1、第2章 傳輸信道,2.1有線信道 2.2無線信道 2.3信道傳輸特性 2.4信道的傳輸能力,1,2.1有線信道,有線信道包括明線、對稱電纜、同軸電纜和光纜等 1、明線 是指平行架設(shè)在電線桿上的架空線路 2. 同軸電纜 由內(nèi)外兩根互絕緣的同心圓柱形導(dǎo)體構(gòu)成的，內(nèi)導(dǎo)體為銅線，外導(dǎo)體為銅管或網(wǎng),2,同軸電纜的基本結(jié)構(gòu),3,3. 雙絞線,雙絞線電纜（簡稱雙絞線）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,4,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) 雙絞線按其電氣特性進(jìn)行

2、分級(jí)或分類，一般分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）兩大類。 雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接，每對線可傳輸60路電話信號(hào) 雙絞線的缺點(diǎn)是容易受到外部高頻電磁波干擾，且線路本身會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，誤碼率較高，不支持速率非常高的數(shù)據(jù)傳輸,5,(a) 雙絞線電纜,（b）雙絞線傳輸,6,4. 對稱電纜 對稱電纜是由若干對叫做芯線的雙導(dǎo)線放在一根保護(hù)套內(nèi)制成的 5.微帶線和矩形波導(dǎo) （1）微帶線 僅是一個(gè)由絕緣體隔離的、與接地板分離的平面導(dǎo)體 （2）波導(dǎo)(Wave Guide) 最簡單形式是一個(gè)空心導(dǎo)管，其橫截面通常是矩形，但也有圓形或橢圓形波導(dǎo)，可以限定電磁波能量的邊界,7,(a) 微帶線,

3、(b) 矩形波導(dǎo),8,6. 光纖和光纜,（1）光纖 傳輸光信號(hào)的有線信道是光導(dǎo)纖維，簡稱光纖 目前光纖通信使用的波長范圍是在近紅外區(qū)內(nèi)，即波長為 ，可分為短波長波段和長波長波段。短波長波段是指波長為 ，長波長波段是指 和 ，這是目前所采用的三個(gè)光纖傳輸窗口,9,電磁波譜,10,目前通信用的光纖是用石英玻璃（ ）制成的橫截面很小的雙層同心圓柱體 由于石英玻璃質(zhì)地跪、易斷裂，為了保護(hù)光纖表面，提高抗拉強(qiáng)度以及便于實(shí)用，一般需在裸光纖外面進(jìn)行兩次涂覆而構(gòu)成光纖芯線,11,光纖結(jié)構(gòu)和剖面示意圖,12,對光纖的要求 低損耗和低色散 光纖的分類 可以根據(jù)構(gòu)成光纖的材料成分、光纖的制造方法、光纖的傳輸總模數(shù)

4、、光纖橫截面上的折射率分布和工作波長進(jìn)行分類 按折射率分類常用的有：階躍型光纖和漸變型光纖 按傳輸模式分類常用的有：多模光纖和單模光纖 按工作波長分類有：短波長和長波長,13,（2）光纜 光纜的基本結(jié)構(gòu) 由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層組成 光纜的種類 在公用傳輸通信網(wǎng)中常用的光纜結(jié)構(gòu)如表2.1-1所示,14,表2.1-1 公用傳輸通信網(wǎng)中的光纜結(jié)構(gòu),15,光纜的基本結(jié)構(gòu),16,2.2無線信道,1、電磁波 就是電和磁的波動(dòng)過程，是向前傳播的交變的電磁場；或者說，電磁波是在空間傳播的交變電磁場。電磁波和我們周圍存在的水波、聲波一樣，都是一種波動(dòng)過程 正弦波是最簡單的波動(dòng)過程，也是最重要的波動(dòng)過程,17,正

5、弦波具有振幅、頻率以及相位三個(gè)要素。正弦波的另一個(gè)基本參數(shù)是波長，用 表示，單位是米。波長和頻率 之間的關(guān)系是 其中為光速 ，,18,無線電波是人們認(rèn)識(shí)最早、應(yīng)用最廣的電磁波,19,2、電波的傳播方式,（1）地波傳播 是指無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?，又稱繞射傳播或地表面波傳播,20,（2）天波傳播 是指無線電波經(jīng)天空中電離層的反射后返回地面的傳播方式,也叫電離層反射傳播,21,（3）空間波傳播 是指收發(fā)兩端處在視距范圍內(nèi)，能互相“看得見”時(shí)的電波直線傳播方式,22,（4）散射波傳播 對于那些無法建立微波接力站的地區(qū)大海、島嶼之間的通信，可以利用散射波傳遞信息。散射波傳播包括對流層散射和電離層散射傳

6、播,a.對流層散射傳播,b.電離層散射傳播,23,無線電波的傳播特點(diǎn),24,3、電波傳播的窗口天線,（1）天線的作用 基本功能是輻射和接收無線電波 （2）天線的分類 按用途可分為基地臺(tái)天線和移動(dòng)臺(tái)天線 按工作頻段可劃分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波天線 按其方向可劃分為全向和定向天線。,25,2.3 信道傳輸特性,2.3.1有線信道傳輸特性 其傳輸特性 通常可用幅度頻率特性 和相位頻率特性 來表征，即,26,1. 幅頻傳輸特性 是指信道在各頻率下的衰耗與頻率的關(guān)系曲線，它將影響信號(hào)的幅度衰減量 2. 相頻傳輸特性 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

7、,27,28,2.3.2無線信道傳輸特性,無線信道的傳輸媒質(zhì)有以下3個(gè)特點(diǎn)： 對信號(hào)的衰耗隨時(shí)間而變化 傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間而變化 多徑傳播,29,（1）多徑傳播對信號(hào)傳輸?shù)挠绊?傳輸瑞利型衰落和頻率彌散 設(shè)發(fā)射波為 ，它經(jīng)過 條路徑傳播到接收端，則接收信號(hào) 可用下式表示,30,式中， 為由第i條路徑到達(dá)的接收信號(hào)幅度； 為第i條路徑到達(dá)的接收信號(hào)的時(shí)延; . , 和 都是隨機(jī)變化的 應(yīng)用三角公式上式改寫為 （2.3-4）,31,其中，設(shè),同相分量,正交分量,（2.3-5）,（2.3-6）,32,將式（2.3-5）和式（2.3-6）代入式（2.3-4），得出 為接收信號(hào) 的包絡(luò),33,為接收信號(hào)

8、的相位 根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)觀察表明，當(dāng)傳播路徑充分大時(shí)，R(t)可視為一個(gè)包絡(luò)和相位均隨機(jī)緩慢變化的窄帶信號(hào)。,34,由式（2.3-7）可以看出，第一， 從波形上看，多徑傳播的結(jié)果使發(fā) 射 信號(hào)變成了包絡(luò)和相位隨機(jī)緩慢變化的窄帶信號(hào)，這樣的信號(hào)稱之為衰落信號(hào)，如圖2-19（a）所示；第二，從頻譜上看，多徑傳播引起了頻率彌散，即由單個(gè)頻率變成了一個(gè)窄帶頻譜，如圖2-19（b）所示。,35,圖2-19衰落信號(hào)的波形與頻譜示意圖,36,造成頻率選擇性衰落,多徑傳播不僅會(huì)造成上述的衰落和頻率彌散，同時(shí)還可能發(fā)生頻率選擇性衰落。,37,若發(fā)射信號(hào) 經(jīng)過兩條路徑傳播后，到達(dá)接收端的信號(hào)分別為 和 。其中 是傳

9、播衰減， 是第一條路徑的時(shí)延， 是兩條路徑的時(shí)延差。 則接收合成信號(hào)為 設(shè)發(fā)射信號(hào)的傅里葉變換對為,38,則接收合成信號(hào)的頻譜為 于是，該兩徑信道的傳輸函數(shù)為 則,39,上式傳輸函數(shù)的曲線如圖,40,例2.1 假設(shè)某隨參信道的兩徑時(shí)延差為1ms，試求該信道在哪些頻率上傳輸衰耗最大？選用哪些頻率傳輸信號(hào)最有利？ 解：假設(shè)該隨參信道的兩條路徑對信號(hào)的增益強(qiáng)度相同，均為 。則該信道的幅頻特性為： 當(dāng) 出現(xiàn)傳輸零點(diǎn)；,41,當(dāng) 出現(xiàn)傳輸極點(diǎn)； 所以在 kHz(n為整數(shù))時(shí)，對傳 輸信號(hào)最有利； 在 kHz(n為整數(shù))時(shí)， 對傳輸信號(hào)衰耗最大,42,（2）抗衰落的措施,信道的衰落，將會(huì)嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的性

10、能。為了抗快衰落，通常可采用多種措施，例如，各種抗衰落的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、抗衰落接收技術(shù)及擴(kuò)頻技術(shù)等，其中較為有效且常用的抗衰落措施是分集接收技術(shù)。,43,2.3.3信道衰減,所謂衰減是指傳輸過程中信號(hào)強(qiáng)度的損失，其度量一般用電平表示，常用“dB”（分貝）作為單位。 在通信中，常采用信號(hào)輸入輸出端功率比值取10倍常用對數(shù)（即功率電平）來表示信號(hào)的強(qiáng)弱,44,1. 絕對電平 設(shè)以 （瓦）作為進(jìn)行比較的基準(zhǔn)功率有效值，則在信號(hào)功率為 （瓦）的測試點(diǎn)上，它的功率電平 為 上式中 表示取常用對數(shù)，如果改用自然對數(shù)則,45,例2.2 設(shè)某點(diǎn)信號(hào)功率為0.1 , 1 ,10 ，試計(jì)算該點(diǎn)對應(yīng)的絕對功率電平值是多少？ 解：0.1 對應(yīng)的絕對功率電平值 1 對應(yīng)的絕對功率電平值 10 對應(yīng)的絕對功率電平值,46,2. 相對電平,在電信傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)傳輸一般用相對電平來表示。不使用固定的功率作為比較的基準(zhǔn)，而是以參考點(diǎn)的信號(hào)功率為比較對象，這樣求得的電平稱為相對電平。 電平可直接相加減，也可用電壓、電流進(jìn)行換算，此時(shí)應(yīng)考慮測試點(diǎn)的阻抗問題,47,2.4信道的傳輸能力,電信傳輸系統(tǒng)的主要特征無疑是它的運(yùn)載信息能力，除此之外還有其他一些重要特征。例如，對于一個(gè)銀行網(wǎng)安全性可能要比運(yùn)載信息能力更重要。對于經(jīng)紀(jì)人機(jī)構(gòu)來說，傳輸速度則是網(wǎng)絡(luò)最主要的特征。通常，對大多數(shù)系統(tǒng)用