(dòng)、定時(shí)抖動(dòng)。數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中，脈沖信號(hào)在時(shí)間間隔上不再是等間隔的，而是隨時(shí)間變化的一中，脈沖信號(hào)在時(shí)間間隔上不再是等間隔的，而是隨時(shí)間變化的一種現(xiàn)象，抖動(dòng)現(xiàn)象如圖種現(xiàn)象，抖動(dòng)現(xiàn)象如圖1-221-22所示。所示。 圖1-22 脈沖抖動(dòng)示意圖 1.5.5 1.5.5 信道容量信道容量 在信息論中，信道無(wú)差錯(cuò)傳輸信

52、息的最大信息速率為信道容量，記為C。它表征信道最大運(yùn)載信息的能力。假設(shè)連續(xù)信道的加性高斯白噪聲功率為，信道的帶寬為BHz），信號(hào)功率為，則該信道的信道容量為 以上就是著名的香農(nóng)公式。由該式可知，信道容量受B、S、N三要素的限制，只要這三要素確定，信道容量就確定。 載波頻率越高，提供的傳輸帶寬越寬，能容納的信號(hào)帶寬越大，系統(tǒng)傳輸信息的能力也就越強(qiáng)。2log1SCBN(b/s) 例1-4 已知某系統(tǒng)的信噪比為1 000 (30 dB)，標(biāo)準(zhǔn)話(huà)音頻帶通信信道帶寬為3.4 kHz，試求該系統(tǒng)的信息速率極限值。 解：根據(jù)信息容量的香農(nóng)極限公式，C = 3400log2 (1+1000) = 33.89

53、kb/s，這個(gè)值就是該信道傳輸信息的理論極限速率值。 內(nèi)容提要內(nèi)容提要64通信基本概念及系統(tǒng)模型通信基本概念及系統(tǒng)模型電磁波及其頻段劃分電磁波及其頻段劃分微波和光波微波和光波電信傳輸信道電信傳輸信道信道的傳輸特性信道的傳輸特性發(fā)展歷史發(fā)展歷史1.6 1.6 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 傳輸線作為能量和信息的載體及傳播工具，在包括架傳輸線作為能量和信息的載體及傳播工具，在包括架空明線、電纜、波導(dǎo)、等方面受到了廣泛關(guān)注。傳輸線的空明線、電纜、波導(dǎo)、等方面受到了廣泛關(guān)注。傳輸線的理論基礎(chǔ)是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論。理論基礎(chǔ)是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論。18371837年最先由英國(guó)科學(xué)家?guī)炜撕突菟雇砂l(fā)明了電報(bào)機(jī)。年最先由

54、英國(guó)科學(xué)家?guī)炜撕突菟雇砂l(fā)明了電報(bào)機(jī)。1854-18561854-1856年凱爾文提出了年凱爾文提出了“海底電纜理論海底電纜理論”，即不帶電感，即不帶電感項(xiàng)的電報(bào)方程。項(xiàng)的電報(bào)方程。 1.6.1 傳輸線發(fā)展史傳輸線發(fā)展史 18971897年英國(guó)物理學(xué)家瑞利從數(shù)學(xué)上證明了波在波導(dǎo)中傳播年英國(guó)物理學(xué)家瑞利從數(shù)學(xué)上證明了波在波導(dǎo)中傳播是可能的，無(wú)論橫截面是圓的還是矩形的。是可能的，無(wú)論橫截面是圓的還是矩形的。 18701870年英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)光從水中射向空氣，即光年英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)光從水中射向空氣，即光的全反射，后來(lái)人們?cè)斐霾ＡЮw維，由于這種纖維能夠用的全反射，后來(lái)人們?cè)斐霾ＡЮw維，

55、由于這種纖維能夠用來(lái)傳輸光線，所以稱(chēng)它為光導(dǎo)纖維。來(lái)傳輸光線，所以稱(chēng)它為光導(dǎo)纖維。 到到19601960年，美國(guó)科學(xué)家年，美國(guó)科學(xué)家MaimanMaiman發(fā)明了世界上第一臺(tái)激光器發(fā)明了世界上第一臺(tái)激光器后，為光通訊提供了良好的光源。后，為光通訊提供了良好的光源。 人類(lèi)進(jìn)行通信的歷史已很悠久。早在遠(yuǎn)古時(shí)期，人們就人類(lèi)進(jìn)行通信的歷史已很悠久。早在遠(yuǎn)古時(shí)期，人們就通過(guò)簡(jiǎn)單的語(yǔ)言、壁畫(huà)、鐘鼓、煙火、竹簡(jiǎn)、紙書(shū)等方式通過(guò)簡(jiǎn)單的語(yǔ)言、壁畫(huà)、鐘鼓、煙火、竹簡(jiǎn)、紙書(shū)等方式交換信息。交換信息。17531753年年2 2月月1717日，在日，在 雜志上發(fā)表了一封署名雜志上發(fā)表了一封署名CMCM的書(shū)信。在這封信中，作者提出了用電流進(jìn)行通信的設(shè)想。的書(shū)信。在這封信中，作者提出了用電流進(jìn)行通信的設(shè)想。17931793年，法國(guó)查佩兄弟倆在巴黎和里爾之間架設(shè)了一條年，法國(guó)查佩兄弟倆在巴黎和里爾之間架設(shè)了一條230230千米長(zhǎng)的接力方式傳送信息的托架式線路。千米長(zhǎng)的接力方式傳送信息的托架式線路