信号与系统第二章课件讲解

《信号与系统第二章课件讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号与系统第二章课件讲解（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 传输介质 n传输介质的基本概念 n双绞线 n同轴电缆 n无线信道 n无线信道的微波频段 n光纤 1 传输介质 n传输介质提供通信设备之间的物理通道 ，是信息传输的实际载体; n传输介质的多样性：源于通信环境和业 务的多样性; n有线通信与无线通信中的信号传递实际上都 是电磁波在不同介质中的传播过程； 2 传输介质的分类 n传输介质的分类 n有线 n双绞线（屏蔽/非屏蔽） n同轴电缆 n光纤 3 有线传输介质的特点 n带宽资源丰富，使用频率不受管制 n保密性好 n抗干扰能力强 n安装工期长 n成本（电缆成本低/主要用于接入网、 光纤成本高/主要用于骨干网） 4 传输介质的分类 n传输介质

2、的分类 n无线 n地面微波 n卫星 n红外 n 5 无线传输介质的特点 n建网快捷、移动性好 n频谱宽度低于电缆 n成本有时远高于有线介质 n多数无线频段需要授权/购买才能使用 6 各种通信技术对电磁波频谱的使用 7 传输介质与传输技术的设计 n选择传输介质的标准 n传输特性：带宽、抗干扰性、传输距离（再生/ 放大在光纤和微波中的应用） n误码率（检纠错技术 ） n传播时延和响应时间（卫星） n安全性（有线/无线） n成本 n实用的传输技术应考虑各种因素的影响进行 折衷。 8 双绞线 n双绞线的概述 n双绞线的特点 n双绞线的应用 9 双绞线的概述 n双绞线的定义：一对带有屏蔽层的铜线 以螺旋

3、的方式缠绕在一起，由多对这样 的双绞线构成电缆。 n传输平衡信号：两条导线同时传输信号 ，其相位差为180o,外界的电磁干扰可以 相互抵消。 n通过螺旋式的布线来消除干扰，每一根 导线在传输中辐射的电波会被另一根线 上发出的电波抵消。 10 双绞线的概述 n区分双绞线类型的特征 n导线直径（越宽传输能力越强） n含铜量（越高传输能力越强） n单位长度绕数（单位长度绕数越多，抗干扰性 越强） n屏蔽措施（采用金属封装，屏蔽/非屏蔽双绞线 ） n上述因素综合决定了双绞线的传输距离和传 输速率。 11 双绞线的概述 12 双绞线是由一对相互绝缘 的金属导线绞合而成。采 用这种方式，不仅可以抵 御一部

4、分来自外界的电磁 波干扰，而且可以降低自 身信号的对外干扰。把两 根绝缘的铜导线按一定密 度互相绞在一起，一根导 线在传输中辐射的电波会 被另一根线上发出的电波 抵消。“ 双绞线的概述 13 p双绞线分为屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair， STP)与非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair， UTP) p屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个 金属屏蔽层。屏蔽双绞线分为STP和FTP，STP指每 条线都有各自的屏蔽层，而FTP只在整个电缆均有 屏蔽装置，并且两端都正确接地时才起作用。 p屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止 外部电磁干扰的进入

5、，使屏蔽双绞线比同类的非屏 蔽双绞线具有更高的传输速率。 双绞线的概述 14 p非屏蔽双绞线（UnshieldedTwisted Pair，缩写 UTP）是一种数据传输线，由四对不同颜色的传输 线所组成，广泛用于以太网路和电话线中. 双绞线的类型 n传输模拟信号的带宽为250KHz，传输速率随 传输距离的增加而降低。 n屏蔽双绞线STP n非屏蔽双绞线UTP n1类（两对，语音和低速数据20kbit/s） n2类（语音、4Mbit/s的数据） n3类（语音、10Mbit/s的数据、以太网） n4类（语音、16Mbit/s的数据） n5类（语音、100Mbit/s的数据） n超5类（1000Mb

6、it/s的数据） 15 双绞线的类型 16 n一类线（CAT1）：线缆最高频率带宽是750kHZ，用于报警 系统，或只适用于语音传输.主要用于八十年代初之前的电话 线缆 n二类线（CAT2）：线缆最高频率带宽是1MHZ，用于语音传 输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4MBPS规范 令牌传递协议的旧的令牌网。 n三类线（CAT3）：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定 的电缆，该电缆的传输频率16MHz，最高传输速率为10Mbps （10Mbit/s），主要应用于语音、10Mbit/s以太网（10BASE-T ）和4Mbit/s令牌环，最大网段长度为100m，采用RJ形

7、式的连 接器，目前已淡出市场。 双绞线的类型 17 n四类线（CAT4）：该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音 传输和最高传输速率16Mbps（指的是16Mbit/s令牌环）的数据 传输，主要用于基于令牌的局域网和 10BASE-T/100BASE-T。 最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。 n五类线（CAT5）：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质 量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为 100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传 输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为 100m，采用RJ形

8、式的连接器。这是最常用的以太网电缆。在 双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双 绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线 对的扭绞长度在12.7mm以内。 双绞线的类型 18 n超五类线（CAT5e）：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有 更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（Structural Return Loss）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类 线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。 n. n计算机网络所使用的是3类线和5类线，其中10 BASE-T使用 的是3类线，100BASE-T使用的5类线 双绞线的特点 n优点 n成本低，易

9、于安装 n应用广泛（用户电话线、以太网） n缺点 n带宽有限 n信号传输距离短（1公里左右） n抗干扰能力不强（电磁干扰、电源线、潮 湿） 19 双绞线的应用 n电话传输系统中的用户线 n用户环路，4KHz（模拟） nISDN（数字） nxDSL（数字） n数据通信系统中 n以太网 20 同轴电缆 n同轴电缆的概述 n同轴电缆的特点 n同轴电缆的应用 21 同轴电缆的概述 n同轴电缆的结构 n铜导体 n绝缘塑料层 n金属屏蔽层（返回路径） n外套层 n分类 同轴电缆从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带 同轴电缆（即网络同轴电缆和视频同轴电缆） 。同轴电缆分50 基带电缆和75宽带电缆 两类。基带

10、电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆 。基带电缆仅仅用于数字传输，数据率可达 10Mbps。 22 同轴电缆的概述 23 同轴电缆的特点 n同轴电缆传导交流电而非直流电，也就是说 每秒钟会有好几次的电流方向发生逆转。 n如果使用一般电线传输高频率电流，这种电 线就会相当于一根向外发射无线电的天线， 这种效应损耗了信号的功率，使得接收到的 信号强度减小。 n同轴电缆中心电线发射出来的无线电被网状 导电层所隔离，网状导电层可以通过接地的 方式来控制发射出来的无线电。 24 同轴电缆的特点 n75同轴电缆常用于CATV网，故称为CATV 电缆，传输带宽可达1GHz，目前常用CATV 电缆的传输带宽为750

11、MHz。 n50同轴电缆主要用于基带信号传输，传输 带宽为12OMHz，总线型以太网就是使用 50同轴电缆，在以太网中，50细同轴电 缆的最大传输距离为185米，粗同轴电缆可达 1000米。 25 同轴电缆的特点 可用频带宽：可达数GHz（多业务、采 用调制和复用支持多信道传输）； 抗干扰能力强，误码率可达10-9； 较大的传输距离（传输距离与传输速率 ） 安装复杂、不容易移动； 性价比较高（传输性能与成本） 26 同轴电缆的应用 n长途电话传输，局间中继线路：E1 n有线电视广播：CATV（模拟传输） n局域网（10Mbit/s以太网） n射频信号线（基站的功率放大器与天线 之间的连接线）

12、27 无线信道 n无线信道的基本概念 n电磁波在无线信道中的传播 n无线信道的传播模型 n无线信道的特点 28 无线信道的基本概念 n无线信道的定义：无线通信中基站天线 与用户天线之间的传播路径； n天线：用来发射电磁能量或者接收电磁能 量的电导体或电导体系统。 n无线通信的特点：由于远比有线通信恶 劣和多变的无线传播环境，需要深入研 究信道的特点以及对信道的使用方式。 29 无线信道的基本概念 n无线信道中电波的传播不是单一路径，而是许多 路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个 路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达 时间不同，也就是各信号的时延不同。当发送端 发送一个极窄的脉冲信号

13、时，移动台接收的信号 由许多不同时延的脉冲组成，我们称为时延扩展 。 30 无线信道的基本概念 n衰落 由于信道经过多个路径来的反射波到达时间不同 ，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端 迭加，有时迭加而加强（方向相同），有时迭加 而减弱（方向相反）。这样，接收信号的幅度将 急剧变化，即产生了快衰落。这种衰落是由多种 路径引起的，所以称为多径衰落。 多径衰落为快衰落。 31 无线信道的基本概念 n 接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强中值 （平均值）也会出现缓慢变化。主要是由地区位 置的改变以及气象条件变化造成的，以致电波的 折射传播随时间变化而变化，多径传播到达固定 接收点的信号的时延随

14、之变化。 n这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化，称 为慢衰落。 32 无线信道的基本概念 n由于移动通信中移动台的移动性，如前所说那样 ，无线信道中还会有多普勒效应。在移动通信中 ，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时 ，频率变低。我们在移动通信中要充分考虑“多 普勒效应”。 33 无线信道的复杂性 n无线信道的衰落特性取决于无线电波传播 环境，不同的环境，其传播特性也不尽相 同。 n信号传输的信噪比相差大； n信道条件复杂，移动性不可控（变化大）； n衰落（陆地移动无线信道中信号强度的骤然 降低）； n同频干扰。 34 电磁波在无线信道中的传播 n基本传播机制 n直射：即无线信号在自

15、由空间中的传播。 n反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生 反射。反射一般发生在地球表面、建筑物表面等。 n绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的 物体边缘阻挡时发生绕射。 n散射：当无线路径中存在小于波长的物体并且单位 体积内这种障碍物体的数量较多时发生散射，通常发 生在粗糙表面、小物体和不规则物体上，如树叶、灯 柱等。 35 无线信道的传播模型 n在设计无线通信技术或进行移动通信网络建设 之前，必须对信号的传播特征、通信环境中可 能受到的系统干扰等进行估计，这时的主要依 据就是各种不同条件下的无线信道模型。 n在移动网络规划中，如果话务量分布相同，但 是建筑物、植被等情况不同，

16、那么就必须应用 不同的传播模型。 n无线信道的传播模型即是结合数学模型和实测 结果，对移动无线传播面临的随时变化和复杂 的环境进行近似，描述电波传播参数随时变化 ，引起的接收场强、时延等参数的快速波动规 律的概括。 36 37 无线信道的特点 n频谱资源有限 n传播环境复杂 n存在多种干扰 n网络拓扑多变 38 无线信道的特点 39 无线信道的微波频段 n微波频段的定义 n微波频段的特点 n地面视距信道 n微波通信的主要应用 40 无线信道的微波频段 n微波通信包括地面微波接力通信、对流层散 射通信、卫星通信、空间通信及工作于微波 频段的移动通信。 n中国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段， K频段的应用尚在开发之中。由于微波的频 率极高，波长又很短，其在空中的传播特性 与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就 被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式 是视距通信，超过视距以后需要中继转发。