通信導(dǎo)論傳輸介質(zhì)

關(guān)于通信導(dǎo)論傳輸介質(zhì)第二章傳輸介質(zhì)2.1傳輸介質(zhì)的基本概念2.2雙絞線2.3同軸電纜2.4無(wú)線信道2.5微波2.6光纖第2頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.1傳輸介質(zhì)的基本概念（1）2.1.1傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是連接通信設(shè)備的媒介，是通信設(shè)備之間的物理通道，是信號(hào)的實(shí)際載體。傳輸介質(zhì)的多樣性源于通信環(huán)境和業(yè)務(wù)的多樣性。2.1.2傳輸介質(zhì)的分類(lèi)有線、無(wú)線3類(lèi)常見(jiàn)的傳輸介質(zhì)電纜：非屏蔽雙絞線UTP，屏蔽雙絞線STP，同軸電纜Cable無(wú)線：可見(jiàn)光、微波、紅外線等等光纖：?jiǎn)文９饫w、多模光纖第3頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月傳輸介質(zhì)和典型應(yīng)用傳輸介質(zhì)頻率范圍波長(zhǎng)表示符號(hào)典型應(yīng)用普通有線電纜、長(zhǎng)波無(wú)線電3Hz~30kHz108~104米VLF長(zhǎng)波電臺(tái)普通有線電纜、長(zhǎng)波無(wú)線電30kHz~300kHz104~103米LF電話通信網(wǎng)中的用戶線路、長(zhǎng)波電臺(tái)同軸電纜、中波無(wú)線電300kHz~3MHz103~102米MF調(diào)幅廣播電臺(tái)同軸電纜、短波無(wú)線電3MHz~30MHz102~10米HF有線電視網(wǎng)中的用戶線路同軸電纜、米波無(wú)線電30MHz~300MHz10~1米VHF調(diào)頻廣播電臺(tái)分米波無(wú)線電300MHz~3GHz100~10厘米UHF公共移動(dòng)通信AMPS、GSM、CDMA厘米波無(wú)線電3GHz~30GHz10~1厘米SHF無(wú)線局域網(wǎng)802.11a/g、微波中繼通信、衛(wèi)星通信毫米波無(wú)線電30GHz~300GHz10~1毫米EHF衛(wèi)星通信、超寬帶（UWB）通信光纖、可見(jiàn)光、紅外光105~107GHz3×10-4~3×10-6米

光纖通信、短距紅外通信第4頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.1傳輸介質(zhì)的基本概念（2）2.1.3傳輸介質(zhì)與傳輸技術(shù)的設(shè)計(jì)根據(jù)傳輸介質(zhì)的特性，傳輸介質(zhì)的參數(shù)：（1）帶寬：可供使用的頻譜寬度；（2）誤碼率：?jiǎn)蝹€(gè)比特差錯(cuò)出現(xiàn)的概率；（3）信號(hào)傳輸距離：當(dāng)信號(hào)在傳輸介質(zhì)上傳播，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)隨距離增加而衰減；當(dāng)有用信號(hào)的強(qiáng)度衰減至一定水平時(shí)傳輸介質(zhì)的長(zhǎng)度就是介質(zhì)的信號(hào)傳輸距離；（4）安全：不同的傳輸介質(zhì)因其特性有不同的安全等級(jí)，在傳輸時(shí)就需要采用的通信加密與認(rèn)證技術(shù)；為不同的傳輸介質(zhì)需要選用適合的安全保證技術(shù)。第5頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.2雙絞線第6頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.2雙絞線（1）2.2.1雙絞線概述1、定義：雙絞線是由一對(duì)帶有絕緣層的銅線，以螺旋的方式纏繞在一起制成的。雙絞線電纜通常由一對(duì)或多對(duì)雙絞線組成；雙絞線通常用于傳輸平衡信號(hào)。雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定限制，但價(jià)格低廉。2、雙絞線的特征（1）導(dǎo)線直徑：銅導(dǎo)線的直徑，一般直徑越大，傳輸能力越強(qiáng)；（2）含銅量：直觀的表現(xiàn)就是導(dǎo)線的柔軟程度，越柔軟的導(dǎo)線含銅量越高，傳輸能力越強(qiáng)；（3）單位長(zhǎng)度繞數(shù)：表示了導(dǎo)線螺旋纏繞的緊密程度，單位長(zhǎng)度內(nèi)的繞數(shù)越多，對(duì)干擾的抵消作用就越強(qiáng)；（4）屏蔽措施：屏蔽措施越好，抗干擾的能力就越強(qiáng)。國(guó)際電氣工業(yè)協(xié)會(huì)為雙絞線電纜的傳輸標(biāo)準(zhǔn)第7頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.2雙絞線（2）非屏蔽雙絞線UTP和屏蔽雙絞線STP

雙絞線的分類(lèi)：根據(jù)雙絞線所支持的傳輸速率分類(lèi)：

（1）一類(lèi)線：主要用于傳輸語(yǔ)音，不用于數(shù)據(jù)傳輸。（2）二類(lèi)線：傳輸頻率為1MHz，用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸（3）三類(lèi)線:傳輸頻率為16MHz,用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10base-T。（4）四類(lèi)線:傳輸頻率為20MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸

第8頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.2雙絞線（3）（5）五類(lèi)線：由四對(duì)雙絞線組成的非屏蔽雙絞線。用于語(yǔ)音傳輸和高于100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于百兆以太網(wǎng)，100base-T的以太網(wǎng)中。通過(guò)顏色的組合來(lái)區(qū)分互相纏繞的雙絞線對(duì)；

（6）超5類(lèi)：由四對(duì)雙絞線組成的非屏蔽雙絞線。與五類(lèi)線相比，超五類(lèi)線所使用的銅導(dǎo)線質(zhì)量更高、單位長(zhǎng)度繞數(shù)也更多，因而衰減更小、信號(hào)串?dāng)_更小、具有更小的時(shí)延誤差；在使用4對(duì)雙絞線同時(shí)用于傳輸?shù)那闆r下，可以用于1000base-T的千兆以太網(wǎng)。（7）六類(lèi)線：傳輸頻率為1MHz～250MHz，提供了250MHZ的帶寬，適用于Gbps的應(yīng)用。（8）七類(lèi)線：提供600MHZ的帶寬。七類(lèi)線是一種8芯屏蔽線，每對(duì)都有屏蔽層（一般為金屬箔屏蔽DINTEK），8根芯外還有一個(gè)屏蔽層（一般為金屬編織絲網(wǎng)屏蔽DINTEK），接口與現(xiàn)在的RJ-45不兼容。第9頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月五類(lèi)線圖示線對(duì)色彩組合1藍(lán)白相間藍(lán)2黃（橙）白相間黃（橙）3綠白相間綠4褐（棕）白相間褐（棕）第10頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.2雙絞線（4）雙絞線的優(yōu)：（1）低成本、易于安裝（2）應(yīng)用廣泛雙絞線缺點(diǎn)：（3）帶寬有限（4）信號(hào)傳輸距離短（5）抗干擾能力不強(qiáng)

第11頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.2雙絞線（5）雙絞線的應(yīng)用

（1）ISDN綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)用戶環(huán)路（2）xDSL(DigitalSubscriberLine)ADSL，HDSL,IDSL,SDSL,RADSL,VDSL（3）Ethernet以太網(wǎng)十兆/百兆/千兆以太網(wǎng)的主要傳輸介質(zhì)都是雙絞線;十兆/百兆以太網(wǎng)使用了2對(duì)雙絞線，千兆以太網(wǎng)使用了4對(duì)雙絞線，一般的以太網(wǎng)線都包含4對(duì)雙絞線。部分以太網(wǎng)線也采用平行線或同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。

第12頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月雙絞線簡(jiǎn)要說(shuō)明雙絞線常見(jiàn)的有Cat.3（3類(lèi)線），Cat.5（5類(lèi)線）、Cat.5e（超5類(lèi)線）、Cat.6（6類(lèi)線），以及目前的Cat.6A（6A類(lèi)線）、Cat.7（7類(lèi)線）及Cat.8（8類(lèi)線）等。Cat.1：傳輸最高速率為100kHz的語(yǔ)音信號(hào)，用作揚(yáng)聲器電纜、門(mén)鈴電纜、報(bào)警器電纜等。不適用于網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字語(yǔ)音用途。Cat.2：傳輸最高速率為4MHz的信號(hào)，用于模擬或數(shù)字信號(hào)，不適用于網(wǎng)絡(luò)用途。Cat.3：傳輸最高速率為16MHz的信號(hào)，用于10Base-T以太網(wǎng)或數(shù)字語(yǔ)音用途。Cat.4：傳輸最高速率為20MHz的信號(hào)，因其價(jià)格與五類(lèi)相關(guān)無(wú)幾，但傳輸頻率低，所以很少使用。Cat.5：傳輸最高速率為100MHz的信號(hào)，使用廣泛。Cat.5e：傳輸最高速率為100MHz的信號(hào)，一種擁有比Cat.5更好性能的電纜，改善了諸多傳輸指標(biāo)，支持雙工應(yīng)用。Cat.6：傳輸最高速率為250MHz的信號(hào)。Cat.6A：超六類(lèi)電纜，性能比六類(lèi)很明顯提升。Cat.7：傳輸最高速率為600MHz的信號(hào)。Cat.8：為適應(yīng)SOHO一族家庭辦公與公司之間的信息溝通而產(chǎn)生的電纜，一般為SSTP結(jié)構(gòu)，每一對(duì)有屏蔽，多對(duì)絞合之后還有一總屏蔽，特點(diǎn)為使用長(zhǎng)度短，一般不超過(guò)50m，通過(guò)它可以將電話、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳輸、圖像、衛(wèi)星傳輸（通訊）、普通電視、數(shù)字電視等信息、音頻、視頻信號(hào)的傳輸全部解決。稱(chēng)為：寬帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)電纜。第13頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.3同軸電纜（1）2.3.1同軸電纜的概述同軸電纜由中心的銅質(zhì)或鋁質(zhì)的導(dǎo)體、中間的絕緣塑料層、金屬屏蔽層以及主要起保護(hù)作用的外套層組成。(銅導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層、外套)同軸電纜的銅導(dǎo)體要比雙絞線中的銅導(dǎo)體更粗，而接地的金屬屏蔽層則可以有效的提高抗干擾性能。因此，同軸電纜具有比雙絞線更高的傳輸帶寬。第14頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.3同軸電纜（2）常見(jiàn)的同軸電纜有兩種：一種是50歐姆阻抗的同軸電纜，用于數(shù)字傳輸，由于多用于基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜；另一種是75歐姆阻抗的同軸電纜，用于模擬傳輸，也被稱(chēng)為寬帶同軸電纜。寬帶同軸電纜在使用中其帶寬可以被劃分為幾個(gè)范圍。通常每一個(gè)頻率范圍都攜帶著各自的編碼信息，這樣就可以在一根電纜上同時(shí)復(fù)用的傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流。第15頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月表2-3同軸電纜的常見(jiàn)規(guī)格規(guī)格類(lèi)型阻抗描述RG-58U細(xì)纜50歐姆固體實(shí)心銅導(dǎo)線RG-58A/U細(xì)纜50歐姆絞合線RG-58C/U細(xì)纜50歐姆RG-58A/U的軍用版本RG-59CATV75歐姆寬帶同軸電纜，用于有線電視中RG-8粗纜50歐姆固體實(shí)心線，直徑約為0.4英寸RG-11粗纜50歐姆標(biāo)準(zhǔn)實(shí)心線，直徑約為0.4英寸第16頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.3同軸電纜（4）2.3.2同軸電纜的特點(diǎn)（1）可用頻帶寬：同軸電纜可供傳輸?shù)念l譜寬度最高可達(dá)GHz，比雙絞線更適于提供視頻或是寬帶接入業(yè)務(wù)，也可以采用調(diào)制和復(fù)用技術(shù)來(lái)支持多信道傳輸；（2）抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率低，但會(huì)受到屏蔽層接地質(zhì)量的影響；（3）性能價(jià)格比高：同軸電纜的成本比要雙絞線高，但是它有明顯優(yōu)于雙絞線的傳輸性能，其性能價(jià)格比有一定的優(yōu)勢(shì)；（4）安裝較復(fù)雜：同軸電纜和雙絞線一樣，線纜都是制作好的，使用時(shí)根據(jù)需要截取相應(yīng)的長(zhǎng)度再做連接頭。由于同軸電纜中的銅導(dǎo)體粗，一般需要與連接件焊接相連；安裝比雙絞線復(fù)雜。2.3.3同軸電纜的應(yīng)用（1）局域網(wǎng)（2）局間中繼線路（3）有線電視（CATV）系統(tǒng)的信號(hào)線（4）射頻信號(hào)線第17頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.4無(wú)線信道（1）2.4.1無(wú)線信道的基本概念無(wú)線通信的傳輸媒質(zhì)——無(wú)線信道是基站天線與用戶天線之間的傳播路徑。

無(wú)線信道是最為復(fù)雜的一種通信信道：模擬有線信道中典型的信噪比約為46dB，信號(hào)電平要比噪聲電平高40000倍。有線傳輸介質(zhì)中，信噪比的波動(dòng)通常不超過(guò)l-2dB。陸地移動(dòng)通信無(wú)線信道信號(hào)強(qiáng)度的驟然降低（衰落）經(jīng)常發(fā)生，衰落深度可達(dá)30dB。無(wú)線信道的衰落特性取決于無(wú)線電波傳播環(huán)境。復(fù)雜、惡劣的傳播條件是無(wú)線信道的特征，運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行無(wú)線通信方式?jīng)Q定了無(wú)線傳播環(huán)境的復(fù)雜和多變，所以無(wú)線信道特性十分復(fù)雜。第18頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.4無(wú)線信道（2）2.4.2電磁波在無(wú)線信道中的傳播1、基本傳播機(jī)制（1）直射：無(wú)線信號(hào)在自由空間中的傳播；（2）反射：當(dāng)電磁波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)，就發(fā)生反射。反射一般在地球表面，建筑物、墻壁表面發(fā)生。（3）繞射：當(dāng)電磁波被尖銳的物體邊緣阻擋時(shí)，會(huì)發(fā)生繞射；（4）散射：當(dāng)電磁波遇到比波長(zhǎng)小的物體，并且單位體積內(nèi)這種障礙物的數(shù)量較多的時(shí)，會(huì)發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙的表面、小物體或其它不規(guī)則物體上，例如，樹(shù)葉、燈柱等會(huì)引起散射。第19頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.4無(wú)線信道（3）2、無(wú)線信道的指標(biāo)多種傳播機(jī)制的存在使得任何一點(diǎn)接收到的無(wú)線信號(hào)都極少是經(jīng)過(guò)直線傳播的原有信號(hào)。（1）傳播損耗：無(wú)線信號(hào)的損耗主要以下三種：①路徑損耗：由于電波的彌散特性造成的，反映了在公里級(jí)的空間距離內(nèi)，接收信號(hào)電平的衰減，也稱(chēng)大尺度衰落；②陰影衰落（慢衰落）：接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的緩慢變化，一般由于電波在傳播路徑上遇到由于障礙物的電磁場(chǎng)陰影區(qū)所引起的；③多徑衰落（快衰落）：接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)在整個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)迅速的隨機(jī)變化，一般主要由于多徑效應(yīng)引起的。（2）傳播時(shí)延：包括傳播時(shí)延的平均值、傳播時(shí)延的最大值和傳播時(shí)延的統(tǒng)計(jì)特性等；（3）時(shí)延擴(kuò)展：信號(hào)通過(guò)不同的路徑、沿不同的方向到達(dá)接收端會(huì)引起時(shí)延擴(kuò)展，時(shí)延擴(kuò)展是對(duì)信道色散效應(yīng)的描述；（4）多普勒擴(kuò)展：是一種由于多普勒頻移現(xiàn)象引起的衰落過(guò)程的頻率擴(kuò)散，又稱(chēng)時(shí)間選擇性衰落，是對(duì)信道時(shí)變效應(yīng)的描述；（5）干擾：包括干擾的性質(zhì)以及干擾的強(qiáng)度。第20頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.4無(wú)線信道（4）2.4.3無(wú)線信道的傳播模型1、構(gòu)建無(wú)線信道模型傳播環(huán)境、傳播機(jī)理用戶臺(tái)的移動(dòng)性，傳播參數(shù)隨時(shí)變化，引起接收?qǐng)鰪?qiáng)、時(shí)延等參數(shù)的快速波動(dòng)信號(hào)傳播特征、通信環(huán)境中的系統(tǒng)干擾各種不同條件下的無(wú)線信道模型。2、無(wú)線信道模型的分類(lèi)無(wú)線信道模型一般可分為室內(nèi)傳播模型和室外傳播模型，后者又可以分為宏蜂窩模型和微蜂窩模型。（1）室內(nèi)傳播模型：室內(nèi)傳播模型的主要特點(diǎn)是覆蓋范圍小、環(huán)境變動(dòng)較大、不受氣候影響，但受建筑材料影響大。典型模型包括：對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型、Ericsson多重?cái)帱c(diǎn)模型等；（2）室外宏蜂窩模型：當(dāng)基站天線架設(shè)較高、覆蓋范圍較大時(shí)所使用的一類(lèi)模型。實(shí)際使用中一般是幾種宏蜂窩模型結(jié)合使用來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；（3）室外微蜂窩模型：當(dāng)基站天線的架設(shè)高度在3~6m時(shí)，多使用室外微蜂窩模型；其描述的損耗可分為視距損耗與非視距損耗。第21頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月常見(jiàn)的信道傳播模型類(lèi)型名稱(chēng)特征備注室外宏蜂窩模型自由空間傳播模型在理想的、均勻的、各向同性的介質(zhì)中傳播，不發(fā)生發(fā)射、折射、繞射、散射現(xiàn)象經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ推矫娲蟮貍鞑ツＰ屯瑫r(shí)考慮了發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的直接路徑和地面發(fā)射路徑經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗s亂因子模型（ClutterFactorModel）利用頻率、地形、高度、方位等修正因子對(duì)平面大地傳播模型進(jìn)行修正而得經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛫W村模型（Okumura-HataModel）主要針對(duì)城區(qū)傳播環(huán)境，具體又將城區(qū)環(huán)境分為開(kāi)闊地、郊區(qū)、城區(qū)三種，適用于地形復(fù)雜區(qū)域經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ虲OST231-Hata模型主要針對(duì)中小城市環(huán)境經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚅ee模型特點(diǎn)是通過(guò)計(jì)算有效的基站天線高度，來(lái)描述地形的變化經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ虸brahimandParsons模型基于倫敦附近的一系列測(cè)試結(jié)果而獲得，并不針對(duì)通用預(yù)測(cè)模型經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ虯llsebrookandParsons模型以對(duì)三個(gè)英國(guó)大城市的測(cè)量為基礎(chǔ)而建立的理論模型理論模型Ikegami模型通過(guò)使用描述建筑物高度、形狀、特征的詳細(xì)地圖，在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間利用射線跟蹤法確定特定點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)理論模型Walfisch-Bertoni模型考慮了屋頂和建筑物的影響，使用繞射來(lái)預(yù)測(cè)街道的平均信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)理論模型COST231/Walfisch-Ikegami模型主要用于歐美都市環(huán)境下非視距傳播的預(yù)測(cè)理論模型室外微蜂窩模型雙斜率模型（Dual-SlopeEmpiricalModel）具有兩個(gè)不同的路徑損耗指數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗p線模型適用于理想化的、即相當(dāng)開(kāi)闊而不雜亂的微蜂窩環(huán)境，如公路理論模型遞歸模型（RecursiveModel）對(duì)于街道交叉口處可能發(fā)生的繞射或反射做了特殊處理理論模型特定地區(qū)射線模型（Site-specificRayModel）利用計(jì)算機(jī)處理特定地區(qū)的地理信息庫(kù)以及三維建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)仿真模型室內(nèi)傳播模型對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型室內(nèi)路徑損耗符合對(duì)數(shù)分布理論模型Ericsson多重?cái)帱c(diǎn)模型主要針對(duì)多層辦公室建筑經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ退p因子模型主要考慮了建筑物類(lèi)型的影響和阻擋物的影響經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?2頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.4無(wú)線信道（5）3、如何構(gòu)建傳播模型（1）理論分析：即用電磁場(chǎng)理論或統(tǒng)計(jì)理論分析電波在移動(dòng)環(huán)境中的傳播特性，并用各種數(shù)學(xué)模型來(lái)描述無(wú)線信道。（2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)：建立在大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)之上，選取典型環(huán)境，進(jìn)行電波傳播實(shí)測(cè)試驗(yàn)。（3）計(jì)算機(jī)模擬：是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展新出現(xiàn)的研究方法。4、傳播模型的輸入?yún)?shù)模型的輸入?yún)?shù)主要有：自然地形特征、植被特征、天氣狀況、電磁噪聲狀況、天線高度（包括接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的天線高度）、建筑物的分布、建筑物的平均高度、載波頻率、波長(zhǎng)、收發(fā)天線之間的距離等。第23頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.4無(wú)線信道（6）2.4.4無(wú)線信道的特點(diǎn)（1）頻譜資源有限：可供通信用的無(wú)線頻譜從數(shù)十MHz到數(shù)十GHz，無(wú)線頻譜是國(guó)家嚴(yán)格管制使用的資源。特定的通信系統(tǒng)頻譜資源是非常有限的。隨著用戶數(shù)量增長(zhǎng)，必須精心設(shè)計(jì)無(wú)線通信技術(shù)，高效使用有限的頻譜資源；（2）傳播環(huán)境復(fù)雜：電磁波在無(wú)線信道中存在多種傳播機(jī)制，使得接收端的信號(hào)處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，接收信號(hào)的幅度、頻率、相位等均可能處于不斷變化之中；（3）存在多種干擾：電磁波在一個(gè)開(kāi)放環(huán)境之中傳播，各種工業(yè)或民用設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生電磁波，相同頻率的有用信號(hào)的傳播就形成了干擾。射頻器件的非線性還會(huì)引入互調(diào)干擾，同一通信系統(tǒng)內(nèi)不同信道間的隔離度不夠還會(huì)引入鄰道干擾。（4）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嗟淖兓簾o(wú)線通信產(chǎn)生的一個(gè)重要原因是用戶可以自由的移動(dòng)。同一系統(tǒng)中不同位置的用戶或某一個(gè)用戶的移動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)通信系統(tǒng)中產(chǎn)生不同的傳播路徑，信號(hào)在不同傳播路徑之間的干擾。自組織（ad-hoc）網(wǎng)絡(luò)，更具有接收機(jī)和發(fā)射機(jī)同時(shí)移動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)無(wú)線信道產(chǎn)生新的影響。第24頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5微波（1）2.5.1

微波頻段的定義微波頻段被定義為1GHz到100GHz的范圍，也有定義認(rèn)為微波頻段的上限為1000GHz2.5.2微波通信的特點(diǎn):

（1）工作頻率高，可用的帶寬大（2）波長(zhǎng)短，易于設(shè)計(jì)高增益天線（3）受天電干擾?。?）視距傳播（5）容易受天氣影響第25頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5微波（2）2.5.3地面視距信道微波傳輸?shù)男诺婪Q(chēng)為地面視距信道，視距傳播模型主要考慮的因素包括大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)。大氣效應(yīng)主要包括吸收衰減、雨霧衰減和大氣折射；地面效應(yīng)主要包括費(fèi)涅爾效應(yīng)和地面反射。（1）吸收衰減：主要發(fā)生在微波的高頻段，不同的大氣成分如水蒸汽、氧氣具有不同的吸收衰減，對(duì)12GHz以下的低頻段影響較小；（2）雨霧衰減：在10GHz以下頻段，雨霧衰減并不嚴(yán)重，一般只有幾dB；在10GHz以上頻段，雨霧衰減則大大增加。下雨衰減是限制高頻段微波傳播距離的主要因素，在暴雨天氣下出現(xiàn)的電視轉(zhuǎn)播中斷常是由此原因造成的；（3）大氣折射：由于空氣密度存在梯度而造成的微波傳播方向的改變；（4）費(fèi)涅爾效應(yīng)：微波傳播在遇到障礙物時(shí)產(chǎn)生的附加損耗；（5）地面反射：傳播過(guò)程中產(chǎn)生電平衰落的主要原因；（6）頻率選擇性衰落。第26頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5微波（3）2.5.4微波通信的主要應(yīng)用（1）微波中繼通信微波中繼通信系統(tǒng)一般包含終端站和中繼站兩大類(lèi)設(shè)備。它的站與站之間要求具有視距傳播條件，通過(guò)高度指向性天線來(lái)完成相互通信。中繼站上的天線依次將信號(hào)傳遞給相鄰的站點(diǎn)，這種傳遞不斷持續(xù)下去就可以實(shí)現(xiàn)視線被地表切斷的兩個(gè)站點(diǎn)間的傳輸

（2）多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（MDS）是一種固定無(wú)線接入技術(shù)，它包括由運(yùn)營(yíng)商設(shè)置的主站和位于用戶處的子站，可以提供數(shù)十MHz甚至數(shù)GHz的帶寬，這些帶寬由所有的用戶共享。MDS系統(tǒng)主要為個(gè)人用戶、寬帶小區(qū)和寫(xiě)字樓等設(shè)施提供無(wú)線寬帶接入，它的特點(diǎn)是建網(wǎng)迅速，但資源分配不夠靈活。MDS包括覆蓋范圍較大的多信道多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（MMDS）和覆蓋范圍較小、但提供帶寬更為充足的本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）。

第27頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月微波（4）多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)系統(tǒng)第28頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5微波（5）（3）無(wú)線局域網(wǎng)：目前基于802.11系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)也工作于微波頻段，其中802.11b工作于2.4GHz；802.11a/g工作于5.8GHz；第29頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5微波（6）（4）第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)：未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)要求達(dá)到數(shù)百M(fèi)Hz的帶寬，在頻譜資源十分緊張的800MHz、900MHz、2GHz等頻段通信是難以想象的。一個(gè)可行的解決方案即是使用目前頻譜資源相對(duì)寬松的微波頻段，特別是頻率較高的微波頻段。微波頻段的衰減較大，在非視距傳播時(shí)的性能較差，這還是一個(gè)有待于進(jìn)一步研究的難點(diǎn)。第30頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5微波-衛(wèi)星（7）（5）衛(wèi)星通信：基本概念：以衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)，在多個(gè)地面站之間通信。按衛(wèi)星業(yè)務(wù)描述：固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)FSS廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)BSS移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)MSS按工作軌道分類(lèi)：（1）同步軌道GEO（2）中軌道MEO（3）低軌道LEO第31頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5微波-衛(wèi)星（8）衛(wèi)星通信中使用的頻譜資源——波段：①C波段：6GHz/4GHz(上行/下行)C波段對(duì)于天氣的適應(yīng)性較好，但C波段的工作頻率被地面微波系統(tǒng)所共享；②Ku波段：14GHz/11GHz，它的頻段并沒(méi)有被其它系統(tǒng)所使用，能夠提供一定的終端移動(dòng)性支持，但更容易受到天氣因素的干擾；③Ka波段：30GHz/20GHz，可以提供更寬的頻譜供使用，Ka波段最容易受到天氣因素（如雨衰）的影響；④L波段：390MHz/1550MHz，受天氣影響最小，但可提供的頻帶寬度不足。第32頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5微波-衛(wèi)星（4）衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)分段:空間段控制段地面段衛(wèi)星通信的特點(diǎn):（1）下行廣播，覆蓋范圍廣（2）工作頻帶寬（3）通信質(zhì)量好（4）信號(hào)傳輸時(shí)延大（5）控制復(fù)雜第33頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.6光纖（1）2.6.1光纖通信的概念與基本原理激光，激光器具有亮度高、譜線窄、方向性好的特點(diǎn)，可以產(chǎn)生理想的光載波。利用可以導(dǎo)光的玻璃纖維——光纖進(jìn)行長(zhǎng)距離的光波傳輸。

光纖通信的定義：光纖通信是以光波為載頻，光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的一種通信方式。光纖通信一般在發(fā)送方對(duì)信息的數(shù)字編碼進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，在接收端以直接檢波的方式來(lái)完成光/電變換。第34頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5光纖（2）2.6.2光纖的工作窗口1．工作窗口的定義石英光纖也具有光波通過(guò)的選擇特性，對(duì)特定波長(zhǎng)的光波的傳輸損耗要明顯小于其它波長(zhǎng)的光波，這些特定的波長(zhǎng)就是光纖的工作窗口。

2．三個(gè)工作窗口（1）0.8~0.9μm，最低損耗2.5dB/km，采用石英多模光纖，主要應(yīng)用于近距通信，目前在傳輸網(wǎng)中已很少使用；（2）1.31μm，最低損耗0.27dB/km，采用石英單模光纖，目前已獲得大規(guī)模應(yīng)用；（3）1.55μm，最低損耗0.16dB/km，采用石英單模適當(dāng)色散光纖。目前主要用于長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)，如跨海光纜等。第35頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5光纖（3）2.6.3光纖的相關(guān)概念1．光在光纖中的傳播光在空氣中沿直線傳播，光射向鏡面時(shí)會(huì)發(fā)生反射，從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生折射。當(dāng)光從折射率大的介質(zhì)進(jìn)入折射率小的介質(zhì)時(shí)，如果入射角大于臨界值就會(huì)發(fā)生全反射。如果在玻璃纖維外包裹一定的材料，就可以由全反射來(lái)保證光波只在玻璃纖維中傳播，這即是光導(dǎo)纖維的工作原理。

2．光纖的結(jié)構(gòu)實(shí)用的光纖是比人的頭發(fā)絲稍粗的玻璃絲，通信用光纖的外徑一般為125~140μm。一般光纖由纖芯和包層組成，纖芯完成信號(hào)的傳輸，包層與纖芯的折射率不同，將光信號(hào)封閉在纖芯中傳輸并起到保護(hù)纖芯的作用。工程中一般將多條光纖固定在一起構(gòu)成光纜。第36頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月圖2-7光纖的結(jié)構(gòu)圖2-8四芯光纜剖面示意圖第37頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5光纖（4）3．光纖的分類(lèi)（1）根據(jù)光纖橫截面上折射率的不同，可以分為階躍型光纖和漸變型光纖，階躍型光纖的纖芯和包層間的折射率分別是一個(gè)常數(shù)，在纖芯和包層的交界面，折射率呈階梯型突變。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小，在纖芯與包層交界處減小為包層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線；（2）按傳輸模式分：分為單模光纖（SingleModeFiber）和多模光纖（MultiModeFiber）。光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發(fā)生全發(fā)射，從而可以在光纖中傳播，即稱(chēng)為一個(gè)模式。當(dāng)光纖直徑較大時(shí)，可以允許光以多個(gè)入射角射入并傳播，此時(shí)就稱(chēng)為多模光纖；當(dāng)直徑較小時(shí)，只允許一個(gè)方向的光通過(guò)，就稱(chēng)單模光纖。由于多模光纖會(huì)產(chǎn)生干擾、干涉等復(fù)雜問(wèn)題，在帶寬、容量上均不如單模光纖。實(shí)際通信中應(yīng)用的光纖絕大多數(shù)是單模光纖。（3）按照制造光纖所用的材料分：可以分為石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖。第38頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5光纖（5）單模光纖又可以按照最佳傳輸頻率窗口分為：常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。常規(guī)型單模光纖是將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長(zhǎng)的光上，如1.31μm，相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為ITU-TG.652。色散位移型單模光纖是將光纖傳輸頻率最佳化在兩個(gè)波長(zhǎng)的光上，如：1.31μm和1.55μm，相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為ITU-TG.653。第39頁(yè),共45頁(yè)，星期六，2024年，5月2.5光纖（6）4．光纖的損耗（1）損耗：當(dāng)光波通過(guò)光纖后，光的強(qiáng)度會(huì)被衰減，這說(shuō)明光纖中存在某種物質(zhì)或是由于某種原因阻擋光波信號(hào)通過(guò)，這就形成了光纖的傳輸損耗。（2）固有損耗和附加損耗：根據(jù)引起損耗的原因，可以把損耗分為固有損耗和附加損耗。

（3）吸收損耗：制造光纖的材料會(huì)在一定程度上吸收光