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1、第2章 传输信道,2.1 有线信道 2.2 无线信道 2.3 信道传输特性 2.4 信道的传输能力,2.1 有线信道,有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆和光缆等。 1、明线是指平行架设在电线杆上的架空线路。2. 同轴电缆由内外两根互绝缘的同心圆柱形导体构成的，内导体为铜线，外导体为铜管或网。,同轴电缆的基本结构,3. 双绞线 双绞线电缆（简称双绞线）是由两根绝缘的导体扭绞封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，通常以对为单位，并把它作为电缆的内核，根据用途不同，其芯线要覆以不同的护套。,非屏蔽双绞线（UTP）,屏蔽双绞线（STP）,STP剖面图,双绞线是目前局域网最常用到的一种电缆，它既可
2、以传输模拟信号又可以传输数字信号。 双绞线按其电气特性进行分级或分类，一般分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类。双绞线一般用于星型网的布线连接，每对线可传输60路电话信号。 双绞线的缺点是容易受到外部高频电磁波干扰，且线路本身会产生一定的噪声，误码率较高，不支持速率非常高的数据传输。,(a) 双绞线电缆,（b）双绞线传输,4. 对称电缆,5.微带线和矩形波导,对称电缆是由若干对叫做芯线的双导线放在一根保护套内制成的,（1）微带线 仅是一个由绝缘体隔离的、与接地板分离的平面导体。,（2）波导(Wave Guide) 最简单形式是一个空心导管，其横截面通常是矩形，但也有圆形或椭圆
3、形波导，可以限定电磁波能量的边界。,(a) 微带线,(b) 矩形波导,6. 光纤和光缆,（1）光纤传输光信号的有线信道是光导纤维，简称光纤。,目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区内，即波长为0.8-1.8m，可分为短波长波段和长波长波段。短波长波段是指波长为0.85m，长波长波段是指1.31m和1.55m，这是目前所采用的三个光纤传输窗口 。,裸光纤,光缆,电磁波谱,目前通信用的光纤是用石英玻璃（SiO2）制成的横截面很小的双层同心圆柱体。 由于石英玻璃质地跪、易断裂，为了保护光纤表面，提高抗拉强度以及便于实用，一般需在裸光纤外面进行两次涂覆而构成光纤芯线。,光纤结构和剖面示意图,对光纤的要
4、求 低损耗和低色散 。 光纤的分类 可以根据构成光纤的材料成分、光纤的制造方法、光纤的传输总模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长进行分类. 按折射率分类常用的有：阶跃型光纤和渐变型光纤。 按传输模式分类常用的有：多模光纤和单模光纤。 按工作波长分类有：短波长和长波长。,（2）光缆,光缆的基本结构 由缆芯、加强元件和护层组成。 光缆的种类 在公用传输通信网中常用的光缆结构如表所示：,表2.1-1 公用传输通信网中的光缆结构,光缆的基本结构,2.2 无线信道,1、电磁波,就是电和磁的波动过程，是向前传播的交变的电磁场；或者说，电磁波是在空间传播的交变电磁场。电磁波和我们周围存在的水波、声波一样
5、，都是一种波动过程。 正弦波是最简单的波动过程，也是最重要的波动过程。,正弦波具有振幅、频率以及相位三个要素。正弦波的另一个基本参数是波长，用表示，单位是米。波长和频率f之间的关系是：,其中为光速,无线电波是人们认识最早、应用最广的电磁波：,（1）地波传播:是指无线电波沿地球表面传播，又称绕射传播或地表面波传播。,2、电波的传播方式,（2）天波传播: 是指无线电波经天空中电离层的反射后返回地面的传播方式,也叫电离层反射传播,（3）空间波传播:是指收发两端处在视距范围内，能互相“看得见”时的电波直线传播方式。,(4)散射波传播: 对于那些无法建立微波接力站的地区大海、岛屿之间的通信，可以利用散射
6、波传递信息。散射波传播包括对流层散射和电离层散射传播。,a.对流层散射传播,b.电离层散射传播,无线电波的传播特点,3、电波传播的窗口天线,（1）天线的作用,基本功能是辐射和接收无线电波。,(2) 天线的分类,按用途可分为基地台天线和移动台天线。按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波天线。按其方向可划分为全向和定向天线。,2.3 信道传输特性,2.3.1 有线信道传输特性,其传输特性|H(w)|通常可用幅度频率特性(w)和相位频率特性 来表征，即：,1. 幅频传输特性,是指信道在各频率下的衰耗与频率的关系曲线，它将影响信号的幅度衰减量。,2. 相频传输特性,是指信道在各频率下
7、的相位移与频率的关系曲线，它将影响被传输信号的相位移。,2.3.2 无线信道传输特性,无线信道的传输媒质有以下3个特点：,对信号的衰耗随时间而变化 传输的时延随时间而变化 多径传播,（1）多径传播对信号传输的影响,设发射波为 ，它经过 n 条路径传播到接收端，则接收信号 可用下式表示：,式中， 为由第i条路径到达的接收信号幅度； 为第i条路径到达的接收信号的时延; 。 ， 和 都是随机变化的 应用三角公式上式改写为：,（2.3-4）,其中，设,同相分量,（2.3-5）,正交分量,（2.3-6）,将式（2.3-5）和式（2.3-6）代入式（2.3-4），得出,为接收信号 的包络,为接收信号 的相
8、位,根据大量的实验观察表明，当传播路径充分大时，R(t)可视为一个包络和相位均随机缓慢变化的窄带信号。,（2.3-7）,由式（2.3-7）可以看出：第一，从波形上看，多径传播的结果使发射信号 变成了包络和相位随机缓慢变化的窄带信号，这样的信号称之为衰落信号，如图2-19（a）所示；第二，从频谱上看，多径传播引起了频率弥散，即由单个频率变成了一个窄带频谱，如图2-19（b）所示。,图2-19衰落信号的波形与频谱示意图,造成频率选择性衰落,多径传播不仅会造成上述的衰落和频率弥散，同时还可能发生频率选择性衰落。,若发射信号 经过两条路径传播后，到达接收端的信号分别为 和 。其中 是传播衰减， 是第一
9、条路径的时延， 是两条路径的时延差。则接收合成信号为：,设发射信号的傅里叶变换对为：,则接收合成信号的频谱为：,于是，该两径信道的传输函数为：,则,上式传输函数的曲线如图:,例2.1 假设某随参信道的两径时延差为1ms，试求该信道在哪些频率上传输衰耗最大？选用哪些频率传输信号最有利？解：假设该随参信道的两条路径对信号的增益强度相同，均为 。则该信道的幅频特性为：,当,出现传输零点；,当 出现传输极点；,所以在 kHz(n为整数)时，对传输信号最有利；,在 kHz(n为整数)时， 对传输信号衰耗最大,（2）抗衰落的措施,信道的衰落，将会严重地影响系统的性能。为了抗快衰落，通常可采用多种措施，例如
10、，各种抗衰落的调制解调技术、抗衰落接收技术及扩频技术等，其中较为有效且常用的抗衰落措施是分集接收技术。,2.3.3信道衰减,所谓衰减是指传输过程中信号强度的损失，其度量一般用电平表示，常用“dB”（分贝）作为单位。在通信中，常采用信号输入输出端功率比值取10倍常用对数（即功率电平）来表示信号的强弱。,1. 绝对电平,设以 （瓦）作为进行比较的基准功率有效值，则在信号功率为 （瓦）的测试点上，它的功率电平A为:,上式中 表示取常用对数，如果改用自然对数则：,例2.2 设某点信号功率为0.1mW,1mW,10mW,试计算该点对应的绝对功率电平值是多少？,解：0.1mW对应的绝对功率电平值,1mW对
11、应的绝对功率电平值,10mW对应的绝对功率电平值,2.相对电平,在电信传输系统中，信号传输一般用相对电平来表示。不使用固定的功率作为比较的基准，而是以参考点的信号功率为比较对象，这样求得的电平称为相对电平。电平可直接相加减，也可用电压、电流进行换算，此时应考虑测试点的阻抗问题。,2.4 信道的传输能力,电信传输系统的主要特征无疑是它的运载信息能力，除此之外还有其他一些重要特征。例如，对于一个银行网安全性可能要比运载信息能力更重要。对于经纪人机构来说，传输速度则是网络最主要的特征。通常，对大多数系统用户来说，信息的运载能力是优先考虑的因素。这也就产生矛盾。,因为我们不能把链路的能力想提高多少就提高多少。链路能力的主要限制可由香农公式给出。,此式给出了运载能力的极限值C，它也常被称为“香农极限”。这个公式来自于信息理论，它对于所有的技术都适用。香农公式说明运载信息能力与信道带宽成正比，其中带宽就是信号进行传输且没有衰减的频率范围。,
