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1、1第第1 1章章 電信傳輸?shù)幕靖拍铍娦艂鬏數(shù)幕靖拍?內(nèi)容提要內(nèi)容提要 通信基本概念及發(fā)展史通信基本概念及發(fā)展史 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型 電信傳輸信道及傳輸介質(zhì)電信傳輸信道及傳輸介質(zhì) 傳輸特性和傳輸單位傳輸特性和傳輸單位1.11.1通信基本概念及發(fā)展史 通信的定義通信的定義 通信的目的是傳遞消息中所包含的信息。消息消息是客觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和主觀思維活動(dòng)的狀態(tài)的一種反映，在不同時(shí)期具有不同的表現(xiàn)形式。例如，話音、文字、符號(hào)、音樂(lè)、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等都是消息。人們接收消息，關(guān)心的是消息中包含的有效內(nèi)容，即信息。通信則是進(jìn)行信息的時(shí)空轉(zhuǎn)移，即把信息從一方傳送到另一方?；谶@種認(rèn)識(shí)，“通信”

2、也就是“信息傳輸”或“消息傳輸”。341.11.1通信基本概念及發(fā)展史通信發(fā)展史通信發(fā)展史： 在1837年，人類歷史上第一次用電報(bào)、電話進(jìn)行電信聯(lián)系，英國(guó)人在1.5km的距離上作了電報(bào)表演。 1876年，貝爾獲美國(guó)專利局授予的電話專利，并在1877年用硬雙銅線架設(shè)了電話線路，從此傳輸線開(kāi)始了傳輸比電報(bào)信號(hào)頻率高得多的語(yǔ)音信號(hào)。 1948年美國(guó)建設(shè)了從紐約到波士頓的微波中繼線路，傳送480路電話和1路電視信號(hào)。 1955年，完成從紐芬蘭到蘇格蘭海底越洋同軸電話電纜。 1966年，英籍華人提出可以從石英中提煉超純的細(xì)絲狀纖維，并用于光頻成為光波導(dǎo)。 51.1 1.1 電信傳輸發(fā)展及廣泛應(yīng)用電信傳輸

3、發(fā)展及廣泛應(yīng)用 1977年，美國(guó)芝加哥建成第一條光纖通信線路，長(zhǎng)度為6km。 1988年建成了橫跨大西洋的海底光纜系統(tǒng)，采用 的是單模光纖，總長(zhǎng)達(dá)到19200km。 在移動(dòng)通信方面，1946年美國(guó)在圣路易斯城建立了世界上第一個(gè)公用汽車電話業(yè)務(wù)，頻率從150450 MHz。 在衛(wèi)星通信方面，1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，1965年4月美國(guó)發(fā)射了第一顆商用衛(wèi)星。 1.1 1.1 電信傳輸發(fā)展及廣泛應(yīng)用電信傳輸發(fā)展及廣泛應(yīng)用1.11.1電信傳輸理論的發(fā)展史電信傳輸理論的發(fā)展史 1865年，麥克斯韋在題為電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論的論文中奠定了電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)，利用麥克斯韋的成果進(jìn)行傳輸線理

4、論研究成為了可能。 1876年，亥維塞利用麥克斯韋方程推導(dǎo)出了經(jīng)典電報(bào)方程。 1893年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜（電子的發(fā)現(xiàn)者）出版了一本論述麥克斯韋電磁理論的書(shū)，肯定了圓金屬壁管子傳輸電磁波的可實(shí)現(xiàn)性。 1897年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利在發(fā)表的論文中，討論了矩形截面和圓形截面“空柱”中的電磁振動(dòng)，即對(duì)應(yīng)后來(lái)的矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)，并引進(jìn)了截止波長(zhǎng)的概念 1936年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家做出了實(shí)驗(yàn)波導(dǎo)線長(zhǎng)為 260 m的青銅管，直徑為12.5 cm，信號(hào)波長(zhǎng)為9 cm。671.2 1.2 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型 電信及電信傳輸電信及電信傳輸 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型 信號(hào)的類型與電磁波波段

5、的劃分信號(hào)的類型與電磁波波段的劃分 電磁波常見(jiàn)傳播模式電磁波常見(jiàn)傳播模式電信傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn)電信傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn)81.2.1 1.2.1 電信及電信傳輸電信及電信傳輸 所謂“電信”，就是利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳送信息和交流信息的通信方式。通俗解釋“電信”是指利用有線、無(wú)線的電磁系統(tǒng)或光電系統(tǒng)，對(duì)語(yǔ)音、文字、數(shù)據(jù)、圖像以及其他形式信息的電信號(hào)進(jìn)行的傳送過(guò)程。那么，“電信傳輸”就是指含有信息的電信號(hào)通過(guò)具體物理媒質(zhì)從一處傳到另一處的傳輸過(guò)程。91.2.2 1.2.2 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型 電信傳輸由電信傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，電信傳輸系統(tǒng)包括了用戶之間的許多電氣設(shè)備和傳輸媒質(zhì)（如金屬導(dǎo)線、光纖、自由空間等

6、）所構(gòu)成的總體。一個(gè)最簡(jiǎn)單的傳輸系統(tǒng)，至少要由一個(gè)發(fā)送器（也叫做變換器）、一個(gè)接收器（也叫做反變換器）和把它們連接起來(lái)的傳輸媒質(zhì)所組成。所以，連接發(fā)送器、接收器二者的傳輸媒質(zhì)是構(gòu)成電信傳輸系統(tǒng)的基本組成部分。101.2.2 1.2.2 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型信宿 信源 圖1-1 電信傳輸系統(tǒng)模型示意圖 發(fā)信設(shè)備收信設(shè)備變換器A反變換器B111.2.2 1.2.2 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型 圖1-1中發(fā)信終端置于變換器A的這一端，其功能為：把消息變換成與信道相適配的電信號(hào)或光信號(hào)，并讓信號(hào)進(jìn)入該信道。收信終端位于反變換器B的那一端，其功能為將從信道收下來(lái)信號(hào)進(jìn)行衰減補(bǔ)償，并消除

7、或減小畸變和噪聲對(duì)有用信號(hào)的干擾，進(jìn)行反變換，使其消息重現(xiàn)原貌。121.2.2 1.2.2 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型圖1-2 電信傳輸系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu) 131.2.2 1.2.2 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型 在電信傳輸系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)圖中：1）話機(jī)、移動(dòng)臺(tái)作用：是將話音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，或者進(jìn)行反變換。 2）交換設(shè)備的作用：實(shí)現(xiàn)局內(nèi)用戶間的信號(hào)交換，還能同其它局的用戶實(shí)現(xiàn)連接或轉(zhuǎn)接。3）多路復(fù)用設(shè)備的作用：實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的匯接(復(fù)用)，用以提高信道的傳輸容量。4）傳輸終端設(shè)備的作用：將待傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，或進(jìn)行反變換等。 141.2.2 1.2.2 電信傳輸系統(tǒng)模型電信

8、傳輸系統(tǒng)模型電纜、光纜、微波、衛(wèi)星是不同形式的傳輸介質(zhì)或信號(hào)載體。 當(dāng)電信傳輸系統(tǒng)采用電纜作傳輸介質(zhì)時(shí)，此時(shí)傳輸終端設(shè)備為電纜傳輸終端設(shè)備，相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)稱為電纜傳輸系統(tǒng)或稱為電纜通信系統(tǒng)。 若采用光纜作傳輸介質(zhì)，此時(shí)的傳輸終端設(shè)備為光端機(jī)，相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)就稱為光纜傳輸系統(tǒng)，或稱為光纖通信系統(tǒng)。 若采用微波作載體，用微波中繼站作信號(hào)轉(zhuǎn)接，此時(shí)傳輸終端設(shè)備就是微波端站，相應(yīng)的傳輸系統(tǒng) 就稱為微波傳輸系統(tǒng)，或稱微波通信系統(tǒng)。151.2.2 1.2.2 電信傳輸系統(tǒng)模型電信傳輸系統(tǒng)模型電纜、光纜、微波、衛(wèi)星是不同形式的傳輸介質(zhì)或信號(hào)載體。 若仍采用微波作載體，用衛(wèi)星作中繼站，此時(shí)傳輸終端設(shè)備就是衛(wèi)星

9、地面站（或地球站），相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)就稱為衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)或稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)。 由此可見(jiàn)，無(wú)論是電纜通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)，還是微波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)，它們的基本結(jié)構(gòu)形式都很類似，其之間的差異僅在于電信號(hào)載體（或傳輸媒質(zhì)）和傳輸終端設(shè)備不同。161.2.31.2.3信號(hào)的類型與電磁波波段的劃分 按照電信號(hào)傳載信息的形式不同，可分為：（1）模擬信號(hào)：是指模擬、仿照原有消息變化的電信號(hào)。這種信號(hào)的幅度變化是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。如圖1-4所示。 模擬通信普通電話、傳真、電視。（2）數(shù)字信號(hào)：時(shí)間上和幅度上的取值都是離散的。數(shù)字信號(hào)在傳輸上最主要的是它的抗干擾性強(qiáng)。如圖1-6所示。 數(shù)據(jù)通信通信傳輸?shù)亩际菙?shù)

10、字信號(hào)，如人與計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。171.2.3 1.2.3 信號(hào)的種類和電磁波波段的劃分信號(hào)的種類和電磁波波段的劃分圖1-4 模擬信號(hào)波形圖1-6 數(shù)字信號(hào)波形 181.2.3 1.2.3 信號(hào)的種類和電磁波波段的劃分信號(hào)的種類和電磁波波段的劃分圖1-7 電磁波段劃分圖191.2.3 1.2.3 信號(hào)的種類和電磁波波段的劃分信號(hào)的種類和電磁波波段的劃分 通信所采用的傳輸方式是由電磁波的頻率所決定通信所采用的傳輸方式是由電磁波的頻率所決定的。電通信的容量幾乎與使用的頻率范圍成正比，對(duì)的。電通信的容量幾乎與使用的頻率范圍成正比，對(duì)通信容量的要求越高，使用頻率范圍就越高。通信容量的要

11、求越高，使用頻率范圍就越高。由圖1-7所示，通常無(wú)線電通信所用波段是在波長(zhǎng)為米至亞毫米范圍，目前，移動(dòng)通信、微波通信和衛(wèi)星通信這三種無(wú)線電通信方式都落在微波波段，而除光纖通信以外的有線電通信所用波段是在波長(zhǎng)為千米至米范圍；有線電視用戶接入和計(jì)算機(jī)局?jǐn)?shù)據(jù)接入這2種通信方式則落在超短波（VHF）左右。光纖通信在0.8 1.65微米紅外波段。表1-1 波段（頻段）劃分及典型應(yīng)用 310-5頻 率 范 圍波 長(zhǎng)符 號(hào)傳輸媒質(zhì)用 途3Hz30 kHz104108 m甚低頻VLF有線線對(duì)或長(zhǎng)波無(wú)線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)30300 kHz103104 m低頻LF有線線對(duì)或長(zhǎng)波無(wú)線電導(dǎo)航、信標(biāo)

12、、電力線通信300 kHz3 MHz102103 m中頻MF同軸電纜或短波無(wú)線電調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無(wú)線電330 MHz10102 m高頻HF同軸電纜或短波無(wú)線電移動(dòng)天線電話、短波廣播定點(diǎn)軍用通信、業(yè)余無(wú)線電30300 MHz110 m甚高頻VHF同軸電纜或米波無(wú)線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航300 MHz3 GHz10100 cm特高頻UHF波導(dǎo)或分米波無(wú)線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)330 GHz110 cm超高頻SHF波導(dǎo)或厘米波無(wú)線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)、無(wú)線寬帶接入30300 GHz110 cm極高頻EHF波導(dǎo)或毫米波無(wú)線電雷達(dá)、微波接力、射電天

13、文學(xué)107108 GHz310-4 cm紫外、可見(jiàn)光、紅外光纖或激光空間傳播光通信1.2.4 電磁波常見(jiàn)傳播模式電磁波常見(jiàn)傳播模式 在研究傳輸線理論時(shí)主要包括以下兩方面的內(nèi)容： 一是研究所傳輸波類型的電磁波在傳輸線橫截面內(nèi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布規(guī)律（場(chǎng)結(jié)構(gòu)或模式或波型），稱為橫向問(wèn)題； 二是研究電磁波沿傳輸線軸向的傳播特性和場(chǎng)的分布規(guī)律，稱為縱向問(wèn)題。 在傳輸線（有界空間中）導(dǎo)行的電磁波的類型（也稱為模式或場(chǎng)結(jié)構(gòu)或場(chǎng)分布），按其有無(wú)縱向場(chǎng)分量Ez和Hz，可分為四類： 一是橫電磁波（TEM波），這種波在傳播方向Z上既無(wú)縱向電場(chǎng)Ez分量又無(wú)縱向磁場(chǎng)Hz分量，即Ez=0且Hz=0。電場(chǎng)、磁場(chǎng)分量都在橫截面

14、上與傳播方向垂直。這種模式只能存在于雙導(dǎo)體傳輸線和無(wú)線傳輸（無(wú)界空間理想介質(zhì)）中。 。211.2.4 電磁波常見(jiàn)傳播模式電磁波常見(jiàn)傳播模式 二是橫電波（TE波），這種波的Ez=0，其電場(chǎng)分量與傳播方向垂直，但Hz0。這種模式存在于金屬波導(dǎo)中。 三是橫磁波（TM波），這種波的Hz=0，其磁場(chǎng)分量與傳播方向垂直，但Ez0。這種模式存在于金屬波導(dǎo)中。 四是EH波或HE波（混合模），這種波的Ez0且Hz0。它們是TE波和TM波的線性疊加，縱向電場(chǎng)占優(yōu)勢(shì)的模式稱做EH波，縱向磁場(chǎng)占優(yōu)勢(shì)的模式稱做HE波。這類波存在于介質(zhì)波導(dǎo)中。以上TEM波、TE波、TM波的電場(chǎng)方向及磁場(chǎng)方向與傳播方向的關(guān)系，如圖1-8所

15、示。注意，無(wú)論何種波型，其電場(chǎng)與磁場(chǎng)總是相互垂直的。22圖1-8 TEM波、TE波、TM波電場(chǎng)及磁場(chǎng)與傳播方向關(guān)系圖1-9 同軸電纜中TEM波的場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖1-10 波導(dǎo)中TE10波電磁場(chǎng)分布模型圖1-11 波導(dǎo)中幾種TMmn波電磁場(chǎng)分布模型 圖1-12 無(wú)界空間TEM波的電磁場(chǎng)分布模型251.2.4 1.2.4 電信傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn)電信傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn)電信傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn)：1）傳輸信號(hào)的多頻率。無(wú)論是模擬通信還是數(shù)字通信，電信傳輸中的信號(hào)都包含著豐富的頻率。如普通電話機(jī)發(fā)出的話音信號(hào)頻率大約在300HZ到3400HZ左右；有線電視CATV的傳輸頻帶達(dá)750MHZ左右。 2）有線傳輸?shù)墓β时容^小，它一般

16、只有毫瓦量級(jí)；在無(wú)線傳輸方式中，電信傳輸?shù)墓β瘦^大，它一般在瓦量級(jí)。3）電信傳輸?shù)男瘦^高，由于電信傳輸是弱電傳輸，其傳輸效率非常重要。有線傳輸效率高于無(wú)線傳輸?shù)男省?4）電信傳輸離不開(kāi)信號(hào)的變換。例如,模-數(shù)轉(zhuǎn)換 和數(shù)-模轉(zhuǎn)換技術(shù)的廣泛應(yīng)用。1.31.3電信傳輸信道及傳輸介質(zhì) 電信傳輸信道是電信傳輸系統(tǒng)必不可少的組成部分； 任何一個(gè)電信傳輸系統(tǒng)均可視為由發(fā)送設(shè)備、信道與接收設(shè)備三大部分組成。 傳輸信道通常是指以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道，而傳輸介質(zhì)的多種類型對(duì)應(yīng)著不同用途的通信系統(tǒng)。 因而，對(duì)信道和傳輸介質(zhì)（或媒質(zhì)）的研究是研究通信的傳輸問(wèn)題的基礎(chǔ)。26271.3.1 1.3.1 信道的概念

17、及分類信道的概念及分類 信道是指以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道。具體來(lái)說(shuō)，信道是指由有線或無(wú)線線路提供的信號(hào)通路；抽象來(lái)說(shuō)，信道是指定的一段頻帶，它讓信號(hào)通過(guò)，同時(shí)又給信號(hào)以限制和損害。信道的作用是傳輸信號(hào)。 信道可大體分為兩類：狹義信道和廣義信道。根據(jù)信道的定義，如果信道僅是指信號(hào)的傳輸媒質(zhì)，這種信道稱為狹義信道；如果信道不僅是傳輸媒質(zhì)，而且包括傳輸系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置，這種信道稱為廣義信道。1.3.1 1.3.1 信道的概念及分類信道的概念及分類 按照狹義信道具體傳輸媒質(zhì)的不同類型可分為有線信道和無(wú)線信道兩類。有線信道需利用人造的傳輸媒質(zhì)來(lái)傳輸信號(hào)，它包括明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜及光纖等一類能

18、夠看得見(jiàn)的媒質(zhì)。無(wú)線信道利用電磁波在自由空間中的傳播來(lái)傳輸信號(hào)，它包括地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、衛(wèi)星中繼、散射及移動(dòng)無(wú)線電信道等。 按照廣義信道的功能，通常也可以分為調(diào)制信道和編碼信道等，如圖1-13所示。調(diào)制信道還可分為恒參信道和隨參信道兩類。編碼信道也可細(xì)分為無(wú)記憶信道和有記憶信道。有記憶編碼信道是指信道中碼元發(fā)生差錯(cuò)的事件不是獨(dú)立的，即碼元發(fā)生錯(cuò)誤前后是有聯(lián)系的。281.3.1 1.3.1 信道的概念及分類信道的概念及分類 29圖1-13 調(diào)制信道和編碼信道信道分類歸納如下：301.3.2 有線信道及特性有線信道及特性1.有線信道及常見(jiàn)有線介質(zhì)結(jié)構(gòu)有線信道及常見(jiàn)有線

19、介質(zhì)結(jié)構(gòu) 在有線信道傳輸中，理想導(dǎo)體（傳輸線）內(nèi)部的電磁場(chǎng)都等于零，因此，電磁波只能在導(dǎo)體周圍的有限空間內(nèi)沿著有線介質(zhì)定向傳播，并構(gòu)成直接信息流通的通路。有線信道包括明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜、金屬波導(dǎo)和光纜等。 明線是利用金屬裸導(dǎo)線捆扎在線擔(dān)上的隔電子上，平行架設(shè)在電線桿上的一種通信線路。它主要由導(dǎo)線、電桿、線擔(dān)、隔電子和拉線等組成，如圖1-15（a）所示。1.3.2 有線信道及特性有線信道及特性 對(duì)稱電纜是由若干對(duì)（或組）的導(dǎo)電芯線加絕緣層組合而成的纜芯放在一根保護(hù)套內(nèi)制成一個(gè)整體，保護(hù)套可由金屬屏蔽層和絕緣層組成，如圖1-15（b）所示。 同軸電纜又稱為同軸線對(duì)，屬于不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。它由內(nèi)、

20、外導(dǎo)體和內(nèi)、外導(dǎo)體之間的絕緣介質(zhì)和外護(hù)層四部分組成，如圖1-15（c）所示。 波導(dǎo)指的是“用來(lái)導(dǎo)引電磁波，使它按人們意圖向某個(gè)方向傳輸?shù)脑O(shè)備”。 光纜由光纖、加強(qiáng)件和外戶層構(gòu)成，光纖由纖芯、包層和涂敷層組成，如圖1-15（d）所示。311.3.2 有線信道及特性有線信道及特性 32圖1-15 通信傳輸線路1.3.2 有線信道及特性有線信道及特性2.有線信道特性有線信道特性 有線信道（或恒參信道）的主要傳輸特性通?？捎闷湔穹?頻率特性和相位-頻率特性以及頻率漂移等來(lái)描述。振幅-頻率特性（或幅頻傳輸特性）是指信道在各種頻率下的幅度衰減與頻率的關(guān)系曲線，它將影響信號(hào)的幅度衰減量。相位-頻率特性（或相

21、頻傳輸特性）是指信道在各頻率下的相位移與頻率的關(guān)系曲線，它將影響被傳輸信號(hào)的相位移。331.3.2 有線信道及特性有線信道及特性 34圖1-16 理想有線信道的傳輸特性圖1-17 失真的有線信道傳輸特性1.3.3 無(wú)線信道及特性無(wú)線信道及特性1.無(wú)線信道及常見(jiàn)傳播方式無(wú)線信道及常見(jiàn)傳播方式 在無(wú)線信道中信號(hào)的傳遞是利用電磁波在大氣層的傳播來(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（T）或接收（R）電磁波尤為重要 ，其中一點(diǎn)是要求天線的尺寸不小于電磁波波長(zhǎng)的1/10。因此，頻率過(guò)低，波長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，則天線難于實(shí)現(xiàn)。 無(wú)線信道的傳輸媒質(zhì)比較多，再加上通信距離

22、、頻率和位置的不同，電磁波的傳播方式可分為中長(zhǎng)波地表波傳播、超短波及微波視距傳播、短波電離層反射、對(duì)流層散射、電離層散射等，如圖1-18所示。351.3.3 無(wú)線信道及特性無(wú)線信道及特性 36圖1-18 大氣層的結(jié)構(gòu)和無(wú)線電波的傳播1.3.3 無(wú)線信道及特性無(wú)線信道及特性 地表波（長(zhǎng)波） 頻率較低（大約2MHz以下）的電磁波趨于沿彎曲的地球表面?zhèn)鞑?，有一定的繞射能力。這種傳播方式稱為地表波傳播，在低頻和甚低頻段，地表波能夠傳播超過(guò)數(shù)百千米或數(shù)千千米。 天波（短波） 頻率較高（230 MHz）的電磁波稱為高頻電磁波，它能夠被電離層的一次或數(shù)次反射，通信距離可達(dá)上萬(wàn)千米，利用電離層反射的傳播方式稱

23、為天波傳播。主要用于應(yīng)急、抗災(zāi)中的電報(bào)、電話及數(shù)據(jù)通信。371.3.3 無(wú)線信道及特性無(wú)線信道及特性 直射波（超短波） 頻率為30300MHz的電磁波將穿透電離層，不能被為反射回來(lái)。它沿地面繞射的能力也很小，主要以直線視距方式在大氣層中傳輸，傳輸距離約為50 km。此外，也可在對(duì)流層中作數(shù)百千米的超視距通信。主要用于150 MHz無(wú)線尋呼、280 MHz高速尋呼、無(wú)繩電話，對(duì)講電話及超短波數(shù)字通信等。 直射波（微波） 頻率為300 MHz 300 GHz。微波主要用于900 MHz、1800 MHz和2000 MHz蜂窩移動(dòng)電話；地面微波中繼通信；衛(wèi)星通信；對(duì)流層散射通信；空間通信（即用微波在

24、地球站與人造衛(wèi)星和航天器之間通信）等。381.3.3 無(wú)線信道及特性無(wú)線信道及特性2.無(wú)線信道特性無(wú)線信道特性 影響信道特性的主要因素是傳輸媒介，如電離層的反射和散射，對(duì)流層的散射等。無(wú)線信道的傳輸媒質(zhì)有以下3個(gè)特點(diǎn)： 對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間而變化。無(wú)線信道的傳輸媒介參數(shù)隨氣象條件和時(shí)間的變化而隨機(jī)變化。 傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間而變化。 多徑傳播。由發(fā)射點(diǎn)出發(fā)的電波可能經(jīng)多條路徑到達(dá)接收點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為多徑傳播現(xiàn)象。391.3.5 信道的傳輸能力信道的傳輸能力 信道的傳輸能力即傳輸容量C的主要限制可由克勞德香農(nóng)（Claude Elwood Shannon，19162001）公式給出，在帶限高斯白噪聲信道

25、中，傳送M進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的信道容量為： （b/s） 式中，C指運(yùn)載信息的能力（比特秒，b/s），B是信道帶寬（又稱為鏈路帶寬），S/N為信噪比。香農(nóng)公式給出了運(yùn)載能力的極限值C，它也常被稱為“香農(nóng)極限”。這個(gè)公式來(lái)自于信息理論，它對(duì)于所有的技術(shù)都適用。40log 1MSCBN1.4傳輸特性和傳輸單位傳輸特性和傳輸單位1.4.1 傳輸特性傳輸特性 電信號(hào)在各種媒質(zhì)構(gòu)成的信道上傳電信號(hào)在各種媒質(zhì)構(gòu)成的信道上傳輸時(shí)，主要看重的特性輸時(shí)，主要看重的特性是衰減和帶寬。這兩大傳輸特性直接關(guān)系到傳輸信。這兩大傳輸特性直接關(guān)系到傳輸信道的功能和存在的價(jià)值。道的功能和存在的價(jià)值。傳輸線特性指標(biāo)?衰減/近端串?dāng)_損耗

26、421.4.1 傳輸特性傳輸特性衰減衰減電信號(hào)在各種介質(zhì)構(gòu)成的信道上傳輸時(shí)，都會(huì)因傳輸線介質(zhì)本身存在漏電阻和分布電容或自由空間的吸收和散射等，信號(hào)功率被逐步損失掉，通常把信號(hào)功率的損失稱為衰減（或損耗）。顯然傳輸信道越長(zhǎng)，其衰減就越大，電信號(hào)強(qiáng)度會(huì)越弱。為了防止信號(hào)功率被繼續(xù)衰減以至于為零，造成通信中斷，所以當(dāng)信號(hào)傳輸一定距離后，需由傳輸信道沿途所設(shè)增音站或中繼器對(duì)衰減后的信號(hào)進(jìn)行放大處理，補(bǔ)償傳輸過(guò)程帶來(lái)的衰耗。為了衡量 傳輸過(guò)程中的衰減（損耗）或增益大小，常用 傳輸電平描述。431.4.1 傳輸特性傳輸特性衰減衰減當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)某一傳輸網(wǎng)絡(luò)，若輸出的信號(hào)功率Pout小于輸入端的信號(hào)功率Pin，

27、則稱信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)受到衰減為A或傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)給予了衰減。例如電衰減器、光衰減器等。如圖1-8所示。 圖1-19 增益與衰減441.4.1 傳輸特性傳輸特性1 1 衰減衰減 當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)某一傳輸網(wǎng)絡(luò)，若輸出的信號(hào)功率Pout大于輸入端的信號(hào)功率Pin，則稱信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)受到增益為G或傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)給予了放大。例如電放大器、光放大器等。 增益與衰減大小的衡量：增益與衰減大小的衡量不是直接用信號(hào)輸出功率與輸入功率之差來(lái)表示，而是采用信號(hào)的輸入功率與輸出端功率的比值取以e為底的自然對(duì)數(shù)或取以10為底的常用對(duì)數(shù)來(lái)表示。 451.4.1 傳輸特性傳輸特性1 1 衰減衰減 增益G和衰減A公式如下：或

28、 （1-1）或 （1-2） 式中，單位分貝（dB），奈培（NP）被稱為傳輸單位。PN ln21outinPPGdB lg10outinPPGpN ln21outinPPA dB lg10outinPPA 461.4.1 傳輸特性傳輸特性2 2 帶寬帶寬 帶寬是指在固定的時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)男畔⑷萘俊鬏斁€的帶寬表示的是在單位時(shí)間內(nèi)從傳輸線某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過(guò)的“最高數(shù)據(jù)率”。 實(shí)際參與傳播的信號(hào)由許多頻率成分組成，而傳輸線的衰減是頻率的函數(shù)，故當(dāng)不同頻率的信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸線時(shí)，其衰減不同，把傳輸線輸出不同頻率的功率的最大值降低一半所對(duì)應(yīng)的頻率寬度，稱為該傳輸線的傳輸帶寬。471.4.1 傳輸特性傳輸特

29、性2 2 帶寬帶寬 如果將脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)同樣一段長(zhǎng)度的傳輸線傳輸后，在其終端觀察，出射端脈沖將發(fā)生時(shí)間展寬，把這種波形展寬現(xiàn)象稱為色散，色散大小也直接影響傳輸線的帶寬。481.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位1 1 相對(duì)電平相對(duì)電平2 2 絕對(duì)電平絕對(duì)電平3 3 正電平、負(fù)電平和零電平的意義正電平、負(fù)電平和零電平的意義 4 4 絕對(duì)電平的修正值絕對(duì)電平的修正值 5 5 相對(duì)電平與絕對(duì)電平之間的關(guān)系相對(duì)電平與絕對(duì)電平之間的關(guān)系 491.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位 傳輸單位用“分貝（dB）”來(lái)描述的原因：由聲學(xué)分析知，人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱變化的感覺(jué)不是與信號(hào)功率的變化成正比，而是與信號(hào)功率變

30、化的對(duì)數(shù)成正比的。例如將功率為0.1mw的信號(hào)提高到1mw，信號(hào)功率增大了10倍，但對(duì)人的聽(tīng)覺(jué)來(lái)說(shuō)聲音響度只增大lg1/0.1=lg10=1倍。另一方面，人眼對(duì)亮度變化同人耳一樣，也是和功率變化的對(duì)數(shù)規(guī)律成正比的。因此，采用功率比的對(duì)數(shù)作為傳輸單位，正好反映聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)的特性。501.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位 目前國(guó)際上通用的傳輸單位為有兩種，一為分貝（用dB表示），一為奈培（用NP表示）。傳輸電平就是用分貝或奈培這樣的計(jì)量單位，電平高意味著信號(hào)強(qiáng)、功率大、電壓高、電流大，電平低則相反。 所謂某點(diǎn)的電平，是指電信系統(tǒng)中某一信號(hào)的實(shí)測(cè)功率（或電壓、電流）值與某參考點(diǎn)的信號(hào)功率（或電壓、

31、電流）之比的對(duì)數(shù)值，某參考點(diǎn)的信號(hào)功率（或電壓、電流）又稱為基準(zhǔn)功率（或基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流）。511.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位 需指出的是：基準(zhǔn)功率是基本不變的，而基準(zhǔn)電壓或基準(zhǔn)電流則是根據(jù)在某一阻抗上所獲得的基準(zhǔn)功率來(lái)確定的。當(dāng)阻抗變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓或基準(zhǔn)電流也要隨之而變化。由于對(duì)數(shù)有常用對(duì)數(shù)和自然對(duì)數(shù)之分，因此電平的單位也有分貝dB和奈培NP兩種。521.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位1 1 相對(duì)電平相對(duì)電平 以功率進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則兩點(diǎn)間的相對(duì)功率電平為： 或 (1-3) 以電壓進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則兩點(diǎn)間的相對(duì)電壓電平為:或 (1-4)dB )()(lg1012mwPmwPLPP1

32、2N )()(ln21mwPmwPLPdB )()(lg2012vUvULUP12N )()(lnvUvULU531.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位1 1 相對(duì)電平相對(duì)電平 以電流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則兩點(diǎn)間的相對(duì)電流電平為：或 (1-5) 以上式中P2、U2、I2分別為被測(cè)點(diǎn)(實(shí)測(cè)點(diǎn))的信號(hào)功率、電壓、電流。P1、U1、I1分別為某參考點(diǎn)(又稱為基準(zhǔn))的信號(hào)功率、電壓、電流。dB )()(lg2012mAImAILiP12N )()(lnmAImAILi541.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位 奈培和分貝之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：設(shè)LP=1NP ,則由式(1-3)知： ，這個(gè)功率比如用常用對(duì)數(shù)表示則

33、是：以上分析說(shuō)明: ， (1-6) 傳輸電平可分為絕對(duì)電平和相對(duì)電平，兩者的 定義方式和符號(hào)都各不相同。P12N 1 ln21PPLP7.389 212 ePPdB 686. 8389. 7lg10 lg1012PPLPdBNP686. 81PNdB115. 0686. 811551.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位2 2 絕對(duì)電平絕對(duì)電平絕對(duì)電平與相對(duì)電平不同的是基準(zhǔn)值為固定值。在電話通信中, 絕對(duì)電平的基準(zhǔn)參考點(diǎn)的阻抗R0=600歐姆,功率值P0=1mw時(shí),就可分別計(jì)算出絕對(duì)電壓電平的基準(zhǔn)參考點(diǎn)電壓U0值和絕對(duì)電流電平基準(zhǔn)參考點(diǎn)電流I0值。U0值是根據(jù)在600歐姆阻抗上獲得1mw 基準(zhǔn)

34、功率來(lái)確定的，即：VUWUP775. 060010 ,10600303200561.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位2 2 絕對(duì)電平絕對(duì)電平 同理，IO值也是根據(jù)在600歐阻抗上獲得lmw基準(zhǔn)功率確定的，即： 若被測(cè)點(diǎn)阻抗RX=600歐姆時(shí)，則測(cè)試點(diǎn)X的絕對(duì)功率電平可以表示為；或 (1-7)mAAIWIP29. 11029. 1600/10 ,106003303200dBm 1)(lg10mwmwPLXPPN 1)(ln21mwmwPLXP571.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位2 2 絕對(duì)電平絕對(duì)電平 同理，測(cè)試點(diǎn)X的絕對(duì)電壓電平可表示為:或 (1-8)dBv )(775.0)(lg

35、20)()(lg20lg10)()(lg10002020VVUVUVURURUmwPmwPLXXXXXUPN )(775. 0)(lnVVULXU581.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位2 2 絕對(duì)電平絕對(duì)電平同理，測(cè)試點(diǎn)X的絕對(duì)電流電平可表示為： 或 （1-9）dBi )(29. 1)(lg20)()(lg20lg10)()(lg10002020mAmAImAImAIRIRImwPmwPLXXXXXiP31N 1029. 1lnILi591.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位2 2 絕對(duì)電平絕對(duì)電平 例1-1：設(shè)某傳輸設(shè)備中測(cè)試點(diǎn)阻抗RX =600歐姆，若該點(diǎn)信號(hào)功率分別為0.1mw,

36、1mw,10mw，試計(jì)算該點(diǎn)絕對(duì)功率電平值是多少？ 解：dBm 1010lg10 11 . 0lg101 -1mwmwLPdBm 010lg1 11lg102mwmwLPdBm 1010lg10 110lg103mwmwLP601.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位3 3 正電平、負(fù)電平和零電平的意義正電平、負(fù)電平和零電平的意義由例1-1可以看出, 絕對(duì)功率電平(或絕對(duì)電壓電平、絕對(duì)電流電平)可為正、零、負(fù)值。以功率電平為例，由定義知：當(dāng)PX=P0時(shí)，電平為零，其含義是該點(diǎn)的功率等于基準(zhǔn)功率。當(dāng)PXP0時(shí), 電平是負(fù)值,其含義是該點(diǎn)的功率小于基準(zhǔn)功率。當(dāng) PXP0時(shí), 電平是正值,其含義是該點(diǎn)的功 率大于基準(zhǔn)功率。611.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位3 3 正電平、負(fù)電平和零電平的意義正電平、負(fù)電平和零電平的意義對(duì)于絕對(duì)功率電平來(lái)說(shuō)，因?yàn)榛鶞?zhǔn)功率是lmw，所以當(dāng)PXlmw時(shí)，電平是正值；當(dāng)PX=lmw時(shí)，電平是零值；當(dāng)PXlmw時(shí)，電平是負(fù)值。對(duì)于絕對(duì)電壓電平和絕對(duì)電流電平也有類似的情況，只要將被測(cè)點(diǎn)的電壓和電流分別與基準(zhǔn)電壓（0.775V）和基準(zhǔn)電流（1.2910-3A）進(jìn)行比較即可。621.4.2 1.4.2 傳輸單位傳輸單位4 4 絕對(duì)電平的修正值絕對(duì)電平的修正值若被測(cè)點(diǎn)阻抗Rx600歐，測(cè)試點(diǎn)X的