1、第第2 2章章 傳輸信道傳輸信道 2.12.1有線信道有線信道 2.22.2無線信道無線信道 2.32.3信道傳輸特性信道傳輸特性 2.42.4信道的傳輸能力信道的傳輸能力 1課堂優(yōu)質(zhì)2.12.1有線信道有線信道 有線信道包括明線、對稱電纜、同有線信道包括明線、對稱電纜、同軸電纜和光纜等軸電纜和光纜等 1 1、明線、明線 是指平行架設(shè)在電線桿是指平行架設(shè)在電線桿上的架空線路上的架空線路 2. 2. 同軸電纜同軸電纜 由內(nèi)外兩根互絕緣的由內(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)線，外導(dǎo)體為銅管或網(wǎng) 2課堂優(yōu)質(zhì)同軸電纜的基本結(jié)構(gòu)同軸電纜的

2、基本結(jié)構(gòu)3課堂優(yōu)質(zhì)3. 3. 雙絞線雙絞線 雙絞線電纜（簡稱雙絞線）是由兩雙絞線電纜（簡稱雙絞線）是由兩根絕緣的導(dǎo)體扭絞封裝在一個絕緣外根絕緣的導(dǎo)體扭絞封裝在一個絕緣外套中而形成的一種傳輸介質(zhì)，通常以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，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根據(jù)用途不同，其芯線要覆以不同的護(hù)套護(hù)套 4課堂優(yōu)質(zhì) 雙絞線是目前局域網(wǎng)最常用到的一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又可種電纜，它既可以傳輸模擬信號又可以傳輸數(shù)字信號以傳輸數(shù)字信號 雙絞線按其電氣特性進(jìn)行分級或分雙絞線按其電氣特性進(jìn)行分級或分類，

3、一般分為非屏蔽雙絞線（類，一般分為非屏蔽雙絞線（utputp）和）和屏蔽雙絞線（屏蔽雙絞線（stpstp）兩大類。）兩大類。 雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接，雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接，每對線可傳輸每對線可傳輸6060路電話信號路電話信號 雙絞線的缺點(diǎn)是容易受到外部高頻雙絞線的缺點(diǎn)是容易受到外部高頻電磁波干擾，且線路本身會產(chǎn)生一定電磁波干擾，且線路本身會產(chǎn)生一定的噪聲，誤碼率較高，不支持速率非的噪聲，誤碼率較高，不支持速率非常高的數(shù)據(jù)傳輸常高的數(shù)據(jù)傳輸 5課堂優(yōu)質(zhì)(a) (a) 雙絞線電纜雙絞線電纜 （b b）雙絞線傳輸）雙絞線傳輸6課堂優(yōu)質(zhì) 4. 4. 對稱電纜對稱電纜 對稱電纜是由若干

4、對叫做芯線的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)制成的雙導(dǎo)線放在一根保護(hù)套內(nèi)制成的 5.5.微帶線和矩形波導(dǎo)微帶線和矩形波導(dǎo) （1 1）微帶線）微帶線 僅是一個由絕緣體隔僅是一個由絕緣體隔離的、與接地板分離的平面導(dǎo)體離的、與接地板分離的平面導(dǎo)體 （2 2）波導(dǎo)）波導(dǎo)(wave guide) (wave guide) 最簡單形最簡單形式是一個空心導(dǎo)管，其橫截面通常是式是一個空心導(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以限定電磁波能量的邊界 7課堂優(yōu)質(zhì)平面導(dǎo)體pc絕緣材料接地板(b)(a)(a) (a) 微帶線微帶線

5、(b) (b) 矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)8課堂優(yōu)質(zhì)6. 6. 光纖和光纜光纖和光纜 （1 1）光纖）光纖 傳輸光信號的有線信道傳輸光信號的有線信道是光導(dǎo)纖維，簡稱光纖是光導(dǎo)纖維，簡稱光纖 目前光纖通信使用的波長范圍是目前光纖通信使用的波長范圍是在近紅外區(qū)內(nèi)，即波長為在近紅外區(qū)內(nèi)，即波長為 ，可，可分為短波長波段和長波長波段。短波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段是指波長為 ，長波長波段，長波長波段是指是指 和和 ，這是目前所采用的，這是目前所采用的三個光纖傳輸窗口三個光纖傳輸窗口 m8 . 18 . 0m85. 0m31. 1m55. 19課堂優(yōu)質(zhì) 電磁波譜電磁波譜10課堂優(yōu)質(zhì) 目

6、前通信用的光纖是用石英玻璃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）制成的橫截面很小的雙層同心圓柱體心圓柱體 由于石英玻璃質(zhì)地跪、易斷裂，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)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)成光纖芯線行兩次涂覆而構(gòu)成光纖芯線 2sio11課堂優(yōu)質(zhì) 光纖結(jié)構(gòu)和剖面示意圖光纖結(jié)構(gòu)和剖面示意圖 12課堂優(yōu)質(zhì) 對光纖的要求對光纖的要求 低損耗和低色散低損耗和低色散 光纖的分類光纖的分類 可以根據(jù)構(gòu)成光纖可以根據(jù)構(gòu)成光纖的材料成分、光纖的制造方法、光纖的材料成分、光纖的

7、制造方法、光纖的傳輸總模數(shù)、光纖橫截面上的折射的傳輸總模數(shù)、光纖橫截面上的折射率分布和工作波長進(jìn)行分類率分布和工作波長進(jìn)行分類 按折射率分類常用的有：階躍型光按折射率分類常用的有：階躍型光纖和漸變型光纖纖和漸變型光纖 按傳輸模式分類常用的有：多模光按傳輸模式分類常用的有：多模光纖和單模光纖纖和單模光纖 按工作波長分類有：短波長和長波按工作波長分類有：短波長和長波長長 13課堂優(yōu)質(zhì) （2 2）光纜）光纜 光纜的基本結(jié)構(gòu)光纜的基本結(jié)構(gòu) 由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層組成由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層組成 光纜的種類光纜的種類 在公用傳輸通信網(wǎng)中常用的光在公用傳輸通信網(wǎng)中常用的光纜結(jié)構(gòu)如表纜結(jié)構(gòu)如表2.1-12.1

8、-1所示所示 14課堂優(yōu)質(zhì)表表2.1-1 2.1-1 公用傳輸通信網(wǎng)中的光纜結(jié)構(gòu)公用傳輸通信網(wǎng)中的光纜結(jié)構(gòu) 15課堂優(yōu)質(zhì) 光纜的基本結(jié)構(gòu)光纜的基本結(jié)構(gòu)16課堂優(yōu)質(zhì) 2.22.2無線信道無線信道 1 1、電磁波、電磁波 就是電和磁的波動過就是電和磁的波動過程，是向前傳播的交變的電磁場；或程，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、磁場。電磁波和我們周圍存在的水波、聲波一樣，都是一種波動過程聲波一樣，都是一種波動過程 正弦波是最簡單的波動過程，也是正弦波是最簡單的波動過程，也是最重要的波動過程最重要的波動過程 1

9、7課堂優(yōu)質(zhì) 正弦波具有振幅、頻率以及相位三正弦波具有振幅、頻率以及相位三個要素。正弦波的另一個基本參數(shù)是個要素。正弦波的另一個基本參數(shù)是波長，用波長，用 表示，單位是米。波長和表示，單位是米。波長和頻率頻率 之間的關(guān)系是之間的關(guān)系是 其中為光速其中為光速 ，f83 10cff c 83 10/c （米 秒）18課堂優(yōu)質(zhì)無線電波是人們認(rèn)識最早、應(yīng)用最廣無線電波是人們認(rèn)識最早、應(yīng)用最廣的電磁波的電磁波 19課堂優(yōu)質(zhì)2 2、電波的傳播方式、電波的傳播方式（1 1）地波傳播）地波傳播 是指無線電是指無線電波沿地球表面?zhèn)鞑ㄑ氐厍虮砻鎮(zhèn)鞑ィ址Q繞射傳播，又稱繞射傳播或地表面波傳播或地表面波傳播播 20課堂

10、優(yōu)質(zhì)（2 2）天波傳播）天波傳播 是指無線電是指無線電波經(jīng)天空中電離波經(jīng)天空中電離層的反射后返回層的反射后返回地面的傳播方式地面的傳播方式, ,也叫電離層反射也叫電離層反射傳播傳播21課堂優(yōu)質(zhì)（3 3）空間波傳播）空間波傳播 是指收發(fā)兩是指收發(fā)兩端處在視距范圍端處在視距范圍內(nèi)，能互相內(nèi)，能互相“看看得見得見”時的電波時的電波直線傳播方式直線傳播方式22課堂優(yōu)質(zhì)（4 4）散射波傳播）散射波傳播 對于那些無對于那些無法建立微波接力法建立微波接力站的地區(qū)大海、站的地區(qū)大海、島嶼之間的通信，島嶼之間的通信，可以利用散射波可以利用散射波傳遞信息。散射傳遞信息。散射波傳播包括對流波傳播包括對流層散射和電離

11、層層散射和電離層散射傳播散射傳播a.a.對流層散射傳播對流層散射傳播 b.b.電離層散射傳播電離層散射傳播23課堂優(yōu)質(zhì)無線電波的傳播特點(diǎn)無線電波的傳播特點(diǎn)24課堂優(yōu)質(zhì)3 3、電波傳播的窗口、電波傳播的窗口天線天線 （1 1）天線的作用）天線的作用 基本功能是輻射和接收無線電波基本功能是輻射和接收無線電波 （2 2）天線的分類）天線的分類 按用途可分為基地臺天線和移動按用途可分為基地臺天線和移動臺天線臺天線 按工作頻段可劃分為超長波、長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按其方向可劃分為全向和定向天線。線。 2

12、5課堂優(yōu)質(zhì)2.3 2.3 信道傳輸特性信道傳輸特性 2.3.1 2.3.1有線信道傳輸特性有線信道傳輸特性 其傳輸特性其傳輸特性 通常可用幅度通常可用幅度頻率特性頻率特性 和相位頻率特性和相位頻率特性 來表征，即來表征，即 )(h)(h)()()()(jehh26課堂優(yōu)質(zhì) 1. 1. 幅頻傳輸特性幅頻傳輸特性 是指信道在各頻率下的衰耗與頻是指信道在各頻率下的衰耗與頻率的關(guān)系曲線，它將影響信號的幅度率的關(guān)系曲線，它將影響信號的幅度衰減量衰減量 2. 相頻傳輸特性相頻傳輸特性 是指信道在各頻率下的相位移與是指信道在各頻率下的相位移與頻率的關(guān)系曲線，它將影響被傳輸信頻率的關(guān)系曲線，它將影響被傳輸信號

13、的相位移號的相位移27課堂優(yōu)質(zhì)28課堂優(yōu)質(zhì)2.3.22.3.2無線信道傳輸特性無線信道傳輸特性 無線信道的傳輸媒質(zhì)有以下無線信道的傳輸媒質(zhì)有以下3 3個特點(diǎn)：個特點(diǎn)： 對信號的衰耗隨時間而變化對信號的衰耗隨時間而變化 傳輸?shù)臅r延隨時間而變化傳輸?shù)臅r延隨時間而變化 多徑傳播多徑傳播29課堂優(yōu)質(zhì)（1 1）多徑傳播對信號傳輸?shù)挠绊懀┒鄰絺鞑π盘杺鬏數(shù)挠绊?傳輸瑞利型衰落和頻率彌散傳輸瑞利型衰落和頻率彌散 設(shè)發(fā)射波為設(shè)發(fā)射波為 ，它經(jīng)過，它經(jīng)過 條路徑傳播到接收端，則接收信號條路徑傳播到接收端，則接收信號 可用下式表示可用下式表示ta0cosn)(tr0011()()cos()()cos()nnii

14、iiiirtr tttr ttt 30課堂優(yōu)質(zhì) 式中，式中， 為由第為由第i i條路徑到達(dá)的接收條路徑到達(dá)的接收信號幅度；信號幅度； 為第為第i i條路徑到達(dá)的接收條路徑到達(dá)的接收信號的時延信號的時延; . , 和和 都是隨機(jī)變化的都是隨機(jī)變化的 應(yīng)用三角公式上式改寫為應(yīng)用三角公式上式改寫為 （2.3-4） ()ir t( )it0( )( )iitt()ir t( )it()it0011()()cos ()cos()sin ()sinnniiiiiirtr tttr ttt31課堂優(yōu)質(zhì)1( )( )cos ( )nciiix tr tt1( )( )sin ( )nsiiix tr tt其中

15、，設(shè)其中，設(shè)同相分量同相分量 正交分量正交分量（2.3-52.3-5）（2.3-62.3-6）32課堂優(yōu)質(zhì) 將式（將式（2.3-52.3-5）和式（）和式（2.3-62.3-6）代入）代入式（式（2.3-42.3-4），得出），得出 為接收信號為接收信號 的包絡(luò)的包絡(luò)000()()cos()sin()cos()csrtx tt x tt vttt22()()()csvtx tx t) (tv)(tr33課堂優(yōu)質(zhì) 為接收信號為接收信號 的相位的相位 根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)觀察表明，當(dāng)傳播路根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)觀察表明，當(dāng)傳播路徑充分大時，徑充分大時，r(t)可視為一個包絡(luò)和相可視為一個包絡(luò)和相位均隨機(jī)緩慢變化

16、的窄帶信號。位均隨機(jī)緩慢變化的窄帶信號。1( )( )tan( )scx ttx t)(t)(tr34課堂優(yōu)質(zhì) 由式（由式（2.3-72.3-7）可以看出，第一，）可以看出，第一， 從波形上看，多徑傳播的結(jié)果使發(fā)從波形上看，多徑傳播的結(jié)果使發(fā) 射射 信號變成了包絡(luò)和相位隨機(jī)信號變成了包絡(luò)和相位隨機(jī)緩慢變化的窄帶信號，這樣的信號稱緩慢變化的窄帶信號，這樣的信號稱之為衰落信號，如圖之為衰落信號，如圖2-192-19（a a）所示；）所示；第二，從頻譜上看，多徑傳播引起了第二，從頻譜上看，多徑傳播引起了頻率彌散，即由單個頻率變成了一個頻率彌散，即由單個頻率變成了一個窄帶頻譜，如圖窄帶頻譜，如圖2-1

17、92-19（b b）所示。）所示。ta0cos35課堂優(yōu)質(zhì)圖圖2-192-19衰落信號的波形與頻譜示意圖衰落信號的波形與頻譜示意圖36課堂優(yōu)質(zhì) 造成頻率選擇性衰落造成頻率選擇性衰落 多徑傳播不僅會造成上述的衰落和頻多徑傳播不僅會造成上述的衰落和頻率彌散，同時還可能發(fā)生頻率選擇性率彌散，同時還可能發(fā)生頻率選擇性衰落。衰落。37課堂優(yōu)質(zhì) 若發(fā)射信號若發(fā)射信號 經(jīng)過兩條路徑傳播后，經(jīng)過兩條路徑傳播后，到達(dá)接收端的信號分別為到達(dá)接收端的信號分別為 和和 。其中。其中 是傳播衰減，是傳播衰減， 是第一是第一條路徑的時延，條路徑的時延， 是兩條路徑的時延是兩條路徑的時延差。差。則接收合成信號為則接收合成信

18、號為設(shè)發(fā)射信號的傅里葉變換對為設(shè)發(fā)射信號的傅里葉變換對為) (t f)(0ttaf )(0ttafa0t)()() (00ttafttaftr)()(ftf38課堂優(yōu)質(zhì)則接收合成信號的頻譜為則接收合成信號的頻譜為于是，該兩徑信道的傳輸函數(shù)為于是，該兩徑信道的傳輸函數(shù)為則則)1 ()()(0jtjeeafr)1 ()()()(0jtjeaefrh2cos2)1 ()(aeahj39課堂優(yōu)質(zhì)上式傳輸函數(shù)的曲線如圖上式傳輸函數(shù)的曲線如圖40課堂優(yōu)質(zhì) 例例2.1 2.1 假設(shè)某隨參信道的兩徑時延差假設(shè)某隨參信道的兩徑時延差為為1ms1ms，試求該信道在哪些頻率上傳輸，試求該信道在哪些頻率上傳輸衰耗最大

19、？選用哪些頻率傳輸信號最衰耗最大？選用哪些頻率傳輸信號最有利？有利？解：假設(shè)該隨參信道的兩條路徑對信號解：假設(shè)該隨參信道的兩條路徑對信號的增益強(qiáng)度相同，均為的增益強(qiáng)度相同，均為 。則該信道。則該信道的幅頻特性為：的幅頻特性為：當(dāng)當(dāng) 出現(xiàn)傳輸零點(diǎn)；出現(xiàn)傳輸零點(diǎn)；00( )2cos2hv01(2 1 ) ,0,1 ,2,( )nnh 時 ，0v41課堂優(yōu)質(zhì) 當(dāng)當(dāng) 出現(xiàn)傳輸極點(diǎn)；出現(xiàn)傳輸極點(diǎn)； 所以在所以在 khz(n為整數(shù)為整數(shù))時，對傳時，對傳輸信號最有利；輸信號最有利； 在在 khz(n為整數(shù)為整數(shù))時，時， 對傳輸信號衰耗最大對傳輸信號衰耗最大 012 ,0,1,2,( )n nh 時 ，n

20、fn1 11()()22fnn 42課堂優(yōu)質(zhì)（2 2）抗衰落的措施）抗衰落的措施 信道的衰落，將會嚴(yán)重地影響系統(tǒng)信道的衰落，將會嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的性能。為了抗快衰落，通常可采用的性能。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)。措施是分集接收技術(shù)。43課堂優(yōu)質(zhì)2.3.32.3.3信道衰減信道衰減 所謂衰減是指傳輸過程中信號強(qiáng)度所謂衰減是指傳輸過程中信號強(qiáng)度的損失，其度量一般用電平表示，常的損失，其度量一般用

21、電平表示，常用用“db”“db”（分貝）作為單位。（分貝）作為單位。 在通信中，常采用信號輸入輸出端功在通信中，常采用信號輸入輸出端功率比值取率比值取1010倍常用對數(shù)（即功率電平）倍常用對數(shù)（即功率電平）來表示信號的強(qiáng)弱來表示信號的強(qiáng)弱44課堂優(yōu)質(zhì) 1. 1. 絕對電平絕對電平 設(shè)以設(shè)以 （瓦）作為進(jìn)行比較的基準(zhǔn)（瓦）作為進(jìn)行比較的基準(zhǔn)功率有效值，則在信號功率為功率有效值，則在信號功率為 （瓦）（瓦）的測試點(diǎn)上，它的功率電平的測試點(diǎn)上，它的功率電平 為為 上式中上式中 表示取常用對數(shù)，如果改用表示取常用對數(shù)，如果改用自然對數(shù)則自然對數(shù)則 1pa1010lg(db)pap101ln(np)2p

22、aplg0p45課堂優(yōu)質(zhì) 例例2.2 2.2 設(shè)某點(diǎn)信號功率為設(shè)某點(diǎn)信號功率為0.1 , 0.1 , 1 ,10 1 ,10 ，試計算該點(diǎn)對應(yīng)的絕對，試計算該點(diǎn)對應(yīng)的絕對功率電平值是多少？功率電平值是多少？ 解：解：0.1 0.1 對應(yīng)的絕對功率電平值對應(yīng)的絕對功率電平值 1 1 對應(yīng)的絕對功率電平值對應(yīng)的絕對功率電平值 10 10 對應(yīng)的絕對功率電平值對應(yīng)的絕對功率電平值m wdbmmwmwa1011 . 0log101dbmmwmwa011log102dbmmwmwa10110log103m wm wmwm wm w46課堂優(yōu)質(zhì) 2. 2. 相對電平相對電平 在電信傳輸系統(tǒng)中，信號傳輸一般在電信傳輸系統(tǒng)中，信號傳輸一般用相對電平來表示。不使用固定的功用相對電平來表示。不使用固