數(shù)據(jù)通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程課件第3章 信道

1數(shù)據(jù)通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程（第3版）

第3章數(shù)據(jù)傳輸信道2第3章數(shù)據(jù)傳輸信道教學(xué)目的了解傳輸信道和常用的傳輸媒體的基本特性學(xué)習(xí)內(nèi)容傳輸信道有線信道無線信道信道容量的計算3第3

章：內(nèi)容提綱3.1信道概述3.2有線信道3.3無線信道3.4信道容量的計算

43.1信道概述

3.1.1信道概述廣義信道指將傳輸媒體和完成各種形式的變換功能的設(shè)備都包含在內(nèi)的信道。根據(jù)具體的研究對象和關(guān)心的問題，可定義不同類型的廣義信道。如調(diào)制信道、編碼信道等。狹義信道僅指傳輸信號的任何抽象或具體的通路。廣義信道（編碼信道）傳輸系統(tǒng)源點編碼器調(diào)制器載波機(jī)載波機(jī)解碼器解調(diào)器終點狹義信道廣義信道（調(diào)制信道）53.1.1信道概述(續(xù)1)信道功能的兩面性：它既為信號提供傳輸通路，又對信號造成損害。這種損害具體反映在信號波形的衰減和畸變上，導(dǎo)致通信出現(xiàn)差錯現(xiàn)象。信道和電路是兩個不同的概念。信道用來表示某一個方向傳送信息的媒體，因此一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。信道是電路的邏輯部件。63.1.2信道分類信道的分類1、模擬信道和數(shù)字信道

按照信道上傳輸信號的類型，可分為模擬信道允許傳輸波形連續(xù)變化的模擬信號的信道。其傳輸特性可用等效的四端網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)來表示。模擬信道又可分為恒參信道和變參信道。其質(zhì)量可用失真和輸出信噪比來描述。數(shù)字信道只允許傳輸離散取值的數(shù)字信號的信道。其質(zhì)量可用差錯率和差錯序列的統(tǒng)計特性來描述。73.1.2信道分類(續(xù)1)2、單工、半雙工和全雙工信道按照信道上信號傳送方向與時間的關(guān)系分為：單工信道半雙工信道全雙工信道3、專(租)用信道和公用信道按照使用信道的方法分為：專用信道公用信道83.1.2信道分類(續(xù)2)4、有線信道和無線信道按照信道采用傳輸介質(zhì)的不同分為有線信道以有形的導(dǎo)引型傳輸介質(zhì)(如雙絞線、同軸電纜、電力線、光纜)的信道。無線信道以無形的非導(dǎo)引型傳輸介質(zhì)(如宇宙空間)的信道。利用現(xiàn)有信道來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，必須了解現(xiàn)有信道的特點，以及它對傳輸數(shù)據(jù)信號的影響和限制。9第3

章：內(nèi)容提綱3.1信道概述3.2有線信道3.3無線信道3.4信道容量的計算

3.2有線信道有線信道——利用人造的導(dǎo)引型傳輸媒體來傳輸信號，電磁波是沿著某一傳輸媒體同向傳播的信道。信號的能量集中在傳輸媒體附近，因此傳輸效率高，但部署不夠靈活。有線信道采用導(dǎo)引型傳輸媒體，常用的有四種：明線、電纜（對稱電纜和同軸電纜）、電力線、光纜。

3.2.1明線明線是指平行架設(shè)在電線桿上的架空線路。明線采用導(dǎo)電裸線或帶絕緣層的導(dǎo)線(銅線和鋁線)。

明線的優(yōu)點是線路損耗低，架設(shè)簡單。缺點是對外界噪聲和干擾較敏感，易受暴風(fēng)雨和冰雪的影響和人為破壞。20世紀(jì)初曾大量采用架空明線，目前許多國家都已停止使用明線。中國也只在農(nóng)村或邊遠(yuǎn)地區(qū)采用，市內(nèi)明線已被對稱電纜所取代，長途線路則讓位于同軸電纜或光纜。123.2.2電纜1、對稱電纜把兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線按一定密度互樫絞纏在一起形成的線對，又稱雙絞線。雙絞線的絞合密度、扭絞方向和絕緣材料直接影響著它的特性阻抗、衰減和近端串?dāng)_。通常把多根雙絞線再絞合成電纜狀。雙絞線既可用于傳輸模擬信號，也可用傳輸數(shù)字信號。其通信距離一般為幾到幾十公里(將信號放大、整形，或加屏蔽)

。由于雙絞線傳輸特性好，成本低，故應(yīng)用于電話線和室內(nèi)通信網(wǎng)的布線。商用建筑物電信布線標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-568-A規(guī)定了用于室內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的無屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)。常用3類線和5類線。其主要區(qū)別在于單位長度的絞合次數(shù)不同。133.2.1電纜(續(xù)1)雙絞電纜的種類UTP無屏蔽雙絞纜 FTP屏蔽雙絞纜SFTP屏蔽金屬箔雙絞電纜 STP屏蔽雙絞電纜143.2.1電纜(續(xù)2)雙絞線的的物理模型是平行輸電線，它的傳輸特性可用一次參數(shù)(R、L、C和G)和二次參數(shù)(特性阻抗和始末端電壓或電流之比值)來表示。近端串?dāng)_(指線對間的耦合干擾)是衡量雙絞線性能的重要指標(biāo)。無論是哪種類別的線，衰減都隨頻率的升高而增大。使用更粗的導(dǎo)線可以降低衰減，但卻增加了導(dǎo)線的價格和重量。使用更大的和更精確的絞合度，就可以獲得更高的帶寬。153.2.1電纜(續(xù)3)常用的絞合線的典型應(yīng)用類別帶寬(MHz)典型應(yīng)用316低速網(wǎng)絡(luò)，如模擬電話網(wǎng)420短距離的以太網(wǎng)，如10BASE-T510010BASE-T以太網(wǎng)某些100BASE-T快速以太網(wǎng)5E(超5類)100100BASE-T快速以太網(wǎng)某些1000BASE-T吉比特以太網(wǎng)62501000BASE-T吉比特以太網(wǎng)，ATM網(wǎng)7600可用于10吉比特以太網(wǎng)(只使用STP)163.2.1電纜(續(xù)4)2、同軸電纜同軸電纜由硬的銅質(zhì)芯線和外包一層絕緣材料，在絕緣材料外面是一層網(wǎng)狀密織的外導(dǎo)體，以及塑料保護(hù)外套組成。

同軸電纜具有壽命長、容量大、傳輸穩(wěn)定、外界干擾小、維護(hù)方便等優(yōu)點。

絕緣材料銅芯芯線(內(nèi)層體)塑料保護(hù)外套網(wǎng)狀密織屏蔽層(外導(dǎo)體)173.2.1電纜(續(xù)5)同軸電纜的特性同軸電纜應(yīng)用于較高頻率范圍時，它的一次參數(shù)和二次參數(shù)可近似計算。特性阻抗

衰減常數(shù)

傳輸速度

為內(nèi)導(dǎo)體半徑，為外導(dǎo)體半徑，是介質(zhì)的相對介電常數(shù)

183.2.1電纜(續(xù)6)同軸電纜有兩種：一種是按內(nèi)、外導(dǎo)體尺寸a、b不同，分為中、小和微三種規(guī)格。另一種是按特性阻抗的不同，分為基帶同軸電纜(50Ω)和寬帶同軸電纜(75Ω)。前者用來傳送基帶信號，其距離可達(dá)1km，傳輸速率為10Mb/s。后者可作為有線電視的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜，傳送頻分復(fù)用的寬帶信號。其信號頻率可高達(dá)300-400MHz，而距離可達(dá)100km。

在局域網(wǎng)發(fā)展初期，曾廣泛地使用同軸電纜作為傳輸媒體。目前基本上都是采用雙絞線。同軸電纜主要用在有線電視網(wǎng)的居民小區(qū)。其帶寬取決于電纜的質(zhì)量。3.2.3電力線電力線是指輸送電能的電力線路。按結(jié)構(gòu)形式的不同，輸電線路分架空輸電線路和電纜線路。架空輸電線由線路桿塔和電力線組成。電力線通信的全稱是電力線載波通信，是指利用高壓電力線(指35kV及以上)、中壓電力線(指10kV)或低壓配電線(380/220V)作為信息傳輸媒體進(jìn)行話音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。由于輸電線路有十分牢固的支撐結(jié)構(gòu)，并架設(shè)3條以上的導(dǎo)體(3根導(dǎo)線及1或2根架空地線)，所以在輸送工頻電流的同時，也傳送載波信號，既經(jīng)濟(jì)又可靠。193.2.3電力線(續(xù)1)電力線通信的特點是投資少、連接方便、傳輸速率高、安全性好和使用范圍廣。但目前還存在無法提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，以及可能發(fā)生一些不可預(yù)知的麻煩（如家庭電器產(chǎn)生的電磁波干擾）。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些問題將會逐步得到解決。20213.2.4光纜護(hù)套包層(d<125

m)

纖芯(d=8-50

m)

4、光纜在通信領(lǐng)域，信息的傳輸速率相當(dāng)于每10年提高100倍。光纖通信已成為現(xiàn)代通信技術(shù)中的一個十分重要的領(lǐng)域。光纖是一種新型的光波導(dǎo)。其結(jié)構(gòu)一般是雙層或多層的同心園柱體，由纖芯、包層和護(hù)套組成。

223.2.4光纜(續(xù)1)光線在光纖中的折射

纖芯（直徑只有8至50

m（1

m=10–6m）高折射率的媒體）

折射角入射角

包層（低折射率的媒體）包層纖芯由于纖芯折射率大于包層的折射率，使得折射角大于入射角。當(dāng)入射角足夠大時，就會引起全反射，光線重新折回纖芯，從而不斷向前傳播。233.2.4光纜(續(xù)2)三種實用光纖多模突變光纖(又稱階躍光纖)指光纖的纖芯和包層的折射率沿光纖的徑向分布是均勻的，而在兩者的交界面上發(fā)生突變。此類光纖的帶寬較窄，適用于小容量短距離通信。多模漸變光纖指纖芯的折射率是其半徑r的函數(shù)n(r)，沿著徑向隨r的增加而逐漸減小，直到達(dá)到包層的折射率值為止，而包層內(nèi)的折射率又是均勻的。此類光纖帶寬較寬，適用于中容量中距離通信。單模光纖指纖芯中僅傳輸一種最低模式的光波，由于纖芯直徑很小(通常為8～12μm)，制作工藝難度大。其折射率分布屬于突變型。單模光纖的帶寬極寬，適用于大容量遠(yuǎn)距離通信。

243.2.4光纜(續(xù)3)實用光纖的傳輸模式253.2.4光纜(續(xù)4)光纖通信系統(tǒng)的光源發(fā)光二極管LED

價格較低，工作溫度也較寬，使用壽命長。半導(dǎo)體激光器發(fā)光效率高，可支持較高的傳輸速率。光纖的接收端采用光敏二極管。當(dāng)遇到光照射時，它會產(chǎn)生一個電脈沖。由于光敏二極管的典型響應(yīng)時間為1ns，因而限制傳輸速率在1Gb/s左右。263.2.4光纜(續(xù)5)影響光纖傳輸質(zhì)量的因素?fù)p耗特性表示光能在光纖中傳輸所受到衰減程度。(dB/km)(3-1)光纖損耗分為固有損耗指光纖材料的性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)引起的吸收損耗和瑞利散射損耗。非固有損耗指雜質(zhì)吸收、結(jié)構(gòu)不規(guī)則引起的散射和彎曲幅射損耗等。27光纖損耗與波長的關(guān)系3.2.4光纜(續(xù)6)在光纖通信中常用的三個波段的中心分別位于0.85，1.30和1.55

m，這三個波段具有25000-30000GHz的帶寬。283.2.4光纜(續(xù)7)光纖的頻帶特性頻帶特性直接影響傳輸波形的失真情況和傳輸容量。通常以兆赫千米(MHz·km)來表示。

頻帶特性與光纖傳光時的色散性能有關(guān)。光纖傳輸?shù)哪Ｊ嚼碚撝赋觯汗庖噪姶挪▊魉?，不同模式的電磁波在光纖中的傳送速度是不同的。傳送速度隨模式、波長或材料變化的性質(zhì)稱為光纖的色散特性。色散有模間色散和模內(nèi)色散兩種。多模光纖中以模間色散為主。單模光纖只存在模內(nèi)色散。色散對傳輸質(zhì)量的影響體現(xiàn)在傳輸波形的畸變上。光纖通信無中繼最大距離受傳輸損耗和時延失真的限制。293.2.4光纜(續(xù)8)光纖通信的優(yōu)點：可供利用的頻帶寬，理論上為微波通信的104～105倍。

傳輸衰耗很小。在很寬的運用頻帶范圍內(nèi)，因衰減與頻率無關(guān)，接收端無需采取均衡措施。防竊聽，保密性好。制造原料豐富，且用料極省。易施工和擴(kuò)容。光纖通信的缺點：連接需用專用設(shè)備。目前光電接口較貴。30第3

章：內(nèi)容提綱3.1信道概述3.2有線信道3.3無線信道3.4信道容量的計算

313.3無線信道無線信道是對無線通信中發(fā)送端和接收端之間通路的一種形象比喻。是指發(fā)送端到接收端兩者間的空間銜接，俗稱無線信道。無線信道以電磁波作為通信手段。電磁波的發(fā)送和接收要用天線。為了有效地發(fā)射和接收電磁波，天線的尺寸應(yīng)不小于電磁波波長的1/10。因此，頻率過低，波長過長，天線越難制造。通常用于通信的頻率都比較高。實用中將電磁波的頻率劃分為若干頻段，或按波長劃分為若干波段，如表3-2所列。323.3無線信道(續(xù)1)電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線

射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波調(diào)幅無線電調(diào)頻無線電海事無線電光纖電視(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移動無線電333.3無線信道(續(xù)2)為了保持良好的電磁環(huán)境，避免不同通信系統(tǒng)間的干擾，ITU制訂了頻率使用的有關(guān)協(xié)議。在此基礎(chǔ)上，各國再分別制訂本國的無線電頻率使用規(guī)則。

電磁波在非空間傳播時易受地面和大氣層的影響。根據(jù)通信距離、頻率和地理位置的不同，電磁波在大氣層、外層空間或海洋中有以下五種傳播模式：地波傳播、空間波傳播、天波傳播、散射傳播和地空傳播。343.3無線信道(續(xù)3)無線信道采用非導(dǎo)引型傳輸媒體，即以自由空間為傳輸電磁波的媒體，在大氣層、外層空間或海洋中進(jìn)行的無線傳輸。由于電磁波的特性與頻率有關(guān)。在低頻段，電磁波能很好地穿透障礙物，但隨著傳輸距離的增大，其能量將以1/r2

的速率進(jìn)行衰減（r為傳輸距離）。在高頻段，電磁波傾向于以直線傳播，但遇到障礙反射物會被反射，更易受雨、霧、雪等自然條件和大氣層自然環(huán)境的影響，所有頻率都會受到外來的干擾。1/r23.3.1超長波通信超長波通信是利用波長為10～1兆米(頻率為30～300赫)的電磁波進(jìn)行的無線電通信，亦稱超低頻通信。國外稱為極低頻通信。超長波是在地球表面與電離層下界之間形成的球形的天然波導(dǎo)中傳播，傳播衰減小且穩(wěn)定，僅用較小的幅射功率，即可實現(xiàn)數(shù)兆米距離的通信。超長波通信的優(yōu)點：①不受磁暴、核爆等的影響，傳輸穩(wěn)定，衰減小，通信距離遠(yuǎn)。②超長波穿透能力強(qiáng)，適用于水下通信。超長波通信的缺點：設(shè)備龐大，頻帶窄，速率低，只適用于岸水下通信。353.3.1超長波通信(續(xù)1)363.3.2長波通信長波通信是使用波長長于1000米(頻率低于300KHz)的電磁波進(jìn)行的無線電通信，亦稱低頻通信。長波通信可細(xì)分為在長波（波長10～1000米，30～300kHz），甚長波(100km～10km，3～30kHz)，超長波(10000km～1000km，30～300Hz)和極長波(1～10萬公里，3～30Hz)波段的通信。373.3.2長波通信(續(xù)1)長波通信以地波傳播為主。地波陸地傳播一般達(dá)幾十到幾百公里，海面?zhèn)鞑タ蛇_(dá)數(shù)百到數(shù)千公里。在頻段高端(150～300kHz)，大氣噪聲較小，天線效率較高，可通電話和電報，廣泛用于海上通信。在頻段低端(30～60kHZ)，電磁波能穿透一定深度的海水，可以用于對水下艦艇的通信。長波具有穿透巖石和土壤的能力，也用于地下通信。長波因頻帶窄，只能通電報或低速數(shù)據(jù)。

383.3.2長波通信(續(xù)2)甚長波通信是使用10～30kHz頻段的無線電通信，又稱甚低頻通信。在遠(yuǎn)距離通信時，主要靠大地與低電離層間形成的波導(dǎo)進(jìn)行傳播，距離可達(dá)數(shù)千公里乃至覆蓋全球，通信可靠。甚長波穿透海水能力較強(qiáng)，適用于對水下艦艇的遠(yuǎn)距離通信、海面艦艇的通信。甚長波通信的特點是系統(tǒng)龐大、占地廣、功率大、造價高、通帶較窄，速率低(xx波特)，只能通電報或低速數(shù)據(jù)。393.3.2長波通信(續(xù)3)超長波通信也稱超低頻通信。超長波頻段的電磁波傳播十分穩(wěn)定，海水衰減很小，對海水穿透能力很強(qiáng)，可用于對遠(yuǎn)距離和在大深度下航行的戰(zhàn)略導(dǎo)彈核艦艇的通信。極長波通信也稱極低頻通信。極長波頻段的電磁波在陸地和海水中傳播衰減都很小，可用于對數(shù)百米海水下的艦艇進(jìn)行通信，但因波長太長，用一般常規(guī)技術(shù)很難實現(xiàn)。403.3.2長波通信(續(xù)4)41423.3.3短波通信短波通信是使用波長為100m～10m(或頻率為3～30MHz)的無線電通信。實用短波是1.5～30MHz。短波(頻率為2MHz以下)既可沿地球表面以地波形式傳播(數(shù)百千米)，而主要是以天波的形式靠大氣層中的電離層反射傳播(達(dá)數(shù)千～上萬千米)。

電離層是離地面高度60～450km，受太陽紫外線和X射線作用而存在的由離子、自由電子和中性分子、原子組成的一個區(qū)域。據(jù)實測，電離層由環(huán)繞地球處于不同高度的四個導(dǎo)電層組成：D、E、F1和F2。對短波傳輸起主要作用的是F層，且選用夜間工作頻率低于白天的工作頻率。43電離層的構(gòu)成3.3.3短波通信(續(xù)1)443.3.3短波通信(續(xù)2)短波通信的主要指標(biāo)是通信質(zhì)量和可通率。通信質(zhì)量可用信噪比和差錯率來表示。模擬通信用信噪比，而數(shù)字通信則用差錯率。可通率(又稱線路利用率)指通信線路接收端的信噪比高于可接受的最低信噪比的時間百分比。如何正確選擇短波通信頻率？在一定的電離層條件下，存在一個最高可用頻率MUF(指實際通信中能被電離層反射回地面的電波最高頻率)。(3-3)(＝0)(≠0)入射角臨界頻率453.3.3短波通信(續(xù)3)MUF是電波返回地面或剛穿出電離層的臨界值?？紤]電離層結(jié)構(gòu)的變化和保證長期穩(wěn)定接收，實際選用的短波最佳工作頻率是FOT=(85%)MUF。此時可通率達(dá)90%。多徑傳播短波電波通過若干條路徑或者不同的傳播模式由發(fā)信點到達(dá)收信點的長度不同，而引起由發(fā)信點到達(dá)收信點的時間不同的現(xiàn)象。多徑時散指不同路徑的時延差。它與路徑長度、工作頻率、晝夜、季節(jié)等因素有關(guān)。3.3.3短波通信(續(xù)4)46473.3.3短波通信(續(xù)5)多徑時散對數(shù)據(jù)通信的影響主要體現(xiàn)在碼間干擾上。為了保證傳輸質(zhì)量，往往采用限制數(shù)據(jù)傳輸速率的措施。引起多徑時散的幾種主要因素

483.3.3短波通信(續(xù)6)衰落指在短波傳輸過程中，收信電平出現(xiàn)忽高忽低隨機(jī)變化的現(xiàn)象。衰落按其持續(xù)時間的長短分為快衰落(信號起伏持續(xù)時間僅幾分之一秒)與慢衰落(持續(xù)時間可達(dá)一小時或更長)。除自由空間傳播損耗外，還有電離層吸收損耗、地面反射損耗和系統(tǒng)額外損耗等附加損耗。吸收損耗主要在D、E層，通常吸收損耗為6～25dB。地面反射損耗與地面狀況、電波入射角和工作頻率有關(guān)，工程計算常取一次地面反射，損耗為20dB。系統(tǒng)額外損耗是指一些尚未被人們完全認(rèn)識和難以計算的損耗，常用統(tǒng)計方法得到。如中緯度地區(qū)系統(tǒng)額外損耗可取15～18dB。493.3.3短波通信(續(xù)7)短波通信的主要缺點是可靠性低、通信質(zhì)量差。但通信距離遠(yuǎn)、所需發(fā)射功率低、設(shè)備費用適中，具有抗毀性強(qiáng)的中繼系統(tǒng)(指電離層)和較高的機(jī)動性，因而在軍事通信和移動通信中有著重要的實用價值。

3.3.4超短波通信超短波通信是使用波長10～1米（頻率為30～300MHz）的無線電波傳輸?shù)臒o線電通信，又稱米波通信。超短波通信主要依靠地波傳播和空間波視距傳播。由于超短波的頻帶寬度是短波頻帶寬度的10倍，因而被廣泛應(yīng)用于電視、調(diào)頻廣播、雷達(dá)探測、移動通信、軍事通信等領(lǐng)域。503.3.4超短波通信(續(xù)1)超短波通信的主要特點①超短波通信利用視距傳播方式，比短波天波傳播方式穩(wěn)定性高，受季節(jié)和晝夜變化的影響小。②天線可用尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、增益較高的定向天線，可用功率較小的發(fā)射機(jī)。③頻率較高,頻帶較寬,能用于多路通信。④調(diào)制方式通常用調(diào)頻制，可以得到較高的信噪比，通信質(zhì)量比短波好。513.3.4超短波通信(續(xù)2)超短波通信的優(yōu)點：①頻段寬，通信容量大；②視距以外的不同網(wǎng)絡(luò)電臺可以用相同頻率工作，不會互相干擾；③可用方向性較強(qiáng)的天線，有利于抗干擾；④受晝夜和季節(jié)變化的影響小，通信較穩(wěn)定。超短波通信的缺點：①通信距離較近；②受地形影響較大，電波通過山岳、丘陵、叢林地帶和建筑物時，會被部分吸收或阻擋，使通信困難或中斷。3.3.4超短波通信(續(xù)3)53543.3.5地面微波微波是指在對流層的視距范圍內(nèi)，以波長為1m～1mm(或頻率為300MHz～300GHz)的電磁波。地面微波傳輸是在對流層的視距范圍內(nèi)進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。3.3.5地面微波(續(xù)1)55563.3.5地面微波(續(xù)2)地面微波傳輸采用多路復(fù)用的工作方式，且工作于射頻的微波頻段(常用1～40GHz)。因受地形和天線高度的限制，兩通信站之間的距離一般在40～60km。遠(yuǎn)距離通信則采用中繼方式。因此，多路復(fù)用、射頻工作和中繼接力是地面微波傳輸?shù)娜齻€最基本的工作特點。視距傳播的兩個中繼站天線之間的最大距離為(km)(3-4)k是折射引起的調(diào)整系數(shù)，經(jīng)驗值為4/3573.3.5地面微波(續(xù)3)自然環(huán)境對微波通信的影響⑴地形對電波傳播的影響⑵大氣對電波傳播的影響⑶傳播損耗和電波衰落583.3.5地面微波(續(xù)4)地形對電波傳播的影響地形對微波傳播帶來的影響主要表現(xiàn)在電波的反射、繞射和地面散射等方面。反射的影響是指光滑地面或水面可將天線發(fā)射的部分信號能量反射到接收天線處，對主波信號產(chǎn)生干涉。繞射的影響是指地面障礙物（山峰、森林、建筑物等）可能阻擋一部分電波射線，使收信點的接收電平降低。地面散射通常呈亂反射狀，這對主波信號影響較小，可以忽略不計。593.3.5地面微波(續(xù)5)大氣對電波傳播的影響對流層是指地面以上大約10km范圍內(nèi)的低空大氣層。對流層對電波傳播的影響，主要表現(xiàn)在氣體分子對電波的共振吸收、雨霧中水滴對電波的散射損耗，以及對流層結(jié)構(gòu)的不均勻性使電波產(chǎn)生折射、反射、散射等現(xiàn)象，其中尤以大氣折射的影響最為顯著。603.3.5地面微波(續(xù)6)不同大氣折射的電波傳播軌跡

613.3.5地面微波(續(xù)7)傳播損耗和電波衰落地面微波在對流層傳播，因受到對流、平流、湍流及雨、霧、雪等因素的影響，再加上少量的地面反射波，收信點的場強(qiáng)會產(chǎn)生隨機(jī)性的起伏變化，這種現(xiàn)象稱為衰落。引起衰落的原因是多方面的，但其主要原因還在于氣象條件的變化和地面效應(yīng)的影響。其中包括

①吸收衰耗。因為任何物質(zhì)的分子都是由具有固有諧振頻率的帶電粒子組成的。

623.3.5地面微波(續(xù)8)②雨霧引起的散射衰耗。雨霧中的水滴表面對電波的散射會引起散射衰耗。這種衰耗隨波長的縮短，雨霧量的增大而增加。③K型衰落。這是多徑傳播引起的干涉型衰落。其衰落深度隨時間而變化。K型衰落除地面效應(yīng)外，大氣中有時會出現(xiàn)大氣折射率的突變層，從而使電波產(chǎn)生反射或散射，造成電波的多徑傳播。還有地面上空的溫度受晝夜、季節(jié)等影響也會周期性地構(gòu)成大氣逆變層，出現(xiàn)超折射現(xiàn)象，此時也極易發(fā)生電波的多徑傳播。633.3.5地面微波(續(xù)9)

④湍流引起的散射衰落。對流層中往往有一些具有不同溫度、濕度和壓強(qiáng)的空氣團(tuán)(低空氣團(tuán)的大小一般在60m以下)作無規(guī)則地漩渦運動，這就是大氣湍流。當(dāng)電波穿過這些氣團(tuán)時，因使其中的水分子受到激勵引起電波向四周散射，形成了散射衰落。這種衰落持續(xù)時間較短，一般不會中斷通信。為了對付上述衰落現(xiàn)象對微波通信帶來的影響，除了提高發(fā)射功率、增加天線高度及選擇有利地形等措施外，采用分集接收技術(shù)和抗衰落天線也是克服多徑衰落的最有效的方法。643.3.5地面微波(續(xù)10)微波通信的優(yōu)缺點優(yōu)點：①頻帶寬、容量大。②受外界干擾小，可靠性和穩(wěn)定性好。③易制成高增益、方向性強(qiáng)的天線，通信效果較好。④點-點通信，具有較大的靈活性。⑤投資省、見效快。

缺點：①中繼站選點較復(fù)雜，對施工、維護(hù)帶來不便。②易受自然環(huán)境的影響。③屬于暴露式通信，易被截獲竊聽，通信保密性差。653.3.6衛(wèi)星微波3、衛(wèi)星微波衛(wèi)星通信是在地面微波中繼通信和空間技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的通信方式。因采用的是微波波段，俗稱衛(wèi)星微波。目前衛(wèi)星微波在多種通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。衛(wèi)星通信的兩種方式：即發(fā)式通信和存儲式通信。如何選擇衛(wèi)星通信的工作頻段？

①電波應(yīng)能穿越電離層，盡可能減少傳播損耗和外加噪聲；②應(yīng)有較寬的頻帶，以便增大通信容量；③盡量避免與其他通信業(yè)務(wù)間的干擾；

④充分利用和發(fā)揮現(xiàn)代通信與電子技術(shù)。3.3.6衛(wèi)星微波(續(xù)1)衛(wèi)星通信的工作頻段應(yīng)選擇在電波能穿越電離層的特高頻或微波頻段，它的最佳頻段范圍為1～10GHz。ITU-T為衛(wèi)星用戶分配的工作頻段66頻段工作頻率(GHz)上行鏈路(GHz)下行鏈路(GHz)帶寬(MHz)存在問題UHF(L)1.5/1.61.61.515頻段窄，擁擠SHF(S)2/42.21.970頻段窄，擁擠(C)4/65.925～6.4253.7～4.2500地面干擾(Ku)11，2/1414～14.511.7～12.2500降雨(Ka)20/3027.5～31.017.7～21.23500降雨，設(shè)備成本3.3.6衛(wèi)星微波(續(xù)2)673.3.6衛(wèi)星微波(續(xù)3)衛(wèi)星通信的工作頻段

應(yīng)選擇在電波能穿越電離層的特高頻或微波頻段，它的最佳頻段范圍為1GHz～10GHz。ITU-T為衛(wèi)星用戶分配的工作頻段見表2-2。衛(wèi)星通信的特點①傳播時延長，從一個地球站經(jīng)衛(wèi)星到另一個地球站的電波傳播傳播時間約需240～280ms(可取270ms)。②傳播損耗大，達(dá)200dB左右。③受大氣層的影響大。④“面覆蓋”式的傳播信道。68693.3.6衛(wèi)星微波(續(xù)4)地球同步衛(wèi)星的配置

703.3.6衛(wèi)星微波(續(xù)5)甚小孔徑地球站VSAT衛(wèi)星通信領(lǐng)域的新發(fā)展是建立一種低成本的具有高度軟件控制功能的微型站VSAT。VSAT采用口徑很小的天線（0.3～2.4m），功率在1W左右，上行速率可達(dá)1Mb/s，下行速率通常達(dá)數(shù)Mb/s。若微型站沒有足夠的功率實現(xiàn)相互之間的直接通信，則可用特殊的中繼站。VSAT有兩個特點：①地球站通信設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊牢固，全固態(tài)化，尺寸小、功耗低，安裝方便；②組網(wǎng)方式靈活多樣。目前已被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域以及邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信。3.3.7散射通信散射通信是指利用大氣層中傳輸媒體的不均勻性對無線電波的散射作用進(jìn)行的超視距通信。特點：可在被高山、湖泊等障礙物阻隔數(shù)百千米的用戶之間實現(xiàn)超視距通信，適合于軍事應(yīng)用。散射通信包括對流層散射通信、電離層散射通信和流星余跡散射通信。713.3.7散射通信(續(xù)1)對流層散射通信對流層是指從地球表面至高度為18km的氣體最稠密的大氣空間。對流層的高度與緯度有關(guān)，在中緯度地區(qū)約為10～12km。對流層中存在著大量作隨機(jī)運動的不均勻介質(zhì)(空氣渦流、云團(tuán)等)，它們的溫度、濕度和壓強(qiáng)等與周圍空氣不同，因而對電波的折射率也不同。對流層散射通信就是利用對流層大氣結(jié)構(gòu)的不均勻性來實現(xiàn)的超視距無線電通信。723.3.7散射通信(續(xù)2)73對流層內(nèi)的散射體是空氣渦流和云團(tuán)，而電離層內(nèi)的散射體是流星余跡。3.3.7散射通信(續(xù)3)對流層散射信道存在電波多徑傳播現(xiàn)象。由多徑傳播引起的衰落是快衰落。除快衰落之外，由于氣象條件的有規(guī)律變化（晝夜、季節(jié)變化）和隨機(jī)變化（如氣流運動、大氣風(fēng)的影響等），會造成接收信號電平中值（或均方根值）存在較長的慢起伏，這是慢衰落。對流層散射通信的特點①單跳通信距離較遠(yuǎn)，通常為100～500km。②通信容量大，比地面微波小，而比衛(wèi)星微波大。③抗干擾、抗截獲能力強(qiáng)。④通信保密好。743.3.7散射通信(續(xù)4)對流層散射通信的特點⑤抗核爆能力強(qiáng)。⑥“越障”能力強(qiáng)，機(jī)動性好。⑦

抗毀能力強(qiáng)。對流層散射通信存在的主要問題：傳輸損耗大和較深的快衰落。對流層散射通信是軍事通信中戰(zhàn)略通信網(wǎng)和戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)中的主要傳輸手段，75763.3.8光波通信人們最熟悉的電磁波，紫外線、可見光和紅外線都屬于光波的范疇。光波的波長在3×102～60×104

m

，頻率在3×1012～5×1016Hz。光波通信有三種分類：①按照光源特性的不同，分為激光通信和非激光通信。②按照傳輸媒體的不同，分為大氣激光通信和光纖通信。③按照傳輸波段的不同，光波通信分為可見光通信、紅外線(光)通信和紫外線(光)通信。773.3.8光波通信(續(xù)1)大氣激光通信可傳輸語音、文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息。它具有抗干擾性好、設(shè)備輕便、保密性強(qiáng)、機(jī)動性等優(yōu)點，但使用時收、發(fā)天線相互對準(zhǔn)較為困難，通信距離限于視距(XXm)范圍，易受氣候影響，尤其在惡劣氣候條件下會造成通信中斷。不同波長的激光在大氣中有不同的衰減，必須合理地選擇工作波長。可見光通信是利用可見光波段的光作為信息載體，在空氣中直接傳輸光信號的通信方式?？梢姽馐侵秆劭筛兄碾姶挪?波長400～760nm,最敏感的波長為555nm)?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)是利用可見光譜(如LED燈)實現(xiàn)無線高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦蜔o線傳輸技術(shù)，又稱“光保真技術(shù)”(簡稱LiFi)。3.3.8光波通信(續(xù)2)可見光通信的原理：先將數(shù)字信號調(diào)制到電力線上，通過安裝在LED燈內(nèi)的通信模塊，讓可見光快速閃爍(閃爍達(dá)到300Mb/s)實現(xiàn)信息的傳輸。在接收端通過感光器件接收這種閃爍的燈光，解調(diào)出來還原成發(fā)送的信息?？梢姽馔ㄐ诺膬?yōu)點是不受無線電信號干擾。主要缺