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1、2020/8/10,1,第三章 信道,本章大纲 信道的定义、分类和模型 恒参信道的传输特性及其对信号的影响 随参信道的传输媒质的三个特点，多径传播对信号的影响 信道加性噪声的统计特性 连续信道的信道容量，香农公式,2020/8/10,2,一、信道的定义与分类,1.狭义信道：仅指传输媒质。分为： 有线信道 （包括架空明线、对称电缆、同轴电缆以及光导纤维。） 无线信道 （包括地波传播、短波电离层反射、超短波或微波无线电视距离传输、卫星中继以及各种散射信道等。） 2. 广义信道：除了传输媒质外，还包括有关的转换设备，如发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。这种范围扩大了的信道称为广义信
2、道。分为以下两种： 调制信道 研究调制与解调的角度定义,2020/8/10,3,编码信道 研究编码和解码的角度定义 图3-1 调制信道与编码信道 需要指出，无论何种广义信道，传输媒质是其主要部分，通信质量的好坏，主要取决于传输媒质的特性。,2020/8/10,5,狭义信道,一 有线传输介质 传输介质：通信系统中连接收发双方的物理通路，即通信过程中消息传送的载体。 分类：有线传输介质和无线传输介质。 系统的传输性能和质量，不但与信号特性有关，还与传输介质的特性有关。当采用有线传输介质时，传输介质本身的特性对传输极限的影响极为重要。例如，介质本身的带宽就限制了系统的带宽。 常用有线传输介质：双绞线
3、、同轴电缆、光纤等。 1. 双绞线 类型:屏蔽型（STP）和非屏蔽型(UTP)。 输入阻抗：100和150两种。,2020/8/10,6,传输模拟信号，每隔5km6km需要一级放大；传输数字信号，每隔2km3km要用转发器转发一次。远程中继线，最大传输距离为15Km。在局域网中，与集线器间的最大距离为100m。 三类通常用于以太网和4Mb/s以下的令牌环局域网 。五类支持100Mb/s的,2020/8/10,7,以太局域网及155 Mb/s ATM到桌面的连接。六类和七类将分别支持超过200Mb/s和600Mb/s的速率。 计算机网络中最常用三类和五类UTP。二者的不同：五类：每英寸34扭绞；
4、三类：每英尺34扭绞。 目前常用的双绞线有100的3类和5类UTP，150的STP。5类比3类具 有更好的性能，当然价格也贵。目前3类双绞线电缆通常用于10Mb/s以太网和4Mb/s以下的令牌环局域网。4类常用于16Mb/s的令牌环局域网，5类用于100Mb/s的以太局域网及155 Mb/s ATM到桌面的连接。 下表给出了3类和5类UTP以及STP每百米衰减特性的比较，主要涉及100非屏蔽双绞线和150的屏蔽双绞线。 随着吉比特局域网技术的发展，更高性能的双绞线电缆不断推出，下表列出了这些新电缆标准。FTP为金属箔双绞线，SSTP为屏蔽网双绞线。,2020/8/10,8,2020/8/10,
5、9,2. 同轴电缆 分类：基带（视频）电缆和宽带（射频）电缆。 基带同轴电缆：用于直接传输数字数据信号。 宽带同轴电缆：用于传输高频信号。 特性阻抗：50和75。50的基带同轴电缆只用于传输数字基带信号，数据速率可达10Mb/s，用于局域网中；75宽带同轴电缆多用于无线电工程，用于传输模拟信号。 基带同轴电缆：传输距离几km。 宽带同轴电缆：传输距离几十km。 屏蔽性：优于双绞线。,最大带宽1000M Hz左右,2020/8/10,10,3. 光纤 是一种直径为2125m的、柔软的、能传导光波的介质，可由玻璃或塑料制成，使用超高纯度石英玻璃制作的光纤具有很低的传输损耗。在折射率较高的单根光纤外
6、面，再用折射率较低的包层包住，就可以构成一条光通道。外面再加一保护套，即构成一条单芯光导纤维电缆，即单芯光缆。多条光纤放在同一保护套内，就构成多芯光缆。光缆是目前有线传输介质中性能最好、最具发展前途的一种。,2020/8/10,11,光导纤维通过内部全反射来传输光信号。纤芯的折射系数高于外包层，光波在纤芯与包层界面上产生全反射。以小角度进入光纤的光波沿纤芯以反射方式向前传播。通过内部全反射来传输光信号。 分类:多模与单模。 多模光纤：允许一束光沿纤芯反射传播. 单模光纤：仅允许单一波长的光沿纤芯直线传播，在其中不产生反射。 直径：单模小，多模大。 单模光纤频带宽，数据传输速率高，性能优于多模光
7、纤。单模光纤价格贵，多模光纤便宜。,2020/8/10,12,光纤对数据的传输是利用光脉冲的有无来代表数据的“1”和“0”的。 发送端：可用发光二极管或激光二极管将电流脉冲转换成光脉冲，然后耦合到光纤中进行传输。 接收端：利用光电二极管把光纤中传输来的光脉冲再转换为电脉冲信号，然后，恢复出数据“1”和“0”。 光纤特点：具有尺寸小、重量轻、频带宽，损耗小，数据传输速率高，误码率低，安全保密性好等，是目前最有发展前途的有线传输介质。,2020/8/10,13,二 无线传输介质 无线传输介质的传输特性不如有线传输介质的传输特性稳定和可靠，易受干扰，通信中使用的技术也较复杂。无线传输介质无需物理连接
8、，通信方便和灵活，应用广泛。发送信号的带宽对传输性能的影响起决定性作用。带宽不同，允许的数据传输速率也不同。带宽越宽，数据传输速率就越高。 常用无线传输介质：无线电波、地面微波、卫星链路、激光、红外线等。 1. 无线电波 即电磁波，每秒振动的次数称为频率，单位为赫兹（Hz）。在真空中的传播速度大约是300000km/s。但在铜导线或者光纤中，传播速度大约降低到光速的2/3。,反射，散射与折射,2020/8/10,14,1反射波与散射波 移动信道的传播路径和平滑表面反射,2折射波 电波折射示意图,2020/8/10,15,无线电波的传播类型 传播方式：以5种不同的方式进行传播：地表传播、对流层传
9、播、电离层传播、视距传播和空间传播。 无线电技术将大气层分为两层：对流层和电离层。对流层是距地面大约50公里的大气层。电离层是在对流层之上而在太空以下的大气层，它高于平常我们所说的大气层，该层充满电离的离子，电离层也是由此而得名。,2020/8/10,16,2020/8/10,17,频率：2MHz 以下 绕射：发生在波长障碍物尺寸可比时 通信距离：可达数百数千 km,1)地表传播（地波） 通过地表大气层传播，紧靠地面。呈曲线向各个方向传播，传播距离取决于信号的能量，能量越大，传播越远。,2020/8/10,18,2）对流层传播,1、传播距离约100 500 km 利用离地面10 12 km以下
10、的大气对流层，对流层中大气湍流运动产生不均匀性，引起电波的散射，可提供12240频分复用话路，可靠性99.9%。,衰落 1）慢衰落：气象引起。每季月、日信号强度变化 2）快衰落：多径传播。使信号的幅度和相位快速随机变化。,最典型的是对流层散射通信,2020/8/10,19,对流层散射路径示意图,2020/8/10,20,3）电离层传播 （天波） 电离层是距地面50400km的大气层，在电离层传播中，无线电波由电离层反射回地面，能以较低的能量传播较远的距离。,单跳最大距离：4000 km 多跳可以环球 频率：2 30 MHz,电离层有反射通信与散射通信2种形式，前者常用,2020/8/10,21
11、,频率： 30 MHz 传播距离: d2 + r2 =(h+r)2, 或 h D2/50 (m) 式中 D 单位是 km,h,r,地面,4）视距传播,天线有方向性，二者相向,2020/8/10,22,2. 地面微波 微波通信：是指用微波频率作载波携带信息，通过空间传播进行通信的方式。 特点：微波频率高，带宽宽，信道容量大，数据传输速率高。 应用：地面微波通信和无线局域网技术中。 频率范围：300MHz300GHz，应用较多的是240GHz。,5）空间传播 利用卫星中继来代替空间大气折射。地球站向卫星发射信号，卫星将该信号向地面广播。卫星像一个高度极高的天线，扩大了信号的传播范围。,2020/8
12、/10,23,典型的数字微波通信系统参数 地面微波直线传播。由于地球表面的曲率和障碍物，在地面上的传播距离受到了限制，为此，微波天线通常位于非常高的地方。传播距离一般不超过50km。在地面上进行远距离传输，必须通过多次中继接力来实现。 双向传输需要两个不同的频率，一个用于正向传输，另一个用于反向传输，同一副天线可以收发公用。,2020/8/10,24,3. 卫星信道 卫星通信:利用卫星作为中继站，通过微波频带转发无线电信号，实现远距离、大范围内地球站之间的通信。 在地球上设立地球站，包括陆地上、海洋中和大气层内的通信站点。地球站向卫星发送信号或者接收卫星转发来的信号，分为发送地球站和接,202
13、0/8/10,25,收地球站。卫星信道也是利用微波频带。近年来，卫星通信发展迅速，目前已广泛应用于电视广播、长途电话、数据通信等领域。数据通信中常租用卫星链路实现数据业务的远距离传输。 地球同步卫星:运行于赤道上空，距地球表面约35786Km，与地球表面相对静止。一颗地球同步卫星发射的电磁波大约覆盖地球表面的三分之一，3颗分别相隔120o的地球同步卫星可以覆盖除南北两极地区以外的整个地球的大部分有人居住区，能实现全球通信。地球同步卫星相当于一个中继站，通过卫星转发可以实现地球站之间的通信。卫星在一个频段上接收信号，将信号放大和再生后从另一个频段上转发出去。 上行信道:地球站向卫星发送信号的信道
14、。 下行信道:卫星向地球站转发信号的信道。 卫星通信特点：费用与通信距离无关、覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信带宽宽，是国际干线通信的主要手段。,2020/8/10,26,第2章 信息与信道,C频段是目前使用较多的一个频段，位于卫星通信最佳频段（110GHz范围内)。该频段面临饱和，出现了Ku和Ka频段。这两个频段信号衰减严重。,2020/8/10,27,在C频段，地球站使用5.925GHz6.425GHz频带（上行频率）向卫星发送信号，卫星使用3.7GHz4.2GHz频带（下行频率）向地球站转发信号。将二者统称为4/6GHz频段。上行频率和下行频率不同，是为了使卫星发射和接收不产生干扰。
15、,2020/8/10,28,卫星距地球较远，信号传输延迟时间长，从地球到卫星或者从卫星到地球信号单程延迟时间大约是270ms。天气对卫星信号传输也有影响。卫星通信覆盖地域广、通信距离远、费用与通信距离无关、通信链路频带宽、通信容量大、可靠性高、不受地理条件限制等优点，目前已成为国际干线通信的主要手段。 20世纪90年代以来，出现了中、低轨道卫星移动通信的新方法，作为陆地移动通信系统的补充和扩展，与地面公用通信网有机结合，可实现全球个人移动通信。中轨道卫星距地球表面为500015000km，低轨道卫星距地球表面为5002000km。中、低轨道卫星高度比较低，每颗卫星覆盖地球表面要比地球同步卫星小
16、得多，可利用多颗卫星实现全球的覆盖。由于卫星数目众多，在地球上任何地点每时每刻都有一颗卫星对其覆盖，以保证地面与卫星之间的通信。卫星之间通过接力通信，从而实现全球通信。空间卫星通信网也将对计算机网络技术的发展产生重要的影响。 低轨道卫星通信工作在L频段，卫星之间通信使用Ku频段。,2020/8/10,29,4. 激光 激光能在空中直接传输，并能在长距离内聚焦，具有高度的方向性，采用激光进行通信无需申请频率分配。激光传输信号必须配置激光收发器，需要安装视线范围内。激光通信用于不同建筑物局域网之间的连接，可避免敷设电缆的困难，这称为“无线光通信”（FSO）。 激光通信有很好的防窃听和抗干扰能力，但易受环境的影响。激光使用方便、工作稳定而且易于安装。负责发送和接收激光信号的装置通常安装在两幢建筑物的顶部，在两幢楼之间收发信号，使用光纤连接每一建筑物内的网路。 5. 红外线 红外线通信：红外线作载波传送信息，通过收发红外线脉冲来实现信息传输。 频率范围：是3101121014Hz。,202
