信號與系統(tǒng)第二章課件傳輸介質(zhì)的分類傳輸介質(zhì)的分類有線雙絞線（屏蔽/非屏蔽）同軸電纜光纖2有線傳輸介質(zhì)的特點帶寬資源豐富，使用頻率不受管制保密性好抗干擾能力強安裝工期長成本（電纜成本低/主要用于接入網(wǎng)、光纖成本高/主要用于骨干網(wǎng)）3傳輸介質(zhì)的分類傳輸介質(zhì)的分類無線地面微波衛(wèi)星紅外…4無線傳輸介質(zhì)的特點建網(wǎng)快捷、移動性好頻譜寬度低于電纜成本有時遠高于有線介質(zhì)多數(shù)無線頻段需要授權(quán)/購買才能使用5各種通信技術(shù)對電磁波頻譜的使用6傳輸介質(zhì)與傳輸技術(shù)的設(shè)計選擇傳輸介質(zhì)的標準傳輸特性：帶寬、抗干擾性、傳輸距離（再生/放大在光纖和微波中的應(yīng)用）誤碼率（檢糾錯技術(shù)）傳播時延和響應(yīng)時間（衛(wèi)星）安全性（有線/無線）成本實用的傳輸技術(shù)應(yīng)考慮各種因素的影響進行折衷。7雙絞線雙絞線的概述雙絞線的特點雙絞線的應(yīng)用8雙絞線的概述雙絞線的定義：一對帶有屏蔽層的銅線以螺旋的方式纏繞在一起，由多對這樣的雙絞線構(gòu)成電纜。傳輸平衡信號：兩條導線同時傳輸信號，其相位差為180o,外界的電磁干擾可以相互抵消。 通過螺旋式的布線來消除干擾，每一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消。9雙絞線的概述區(qū)分雙絞線類型的特征導線直徑（越寬傳輸能力越強）含銅量（越高傳輸能力越強）單位長度繞數(shù)（單位長度繞數(shù)越多，抗干擾性越強）屏蔽措施（采用金屬封裝，屏蔽/非屏蔽雙絞線）上述因素綜合決定了雙絞線的傳輸距離和傳輸速率。10雙絞線的概述11雙絞線是由一對相互絕緣的金屬導線絞合而成。采用這種方式，不僅可以抵御一部分來自外界的電磁波干擾，而且可以降低自身信號的對外干擾。把兩根絕緣的銅導線按一定密度互相絞在一起，一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消?！半p絞線的概述12雙絞線分為屏蔽雙絞線(ShieldedTwistedPair，STP)與非屏蔽雙絞線(UnshieldedTwistedPair，UTP)屏蔽雙絞線在雙絞線與外層絕緣封套之間有一個金屬屏蔽層。屏蔽雙絞線分為STP和FTP，STP指每條線都有各自的屏蔽層，而FTP只在整個電纜均有屏蔽裝置，并且兩端都正確接地時才起作用。屏蔽層可減少輻射，防止信息被竊聽，也可阻止外部電磁干擾的進入，使屏蔽雙絞線比同類的非屏蔽雙絞線具有更高的傳輸速率。雙絞線的概述13非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，縮寫UTP）是一種數(shù)據(jù)傳輸線，由四對不同顏色的傳輸線所組成，廣泛用于以太網(wǎng)路和電話線中.雙絞線的類型傳輸模擬信號的帶寬為250KHz，傳輸速率隨傳輸距離的增加而降低。屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線UTP1類（兩對，語音和低速數(shù)據(jù)20kbit/s）2類（語音、4Mbit/s的數(shù)據(jù)）3類（語音、10Mbit/s的數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)）4類（語音、16Mbit/s的數(shù)據(jù)）5類（語音、100Mbit/s的數(shù)據(jù)）超5類（1000Mbit/s的數(shù)據(jù)）14雙絞線的類型15一類線（CAT1）：線纜最高頻率帶寬是750kHZ，用于報警系統(tǒng)，或只適用于語音傳輸.主要用于八十年代初之前的電話線纜二類線（CAT2）：線纜最高頻率帶寬是1MHZ，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見于使用4MBPS規(guī)范令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌網(wǎng)。三類線（CAT3）：指目前在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜，該電纜的傳輸頻率16MHz，最高傳輸速率為10Mbps（10Mbit/s），主要應(yīng)用于語音、10Mbit/s以太網(wǎng)（10BASE-T）和4Mbit/s令牌環(huán)，最大網(wǎng)段長度為100m，采用RJ形式的連接器，目前已淡出市場。雙絞線的類型16四類線（CAT4）：該類電纜的傳輸頻率為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps（指的是16Mbit/s令牌環(huán)）的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10BASE-T/100BASE-T。最大網(wǎng)段長為100m，采用RJ形式的連接器，未被廣泛采用。五類線（CAT5）：該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，線纜最高頻率帶寬為100MHz，最高傳輸率為100Mbps，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100BASE-T和1000BASE-T網(wǎng)絡(luò)，最大網(wǎng)段長為100m，采用RJ形式的連接器。這是最常用的以太網(wǎng)電纜。在雙絞線電纜內(nèi)，不同線對具有不同的絞距長度。通常，4對雙絞線絞距周期在38.1mm長度內(nèi)，按逆時針方向扭絞，一對線對的扭絞長度在12.7mm以內(nèi)。雙絞線的類型17超五類線（CAT5e）：超5類具有衰減小，串擾少，并且具有更高的衰減與串擾的比值（ACR）和信噪比（StructuralReturnLoss）、更小的時延誤差，性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)（1000Mbps）?！?計算機網(wǎng)絡(luò)所使用的是3類線和5類線，其中10BASE-T使用的是3類線，100BASE-T使用的5類線雙絞線的特點優(yōu)點成本低，易于安裝應(yīng)用廣泛（用戶電話線、以太網(wǎng)）缺點帶寬有限信號傳輸距離短（1公里左右）抗干擾能力不強（電磁干擾、電源線、潮濕）18雙絞線的應(yīng)用電話傳輸系統(tǒng)中的用戶線用戶環(huán)路，4KHz（模擬）ISDN（數(shù)字）xDSL（數(shù)字）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中以太網(wǎng)19同軸電纜同軸電纜的概述同軸電纜的特點同軸電纜的應(yīng)用20同軸電纜的概述同軸電纜的結(jié)構(gòu)銅導體絕緣塑料層金屬屏蔽層（返回路徑）外套層分類同軸電纜從用途上分可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜（即網(wǎng)絡(luò)同軸電纜和視頻同軸電纜）。同軸電纜分50Ω基帶電纜和75Ω寬帶電纜兩類。基帶電纜又分細同軸電纜和粗同軸電纜?；鶐щ娎|僅僅用于數(shù)字傳輸，數(shù)據(jù)率可達10Mbps。21同軸電纜的概述22同軸電纜的特點同軸電纜傳導交流電而非直流電，也就是說每秒鐘會有好幾次的電流方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)。如果使用一般電線傳輸高頻率電流，這種電線就會相當于一根向外發(fā)射無線電的天線，這種效應(yīng)損耗了信號的功率，使得接收到的信號強度減小。同軸電纜中心電線發(fā)射出來的無線電被網(wǎng)狀導電層所隔離，網(wǎng)狀導電層可以通過接地的方式來控制發(fā)射出來的無線電。23同軸電纜的特點75Ω同軸電纜常用于CATV網(wǎng)，故稱為CATV電纜，傳輸帶寬可達1GHz，目前常用CATV電纜的傳輸帶寬為750MHz。50Ω同軸電纜主要用于基帶信號傳輸，傳輸帶寬為1～2OMHz，總線型以太網(wǎng)就是使用50Ω同軸電纜，在以太網(wǎng)中，50Ω細同軸電纜的最大傳輸距離為185米，粗同軸電纜可達1000米。24同軸電纜的特點可用頻帶寬：可達數(shù)GHz（多業(yè)務(wù)、采用調(diào)制和復用支持多信道傳輸）；抗干擾能力強，誤碼率可達10-9；較大的傳輸距離（傳輸距離與傳輸速率）安裝復雜、不容易移動；性價比較高（傳輸性能與成本）25同軸電纜的應(yīng)用長途電話傳輸，局間中繼線路：E1有線電視廣播：CATV（模擬傳輸）局域網(wǎng)（10Mbit/s以太網(wǎng)）射頻信號線（基站的功率放大器與天線之間的連接線）26無線信道無線信道的基本概念電磁波在無線信道中的傳播無線信道的傳播模型無線信道的特點27無線信道的基本概念無線信道的定義：無線通信中基站天線與用戶天線之間的傳播路徑；天線：用來發(fā)射電磁能量或者接收電磁能量的電導體或電導體系統(tǒng)。無線通信的特點：由于遠比有線通信惡劣和多變的無線傳播環(huán)境，需要深入研究信道的特點以及對信道的使用方式。28無線信道的基本概念無線信道中電波的傳播不是單一路徑，而是許多路徑來的眾多反射波的合成。由于電波通過各個路徑的距離不同，因而各個路徑來的反射波到達時間不同，也就是各信號的時延不同。當發(fā)送端發(fā)送一個極窄的脈沖信號時，移動臺接收的信號由許多不同時延的脈沖組成，我們稱為時延擴展。29無線信道的基本概念衰落由于信道經(jīng)過多個路徑來的反射波到達時間不同，相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端迭加，有時迭加而加強（方向相同），有時迭加而減弱（方向相反）。這樣，接收信號的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了快衰落。這種衰落是由多種路徑引起的，所以稱為多徑衰落。多徑衰落為快衰落。30無線信道的基本概念接收信號除瞬時值出現(xiàn)快衰落之外，場強中值（平均值）也會出現(xiàn)緩慢變化。主要是由地區(qū)位置的改變以及氣象條件變化造成的，以致電波的折射傳播隨時間變化而變化，多徑傳播到達固定接收點的信號的時延隨之變化。這種由陰影效應(yīng)和氣象原因引起的信號變化，稱為慢衰落。31無線信道的基本概念由于移動通信中移動臺的移動性，如前所說那樣，無線信道中還會有多普勒效應(yīng)。在移動通信中，當移動臺移向基站時，頻率變高，遠離基站時，頻率變低。我們在移動通信中要充分考慮“多普勒效應(yīng)”。32無線信道的復雜性無線信道的衰落特性取決于無線電波傳播環(huán)境，不同的環(huán)境，其傳播特性也不盡相同。信號傳輸?shù)男旁氡认嗖畲?；信道條件復雜，移動性不可控（變化大）；衰落（陸地移動無線信道中信號強度的驟然降低）；同頻干擾。33電磁波在無線信道中的傳播基本傳播機制直射：即無線信號在自由空間中的傳播。反射：當電磁波遇到比波長大得多的物體時，發(fā)生反射。反射一般發(fā)生在地球表面、建筑物表面等。繞射：當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖銳的物體邊緣阻擋時發(fā)生繞射。散射：當無線路徑中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)量較多時發(fā)生散射，通常發(fā)生在粗糙表面、小物體和不規(guī)則物體上，如樹葉、燈柱等。34無線信道的傳播模型在設(shè)計無線通信技術(shù)或進行移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之前，必須對信號的傳播特征、通信環(huán)境中可能受到的系統(tǒng)干擾等進行估計，這時的主要依據(jù)就是各種不同條件下的無線信道模型。在移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，如果話務(wù)量分布相同，但是建筑物、植被等情況不同，那么就必須應(yīng)用不同的傳播模型。無線信道的傳播模型即是結(jié)合數(shù)學模型和實測結(jié)果，對移動無線傳播面臨的隨時變化和復雜的環(huán)境進行近似，描述電波傳播參數(shù)隨時變化，引起的接收場強、時延等參數(shù)的快速波動規(guī)律的概括。3536無線信道的特點頻譜資源有限傳播環(huán)境復雜存在多種干擾網(wǎng)絡(luò)拓撲多變37無線信道的特點38無線信道的微波頻段微波頻段的定義微波頻段的特點地面視距信道微波通信的主要應(yīng)用39無線信道的微波頻段微波通信包括地面微波接力通信、對流層散射通信、衛(wèi)星通信、空間通信及工作于微波頻段的移動通信。中國微波通信廣泛應(yīng)用L、S、C、X諸頻段，K頻段的應(yīng)用尚在開發(fā)之中。由于微波的頻率極高，波長又很短，其在空中的傳播特性與光波相近，也就是直線前進，遇到阻擋就被反射或被阻斷，因此微波通信的主要方式是視距通信，超過視距以后需要中繼轉(zhuǎn)發(fā)。40無線信道的微波頻段微波頻段：1Ghz到100Ghz，也有定義認為微波頻段的上限為1000GHz，實用的微波通信系統(tǒng)工作上限一般為50GHz；微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。41微波通信AnalogueMicrowaveRadioPathDigitalSignalModemModemDigitalSignal42微波中繼放大器之間的距離取決于傳輸?shù)念l率；微波在視距范圍內(nèi)傳播。微波頻段的定義視距傳播：利用超短波、微波作地面通信和廣播時，其空間波在所能直達的兩點間的傳播。其距離同在地面上人的視線能及的距離相仿，一般不超過50km。43微波頻段的定義按照收、發(fā)兩端所處的空間位置不同，視距傳播情況大體上可分為3類：第一類是指地面上的視距傳播，例如無線電中繼通信、電視廣播以及地面上移動通信等；第二類是指地面與空中目標如飛機、通信衛(wèi)星之間的視距傳播；第三類是指空間通信系統(tǒng)之間的視距通信，如飛機之間、宇宙飛行器之間等。44微波頻段的定義按傳播方式不同，視距傳播可分為2類：?第一類是直射波傳播，由發(fā)射天線輻射的電波，像光線一樣按直線行進，直接傳到接收點的傳播方式。第二類是大地反射波傳播，由發(fā)射天線發(fā)射、經(jīng)地面反射到達接收點的傳播方式。?視距傳播是上述兩種傳播方式的統(tǒng)稱，在接收點接收的電波一般是直射波與大地反射波的合成。45微波頻段的定義超視距傳播：利用大氣對流層內(nèi)的湍流運動產(chǎn)生折射率不均勻性，通過電磁波在超過兩點間直達距離的傳播。非視距傳播：發(fā)送端與接受端之間的無線電波直射路徑受地面阻擋的情況。46微波頻段的特點微波的優(yōu)點工作頻率高，可用帶寬大（幾十兆赫茲）；波長短，易于設(shè)計高增益的天線。受天電干擾?。ㄌ祀姼蓴_、工業(yè)干擾和太陽黑子活動基本不影響微波頻段）。微波的缺點視距范圍傳播；對氣候敏感（容易受天氣影響，雷雨、空氣凝結(jié)物等都會引起反射，影響通信效果）；需要頻帶使用許可。4748地面視距信道微波傳輸?shù)男诺酪脖环Q為地面視距信道，主要考慮的因素包括大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)。吸收衰減：12GHz以上頻段（水氣、氧氣吸收水分）雨霧衰減：10GHZ以上頻段，微波傳輸?shù)闹饕绊懸蛩?；大氣折射：是由于空氣密度存在梯度而造成的微波傳播方向的改變。費涅爾效應(yīng)：描述了微波傳播在遇到障礙物時產(chǎn)生的附加損耗。地面反射：是傳播過程中產(chǎn)生電平衰落的主要原因。頻率選擇性衰落。49微波通信的主要應(yīng)用微波的主要應(yīng)用系統(tǒng)：微波中繼通信；多點分配業(yè)務(wù)（LMDS/MMDS）；無線局域網(wǎng)；第四代移動通信系統(tǒng)。主要應(yīng)用場景：地形受限時的接入（有線網(wǎng)絡(luò)的補充）、長途中繼通信、應(yīng)急通信等。50衛(wèi)星通信GeostationarySatelliteMicrowaveRadioSignalsDelayinonedirectionfromearthstationtoearthstationis250ms(.25secs)36,000kmEarthStationEarthStation512025/9/452衛(wèi)星通信的概念衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)微波信號，實現(xiàn)兩個或多個地球站間的通信方式。

低/中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)2025/9/453衛(wèi)星的頻帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。全球覆蓋的固定衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)靜止地球軌道(GEO）衛(wèi)星，軌道高度大約為36000km，成圓形軌道，只要三顆相隔120°的均勻分布衛(wèi)星，就可以覆蓋全球。國際衛(wèi)星通信組織的IntelsatI-IX代衛(wèi)星。是全球覆蓋的最好例子，目前已發(fā)展到第九代。2025/9/454衛(wèi)星的頻帶由于靜止衛(wèi)星在赤道上空36000千米，它繞地球一周時間恰好與地球自轉(zhuǎn)一周（23小時56分4秒）一致，從地面看上去如同靜止不動一樣。三顆相距120度的衛(wèi)星就能覆蓋整個赤道圓周。故衛(wèi)星通信易于實現(xiàn)越洋和洲際通信。最適合衛(wèi)星通信的頻率是1一10GHz頻段，即微波頻段、為了滿足越來越多的需求，已開始研究應(yīng)用新的頻段，如12GHz,14GHz,20GHz及30GHz。2025/9/455衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO)：衛(wèi)星距地面500—2000Km，傳輸時延和功耗都比較小，但每顆星的覆蓋范圍也比較小，典型系統(tǒng)有Motorola的銥星系統(tǒng)。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于衛(wèi)星軌道低，信號傳播時延短，所以可支持多跳通信；其鏈路損耗小，可以降低對衛(wèi)星和用戶終端的要求，可以采用微型/小型衛(wèi)星和手持用戶終端。由于軌道低，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比較小，要構(gòu)成全球系統(tǒng)需要數(shù)十顆衛(wèi)星，如銥星系統(tǒng)有66顆衛(wèi)星2025/9/456衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO)：低軌系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成和控制復雜、技術(shù)風險大、建設(shè)成本也相對較高。2025/9/457衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MEO)：距地面2000—20000Km，傳輸時延要大于低軌道衛(wèi)星，但覆蓋范圍也更大，典型系統(tǒng)是國際海事衛(wèi)星系統(tǒng)中軌道系統(tǒng)可以采用簡單的小型衛(wèi)星，可能是建立全球或區(qū)域性衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)較為優(yōu)越的方案2025/9/458衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)：距地面35800km，即同步靜止軌道。理論上，用三顆高軌道衛(wèi)星即可以實現(xiàn)全球覆蓋。同步衛(wèi)星有一個不可克服的障礙，就是較長的傳播時延和較大的鏈路損耗，嚴重影響到它在某些通信領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在衛(wèi)星移動通信方面的應(yīng)用.同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要用于VSAT系統(tǒng)、電視信號轉(zhuǎn)發(fā)等，較少用于個人通信。2025/9/459衛(wèi)星的頻帶衛(wèi)星頻率分配涉及的兩個頻帶上行鏈路：地面站到衛(wèi)星；下行鏈路：衛(wèi)星到地面站。衛(wèi)星通信使用的頻譜資源C波段Ku波段Ka波段L波段衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史提出：1945年，英國科學家發(fā)表論文“地球外的中繼”；實驗階段：1954-1964年；實用階段：1964年以來Intelsat（國際通信衛(wèi)星組織，發(fā)射經(jīng)營商用通信衛(wèi)星）Inmarsat（國際海事衛(wèi)星系統(tǒng)，向航海、航空和海上工業(yè)提供遇險和安全通信服務(wù)及電話、電傳、數(shù)據(jù)和傳真）銥系統(tǒng)（LEO，motorola，66顆）；全球星系統(tǒng)(Globalstar，地面蜂窩系統(tǒng)的延伸，48顆)；602025/9/461衛(wèi)星通信的特點通信距離遠,通信成本與距離無關(guān)；下行廣播，覆蓋范圍廣；通信鏈路相對穩(wěn)定(與地面無線通信鏈路比較)；通信容量大，可提供較大的帶寬和數(shù)據(jù)速率；信號傳輸時延長、衰減大；衛(wèi)星設(shè)備管理和控制復雜。成本高。衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星的優(yōu)點遠程接入；覆蓋范圍廣；對地球拓撲不敏感；成本和距離的關(guān)系??；高帶寬。622025/9/463衛(wèi)星的缺點初裝成本高；GEO系統(tǒng)傳輸時延較