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1、年全国微波毫米波会议论文集基于传输线理论的信道建模与仿真文化锋金炜胡乾苗宁波大学通信技术研究所,浙江宁波摘共技术利用双绞线进行高速数据传输本文从传输线理论出发,应用基尔霍夫定律建立了传输线方程应用传输线方程建立了双绞线信道模型,对该模型在卜频段进行了仿真分析,仿真结果与法国电信研发部的实测数据进行了比较,结果证明模型与实侧数据一致表明所建模型符合实际情况。该模型的建立对系统研究、性能分析和系统设计有要作用和意义关妞字传物线 数字用户线 传递函数掀七一一,月川口面址沙“场而二七,面“面恤手沉幼而如哪。伽哪以留劝皿山石。沈创渴幼二毗记比幽叭伪在甲几“。心曲山“口比比,、心叮比川,子国“创比毛闭此介
2、 加引言近年来,由于用户业务规模和业务类型的剧增,接入网已成为通信网发展的一个重点,其规模之大、影响面之广是前所未有的宽带接入的方法主要有无线接入、同轴电缆接入和接入等三种主要方式其中,接入方式由于在一对双绞线上提供语音、视频和数据业务,具有高速接入、永久在线、维护开 销低、对命网络的充分利用和安全性等特点已经成为最有前途的及竞争力最强的技术之一因而出现了一个研究高潮目前,对、以及等系统的性能分析与研究已有不少文献,但对频率高达的系统的性能分析与研究还比较少见本文对频率高达到 匕的系统的信道进行了建模仿真,仿真结果与法国电信研发部的实测数据进行了比较,结果证明模型与实测数据一致。表明所建模型符
3、合实际情况。该模型的建立对系统研究和设计有重要作用和意义。双绞线信道传递函数研究系统的性能分析是通过建模和仿真的方法,确定传输的各项参数指标,为系统的设计和实现提供理论依据。性能分析的常用方法是利用理论分析和实际测量获得的数据,在计算机中模拟信号通过双绞线后的输出,再加入各种传输干扰,从而得出信号在各种干扰背景下的传输性能。因此,在的性能分析过程中,首先要仿真的信道环境以及实际工作中所受到的各种干扰。是在双绞线中传输的,因此信道环境的仿真过程,就是双绞线信道的建模过程。双绞线是传输线的一种,因此可用传输线理论进行分析。电流在导线的电阻中引起沿线的电压降,并在导线的周围产生磁场,即沿线有电感的存
4、在,变动的电流沿线产生电感电压降。另一方面,由于两导体构成电容,因此在线间存在电容电流导体间还有漏电导,故还有电导电流。这样可认为在导线的每一元第二十四部分其他段上,具有无限小的电阻和电感在线间则有电容和电导这就是传输线的分布参数模型如图 所示。设,间电压为,则,间电压为“又设点流入的 电流 为,则点流出的电流为 由基尔霍夫第一定律对 点有司。亦即一。,也就是日二,、日,日一二一脚一少之二一 心 当趋于零时,得 片“川一月二二弓丫卜刁刀图双绞线分布参数等效电路图一。厂 尸器分“,同理由基尔霍夫第二定律得网孔回路电压方程“、妞叹 乙 心 式、即为传输线方程。可见电流和电压不仅随时间变化,同时也随
5、距离变化。这是分布电路与集总电路的一个显著区别。利用传输线方程,可以对双纹线信道建模,求出双绞线信道的传递函数。设施与双绞线上的电压、电流为正弦交流电压、电流,则可取,四,了四代入传输线方程式、整理后得这是二阶常系数微分方程组,式中,币犷价少。,丁。,口称丫为传播常数。二阶常系数微分方程组的通解就是一,声式中,认是由边界条件决定的常数,利用式可求出电流 ,为,鲁。一,一争一代尸一气些一古试吐其中。涯称之为特性阻抗此时称蠕一移为入射波,时气产为反射波。定义电压反射系数为故得一阶常微分方程组凡翅气一刀当负载与特性阻抗匹配时,有一丫口一乙。竺其中。是单位线长的阻抗是单位线长的导纳等式两边对 求导,得
6、到此时认,巩,则可写成,。一护,丫所以电压传递函数为年全国微波毫米波会议论文集一竺。 此即为双绞线信道传递函数的指数形式,在分析串音干扰时会用到。取,则有一由此得一, 一认以上求出的传递函数即可用于系统的传输性能分析。当信号通过双绞线后,接收端的信号就是发送端的信号与信道传递函数的时域卷积或频域乘积双绞线信道传递函数的实验测试原理矶一,。代入通解得声,一声。移。一产一一一之一, 一,乙 。、,一 “,一乏一“”对作类似处理,得到一对方程珍一移,一,珍一任二声取传输线的双向坐标表示珍,。珍,。,十孚洲乙 。,碑“,白门,珍,上 袖洲艺洲珍,取才得到其参数为,对。,“。会,”前面我们用分析法得到了
7、双绞线的传递函数模型,这个结论正确与否,归根到底要靠实验的检验。即用实验法测量双绞线信道传递函数,用实验结果来验证模型的正确性。用实验方法测量双绞线信道传递函数时,由于信号发生器和信号接收器与传输线路之间的阻抗一般都不匹配,所以需要在信号发生器和被测线路之间、信号接收器和被测线路之间分别用匹配器连接起来,实验测试原理框图如图所示测试步骤如下不接双绞线即双绞线长度为,测得信号接收器的功率为只,设信号发生器发送功率为几,阻抗匹配器引入的衰减为月,则有尸。朔阴尸 。妞脚一,将测试长度为 的双绞线接入,测得信号接收器的功率为只,则有价。一,一加川凡一只即为双绞线衰减,即双绞线传递函数的对数值。其中,。
8、是双绞线的特性阻抗。根据信到的模型,可以很容易地计算出双绞线的传递函数、特性阻抗、输入阻抗等重要参数,直接用于系统的性能分析。双绞线环路传递函数可以从参数求出,使用欧姆定律,有信号发生器飞双绞线 匹配器匹配器图双绞线电缆传递函数测试原理框图一二抓尸过刀用一尸一。巨由此式即可得出双绞线传递函数。仿真分析 图将双绞线等效为二端口网络则双绞线传递函数为应用上面所建双绞线传递函数伽。,进 行仿真,线路参数采用号线规,线规参数如表 所示,双绞线长度为米。仿真结果如图 所示。从图中可以看出,仿真结果与法国电信研发部实测结果一致,这第二十四部分其他表明所建双绞线信道模型符合实际情况,可用于系统设计、标准制定
9、、实际系统安装、调试等各个阶段。表双绞线数值模式参数参参数数规格格规格格以亦习习妞们劝劝大封八自刁刁日八刁刁宁刁刁酬酬时么抖日矛,盆盆阶二二刁刁韶刁刁仗劝结语双绞线的再利用有着广阔的前景,不仅可以节约大量的投资,而且也可以最大限度地利用传统电话线路的资源,充分发挥网络的潜力。随着川的高速发展和多媒体业务的迅猛推广,人们需要更高的网络带宽实现用户高速接入,光纤到户无疑是网络发展的必然方向。但是光纤与用户之间必须有一个光电转换器最好的办法就是把这些转换器集中起来然后放在远程的机架上封闭起来。因此即使到达用户驻地最后一公里铺设的是铜线,在其上应用也是相当可取的。参考文献从图中还可以看出,双绞线信道传
10、递函数的测试结果是波动的,这是因为测试中使用的信号源是正弦信号,传输过程中由于线路的不均匀等因素会引起线路阻抗的不匹配,从而引起信号的反射和叠加,因而测试结果出现了波动现象。图仿真结果与实侧结果比较【四匕的义知著,杨成、王巧燕译,人顺理 【,北京人民邮电出版社,龙腾,从,刘蜂,记。磁术与应用【阅,北京电子工业出版社,黄志淘王晓金著,徽波传物线理论与实用技术【,北京科学出版社,汪坤杜森李巍著,琢统中双绞缝电组的侧试和分析切,电信工程技术和标准化 加,“硒,入卫加幽叭人卜从曲匆峨讼峨倒回间,节旧坛招招,巧美默文脚等著刘东显,李逢天译,设计与实现签于的接入方案】,北京人民邮电出版社,溉拍门“汤 通氏山户翔城。七鹤丫妇好附明,乍冲如目翻切”,正价仙比如”吐,场,物,东】加李有明及凡,“口,恤耐 如初山 出传日胡目娜肠”正及助以如比,以陌为州,曲,词低人曲叭回阵有明入几石旧伪肋曲目山加比侧叨招血加功已田池目如州阶内冲闹正娜妞优。”加乡,加
