【精品课件】数字通信系统

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1、第第5章章 数字通信系统数字通信系统本章主要内容：本章主要内容：1、基于双绞线的数据传输系统、基于双绞线的数据传输系统2、数字无线通信系统、数字无线通信系统3、卫星通信系统、卫星通信系统4、光纤通信系统、光纤通信系统作业：作业：P118，1-49/5/20241常州信息职业技术学院电子系张立中第第5章章 数字通信系统数字通信系统前言前言完成数字信号产生、变换、传递及接收全过程的系统称之为数字通信系统。数字通信系统的模型可用下页图来描述。我们在介绍数字通信系统时，一般不包括网络和交换，如果包括网络和交换网络和交换，则一般称之为通信网通信网，而我们所介绍的数字通信系统严格来说，应该称为数字传输系统

2、数字传输系统。是整个通信网中的一条通信链路（Link）。数字通信系统包括各种收发设备、信道、以及为保障系统正常工作所必须的规程和协议。信道对系统的影响是决定性的，从某种意义上来说，各种收发设备的设计目标就是为了实现数字通信设备和信道的匹配数字通信设备和信道的匹配，发挥信道的最佳传输效率和通信的可靠性。9/5/20242常州信息职业技术学院电子系张立中数字通信系统9/5/20243常州信息职业技术学院电子系张立中第第5章章 数字通信系统数字通信系统数字通信系统的内容很多，例如有数字通信系统的内容很多，例如有数字移动通信系统数字移动通信系统、光光纤通信系统纤通信系统、卫星通信系统卫星通信系统、数字

3、微波通信系统数字微波通信系统、计算机通信计算机通信网网等内容，本章只能做一般性的介绍，希望大家对数字通信系等内容，本章只能做一般性的介绍，希望大家对数字通信系统有一个初步了解。统有一个初步了解。下面以电话网为例，大体了解各种通信系统的应用情况。下面以电话网为例，大体了解各种通信系统的应用情况。数字蜂窝移动通信系统（简介）数字蜂窝移动通信系统（简介）通信双方至少有一方处在移动中，或暂时在某一非预定位通信双方至少有一方处在移动中，或暂时在某一非预定位置上，包括移动台和移动台之间的通信、移动台和固定台之间置上，包括移动台和移动台之间的通信、移动台和固定台之间的通信、移动台通过转接台（交换）和另一个移

4、动台或固定台的通信、移动台通过转接台（交换）和另一个移动台或固定台之间的通信。之间的通信。9/5/20244常州信息职业技术学院电子系张立中9/5/20245常州信息职业技术学院电子系张立中第第5章章 数字通信系统数字通信系统移动通信是一种多址通信，多址通信的关键是接收端能正确移动通信是一种多址通信，多址通信的关键是接收端能正确区分不同地址的信号，也就是说，不同地址的信号的某一方面区分不同地址的信号，也就是说，不同地址的信号的某一方面必定是其独有的。第二代移动通信（必定是其独有的。第二代移动通信（GSM）中采用的多址技术中采用的多址技术是频分多址是频分多址FDMA和时分多址和时分多址TDMA。

5、FDMA就是不同地址就是不同地址的用户占用信道的不同的频带进行通信；的用户占用信道的不同的频带进行通信；TDMA就是不同地址就是不同地址的用户占用信道的不同时隙进行通信；的用户占用信道的不同时隙进行通信；CDMA也是一种多址技也是一种多址技术，即所有的用户使用的频率和时间都是相同的。不同用户信术，即所有的用户使用的频率和时间都是相同的。不同用户信号依靠不同的地址码区分。号依靠不同的地址码区分。CDMA多址技术的原理是基于扩频多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大干信号带宽的高速伪随机码进行调制，

6、使原数据信号的宽远大干信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。9/5/20246常州信息职业技术学院电子系张立中第第5章章 数字通信系统数字通信系统接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理。把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现处理。把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。在这种系统中，信号在发送之前，用特定的地址码信息通信。在这种系统中，信号在发送之前，用特定的地址码进行扩频调制，接收机可以用相关器在多个进行扩频调制

7、，接收机可以用相关器在多个CDMA信号中选出信号中选出其中用预定码型的信号，而其他使用不同码型的信号不能被解其中用预定码型的信号，而其他使用不同码型的信号不能被解调。调。CDMA系统与第二代的TDMA相比，主要有以下优点：(1)系统容量大系统容量大TDMA和FDMA是带宽限制系统带宽限制系统，容量取决带宽；CDMA是干扰限制系统干扰限制系统，容量取决于干扰，降低干扰可以直接提高系统容量，所以又称为软容量软容量。采用1.25MHz的窄带CDMA，就可以使容量达到TDMA的24倍。若采用宽带CDMA，容量还会增加。9/5/20247常州信息职业技术学院电子系张立中第第5章章 数字通信系统数字通信系

8、统(2)抗干扰能力强抗干扰能力强在CDMA中，由于采用了扩频技术，大大提高了抗加性干扰加性干扰和抗多径干扰多径干扰的能力，更适合于移动通信。(3)具有软切换功能具有软切换功能在前两代蜂窝通信中，相邻的小区采用的频率不同，越区切换都是硬切换硬切换，即移动台先中断与原基站的通信，再与新基站通信，切换时可能产生掉话。而在CDMA中，相邻的小区采用同一频率，越区切换时，载频不变只是更换地址码，可以在切换到新基站的同时，保持着与原基站的通信，保证移动台与新基站可靠连接后，才切断与原基站的连接，这种切换方式称为软切换。9/5/20248常州信息职业技术学院电子系张立中第第5章章 数字通信系统数字通信系统(

9、4)设备简单设备简单在CDMA中，一个射频频率上有大量的信道，在系统中只使用一个或少量的几个频率，不管是基地台还是移动台，都较TDMA简单些。但在CDMA中，存在“远近效应远近效应”，即离基站近的用户由于信号过强，将抑制远处较弱的移动台。因此，必须采取精确的功率控制技术功率控制技术，使处于小区中不同位置的移动台发射的信号到达基站时功率都相等，以消除远近效应，这样既减小了对其他用户的干扰，又节约了移动台的电源。由于上述因素，CDMA已成为第三代移动通信所选用的多址方式，是最具竞争力的多址技术。9/5/20249常州信息职业技术学院电子系张立中第第5章章 数字通信系统数字通信系统目前使用较广泛的C

10、DMA数字蜂窝移动通信系统是北美采用IS-1995标准的窄带数字蜂窝系统，频段为800MHz(上行为824849MHz，下行为869894MHz)，信号带宽为1.25MHz，被称为2.5代数字移动通信系统。在国际上影响较大的第三代移动通信系统由ITU提出的国际移动通信2000，即IMT-2000系统，世界无线电管理大会分配给IMT2000的频段是18852025MHz和2110一2200MHz，所采用的就是WCDMA，即宽带码分多址技术。CDMA蜂窝移动通信系统的网络结构与GSM数字蜂窝移动通信系统类似。9/5/202410常州信息职业技术学院电子系张立中第第5章章 数字通信系统数字通信系统在

11、GSM中，工作频段有三个：（1）GSM900（900MHz）890915MHz移动台发，基站收（简称上行）（MSBS）935960MHz基站发，移动台收（简称下行）（BSMS）（2）DCS1800（1800MHz）17101785MHz移动台发，基站收（简称上行）（MSBS）18051880MHz基站发，移动台收（简称下行）（BSMS）（3）PCS1900（1900MHz）1850-1910MHz移动台发，基站收（简称上行）（MSBS）1930-1990MHz基站发，移动台收（简称下行）（BSMS）9/5/202411常州信息职业技术学院电子系张立中5.1 基于双绞线的数据传输系统基于双绞线的

12、数据传输系统 5.1 基于双绞线的数据传输系统基于双绞线的数据传输系统 双绞线原用于电话网中模拟话音的传输，固定电话到局端双绞线原用于电话网中模拟话音的传输，固定电话到局端双绞线原用于电话网中模拟话音的传输，固定电话到局端双绞线原用于电话网中模拟话音的传输，固定电话到局端交换机之间的线路均为双绞线，现在逐步应用于把数字终端接交换机之间的线路均为双绞线，现在逐步应用于把数字终端接交换机之间的线路均为双绞线，现在逐步应用于把数字终端接交换机之间的线路均为双绞线，现在逐步应用于把数字终端接入网络。例如计算机、传真机、数字电话机等。入网络。例如计算机、传真机、数字电话机等。入网络。例如计算机、传真机、

13、数字电话机等。入网络。例如计算机、传真机、数字电话机等。 前基于双绞线的数据传输系统大致有前基于双绞线的数据传输系统大致有前基于双绞线的数据传输系统大致有前基于双绞线的数据传输系统大致有3 3 3 3类：类：类：类：（1 1 1 1）不改变电话网的结构，在用户终端之间引入）不改变电话网的结构，在用户终端之间引入）不改变电话网的结构，在用户终端之间引入）不改变电话网的结构，在用户终端之间引入ModemModemModemModem将数据将数据将数据将数据信号转化为信号转化为信号转化为信号转化为0.30.30.30.33.43.43.43.4kHzkHzkHzkHz模拟信号传输。模拟信号传输。模拟

14、信号传输。模拟信号传输。（2 2 2 2）只对局端交换机的用户电路作部分改造，数据信号以数字只对局端交换机的用户电路作部分改造，数据信号以数字只对局端交换机的用户电路作部分改造，数据信号以数字只对局端交换机的用户电路作部分改造，数据信号以数字方式在线路中传输，如：方式在线路中传输，如：方式在线路中传输，如：方式在线路中传输，如：XDSLXDSLXDSLXDSL、ISDNISDNISDNISDN（综合业务数字网）。综合业务数字网）。综合业务数字网）。综合业务数字网）。（3 3 3 3）用于局域网（用于局域网（用于局域网（用于局域网（LANLANLANLAN）内各终端之间的数据传输。关于局域内各终

15、端之间的数据传输。关于局域内各终端之间的数据传输。关于局域内各终端之间的数据传输。关于局域网的概念，可能许多同学还不是很清楚，其实就是，一种计算网的概念，可能许多同学还不是很清楚，其实就是，一种计算网的概念，可能许多同学还不是很清楚，其实就是，一种计算网的概念，可能许多同学还不是很清楚，其实就是，一种计算机网络，距离比较近。机网络，距离比较近。机网络，距离比较近。机网络，距离比较近。9/5/202412常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.1 双绞线双绞线 双绞线电缆是由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根双绞线电缆是由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根双绞线电缆是由按规则螺旋结构排列的两

16、根、四根或八根双绞线电缆是由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根绝缘导线所组成。绝缘导线所组成。绝缘导线所组成。绝缘导线所组成。 看双绞线的制作演示 双绞线可分为屏蔽双双绞线可分为屏蔽双双绞线可分为屏蔽双双绞线可分为屏蔽双绞线（绞线（绞线（绞线（STPSTP）和非屏蔽双绞和非屏蔽双绞和非屏蔽双绞和非屏蔽双绞线（线（线（线（UTPUTP）两大类。屏蔽双两大类。屏蔽双两大类。屏蔽双两大类。屏蔽双绞线对外界干扰有屏蔽作用，绞线对外界干扰有屏蔽作用，绞线对外界干扰有屏蔽作用，绞线对外界干扰有屏蔽作用，但价格高，安装困难，所以但价格高，安装困难，所以但价格高，安装困难，所以但价格高，安装困难，所以应用少

17、。非屏蔽双绞线应用少。非屏蔽双绞线应用少。非屏蔽双绞线应用少。非屏蔽双绞线UTPUTP共有共有共有共有5 5类，其中只有类，其中只有类，其中只有类，其中只有3 3类（音类（音类（音类（音频级）和频级）和频级）和频级）和5 5类（数据级）线用类（数据级）线用类（数据级）线用类（数据级）线用于数据通信。于数据通信。于数据通信。于数据通信。9/5/202413常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.1 双绞线双绞线 每对双绞线的特征阻抗都是每对双绞线的特征阻抗都是每对双绞线的特征阻抗都是每对双绞线的特征阻抗都是100100，要求为要求为要求为要求为1001001515。（1 1）3 3类双绞线（音频

18、级）类双绞线（音频级）类双绞线（音频级）类双绞线（音频级） 3 3类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高传输频率为1616MHzMHz，最高数据传输速率最高数据传输速率最高数据传输速率最高数据传输速率为为为为1010MbitMbit/s/s，主要用于语音和最高传输速率为主要用于语音和最高传输速率为主要用于语音和最高传输速率为主要用于语音和最高传输速率为1010MbitMbit/s/s的的的的数据传输。数据传输。数据传输。数据传输。（2 2）4 4类双绞线类双绞线类双绞线类双绞线 4 4类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高

19、传输频率为类双绞线的最高传输频率为 20 20MHzMHz，最高传输速率为最高传输速率为最高传输速率为最高传输速率为1616MbitMbit/s/s，可用于语音传输和最高传输速率为可用于语音传输和最高传输速率为可用于语音传输和最高传输速率为可用于语音传输和最高传输速率为1616MbitMbit/s/s的的的的数据传输。数据传输。数据传输。数据传输。9/5/202414常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.1 双绞线双绞线（3 3 3 3）5 5 5 5类双绞线（数据级）类双绞线（数据级）类双绞线（数据级）类双绞线（数据级）-应用多应用多应用多应用多 5 5类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最

20、高传输频率为类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高传输频率为100100MHzMHz，最高传输速率为最高传输速率为最高传输速率为最高传输速率为100100MbitMbit/s/s，可用于语音和最高传输率为可用于语音和最高传输率为可用于语音和最高传输率为可用于语音和最高传输率为100100MbitMbit/s/s的数据的数据的数据的数据传输。传输。传输。传输。5 5类双绞线是目前网络布线的主流。类双绞线是目前网络布线的主流。类双绞线是目前网络布线的主流。类双绞线是目前网络布线的主流。（4 4）超）超）超）超5 5类双绞线类双绞线类双绞线类双绞线 超超超超5 5类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最

21、高传输频率为类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高传输频率为200200MHzMHz，最高传输速率最高传输速率最高传输速率最高传输速率为为为为155155MbitMbit/s/s。与与与与5 5类双绞线相比，超类双绞线相比，超类双绞线相比，超类双绞线相比，超5 5类双绞线的衰减和串类双绞线的衰减和串类双绞线的衰减和串类双绞线的衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络基础。扰更小，可提供更坚实的网络基础。扰更小，可提供更坚实的网络基础。扰更小，可提供更坚实的网络基础。目前主要用于千兆位的以目前主要用于千兆位的以目前主要用于千兆位的以目前主要用于千兆位的以太网中。太网中。太网中。太网中。9/5/2024

22、15常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.2 利用模拟电话用户线进行数据传输利用模拟电话用户线进行数据传输 电话网通过交换机和通信链路电话网通过交换机和通信链路电话网通过交换机和通信链路电话网通过交换机和通信链路实现多个电话用户的相互通信如图实现多个电话用户的相互通信如图实现多个电话用户的相互通信如图实现多个电话用户的相互通信如图所示。所示。所示。所示。（1 1）用户，用户电话。）用户，用户电话。）用户，用户电话。）用户，用户电话。（2 2）市话交换机，或端局交换机）市话交换机，或端局交换机）市话交换机，或端局交换机）市话交换机，或端局交换机（3 3）用户线：连接用户电话和局）用户线：连接用

23、户电话和局）用户线：连接用户电话和局）用户线：连接用户电话和局端交换机，传输话音，一般端交换机，传输话音，一般端交换机，传输话音，一般端交换机，传输话音，一般3-3-5 5kmkm。（4 4）汇接交换机（长途交换机）汇接交换机（长途交换机）汇接交换机（长途交换机）汇接交换机（长途交换机）5.1.2 利用模拟电话用户线进行数据传输利用模拟电话用户线进行数据传输1 1、电话网与模拟电话用户线、电话网与模拟电话用户线、电话网与模拟电话用户线、电话网与模拟电话用户线（5 5）中继线，交换机之间的线路，一般用同轴电缆或光缆）中继线，交换机之间的线路，一般用同轴电缆或光缆）中继线，交换机之间的线路，一般用

24、同轴电缆或光缆）中继线，交换机之间的线路，一般用同轴电缆或光缆（6 6）交换机之间一般连成星型网或网状网。）交换机之间一般连成星型网或网状网。）交换机之间一般连成星型网或网状网。）交换机之间一般连成星型网或网状网。9/5/202416常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.2 利用模拟电话用户线进行数据传输利用模拟电话用户线进行数据传输特别要说明的是用户线特别要说明的是用户线: （1 1）用户线是从普通用户到电话网端局交换机之间传送模拟）用户线是从普通用户到电话网端局交换机之间传送模拟）用户线是从普通用户到电话网端局交换机之间传送模拟）用户线是从普通用户到电话网端局交换机之间传送模拟信号的通信

25、线路，一般为双绞线，其工作频带一般为几百信号的通信线路，一般为双绞线，其工作频带一般为几百信号的通信线路，一般为双绞线，其工作频带一般为几百信号的通信线路，一般为双绞线，其工作频带一般为几百kHzkHz，但由于受交换机中用户电路的限制，模拟电话用户线上传输但由于受交换机中用户电路的限制，模拟电话用户线上传输但由于受交换机中用户电路的限制，模拟电话用户线上传输但由于受交换机中用户电路的限制，模拟电话用户线上传输的信号频率范围为的信号频率范围为的信号频率范围为的信号频率范围为0.3-3.40.3-3.4kHzkHz。（2 2）用户线为一对两根线。用户线为一对两根线。用户线为一对两根线。用户线为一对

26、两根线。（3 3）在电话机里和交换机中，需要二）在电话机里和交换机中，需要二）在电话机里和交换机中，需要二）在电话机里和交换机中，需要二/ /四线转换器来实现和用四线转换器来实现和用四线转换器来实现和用四线转换器来实现和用户线的二线转换。户线的二线转换。户线的二线转换。户线的二线转换。（4 4）现在的电信宽带现在的电信宽带现在的电信宽带现在的电信宽带ADSLADSL，并没有改造用户线，而是改造了并没有改造用户线，而是改造了并没有改造用户线，而是改造了并没有改造用户线，而是改造了用户终端设备和交换机。这是我们下面要讲的内容。用户终端设备和交换机。这是我们下面要讲的内容。用户终端设备和交换机。这是

27、我们下面要讲的内容。用户终端设备和交换机。这是我们下面要讲的内容。9/5/202417常州信息职业技术学院电子系张立中2、模拟电话用户线中的数据传输、模拟电话用户线中的数据传输2、模拟电话用户线中的数据传输、模拟电话用户线中的数据传输 利用模拟电话用户线进行数据传输时，首先必须将数据信利用模拟电话用户线进行数据传输时，首先必须将数据信号转换成号转换成0.3-3.40.3-3.4kHzkHz模拟信号，这由模拟信号，这由MODEM完成。完成。ITU-T的的V.90标准速率为标准速率为56kbps，调制方式有多种：调制方式有多种：FSK、PSK、16QAM、网格码。网格码。9/5/202418常州信

28、息职业技术学院电子系张立中5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用数字用户线进行数据传输5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用数字用户线进行数据传输 用户线上传输的不再是模拟信号，而是数字信号，称为数用户线上传输的不再是模拟信号，而是数字信号，称为数用户线上传输的不再是模拟信号，而是数字信号，称为数用户线上传输的不再是模拟信号，而是数字信号，称为数字用户线路（字用户线路（字用户线路（字用户线路（DSLDSL）：）：）：）：（1 1）传输介质：双绞线传输介质：双绞线传输介质：双绞线传输介质：双绞线（2 2）分类：非对称数字用户线（）分类：非对称数字用户线（）分类：非对称数字用户线（）分类：

29、非对称数字用户线（ADSLADSL） 高速数字用户线高速数字用户线高速数字用户线高速数字用户线 （HDSLHDSL） 对称数字用户线对称数字用户线对称数字用户线对称数字用户线 （SDSLSDSL）（3 3）三者的区别：传输速率和距离不同三者的区别：传输速率和距离不同三者的区别：传输速率和距离不同三者的区别：传输速率和距离不同 上行速率和下下行速率是否对称上行速率和下下行速率是否对称上行速率和下下行速率是否对称上行速率和下下行速率是否对称 HDSLHE SDSLHDSLHE SDSL支持对称的支持对称的支持对称的支持对称的T1/E1T1/E1传输。传输。传输。传输。9/5/202419常州信息职

30、业技术学院电子系张立中5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用数字用户线进行数据传输HDSL，两对至四对双绞线，传输距离两对至四对双绞线，传输距离3-4km。SDSL，一对双绞线，传输距离一对双绞线，传输距离3km。ADSL，一对双绞线，传输距离一对双绞线，传输距离3-5km。为了使单极性不归零码（为了使单极性不归零码（NRZ）能在数字用户线上传输，能在数字用户线上传输，通常在用户侧和交换机侧均有成对出现的编码器（如通常在用户侧和交换机侧均有成对出现的编码器（如AMI、2B1Q码形成器）将码形成器）将NRZ变换为变换为AMI码或码或2B1Q码，并且码，并且要均衡和滤波。要均衡和滤波。9/5/

31、202420常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用数字用户线进行数据传输 1 1、双工技术、双工技术、双工技术、双工技术利用一对双绞线进行双向的数字传输，主要有以下两种方法：利用一对双绞线进行双向的数字传输，主要有以下两种方法：利用一对双绞线进行双向的数字传输，主要有以下两种方法：利用一对双绞线进行双向的数字传输，主要有以下两种方法：（1 1）时分双工（）时分双工（）时分双工（）时分双工（TDDTDD） 又称时分法和时间压缩复用法，把从电话终端或数据终端又称时分法和时间压缩复用法，把从电话终端或数据终端又称时分法和时间压缩复用法，把从电话终端或数据终端又称时

32、分法和时间压缩复用法，把从电话终端或数据终端送来的数字信号进行时间压缩和速率转换，变成高速窄脉冲串，送来的数字信号进行时间压缩和速率转换，变成高速窄脉冲串，送来的数字信号进行时间压缩和速率转换，变成高速窄脉冲串，送来的数字信号进行时间压缩和速率转换，变成高速窄脉冲串，利用中间空隙时间周期性的在一对线上交替传递，在接收端，利用中间空隙时间周期性的在一对线上交替传递，在接收端，利用中间空隙时间周期性的在一对线上交替传递，在接收端，利用中间空隙时间周期性的在一对线上交替传递，在接收端，这些高速的窄脉冲被扩展恢复成原来的数字比特流，请看书上这些高速的窄脉冲被扩展恢复成原来的数字比特流，请看书上这些高速

33、的窄脉冲被扩展恢复成原来的数字比特流，请看书上这些高速的窄脉冲被扩展恢复成原来的数字比特流，请看书上图图图图5-45-4。（2 2）回波抑制（）回波抑制（）回波抑制（）回波抑制（echo-cancellationecho-cancellation） 又称单频双向方式，技术复杂，利用回波抑制技术，防止又称单频双向方式，技术复杂，利用回波抑制技术，防止又称单频双向方式，技术复杂，利用回波抑制技术，防止又称单频双向方式，技术复杂，利用回波抑制技术，防止信号反射。请看书上图信号反射。请看书上图信号反射。请看书上图信号反射。请看书上图5-55-5。0.50.5mmmm可传输距离可传输距离可传输距离可传输

34、距离5-65-6kmkm。9/5/202421常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用数字用户线进行数据传输22、非对称数字用户线、非对称数字用户线、非对称数字用户线、非对称数字用户线（1 1）传输介质：双绞线）传输介质：双绞线）传输介质：双绞线）传输介质：双绞线（2 2）频率分配：）频率分配：）频率分配：）频率分配：书上图书上图书上图书上图5-65-6，有点小错，有点小错，有点小错，有点小错，请大家自己请大家自己请大家自己请大家自己查一下。查一下。查一下。查一下。9/5/202422常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用数

35、字用户线进行数据传输（3 3）ADSLADSL的信道：的信道：的信道：的信道： POTSPOTS信道：用于普通电话业务信道：用于普通电话业务信道：用于普通电话业务信道：用于普通电话业务上行数字信道：传输控制及反向应答信道，速率在上行数字信道：传输控制及反向应答信道，速率在上行数字信道：传输控制及反向应答信道，速率在上行数字信道：传输控制及反向应答信道，速率在384384Kb/sKb/s或以上，最高可达或以上，最高可达或以上，最高可达或以上，最高可达1 1MbpsMbps。下行数字信道：传输高速数据，速度为（下行数字信道：传输高速数据，速度为（下行数字信道：传输高速数据，速度为（下行数字信道：传

36、输高速数据，速度为（1.6-1.6-9.29.2）MbpsMbps。（4 4）ADSLADSL的优点：的优点：的优点：的优点：打电话和上网互不干涉打电话和上网互不干涉打电话和上网互不干涉打电话和上网互不干涉容易安装、使用方便、成本低廉容易安装、使用方便、成本低廉容易安装、使用方便、成本低廉容易安装、使用方便、成本低廉9/5/202423常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用数字用户线进行数据传输（5 5）ADSLADSL系统结构：系统结构：系统结构：系统结构：9/5/202424常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用数字用

37、户线进行数据传输（6 6）ADSLADSL的编码技术的编码技术的编码技术的编码技术 ADSLADSL传输系统采用传输系统采用传输系统采用传输系统采用ANSI T1ANSI T1制定的制定的制定的制定的DMTDMT线码，实际线码，实际线码，实际线码，实际上是上是上是上是FDMFDM方式。每个信道再进行方式。每个信道再进行方式。每个信道再进行方式。每个信道再进行QAMQAM调制，系统按调制，系统按调制，系统按调制，系统按3232kbpskbps进行速率复接，可以用于进行速率复接，可以用于进行速率复接，可以用于进行速率复接，可以用于DS0DS0、T1T1、E1E1、ATMATM中的同步光纤网（中的同

38、步光纤网（中的同步光纤网（中的同步光纤网（SONETSONET）。）。）。）。（7 7）ADSLADSL与普通的拨号与普通的拨号与普通的拨号与普通的拨号ModemModem及及及及N-ISDNN-ISDN的比较的比较的比较的比较 比普通的拨号比普通的拨号比普通的拨号比普通的拨号ModemModemModemModem（56Kb/s56Kb/s56Kb/s56Kb/s）的速率高的速率高的速率高的速率高与普通与普通与普通与普通ModemModemModemModem拨号相比，拨号相比，拨号相比，拨号相比，ADSLADSLADSLADSL在同一铜线上分别传输在同一铜线上分别传输在同一铜线上分别传输在

39、同一铜线上分别传输数据和语音，数据信号并不通过交换机设备，减轻了数据和语音，数据信号并不通过交换机设备，减轻了数据和语音，数据信号并不通过交换机设备，减轻了数据和语音，数据信号并不通过交换机设备，减轻了电话交换机的负载，并且不需要拨号，一直在线，属电话交换机的负载，并且不需要拨号，一直在线，属电话交换机的负载，并且不需要拨号，一直在线，属电话交换机的负载，并且不需要拨号，一直在线，属于专线，不需要另外支付电话费。于专线，不需要另外支付电话费。于专线，不需要另外支付电话费。于专线，不需要另外支付电话费。9/5/202425常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.3 利用数字用户线进行数据传输利用

40、数字用户线进行数据传输3 3、高速率数字用户线（、高速率数字用户线（、高速率数字用户线（、高速率数字用户线（HDSLHDSL） 在一对或一对以上的铜线上提供在一对或一对以上的铜线上提供在一对或一对以上的铜线上提供在一对或一对以上的铜线上提供E1E1或或或或T1T1传输的技术。传输的技术。传输的技术。传输的技术。（1 1）HDSLHDSL的核心技术的核心技术的核心技术的核心技术线路编码，线路编码，线路编码，线路编码，2 2B1QB1Q编码。编码。编码。编码。全双工传输，用回波抑制法实现全双工。全双工传输，用回波抑制法实现全双工。全双工传输，用回波抑制法实现全双工。全双工传输，用回波抑制法实现全双

41、工。自适应线路均衡，采用自适应线路均衡，采用自适应线路均衡，采用自适应线路均衡，采用DSPDSP技术实现线路均衡。技术实现线路均衡。技术实现线路均衡。技术实现线路均衡。（2 2）HDSLHDSL系统构成系统构成系统构成系统构成 标准的标准的标准的标准的HDSLHDSL接口由六部分组成，如图接口由六部分组成，如图接口由六部分组成，如图接口由六部分组成，如图5-85-8所示。所示。所示。所示。线路线路接口接口(T1)T1/E1接口接口单元单元HDSL信道单信道单元元HDSL收发器收发器ADCHDSL收发器收发器ADCAFE1AFE29/5/202426常州信息职业技术学院电子系张立中5.1.3 利

42、用数字用户线进行数据传输利用数字用户线进行数据传输AFE-AFE-模拟前端，将双绞线上的模拟前端，将双绞线上的模拟前端，将双绞线上的模拟前端，将双绞线上的2 2B1QB1Q信号进行模拟放大和信号进行模拟放大和信号进行模拟放大和信号进行模拟放大和滤波。滤波。滤波。滤波。ADC-ADC-模拟信号数字化。模拟信号数字化。模拟信号数字化。模拟信号数字化。A/DA/D变换。变换。变换。变换。HDSLHDSL收发器收发器收发器收发器-发送端编码输出，信号的脉冲定型和数发送端编码输出，信号的脉冲定型和数发送端编码输出，信号的脉冲定型和数发送端编码输出，信号的脉冲定型和数/ /模模模模转换，接收端完成线性回波

43、抵消、均衡、信号量化及接收时钟转换，接收端完成线性回波抵消、均衡、信号量化及接收时钟转换，接收端完成线性回波抵消、均衡、信号量化及接收时钟转换，接收端完成线性回波抵消、均衡、信号量化及接收时钟恢复。恢复。恢复。恢复。HDSLHDSL信号单元，完成信号单元，完成信号单元，完成信号单元，完成HDSLHDSL组解桢、多路组解桢、多路组解桢、多路组解桢、多路HDSLHDSL信号复用信号复用信号复用信号复用至一路至一路至一路至一路PCMPCM信号及相应的分解功能。信号及相应的分解功能。信号及相应的分解功能。信号及相应的分解功能。HDSLHDSL应用：（应用：（应用：（应用：（1 1）会议电视基群接入）会

44、议电视基群接入）会议电视基群接入）会议电视基群接入（2 2）专用数据网传输）专用数据网传输）专用数据网传输）专用数据网传输（3 3）INTERNETINTERNET高速接入高速接入高速接入高速接入9/5/202427常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统 利用无线空间作为信道进行信息传输的通信系统称之为无线利用无线空间作为信道进行信息传输的通信系统称之为无线利用无线空间作为信道进行信息传输的通信系统称之为无线利用无线空间作为信道进行信息传输的通信系统称之为无线电通信系统。如移动通信、数字微波通信等。电通信系统。如

45、移动通信、数字微波通信等。电通信系统。如移动通信、数字微波通信等。电通信系统。如移动通信、数字微波通信等。5.2.1 5.2.1 无线信道与电磁波传输无线信道与电磁波传输无线信道与电磁波传输无线信道与电磁波传输1 1、电磁波、电磁波、电磁波、电磁波 可用于无线传播的电磁波的频率大约是可用于无线传播的电磁波的频率大约是可用于无线传播的电磁波的频率大约是可用于无线传播的电磁波的频率大约是1.5101.5104 4 3103101111HzHz电磁波的传播，如图电磁波的传播，如图电磁波的传播，如图电磁波的传播，如图5-115-11所示。（见课本所示。（见课本所示。（见课本所示。（见课本P84P84）

46、（1 1）波前波前波前波前波前是电磁波从源点向四面八方辐射时，波前是电磁波从源点向四面八方辐射时，波前是电磁波从源点向四面八方辐射时，波前是电磁波从源点向四面八方辐射时，所有同相位点组成的平面。所有同相位点组成的平面。所有同相位点组成的平面。所有同相位点组成的平面。点源的两个波前，如图点源的两个波前，如图点源的两个波前，如图点源的两个波前，如图5-125-12所示为天线的波前所示为天线的波前所示为天线的波前所示为天线的波前全向点源波前1波前29/5/202428常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统 电磁波在空间传播有电磁波在空间传播有电磁波在空间传播有电

47、磁波在空间传播有水平极化水平极化水平极化水平极化和和和和垂直极化垂直极化垂直极化垂直极化，电磁波和光波，电磁波和光波，电磁波和光波，电磁波和光波一样，在空间传播过程中有反射、折射和衍射现象。一样，在空间传播过程中有反射、折射和衍射现象。一样，在空间传播过程中有反射、折射和衍射现象。一样，在空间传播过程中有反射、折射和衍射现象。 反映某一点电磁波强度的参数反映某一点电磁波强度的参数反映某一点电磁波强度的参数反映某一点电磁波强度的参数1 1、功率密度、功率密度、功率密度、功率密度其中其中其中其中P Pt t是电源的辐射功率，是电源的辐射功率，是电源的辐射功率，是电源的辐射功率，r r是波前距点源的

48、距离是波前距点源的距离是波前距点源的距离是波前距点源的距离2 2、电磁场强度、电磁场强度、电磁场强度、电磁场强度9/5/202429常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统（2 2）反射）反射）反射）反射入射角和反射角相同，反射波的相位和入射波的相位发生了入射角和反射角相同，反射波的相位和入射波的相位发生了入射角和反射角相同，反射波的相位和入射波的相位发生了入射角和反射角相同，反射波的相位和入射波的相位发生了180180度的变化度的变化度的变化度的变化当反射系数为当反射系数为当反射系数为当反射系数为1 1时，出现时，出现时，出现时，出现全反射全反射全反射全反

49、射当反射系数小于当反射系数小于当反射系数小于当反射系数小于1 1时，电磁波就会出现衰减。时，电磁波就会出现衰减。时，电磁波就会出现衰减。时，电磁波就会出现衰减。（3 3）折射）折射）折射）折射当电磁波在两种不同介质密度的介质中传播时就会发生折射。如图当电磁波在两种不同介质密度的介质中传播时就会发生折射。如图当电磁波在两种不同介质密度的介质中传播时就会发生折射。如图当电磁波在两种不同介质密度的介质中传播时就会发生折射。如图5-145-14。入射角入射角入射角入射角q1q1与反射角与反射角与反射角与反射角Q2Q2的关系的关系的关系的关系其中，其中，其中，其中，n n2 2是折射介质的折射率，是折射

50、介质的折射率，是折射介质的折射率，是折射介质的折射率，n n1 1是反射介是反射介是反射介是反射介质的折射率质的折射率质的折射率质的折射率（4 4）衍射）衍射）衍射）衍射波在直线传播时绕过障碍物的现象。波在直线传播时绕过障碍物的现象。波在直线传播时绕过障碍物的现象。波在直线传播时绕过障碍物的现象。电磁波的频率越低，衍射越强。电磁波的频率越低，衍射越强。电磁波的频率越低，衍射越强。电磁波的频率越低，衍射越强。9/5/202430常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统2 2 2 2、电磁波的传播方式、电磁波的传播方式、电磁波的传播方式、电磁波的传播方式（1 1

51、 1 1）地面波传播）地面波传播）地面波传播）地面波传播 通信很可靠，要求功率大、频率低，普通收音机的中波通信很可靠，要求功率大、频率低，普通收音机的中波通信很可靠，要求功率大、频率低，普通收音机的中波通信很可靠，要求功率大、频率低，普通收音机的中波535-1605535-1605535-1605535-1605kHzkHzkHzkHz广播就是以地面波形式传播的。广播就是以地面波形式传播的。广播就是以地面波形式传播的。广播就是以地面波形式传播的。（2 2 2 2）空间波传播）空间波传播）空间波传播）空间波传播 有两种形式：一种直射波，另一种地面反射波，直射波只有两种形式：一种直射波，另一种地面

52、反射波，直射波只有两种形式：一种直射波，另一种地面反射波，直射波只有两种形式：一种直射波，另一种地面反射波，直射波只能进行视距传播，影响传播的主要因素是天线的高度和地球的能进行视距传播，影响传播的主要因素是天线的高度和地球的能进行视距传播，影响传播的主要因素是天线的高度和地球的能进行视距传播，影响传播的主要因素是天线的高度和地球的曲率。曲率。曲率。曲率。 其中，其中，其中，其中，d d d d为传播距离，也就是两个天线之间的距离，单位为为传播距离，也就是两个天线之间的距离，单位为为传播距离，也就是两个天线之间的距离，单位为为传播距离，也就是两个天线之间的距离，单位为kmkmkmkm，h h h

53、 h为天线的高度，单位为为天线的高度，单位为为天线的高度，单位为为天线的高度，单位为m m m m。一般频率为一般频率为一般频率为一般频率为30303030MHzMHzMHzMHz以上，距离以上，距离以上，距离以上，距离50505050kmkmkmkm。9/5/202431常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统 应用：应用：应用：应用：GSM900GSM900GSM900GSM900、150MHz150MHz150MHz150MHz寻呼系统、调频广播、电视广播、寻呼系统、调频广播、电视广播、寻呼系统、调频广播、电视广播、寻呼系统、调频广播、电视广播、卫星通

54、信等。卫星通信等。卫星通信等。卫星通信等。（3 3 3 3）天波传播）天波传播）天波传播）天波传播 天波传播是靠电离层的反射。电离层距地面天波传播是靠电离层的反射。电离层距地面天波传播是靠电离层的反射。电离层距地面天波传播是靠电离层的反射。电离层距地面60606060kmkmkmkm，可以实可以实可以实可以实现远距离通信，如书上图现远距离通信，如书上图现远距离通信，如书上图现远距离通信，如书上图5 5 5 518181818所示，一般的短波通信和短波广所示，一般的短波通信和短波广所示，一般的短波通信和短波广所示，一般的短波通信和短波广播可以通过天波传播，工作频率播可以通过天波传播，工作频率播可

55、以通过天波传播，工作频率播可以通过天波传播，工作频率3-303-303-303-30MHzMHzMHzMHz。通过地面和电离层的通过地面和电离层的通过地面和电离层的通过地面和电离层的多次反射，可以实现全球通信，但这种通信是不稳定的，大家多次反射，可以实现全球通信，但这种通信是不稳定的，大家多次反射，可以实现全球通信，但这种通信是不稳定的，大家多次反射，可以实现全球通信，但这种通信是不稳定的，大家听收音机就有体会。所以说，电离层反射信道是听收音机就有体会。所以说，电离层反射信道是听收音机就有体会。所以说，电离层反射信道是听收音机就有体会。所以说，电离层反射信道是随参信道随参信道随参信道随参信道。

56、 在短波通信中为了消除这种不稳定，通常采用功能很强的在短波通信中为了消除这种不稳定，通常采用功能很强的在短波通信中为了消除这种不稳定，通常采用功能很强的在短波通信中为了消除这种不稳定，通常采用功能很强的AGCAGCAGCAGC电路来消除这种不稳定的影响。电路来消除这种不稳定的影响。电路来消除这种不稳定的影响。电路来消除这种不稳定的影响。什么是什么是什么是什么是AGCAGCAGCAGC？9/5/202432常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统5.2.2无线电发送接收设备无线电发送接收设备目前正在运营的数字无线电通信系统主要由以下几种：目前正在运营的数字无线

57、电通信系统主要由以下几种：目前正在运营的数字无线电通信系统主要由以下几种：目前正在运营的数字无线电通信系统主要由以下几种：（1 1）公用移动电话系统（）公用移动电话系统（）公用移动电话系统（）公用移动电话系统（GSMGSM，CDMACDMA）；）；）；）；重点重点重点重点（2 2）CT2CT2公用无绳电话系统；公用无绳电话系统；公用无绳电话系统；公用无绳电话系统；（3 3）无线接入系统；）无线接入系统；）无线接入系统；）无线接入系统；是一个发展方向是一个发展方向是一个发展方向是一个发展方向（4 4）数字微波通信系统；）数字微波通信系统；）数字微波通信系统；）数字微波通信系统；逐步被光纤通信所代

58、替逐步被光纤通信所代替逐步被光纤通信所代替逐步被光纤通信所代替（5 5）卫星通信系统；）卫星通信系统；）卫星通信系统；）卫星通信系统；会进一步发展会进一步发展会进一步发展会进一步发展（6 6）无线寻呼系统。）无线寻呼系统。）无线寻呼系统。）无线寻呼系统。已基本不用已基本不用已基本不用已基本不用9/5/202433常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统 正如我们书上所说，这些系统严格讲都是通信网络，它涉正如我们书上所说，这些系统严格讲都是通信网络，它涉正如我们书上所说，这些系统严格讲都是通信网络，它涉正如我们书上所说，这些系统严格讲都是通信网络，它涉及的技术

59、有：及的技术有：及的技术有：及的技术有：（1 1）数字信号的无线传输）数字信号的无线传输）数字信号的无线传输）数字信号的无线传输-数字无线通信范畴数字无线通信范畴数字无线通信范畴数字无线通信范畴（2 2）组网结构、业务管理、计费、系统维护等技术）组网结构、业务管理、计费、系统维护等技术）组网结构、业务管理、计费、系统维护等技术）组网结构、业务管理、计费、系统维护等技术 一个完整的通信系统往往是有多种系统相结合而构成。一个完整的通信系统往往是有多种系统相结合而构成。一个完整的通信系统往往是有多种系统相结合而构成。一个完整的通信系统往往是有多种系统相结合而构成。 书上以书上以书上以书上以CT2CT

60、2无绳电话系统作介绍：无绳电话系统作介绍：无绳电话系统作介绍：无绳电话系统作介绍：CT2CT2基站半径为基站半径为基站半径为基站半径为100100mm，通过基站和通过基站和通过基站和通过基站和PSTNPSTN网连接。网连接。网连接。网连接。9/5/202434常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统1 1、CT2CT2的主要特点的主要特点的主要特点的主要特点-一般了解一般了解一般了解一般了解（1 1）CT2CT2系统的工作频率是系统的工作频率是系统的工作频率是系统的工作频率是864.1864.1868.1868.1MHzMHz，共共共共4 4MHzMHz带宽

61、，分为带宽，分为带宽，分为带宽，分为4040个子信道，每个子信道的带宽为个子信道，每个子信道的带宽为个子信道，每个子信道的带宽为个子信道，每个子信道的带宽为100100KHzKHz；（2 2）采用同频时分双工技术；采用同频时分双工技术；采用同频时分双工技术；采用同频时分双工技术；（3 3）动态信道扫描，手机和基站都可以在任意信道上扫描，以选择一个噪）动态信道扫描，手机和基站都可以在任意信道上扫描，以选择一个噪）动态信道扫描，手机和基站都可以在任意信道上扫描，以选择一个噪）动态信道扫描，手机和基站都可以在任意信道上扫描，以选择一个噪音低的信道作为工作信道；音低的信道作为工作信道；音低的信道作为工

62、作信道；音低的信道作为工作信道；（4 4）语音信号采用自适应差分脉冲编码调制（）语音信号采用自适应差分脉冲编码调制（）语音信号采用自适应差分脉冲编码调制（）语音信号采用自适应差分脉冲编码调制（ADPCMADPCM），），），），编码速率为编码速率为编码速率为编码速率为3232Kb/sKb/s，数据传输速率为数据传输速率为数据传输速率为数据传输速率为7272Kb/sKb/s；（5 5）数字调制采用二进制频移键控调制（数字调制采用二进制频移键控调制（数字调制采用二进制频移键控调制（数字调制采用二进制频移键控调制（FSKFSK）；）；）；）；（6 6）采用发射功率限制在采用发射功率限制在采用发射功率

63、限制在采用发射功率限制在1010mWmW以内，一个基站的半径约为以内，一个基站的半径约为以内，一个基站的半径约为以内，一个基站的半径约为5050100100mm；（7 7）采用数字信号加密。采用数字信号加密。采用数字信号加密。采用数字信号加密。9/5/202435常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统2 2、CT2CT2移动台（无绳电话手机）组成原理移动台（无绳电话手机）组成原理移动台（无绳电话手机）组成原理移动台（无绳电话手机）组成原理组成：天线滤波器、天线开关发信部分、收信部分TDD时分双工控制、话音处理部分。天线天线滤波滤波天线天线开关开关收信部分收

64、信部分频率合频率合成控制成控制发信部分发信部分无线寻无线寻呼部分呼部分微处理器微处理器供电供电系统系统显示显示控制控制键盘键盘TDD控制控制ACPCM语音语音编解编解码码音频音频处理处理9/5/202436常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统（1）天线滤波器CT2采用同频时分双工（TDD），收发同频不同时，天线滤波器中心频率866MHz，带宽4MHz。（2）天线开关完成收发转换，速率是1ms收、1ms发，中间的防护时间为56us。天线开关采用电子开关（响应时间短）（3）发信部分完成从数字基带信号向射频、大功率已调信号转换的全过程、相当于一个发射机，如书上

65、图5-20所示。9/5/202437常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统话音信号经过音频处理，语音编码和自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）调制，送到时分双工（TDD）输出速率72kb/S二进制数字基带信号，每隔1ms发送1ms（72bit），在发送部分完成低通滤波调频产生最小频偏为14.4kHz，最大频偏为25.2kHz类似FSK的中频信号，带通滤波滤除带外信号，消除对邻道的干扰。混频器把信号频带搬移到866MHz频段，然后进行滤波、功率放大，发射功率不超过10mW。（4）收信部分收信部分完成相反变换，如图5-21，所不同的是收信部分采用超外差（sup

66、erhet）接收机电路，采用两次变频技术。关于关于“超外差超外差”的概念非常重要，在通信中经常用到。请的概念非常重要，在通信中经常用到。请大家注意掌握。大家注意掌握。（想看有关演示文件吗？演示文件吗？）9/5/202438常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统收信部分，866MHz射频信号（共4MHz），经射频放大，进行第一混频，产生中频1信号（由声表面波选出）、放大，然后进行第二混频，产生固定455kHz第二中频，然后再进行FSK解调，产生72kb/s的基带信号。（5）TDD时分双工控制话音信号经过数字化，再经过ADPCM后速率为32kb/s。TDD控制

67、发1ms，停1ms，这样输出期间发送数据的速率为64kb/s。再加上各种控制信号，实际发送数据的传输速率为72kb/s。（6）话音处理部分。包括音频处理、语音编解码和ADPCM。9/5/202439常州信息职业技术学院电子系张立中5.2 数字无线电通信系统数字无线电通信系统5.2.3天线天线1 1、天线是实现、天线是实现、天线是实现、天线是实现电信号电信号电信号电信号与与与与电磁波电磁波电磁波电磁波相互转换的换能器相互转换的换能器相互转换的换能器相互转换的换能器2 2、无线电通信中常用的几种天线：、无线电通信中常用的几种天线：、无线电通信中常用的几种天线：、无线电通信中常用的几种天线： （1

68、1）多单元半波振子天线多单元半波振子天线多单元半波振子天线多单元半波振子天线，常用于超短波通信和电视接收；，常用于超短波通信和电视接收；，常用于超短波通信和电视接收；，常用于超短波通信和电视接收； （2 2）鞭状天线鞭状天线鞭状天线鞭状天线，常用于短波及以上波段的通信；，常用于短波及以上波段的通信；，常用于短波及以上波段的通信；，常用于短波及以上波段的通信； （3 3）抛物面天线抛物面天线抛物面天线抛物面天线，常用于微波中继通信与卫星通信。，常用于微波中继通信与卫星通信。，常用于微波中继通信与卫星通信。，常用于微波中继通信与卫星通信。3 3、在设计和选择天线时，通常要从以下几个方面考虑：、在设

69、计和选择天线时，通常要从以下几个方面考虑：、在设计和选择天线时，通常要从以下几个方面考虑：、在设计和选择天线时，通常要从以下几个方面考虑： （1 1）天线增益；）天线增益；）天线增益；）天线增益； （2 2）方向性；）方向性；）方向性；）方向性； （3 3）频率带宽；）频率带宽；）频率带宽；）频率带宽； （4 4）天线效率；）天线效率；）天线效率；）天线效率； （5 5）机械特性。）机械特性。）机械特性。）机械特性。9/5/202440常州信息职业技术学院电子系张立中补充：数字微波通信系统补充：数字微波通信系统 其实数字无线通信系统还有很多：例如数字微波通信系统其实数字无线通信系统还有很多：例

70、如数字微波通信系统其实数字无线通信系统还有很多：例如数字微波通信系统其实数字无线通信系统还有很多：例如数字微波通信系统一、数字微波通信系统概述一、数字微波通信系统概述1、微波通信基本概念、微波通信基本概念微波波长短,是直线传播,即所谓的视视距距通通信信。微波通信除此之外,还有以下特点:工作的微波频段(GHz级别)频率高,不易受天电、工业噪声干扰及太阳黑子变化影响,因此,通信可靠性高。由于波长短,天线尺寸可做得很小,通常做成面式天线,增益高,方向性强。特别在110GHz频段(称为无线电窗口的微波频段),衰减、干扰,以及自然条件等影响都比较小。因此在微波通信以及在卫星通信中首先采用,而且使用范围一

71、般为C波段。(4/6GHz)频段。9/5/202441常州信息职业技术学院电子系张立中补充：数字微波通信系统补充：数字微波通信系统微波通信又称接力通信或视距通信。这里视距是指要“看得见”对方,天线的两站间的通信,距离不会太远,一般为50 km。微波频带宽,传输信息容量较大。2、数字微波通信系统组成及工作过程、数字微波通信系统组成及工作过程1)微波通信系统组成数字微波通信系统由两个终端站和若干个中间站构成,如下页图所示。它由发端站、中间站和收端站组成。如从甲地端站送来的数字信号,经过数字基带信号处理后,经数字调制,形成数字中频调制信号(70MHz或140MHz),再送入发送设备,进行射频调制变成

72、为微波信号,进而送入发射天线向微波中间站(微波中继站)发送。9/5/202442常州信息职业技术学院电子系张立中补充：数字微波通信系统补充：数字微波通信系统数字微波通信系统方框图9/5/202443常州信息职业技术学院电子系张立中补充：数字微波通信系统补充：数字微波通信系统微波中间站收到信号后经再处理,使数字信号再生后又恢复为微波信号向下一站再发送,这样一直传送到收端站,收端站把微波信号经过混频、中频解调恢复出数字基带信号,再分路还原为原始的数字信号。2)微波通信设备的特殊天馈系统无线通信是通过天馈系统来发射和接收信号的,微波通信也不例外。由于微波频率高,波长短,因此使用的天线一般都采用面式天

73、线,有喇叭天线、抛物面天线、卡塞格伦天线等。微波天线常用双反射面的抛物面天线(或卡塞格伦天线)。其主反射面似一口大锅的抛物面，其抛物面中心(锅底)底部置馈源,作为发送和接收电磁波信号的门户。9/5/202444常州信息职业技术学院电子系张立中补充：数字微波通信系统补充：数字微波通信系统其馈线系统,一般由波导和同轴电缆(工作频段在2GHz以下时)组成。由下页图中可看出,天线馈源与馈线是直接相连的,微波信号天馈系统中还要通过滤波、极化分离、极化旋转等多次变换,这些滤波器、极化器、匹配器等一般都是特殊的波导器件,不同于传统的电子器件。9/5/202445常州信息职业技术学院电子系张立中补充：数字微波

74、通信系统补充：数字微波通信系统天线馈线系统(a)同轴电缆天线馈线系统；(b)圆波导天线馈线系统9/5/202446常州信息职业技术学院电子系张立中一、一、SDH微波接力通信系统组成微波接力通信系统组成一个完整的长途传输的微波接力通信系统由端站、枢纽站、分路站及若干中继站所组成,如图6.4所示。一个微波通信系统,一般要开通多对收、发信波道。因此,系统的传输速率一般为基本传输速率,这里讲的基本传输速率指SDH设备的输出速率。1、终端站终端站处于线路两端或分支线路终点的站称为终端站。对向若干方向辐射的枢纽站,就其某个方向上的站来说也是终端站。在此站可上、下全部支路信号,可配备SDH数字微波的ADM或

75、TM设备,可作为集中监控站或主站。SDH数字微波通信系统数字微波通信系统9/5/202447常州信息职业技术学院电子系张立中站型配置9/5/202448常州信息职业技术学院电子系张立中2、枢纽站枢纽站枢纽站一般处在长途干线上(一、二级),需要完成数个方向的通信任务。在系统多波道工作时要完成STM-N信号的复接与分接,部分支路的转接和上、下话路,也有某些波道信号可需再生后继续传输。因此,这一类站上的设备门类多,包括各种站型设备,一般作为监控系统主站。3、分路站分路站在长途线路中间,除了可以在本站上、下某收、发信波道的部分支路外,还可以沟通干线上两个方向之间通信的站称为分路站。在此类站,亦有部分波

76、道的信号需再生后继续传输，因此此种站应配备SDH的传输设备及分插复用设备ADM,或多套再生中继设备,可作为监控系统主站或受控站。9/5/202449常州信息职业技术学院电子系张立中4、中继站中继站在线路中间,不上、下话路的中间站称为中继站。它对已收到的已调信号进行解调、判决、再生,转发至下一方向的调制前,经过再生去掉干扰、噪声,以此体现数字通信优越性。此种站不设置倒换设备,应有站间公务联络和无人值守功能。9/5/202450常州信息职业技术学院电子系张立中二、二、SDH微波系统的主要设备微波系统的主要设备SDH数字微波通信系统的设备配置,根据系统组织在线路上的位置和作用来安排。这里以STM-4

77、为例来进行分析。1、端站设备端站设备端站是以STM-4信号速率为终结的站,此站一般都带有STM-4的光接口,如图6.5所示。SDH微波终端设备如图中所示,它主要包括SDH信号复用部分(即数字微波基带信号)以及SDH微波传输部分设备。SDH复用部分设备要完成4个STM-1或463个2Mb/s数字信号流的复用(接),然后通过STM-4速率的光接口送中频调制解调器(IFModem)。两个STM-4光接口分别安排在波道A、B的中频调制、解调器中,其中一个作为备份。9/5/202451常州信息职业技术学院电子系张立中从图6.5中可看出,STM-4系统622Mb/s的传输容量,实际上是在两个微波波道中传送

78、的。OAMP单元通过控制网络(CNet)与中频调制解调器接口,完成系统的操作、管理、维护和参考配置功能。端站可分为终端站、中间站和分路站三种类型。1)终端站设备配置终端站设备在SDH光传输通信系统中已讲述,即为TM,一般用在线路两端点或分支线路终点,都配备SDH复用设备,可上、下全部低次群信号(支路信号)。向若干方向辐射的枢纽站就其一个方向来说也是一个终端站。此站的基本组成如图6.5所示,可配多套SDH复用设备和SDH传输设备。9/5/202452常州信息职业技术学院电子系张立中图6.5终端站设备配置9/5/202453常州信息职业技术学院电子系张立中2)中间站设备中间站设备只具备STM-N速

79、率的接口,其配置如图6.6所示。这里的设备有STM-4光接口,无复用设备和SDH微波传输设备。该站型设备可放在枢纽站上,用作某方向的信号转接。3)分路站设备分路站设备配置如图6.7所示。它配备有SDH分插复用设备(ADM),这里的设备具有传输速率为STM-4的接口和有限个支路接口,此处为部分的2Mb/s接口和STM-1接口。STM-4接口主要用于沟通干线上两个方向的通信。2Mb/s接口用于本地上、下部分话路。分路站设备可以安放在枢纽站和分路站上,用于部分话路的转接和上、下。9/5/202454常州信息职业技术学院电子系张立中图6.6中间端站设备配置9/5/202455常州信息职业技术学院电子系

80、张立中图6.7分路站设备配置9/5/202456常州信息职业技术学院电子系张立中2. 再生站设备再生站设备再生站设备主要用于接收、再生和发送由微波通道所传输的SDH数字信号。一对收、发信波道信号的再生,一般由两套分别用于向上发送方向的再生站设备完成。比如说,一套设备用于东西方向的接收和发送,另一套则用于相反方向。一个方向的再生站设备如图6.8所示。这里的设备模块配备与其他设备不一样,它没有光传输接口电路和1N保护电路,也没有分路部分,只有SDH信号的再生中继转接部分的设备模块。它可装在中继站、分路站和枢纽站,在后两种站中,亦可能有部分波道的信号需再生后继续传输。这里是一一对应关系,因此对于多波

81、道传输,则需配置多套再生器设备。9/5/202457常州信息职业技术学院电子系张立中图6.8再生站设备配置9/5/202458常州信息职业技术学院电子系张立中3. SDH微波基带信号处理微波基带信号处理SDH数字微波通信中的SDH信号处理,一般称为DSP部分,它分为发送和接收两个方向,它要完成微波传送中的绝大部分信号处理功能,如图6.9所示。在发信方面它首先要完成主用、备用、再生中继用的三种数据信号流选择,组成SDH数字微波帧的段开销(SOH)及SDH数字微波辅助开销(RFCOH)的插入,以及信号的扰码、码型变换等功能,并把信号送入调制器。9/5/202459常州信息职业技术学院电子系张立中图

82、6.9数字信号处理器9/5/202460常州信息职业技术学院电子系张立中在收信方面完成与上述过程的反变换。从解调器来的数字信号,经码型反变换,去扰码以及取出SDH开销和SDH微波和辅助开销,恢复出STM-N信号。4、SDH微波系统的运行、维护、管理的配置子系统微波系统的运行、维护、管理的配置子系统(OAMP)SDH数字微波传输系统的管理,可用网络管理的分层结构来描述。分为网元层和网元管理层,提供一个完备的OAMP管理平台,完成对近、远端设备的运行、维护的监控和管理。数字SDH微波管理系统如图6.10所示。由图中可知,OAMP管理平台的基本功能是从人机接口接收管理人员的操作指令,从系统的单元设备

83、中采集信息数据,并根据这些指令和数据,处理该系统(传输网)中发生的各种事件。这些事件分两类:一类是SDH系统的传输业务;一类是设备的运行、管理与监视。9/5/202461常州信息职业技术学院电子系张立中图6.10SDH微波传输管理系统的结构9/5/202462常州信息职业技术学院电子系张立中三、三、SDH数字微波传输系统的主要技术数字微波传输系统的主要技术1. 抗衰落的技术抗衰落的技术在前面讲到微波传送信道(线路)时提到了微波是视距、沿直线传播的。但是在传播路径上由于气象条件变化,传播环境的不同,会产生各种对电波影响的情况,使传送的电波随时间而恶化衰落,称之为时变恶化因素。主要表现在:大气吸收

84、衰耗(大气中氧分子、磁界极子、水蒸气分子(H2O)等吸收电波能量;雨、雾引起的散射衰耗;多经衰落,电波通过地面反射、大气折射、气流变化的散射等情况产生的电波衰落;9/5/202463常州信息职业技术学院电子系张立中微波频率选择的衰落等。对于以上的衰落,常采用以下几种抗衰落措施:自动增益控制(AGC)技术:这是在收信机中频中，普遍采用的抗衰落技术,一般使用在中频放大器中。频率分集技术:采用两个或两个以上,具有一定频率间隔的微波频率,同时发送和接收同一信息。空间分集技术:在空间不同垂直高度设置几副天线,同时接收一个发射天线的微波信号,然后合成或选择其中一个强信号。有几副接收天线就称几重分集。自适应

85、均衡技术:这种均衡技术分为频域自动均衡和时域自动均衡两种。交叉极化干扰补偿技术。9/5/202464常州信息职业技术学院电子系张立中2. SDH数字微波实用的调制解调技术数字微波实用的调制解调技术上面对数字信号无线传输调制的一般方式进行了简单的叙述。为防止解码时的相位模糊,一般都在调制器前要进行差分编码变换;为保证传输的可靠性,降低误码,进行了纠错编码变换。为防止其差分编码带来误码扩散,一般把纠错编码变换放在差分编码之前。在传统的调制器中,编码器和调制器各自独立实现。但在高速率的STM-1这样的SDH系列中,为提高C/N和降低误码,提高编码增量和功率利用率,特把纠错编码与调制器作为一个整体来考

86、虑,这种调制方式称为网格编码(TCM)调制。在STM-1中一般采用TCM-64QAM调制,而解调采用维特比译码来实现。9/5/202465常州信息职业技术学院电子系张立中在STM-4的SDH系列的数字微波系统中,由于其数码率是前者的4倍,在使用网格编码(TCM)调制技术中,使用的维特比译码实现较因难,因而采用了一种叫做多级的编码调制(MLCM)的方法，如采用卷积编码为第一级编码,奇偶校验为第二级编码,由此称为多级编码。如STM-4中采用的64QAMMLCM调制方式。另外还有LEE代码64QAM调制等方式的调制技术,这里不一一赘述。在不同的无线数字通信系统中,还有不同的数字调制技术,如数字移动通

87、信中的MSK调制技术,卫星通信中的OK-QPSK调制技术等,将在后面继续介绍。FSK、ASK和PSK是基本调制方式,其他调制方式只是以此为基础进行组合、扩展和改造而已。9/5/202466常州信息职业技术学院电子系张立中3. 分集技术分集技术分集技术分为信号分集接收技术(在收信中选择质量好的某一路作为输出,有的也称倒换式分集)和室内分集技术(这里主要指最大功率组合器与最小色散组合器有多重室内分集)。4. 非线性失真补偿技术非线性失真补偿技术非线性失真补偿技术一般采用功率回退法与功率合成法、预畸变法、前馈法等。5. SDH微波传输新技术微波传输新技术要使微波能传送更高速率的SDH数字传送模块,达

88、到STM-16以上,就对微波信道频谱利用率提出了极高的要求。为满足这个要求,必须研究一系列的新技术：9/5/202467常州信息职业技术学院电子系张立中提高调制的状态数及严格限带。为提高频带利用率,一 般 采 用 多 电 平 QAM技 术 ,今 后 可 能 实 现1024QAM/2048QAM或更高电平QAM调制技术。采用更复杂的纠错编码技术以降低系统误码率。网格编码调制及维特比检测技术。高性能、全数字化的二维时域均衡技术。多载波的并联传输技术。采用多重空间分集接收、发端功放非线性预校正、自适应正交极化干扰消除电路等技术。9/5/202468常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统

89、卫星通信系统5.3.1 5.3.1 基本概述基本概述基本概述基本概述1. 1. 卫星通信的概念卫星通信的概念卫星通信的概念卫星通信的概念 卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信是是是是在在在在微微微微波波波波接接接接力力力力通通通通信信信信技技技技术术术术和和和和航航航航天天天天技技技技术术术术基基基基础础础础上上上上发发发发展展展展起起起起来来来来的的的的一一一一门门门门新新新新兴兴兴兴的的的的通通通通信信信信技技技技术术术术。可可可可以以以以说说说说，卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信是是是是地地地地面面面面微微微微波波波波接接接接力力力力通通通通信信信信的的的的继继继继承承承承和和和和发发发发展

90、展展展，是是是是微微微微波波波波接接接接力力力力通通通通信信信信向向向向太太太太空空空空的的的的延延延延伸伸伸伸，是是是是微微微微波波波波接接接接力力力力通通通通信信信信的的的的一一一一种种种种特特特特殊殊殊殊形形形形式式式式。卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信，简简简简单单单单地地地地说说说说，是是是是利利利利用用用用人人人人造造造造地地地地球球球球卫卫卫卫星星星星作作作作为为为为中中中中继继继继站站站站转转转转发发发发微微微微波波波波信信信信号号号号，在在在在地地地地球球球球上上上上( (包包包包括括括括地地地地面面面面、水水水水面面面面和和和和低低低低层层层层大大大大气气气气中中中中) )

91、的的的的两两两两个个个个或或或或多多多多个个个个地地地地球球球球站站站站之之之之间间间间进进进进行行行行的的的的通通通通信信信信。这这这这里里里里所所所所说说说说的的的的地地地地球球球球站站站站是是是是指指指指设设设设在在在在地地地地球球球球表表表表面面面面( (包包包包括括括括地地地地面面面面、海海海海洋洋洋洋或或或或大大大大气气气气层层层层) )的的的的无无无无线线线线电电电电通信站，而把用于实现通信目的的人造地球卫星称为通信卫星。通信站，而把用于实现通信目的的人造地球卫星称为通信卫星。通信站，而把用于实现通信目的的人造地球卫星称为通信卫星。通信站，而把用于实现通信目的的人造地球卫星称为通

92、信卫星。9/5/202469常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统 通信卫星按结构划分可分为无源卫星和有源卫星。无源卫星通信卫星按结构划分可分为无源卫星和有源卫星。无源卫星通信卫星按结构划分可分为无源卫星和有源卫星。无源卫星通信卫星按结构划分可分为无源卫星和有源卫星。无源卫星只能反射无线电信号，现在已被淘汰。现在发展应用的主要是只能反射无线电信号，现在已被淘汰。现在发展应用的主要是只能反射无线电信号，现在已被淘汰。现在发展应用的主要是只能反射无线电信号，现在已被淘汰。现在发展应用的主要是有源卫星，它可以转发无线电信号。有源卫星，它可以转发无线电信号。有源卫星，它可以转

93、发无线电信号。有源卫星，它可以转发无线电信号。 卫星按相对于地球站的位置可分为运动卫星和静止卫星。卫星按相对于地球站的位置可分为运动卫星和静止卫星。卫星按相对于地球站的位置可分为运动卫星和静止卫星。卫星按相对于地球站的位置可分为运动卫星和静止卫星。 运动卫星适用于极高纬度地区的通信，应用广泛的是静止卫运动卫星适用于极高纬度地区的通信，应用广泛的是静止卫运动卫星适用于极高纬度地区的通信，应用广泛的是静止卫运动卫星适用于极高纬度地区的通信，应用广泛的是静止卫星。当卫星轨道为圆形且在赤道平面上时，卫星距地面约星。当卫星轨道为圆形且在赤道平面上时，卫星距地面约星。当卫星轨道为圆形且在赤道平面上时，卫星

94、距地面约星。当卫星轨道为圆形且在赤道平面上时，卫星距地面约35860 35860 kmkm，且其飞行方向与地球的自转方向相同时，卫星绕且其飞行方向与地球的自转方向相同时，卫星绕且其飞行方向与地球的自转方向相同时，卫星绕且其飞行方向与地球的自转方向相同时，卫星绕地球一周的时间与地球自转周期相等，这时从地面上任何一点地球一周的时间与地球自转周期相等，这时从地面上任何一点地球一周的时间与地球自转周期相等，这时从地面上任何一点地球一周的时间与地球自转周期相等，这时从地面上任何一点看去，卫星均处于静止状态，这种卫星称为地球同步卫星。以看去，卫星均处于静止状态，这种卫星称为地球同步卫星。以看去，卫星均处于

95、静止状态，这种卫星称为地球同步卫星。以看去，卫星均处于静止状态，这种卫星称为地球同步卫星。以同步卫星作为中继站构成的通信系统，称为同步卫星系统。同步卫星作为中继站构成的通信系统，称为同步卫星系统。同步卫星作为中继站构成的通信系统，称为同步卫星系统。同步卫星作为中继站构成的通信系统，称为同步卫星系统。 9/5/202470常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统图图5-25卫星通信系统卫星通信系统9/5/202471常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统 2. 2. 卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信的特点 卫星通信与其他通信手段

96、相比，它具有以下一些优点：卫星通信与其他通信手段相比，它具有以下一些优点：卫星通信与其他通信手段相比，它具有以下一些优点：卫星通信与其他通信手段相比，它具有以下一些优点： （1 1） 通信距离远，且建站费用与通信距离几乎无关。由图通信距离远，且建站费用与通信距离几乎无关。由图通信距离远，且建站费用与通信距离几乎无关。由图通信距离远，且建站费用与通信距离几乎无关。由图5-255-25可见，利用静止卫星进行通信，其最大通信距离可达可见，利用静止卫星进行通信，其最大通信距离可达可见，利用静止卫星进行通信，其最大通信距离可达可见，利用静止卫星进行通信，其最大通信距离可达18100 18100 kmkm

97、左右。只要这些地球站与卫星间的信号传输满足技左右。只要这些地球站与卫星间的信号传输满足技左右。只要这些地球站与卫星间的信号传输满足技左右。只要这些地球站与卫星间的信号传输满足技术要求，通信质量便有保证，地球站的建设费用不因通信站之术要求，通信质量便有保证，地球站的建设费用不因通信站之术要求，通信质量便有保证，地球站的建设费用不因通信站之术要求，通信质量便有保证，地球站的建设费用不因通信站之间的距离远近、两通信站之间地面上自然条件的恶劣程度而变间的距离远近、两通信站之间地面上自然条件的恶劣程度而变间的距离远近、两通信站之间地面上自然条件的恶劣程度而变间的距离远近、两通信站之间地面上自然条件的恶劣

98、程度而变化。化。化。化。9/5/202472常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统 （2 2） 卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信覆覆覆覆盖盖盖盖面面面面积积积积大大大大，便便便便于于于于实实实实现现现现多多多多址址址址通通通通信信信信。卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信由由由由于于于于是是是是大大大大面面面面积积积积覆覆覆覆盖盖盖盖，在在在在卫卫卫卫星星星星天天天天线线线线波波波波束束束束所所所所覆覆覆覆盖盖盖盖的的的的整整整整个个个个区区区区域域域域内内内内的的的的任任任任一一一一地地地地点点点点都都都都可可可可设设设设置置置置地地地地球球球球站站站站，这这这这些些些

99、些地地地地球球球球站站站站可可可可以以以以共共共共用用用用一一一一颗颗颗颗通通通通信信信信卫卫卫卫星星星星来来来来实实实实现现现现双双双双边边边边或或或或多多多多边边边边通通通通信信信信。这这这这种种种种能能能能同同同同时时时时实实实实现现现现多多多多方方方方向向向向、多多多多地地地地点点点点通通通通信信信信的的的的能能能能力力力力称称称称为为为为“ “多多多多址址址址联联联联接接接接” ”，或或或或者者者者说说说说多多多多址址址址通通通通信信信信。这这这这使使使使得得得得卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信系系系系统统统统较较较较其其其其他他他他系系系系统统统统灵灵灵灵活活活活、机机机机动动动动

100、得得得得多多多多。不不不不仅仅仅仅大大大大型型型型地地地地球球球球站站站站可可可可通通通通过过过过卫卫卫卫星星星星进进进进行行行行通通通通信信信信，而而而而且且且且飞飞飞飞机机机机、汽汽汽汽车车车车、轮轮轮轮船船船船甚甚甚甚至至至至行行行行人人人人均均均均可可可可利利利利用用用用自自自自己己己己的的的的“ “小小小小型型型型地球站地球站地球站地球站” ”通过卫星进行通信。通过卫星进行通信。通过卫星进行通信。通过卫星进行通信。9/5/202473常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统卫星波束覆盖范围内的多址通信卫星波束覆盖范围内的多址通信卫星波束覆盖范围内的多址通信卫星

101、波束覆盖范围内的多址通信9/5/202474常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统 （3 3） 工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务传输。卫星工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务传输。卫星工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务传输。卫星工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务传输。卫星通信由于也采用微波波段，可供使用的频带很宽，而且一颗卫通信由于也采用微波波段，可供使用的频带很宽，而且一颗卫通信由于也采用微波波段，可供使用的频带很宽，而且一颗卫通信由于也采用微波波段，可供使用的频带很宽，而且一颗卫星上可设置多个转发器。随着新体制、新技术的不断发展，卫星上可设置多个转

102、发器。随着新体制、新技术的不断发展，卫星上可设置多个转发器。随着新体制、新技术的不断发展，卫星上可设置多个转发器。随着新体制、新技术的不断发展，卫星通信容量越来越大，传输的业务类型也就越来越多样化，这星通信容量越来越大，传输的业务类型也就越来越多样化，这星通信容量越来越大，传输的业务类型也就越来越多样化，这星通信容量越来越大，传输的业务类型也就越来越多样化，这就为各种通信业务，例如电话、传真、电视、高速数据、就为各种通信业务，例如电话、传真、电视、高速数据、就为各种通信业务，例如电话、传真、电视、高速数据、就为各种通信业务，例如电话、传真、电视、高速数据、InternetInternet接入等

103、的传输创造了条件。除光缆、毫米波通信外，接入等的传输创造了条件。除光缆、毫米波通信外，接入等的传输创造了条件。除光缆、毫米波通信外，接入等的传输创造了条件。除光缆、毫米波通信外，还没有其他通信手段能提供这样大容量的通信。还没有其他通信手段能提供这样大容量的通信。还没有其他通信手段能提供这样大容量的通信。还没有其他通信手段能提供这样大容量的通信。 9/5/202475常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统（4 4）通通通通信信信信线线线线路路路路稳稳稳稳定定定定可可可可靠靠靠靠，传传传传输输输输质质质质量量量量高高高高。由由由由于于于于卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信的

104、的的的无无无无线线线线电电电电波波波波主主主主要要要要是是是是在在在在大大大大气气气气层层层层以以以以外外外外的的的的宇宇宇宇宙宙宙宙空空空空间间间间中中中中传传传传播播播播，那那那那里里里里几几几几乎乎乎乎是是是是真真真真空空空空状状状状态态态态，电电电电波波波波传传传传播播播播非非非非常常常常稳稳稳稳定定定定，而而而而且且且且通通通通常常常常情情情情况况况况下下下下，只只只只经经经经过过过过卫卫卫卫星星星星一一一一次次次次转转转转接，噪声影响小，所以通信质量高。接，噪声影响小，所以通信质量高。接，噪声影响小，所以通信质量高。接，噪声影响小，所以通信质量高。（5 5）机机机机动动动动灵灵灵灵

105、活活活活。卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信不不不不仅仅仅仅能能能能作作作作为为为为大大大大型型型型固固固固定定定定地地地地球球球球站站站站之之之之间间间间的的的的远远远远距距距距离离离离干干干干线线线线通通通通信信信信，而而而而且且且且可可可可以以以以在在在在车车车车载载载载、船船船船载载载载、机机机机载载载载等等等等移移移移动动动动地地地地球球球球站站站站间间间间进行通信，甚至还可以为个人终端提供通信服务。进行通信，甚至还可以为个人终端提供通信服务。进行通信，甚至还可以为个人终端提供通信服务。进行通信，甚至还可以为个人终端提供通信服务。 正是由于卫星通信与其他通信手段相比有上述一些突出的正是

106、由于卫星通信与其他通信手段相比有上述一些突出的正是由于卫星通信与其他通信手段相比有上述一些突出的正是由于卫星通信与其他通信手段相比有上述一些突出的优点，仅仅经过优点，仅仅经过优点，仅仅经过优点，仅仅经过3030年的时间，便得到了迅速的发展。目前，它年的时间，便得到了迅速的发展。目前，它年的时间，便得到了迅速的发展。目前，它年的时间，便得到了迅速的发展。目前，它已成为现代化通信的一种重要手段。已成为现代化通信的一种重要手段。已成为现代化通信的一种重要手段。已成为现代化通信的一种重要手段。9/5/202476常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统 当然，利用静止卫星通信也

107、还存在一些问题和不足：当然，利用静止卫星通信也还存在一些问题和不足：当然，利用静止卫星通信也还存在一些问题和不足：当然，利用静止卫星通信也还存在一些问题和不足： （1 1） 卫星通信需要高度可靠和长寿命的通信卫星。由于卫星发射过程及卫星通信需要高度可靠和长寿命的通信卫星。由于卫星发射过程及卫星通信需要高度可靠和长寿命的通信卫星。由于卫星发射过程及卫星通信需要高度可靠和长寿命的通信卫星。由于卫星发射过程及在轨道上所处环境极为恶劣，加之静止卫星处于离地球数万千米之外，作为在轨道上所处环境极为恶劣，加之静止卫星处于离地球数万千米之外，作为在轨道上所处环境极为恶劣，加之静止卫星处于离地球数万千米之外，

108、作为在轨道上所处环境极为恶劣，加之静止卫星处于离地球数万千米之外，作为中继站，既无人值守，更无人维修，在卫星上使用的都是经过精选的可靠性中继站，既无人值守，更无人维修，在卫星上使用的都是经过精选的可靠性中继站，既无人值守，更无人维修，在卫星上使用的都是经过精选的可靠性中继站，既无人值守，更无人维修，在卫星上使用的都是经过精选的可靠性高、寿命长的元器件。即使如此，由于受太阳能电池的寿命以及控制用的燃高、寿命长的元器件。即使如此，由于受太阳能电池的寿命以及控制用的燃高、寿命长的元器件。即使如此，由于受太阳能电池的寿命以及控制用的燃高、寿命长的元器件。即使如此，由于受太阳能电池的寿命以及控制用的燃料

109、数量等的限制，通信卫星的寿命仍然有限，起初通信卫星的寿命约为三年，料数量等的限制，通信卫星的寿命仍然有限，起初通信卫星的寿命约为三年，料数量等的限制，通信卫星的寿命仍然有限，起初通信卫星的寿命约为三年，料数量等的限制，通信卫星的寿命仍然有限，起初通信卫星的寿命约为三年，现在可以工作到十年以上。现在可以工作到十年以上。现在可以工作到十年以上。现在可以工作到十年以上。 （2 2） 卫星通信要求地球站有大功率发射机和高灵敏度接收机。由于发射卫星通信要求地球站有大功率发射机和高灵敏度接收机。由于发射卫星通信要求地球站有大功率发射机和高灵敏度接收机。由于发射卫星通信要求地球站有大功率发射机和高灵敏度接收

110、机。由于发射卫星运载工具能力的限制，因此卫星的重量和体积不能太大，这就限制了卫卫星运载工具能力的限制，因此卫星的重量和体积不能太大，这就限制了卫卫星运载工具能力的限制，因此卫星的重量和体积不能太大，这就限制了卫卫星运载工具能力的限制，因此卫星的重量和体积不能太大，这就限制了卫星的电源容量和发射功率，加上星的电源容量和发射功率，加上星的电源容量和发射功率，加上星的电源容量和发射功率，加上3 3万多千米的传播损耗，因此从卫星发出的万多千米的传播损耗，因此从卫星发出的万多千米的传播损耗，因此从卫星发出的万多千米的传播损耗，因此从卫星发出的信号到达地球站时已很微弱，这就要求地球站有大功率发射机和高灵敏

111、度信号到达地球站时已很微弱，这就要求地球站有大功率发射机和高灵敏度信号到达地球站时已很微弱，这就要求地球站有大功率发射机和高灵敏度信号到达地球站时已很微弱，这就要求地球站有大功率发射机和高灵敏度9/5/202477常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统 （3 3） 卫星通信信号延迟较大。我们知道，电磁波以光速卫星通信信号延迟较大。我们知道，电磁波以光速卫星通信信号延迟较大。我们知道，电磁波以光速卫星通信信号延迟较大。我们知道，电磁波以光速(30(30万千米万千米万千米万千米/ /秒，即秒，即秒，即秒，即31083108m/s)m/s)在自由空间传播。在静止卫星在自由空

112、间传播。在静止卫星在自由空间传播。在静止卫星在自由空间传播。在静止卫星通信系统中，卫星与地球站之间相距约通信系统中，卫星与地球站之间相距约通信系统中，卫星与地球站之间相距约通信系统中，卫星与地球站之间相距约3.63.6万千米，信号从一万千米，信号从一万千米，信号从一万千米，信号从一个地球站发射，经过卫星转发到另一个地球站时，单程远达个地球站发射，经过卫星转发到另一个地球站时，单程远达个地球站发射，经过卫星转发到另一个地球站时，单程远达个地球站发射，经过卫星转发到另一个地球站时，单程远达7.27.2万千米左右。在进行双向通信的情况下，一问一答，往返万千米左右。在进行双向通信的情况下，一问一答，往

113、返万千米左右。在进行双向通信的情况下，一问一答，往返万千米左右。在进行双向通信的情况下，一问一答，往返共约共约共约共约14.414.4万千米，电波传播需要万千米，电波传播需要万千米，电波传播需要万千米，电波传播需要0.48 0.48 s s。因此，打电话时要因此，打电话时要因此，打电话时要因此，打电话时要得到对方的回话，必须额外等候得到对方的回话，必须额外等候得到对方的回话，必须额外等候得到对方的回话，必须额外等候0.48 0.48 s s，给人以不习惯的感给人以不习惯的感给人以不习惯的感给人以不习惯的感觉。觉。觉。觉。 (4) (4) 通信安全性还有待加强。卫星通信的大覆盖也带来其通信安全性

114、还有待加强。卫星通信的大覆盖也带来其通信安全性还有待加强。卫星通信的大覆盖也带来其通信安全性还有待加强。卫星通信的大覆盖也带来其信号容易被截获、容易受到攻击等问题。信号容易被截获、容易受到攻击等问题。信号容易被截获、容易受到攻击等问题。信号容易被截获、容易受到攻击等问题。 9/5/202478常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统5.3.2卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成 卫星通信系统包括空间和地面两大部分：卫星通信系统包括空间和地面两大部分：卫星通信系统包括空间和地面两大部分：卫星通信系统包括空间和地面两大部分：空间主要是卫星转发器和天线，地面主要是大功率无线发

115、射机、空间主要是卫星转发器和天线，地面主要是大功率无线发射机、空间主要是卫星转发器和天线，地面主要是大功率无线发射机、空间主要是卫星转发器和天线，地面主要是大功率无线发射机、高灵敏度接收机和高增益天线等。高灵敏度接收机和高增益天线等。高灵敏度接收机和高增益天线等。高灵敏度接收机和高增益天线等。1 1、卫星转发器、卫星转发器、卫星转发器、卫星转发器（1 1）作用：接受和放大来自地面站的信号，经频率变换后在发）作用：接受和放大来自地面站的信号，经频率变换后在发）作用：接受和放大来自地面站的信号，经频率变换后在发）作用：接受和放大来自地面站的信号，经频率变换后在发回地面回地面回地面回地面（2 2）工

116、作的方式：异频全双工）工作的方式：异频全双工）工作的方式：异频全双工）工作的方式：异频全双工（3 3）基本要求：最小的附加噪声和失真及足够的工作频率和输）基本要求：最小的附加噪声和失真及足够的工作频率和输）基本要求：最小的附加噪声和失真及足够的工作频率和输）基本要求：最小的附加噪声和失真及足够的工作频率和输出功率出功率出功率出功率9/5/202479常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统2 2、卫星地面发射站、卫星地面发射站、卫星地面发射站、卫星地面发射站调制器调制器中频放大中频放大器器上变频上变频器器自动功自动功率控制率控制发射波发射波合成合成低电频低电频放大放大激

117、励器激励器大功率大功率放大器放大器双工器双工器至接收机至接收机基带（基群）基带（基群）信号信号馈线馈线馈线馈线图图2-27地面站大功率发射系统组成框图地面站大功率发射系统组成框图9/5/202480常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统3、卫星地面接收机、卫星地面接收机（1 1）作用：接受来自卫星转发器的信号）作用：接受来自卫星转发器的信号）作用：接受来自卫星转发器的信号）作用：接受来自卫星转发器的信号（2 2）卫星地面接收机组成框图）卫星地面接收机组成框图）卫星地面接收机组成框图）卫星地面接收机组成框图馈电设备馈电设备低噪声放低噪声放大器大器传输放传输放大器大器晶体

118、管晶体管放大器放大器下变下变频器频器中率放中率放大器大器基带转基带转换设备换设备接收波接收波分离分离馈线馈线图图5-30地面接收系统组成方框图地面接收系统组成方框图解调器解调器9/5/202481常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统5.3.3卫星通信工作频段卫星通信工作频段目前大部分国际通信卫星业务实用两个频段：目前大部分国际通信卫星业务实用两个频段：目前大部分国际通信卫星业务实用两个频段：目前大部分国际通信卫星业务实用两个频段：（1 1）C C波段（波段（波段（波段（4/64/6GHzGHz） 下行频段（从卫星到地面）：下行频段（从卫星到地面）：下行频段（从卫星到

119、地面）：下行频段（从卫星到地面）：3.73.74.24.2GHzGHz 上行频段（从地面到卫星）：上行频段（从地面到卫星）：上行频段（从地面到卫星）：上行频段（从地面到卫星）：5.9255.9256.4256.425GHzGHz（2 2）KuKu波段（波段（波段（波段（12/1412/14GHzGHz） 下行频段：下行频段：下行频段：下行频段：11.711.712.212.2GHzGHz 上行频段：上行频段：上行频段：上行频段：14.014.014.514.5GHzGHz9/5/202482常州信息职业技术学院电子系张立中5.3 卫星通信系统卫星通信系统5.3.4多址连接技术多址连接技术多址连

120、接方式是许多地面站通过共同的通信卫星实现覆盖区域多址连接方式是许多地面站通过共同的通信卫星实现覆盖区域多址连接方式是许多地面站通过共同的通信卫星实现覆盖区域多址连接方式是许多地面站通过共同的通信卫星实现覆盖区域内相互连接，同时建立各自的信道，而无需地面中间转接。内相互连接，同时建立各自的信道，而无需地面中间转接。内相互连接，同时建立各自的信道，而无需地面中间转接。内相互连接，同时建立各自的信道，而无需地面中间转接。目前采用的多址连接技术有：目前采用的多址连接技术有：目前采用的多址连接技术有：目前采用的多址连接技术有：（1 1）频分多址方式（）频分多址方式（）频分多址方式（）频分多址方式（FDM

121、AFDMA）（2 2）时分多址方式（时分多址方式（时分多址方式（时分多址方式（TDMATDMA）（3 3）空分多址方式（空分多址方式（空分多址方式（空分多址方式（SDMASDMA）（4 4）码分多址方式（码分多址方式（码分多址方式（码分多址方式（CDMACDMA）4 4种多址方式的比较（见课本种多址方式的比较（见课本种多址方式的比较（见课本种多址方式的比较（见课本P101P101表表表表5-15-1）9/5/202483常州信息职业技术学院电子系张立中5.4光纤通信系统光纤通信系统5.4光纤通信系统光纤通信系统前言：光纤通信基本概念前言：光纤通信基本概念 数数字字光光纤纤通通信信, 是是以以光

122、光波波运运载载数数字字信信号号, 以以光光导导纤纤维维为为传传输输媒媒介介的的一一种种通通信信方方式式。1996年年，英英籍籍华华人人“光光通通信信之之父父”高高锟锟(C.K.Kilo)博博士士根根据据介介质质波波导导理理论论提提出出了了光光纤纤通通信信的的概概念念。 光纤通信有如下的显著特点。光纤通信有如下的显著特点。1、线径细、线径细, 重量轻重量轻 由由于于光光纤纤的的直直径径小小, 只只有有0.1 mm左左右右, 所所以以制制成成光光缆缆后后与与电电缆缆比比要要细细得得多多, 因因而而重重量量轻轻, 有有利利于于长长途途和和市市话话干干线线布布放放, 而且便于制造多芯光缆。而且便于制造

123、多芯光缆。9/5/202484常州信息职业技术学院电子系张立中5.4光纤通信系统光纤通信系统2. 损耗极低损耗极低 由由于于技技术术的的发发展展, 现现在在制制造造出出的的光光纤纤介介质质纯纯度度很很高高, 因因而而损损耗耗极极低低。现现已已制制出出的的在在光光波波导导 1.55 mm窗窗口口的的衰衰耗耗低低于于 0.18 dB/km。由由于于损损耗耗极极低低, 所所以以传传输输的的距距离离可可以以很很长长, 这这就就大大大大减减少少了了数数字字传传输输系系统统中中中中继继站站的的数数目目, 既既可可降降低低成成本本, 也也可可提提高高通通信质量。信质量。 3. 传输的频带宽、传输的频带宽、

124、信息容量大信息容量大 由由于于光光波波频频率率高高, 因因此此用用光光来来携携带带信信号号则则信信息息量量大大。现现在在已已经经发发展展到到几几十十千千兆兆比比特特/秒秒的的光光纤纤通通信信系系统统, 它它可可传传输输几几十十万万路电话和几千路彩色电视节目。路电话和几千路彩色电视节目。 9/5/202485常州信息职业技术学院电子系张立中5.4光纤通信系统光纤通信系统4. 不受电磁干扰、不受电磁干扰、 防腐和不会锈蚀防腐和不会锈蚀 因因光光纤纤是是非非金金属属材材料料, 它它不不会会受受到到电电磁磁干干扰扰, 也也不不会会发发生生锈锈蚀蚀, 具有防腐的能力。具有防腐的能力。 5. 不怕高温不怕

125、高温, 防爆、防爆、 防火性能强防火性能强 因因光光纤纤是是石石英英玻玻璃璃材材料料, 熔熔点点高高达达2000以以上上, 所所以以不不怕怕高高温温, 有有防防火火的的性性能能。因因而而可可用用于于矿矿井井下下、军军火火仓仓库库、石石油油、 化化工等易燃易爆的环境中。工等易燃易爆的环境中。 6. 光纤通信保密性好光纤通信保密性好 由由于于光光纤纤在在传传输输光光信信号号时时向向外外泄泄漏漏小小, 不不会会产产生生串串话话等等干干扰扰, 因而光纤通信保密性好。因而光纤通信保密性好。 9/5/202486常州信息职业技术学院电子系张立中5.4光纤通信系统光纤通信系统5.4.1 5.4.1 5.4.

126、1 5.4.1 光纤通信系统的基本构成光纤通信系统的基本构成光纤通信系统的基本构成光纤通信系统的基本构成 光纤通信系统和所有通信系统一样，由光射机，光纤信道，光纤通信系统和所有通信系统一样，由光射机，光纤信道，光纤通信系统和所有通信系统一样，由光射机，光纤信道，光纤通信系统和所有通信系统一样，由光射机，光纤信道，光接收机三部分组成。光接收机三部分组成。光接收机三部分组成。光接收机三部分组成。发终端发终端（DTE）光发射机光发射机（DCE）光接收机光接收机（DCE）收终端收终端（DTE）电电信信号号电电信信号号光信号光信号 目前光纤通信使用的工作波长主要有三种：目前光纤通信使用的工作波长主要有三

127、种：目前光纤通信使用的工作波长主要有三种：目前光纤通信使用的工作波长主要有三种：850850850850nmnmnmnm、1310nm1310nm1310nm1310nm、1550nm1550nm1550nm1550nm9/5/202487常州信息职业技术学院电子系张立中5.4光纤通信系统光纤通信系统5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 光的传播与光纤光的传播与光纤光的传播与光纤光的传播与光纤1 1 1 1、光的性质、光的性质、光的性质、光的性质 光在真空中传播速度为光在真空中传播速度为光在真空中传播速度为光在真空中传播速度为3*103*103*103*108 8 8 8m/sm/s

128、m/sm/s，光在不同介质中传播会发光在不同介质中传播会发光在不同介质中传播会发光在不同介质中传播会发生反射、折射等现象。生反射、折射等现象。生反射、折射等现象。生反射、折射等现象。 光纤通信正是利用光在不同介质中传播会发生全反射的原理光纤通信正是利用光在不同介质中传播会发生全反射的原理光纤通信正是利用光在不同介质中传播会发生全反射的原理光纤通信正是利用光在不同介质中传播会发生全反射的原理实现远距离通信的。实现远距离通信的。实现远距离通信的。实现远距离通信的。2 2 2 2、光纤、光纤、光纤、光纤 光纤一般以光波的传播模式分：光纤一般以光波的传播模式分：光纤一般以光波的传播模式分：光纤一般以光

129、波的传播模式分：多模光纤多模光纤多模光纤多模光纤（multi-mode)multi-mode)multi-mode)multi-mode)和和和和单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤( ( ( (single mode)single mode)single mode)single mode)，现在应用比较多的是单模光纤。单模现在应用比较多的是单模光纤。单模现在应用比较多的是单模光纤。单模现在应用比较多的是单模光纤。单模光纤的外径为光纤的外径为光纤的外径为光纤的外径为125125125125umumumum，纤芯一般为纤芯一般为纤芯一般为纤芯一般为8-108-108-108-10umumumum，书

130、上表书上表书上表书上表5-25-25-25-2和和和和5-35-35-35-3给出给出给出给出了光纤的一些参数。了光纤的一些参数。了光纤的一些参数。了光纤的一些参数。9/5/202488常州信息职业技术学院电子系张立中5.4光纤通信系统光纤通信系统 光纤一般由光纤一般由纤芯纤芯、包层包层、涂覆层涂覆层、套塑套塑四部分组成。四部分组成。 包层的包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层外面涂覆一层很薄的涂覆层, 涂覆的材料为硅铜树脂或聚氨基甲涂覆的材料为硅铜树脂或聚氨基甲醚乙脂醚乙脂, 一般要进行两次涂覆，目的是为了保护光纤，因为光纤一般要进行两次涂覆，目的是为了保护光纤，因为光纤除了具有很多优点外，还有缺

131、点：除了具有很多优点外，还有缺点：(1) (1) 光纤连接困难，需要专用连接器和连接工艺。光纤连接困难，需要专用连接器和连接工艺。 (2) (2) 抗拉强度差，不能受挤压和折弯。抗拉强度差，不能受挤压和折弯。 (3) (3) 不能浸水和受潮。不能浸水和受潮。 (4) (4) 需要专用工具、设备进行安装需要专用工具、设备进行安装 涂覆层的外面套塑涂覆层的外面套塑, 套塑的原料大都采用尼龙、套塑的原料大都采用尼龙、聚乙烯或聚聚乙烯或聚本烯等塑料。本烯等塑料。 9/5/202489常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统光纤的剖面构造9/5/202490常州信息职业技术学院电

132、子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统1 1、光纤的结构和分类、光纤的结构和分类（1 1） 光纤的结构光纤的结构 光纤的基本结构一般是双层或多层的同心圆柱体。中心部光纤的基本结构一般是双层或多层的同心圆柱体。中心部分是纤芯，纤芯外面的部分是包层，纤芯的折射率高于包层分是纤芯，纤芯外面的部分是包层，纤芯的折射率高于包层的折射率，从而形成一种光波导效应，使大部分的光被束缚的折射率，从而形成一种光波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输，实现光信号的长距离传输。在纤芯中传输，实现光信号的长距离传输。光光纤纤的的几几何何尺尺寸寸很很小小，纤纤芯芯直直径径一一般般在在550m之之间间，包包层层的的外

133、外径径为为125m，包包括括防防护护层层，整整个个光光纤纤的的外外径径也也只只有有250m左右。左右。9/5/202491常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统（2 2）光纤的分类）光纤的分类 A A：按光纤剖面折射率分布分类按光纤剖面折射率分布分类 a: a: 阶跃光纤阶跃光纤。在纤芯中折射率的分布是均匀的，在纤芯中折射率的分布是均匀的， 常用常用n n1 1表示，包层用表示，包层用n n2 2 表示，在纤芯和包层的界面上折射率发生突表示，在纤芯和包层的界面上折射率发生突变（变（ n n1 1， n n2 2 均为常数且均为常数且n n1 1 n n2 2 ）。）。

134、 b b：渐变型光纤渐变型光纤。也称为梯度光纤，。也称为梯度光纤，在纤芯中折射率的分在纤芯中折射率的分布是变化的，而包层中的折射率通常是常数。在渐变光纤中，布是变化的，而包层中的折射率通常是常数。在渐变光纤中，包层中的折射率常数用包层中的折射率常数用n n2 2表示，纤芯表示，纤芯n n1 1中折射率分布可用方幂中折射率分布可用方幂律式表示。律式表示。9/5/202492常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统光纤的折射率分布 (a) 阶跃分布； (b) 三角分布； (c) 渐变（高斯）分布9/5/202493常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信

135、系统B：按传输的模式分为：按传输的模式分为：单模光纤和多模光纤单模光纤和多模光纤1、单模光纤、单模光纤光纤中的模式，简单也可理解为光在光纤中传播时特定光纤中的模式，简单也可理解为光在光纤中传播时特定的路径。如果光纤中只容许一种路径的光束沿光纤传播，则的路径。如果光纤中只容许一种路径的光束沿光纤传播，则称为单模光纤。单模光纤的纤芯直径很小，约为称为单模光纤。单模光纤的纤芯直径很小，约为410um，理论上只传输一个模式。理论上只传输一个模式。由于单模光纤只传输主模，从而完全避免了模式色散，由于单模光纤只传输主模，从而完全避免了模式色散，使得这种光纤的传输频带很宽，传输容量很大，适用于大容使得这种光

136、纤的传输频带很宽，传输容量很大，适用于大容量、长距离的光纤通信。单模光纤是当前研究和应用的重点，量、长距离的光纤通信。单模光纤是当前研究和应用的重点，也是光纤通信与光波技术的发展必然趋势。也是光纤通信与光波技术的发展必然趋势。9/5/202494常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统n0710mm(a)(c)(b)n2n1n0n2n1n1n250100mm5085mm 三种光纤的纤芯和包层折射率分布三种光纤的纤芯和包层折射率分布9/5/202495常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统2.多模光纤多模光纤如果光束的传播路径多于一条，则称为多模

137、光纤。单如果光束的传播路径多于一条，则称为多模光纤。单模光纤的纤芯直径较之多模光纤小。多模光纤剖面折射率的模光纤的纤芯直径较之多模光纤小。多模光纤剖面折射率的分布，有均匀的和非均匀的，前者称为多模阶跃型光纤，后分布，有均匀的和非均匀的，前者称为多模阶跃型光纤，后者称为多模渐变型光纤（前页图者称为多模渐变型光纤（前页图b和图和图c）。）。多模阶跃型光纤的纤芯直径一般为多模阶跃型光纤的纤芯直径一般为5075um，包层直包层直径为径为100200um，由于其纤芯直径达，传输模式多。这种由于其纤芯直径达，传输模式多。这种光纤的传输性能较差，带宽比较窄，传输容量也比较小。多光纤的传输性能较差，带宽比较窄

138、，传输容量也比较小。多模渐变型光纤纤芯直径一般也为模渐变型光纤纤芯直径一般也为5075um，这种光纤频带这种光纤频带较窄，是较窄，是80年代初采用较多的一种光线型式。所以一般多年代初采用较多的一种光线型式。所以一般多模光纤指的是这种多模渐变型光纤。模光纤指的是这种多模渐变型光纤。9/5/202496常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统由于光纤制造技术的不断进步，单模光纤具有显著的优越性，而成本又与多模光纤相当，所以目前单模光纤得到了广泛的应用。C:按光纤的工作波长分目前光纤通信中使用的波长范围是在近红区内，即波长为0.81.8um，可分为短波长波段和长波长波段。光纤

139、通信的三个工作窗口：0.85um短波长波段1.31um长波长波段1.55um长波长波段9/5/202497常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统3、光缆、光缆为了使光纤能在工程中实用化,能承受工程中拉伸、侧压和各种外力作用,还要具有一定的机械强度才能使性能稳定。因此,将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆以适应光纤通信的需要。根据不同的用途和条件,制成的光缆种类很多,但其基本结构是相同的。光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。1)缆芯缆芯是由光纤芯组成的,它可分为单芯和多芯两种。单芯型缆芯和多芯型缆芯结构的比例如表5.1所示。9/5/202498常州信息职业技术学

140、院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统9/5/202499常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成。多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成,它又分为带状结构和单位式结构。目前国内外对二次涂覆主要采用下列两种保护结构:(1)紧套结构。如图5.8(a)所示,在光纤与套管之间有一个缓冲层,其目的是为了减少外面应力对光纤的作用。缓冲层一般采用硅树脂,二次被覆用尼龙口。这种光纤的优点是:结构简单、使用方便。(2)松套结构。如图5.8(b)所示,将一次涂覆后的光纤放在一个管子中,管中充油膏,形成松套结构。这种光纤的优点是:机械性能好,防水

141、性好,便于成缆。9/5/2024100常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统 图 5.8 紧套和松套光纤结构示意图(a) 紧套光纤结构示意图； (b) 松套光纤结构示意图9/5/2024101常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统2)强度元件强度元件由于光纤的材料比较脆由于光纤的材料比较脆,容易断裂容易断裂,为了使光缆便于承受为了使光缆便于承受敷设安装时所加的外力等敷设安装时所加的外力等,在光缆内中心或四周要加一根或在光缆内中心或四周要加一根或多根加强元件。加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤维多根加强元件。加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤维

142、增强塑料增强塑料(FRP)等。等。3)护层护层光缆的护层主要是对已形成的光纤芯线起保护作用光缆的护层主要是对已形成的光纤芯线起保护作用,避免避免受外部机械力和环境损坏。因此受外部机械力和环境损坏。因此,要求护层具有耐压力、防要求护层具有耐压力、防潮、潮、湿度特性好、重量轻、耐化学侵蚀、阻燃等特点。光湿度特性好、重量轻、耐化学侵蚀、阻燃等特点。光缆的护层又分内护层和外护层缆的护层又分内护层和外护层,内护层一般采用聚乙烯或聚内护层一般采用聚乙烯或聚氦乙烯等氦乙烯等,外护层可根据敷设条件而定外护层可根据敷设条件而定,要采用由钻带和聚要采用由钻带和聚乙烯组成的乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等。外护套

143、加钢丝铠装等。9/5/2024102常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统4)光缆的种类光缆的种类在公用通信网中用的光缆结构在公用通信网中用的光缆结构如表如表5.2所示。所示。下面介绍几种有代表性的光缆结构形式。下面介绍几种有代表性的光缆结构形式。(1)层绞式光缆。层绞式光缆。它是将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起的它是将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起的一种结构一种结构,如图如图5.9(a)所示。特点是成本低所示。特点是成本低,芯线数不超过芯线数不超过10根。根。(2)单位式光缆。单位式光缆。它是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位它是将几根至十几根

144、光纤芯线集合成一个单位,再数个单再数个单位以强度元件为中心绞合成缆位以强度元件为中心绞合成缆,如图如图5.9(b)所示所示,其芯线其芯线数数一般适用于几十芯。一般适用于几十芯。9/5/2024103常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统9/5/2024104常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统(3)骨架式光缆。骨架式光缆。这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内,骨骨架中心是强度元件架中心是强度元件,骨架上的沟槽可以是骨架上的沟槽可以是V型、型、U型或凹型型或凹型,如图如图5.9(c)所示。由

145、于光纤在骨架沟槽内具有较大空间所示。由于光纤在骨架沟槽内具有较大空间,因因此当光纤受到张力时此当光纤受到张力时,可在槽内作一定的位移可在槽内作一定的位移,从而减少了从而减少了光纤芯线的应力应变和微变光纤芯线的应力应变和微变,这种光纤具有耐侧压、抗弯这种光纤具有耐侧压、抗弯曲、抗拉的特点。曲、抗拉的特点。(4)带状式光缆。带状式光缆。它是将它是将412根光纤芯线排列成行根光纤芯线排列成行,构成带状光纤单元构成带状光纤单元,再将多个带状单元按一定方式排列成缆再将多个带状单元按一定方式排列成缆,如图如图5.9(d)所示。所示。这种光缆的结构紧凑这种光缆的结构紧凑,采用此种结构可做成上千芯的高密采用此

146、种结构可做成上千芯的高密度用户光缆。度用户光缆。9/5/2024105常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统(3)骨架式光缆。这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内,骨架中心是强度元件,骨架上的沟槽可以是V型、U型或凹型,如图5.9(c)所示。由于光纤在骨架沟槽内具有较大空间,因此当光纤受到张力时,可在槽内作一定的位移,从而减少了光纤芯线的应力应变和微变,这种光纤具有耐侧压、抗弯曲、抗拉的特点。(4)带状式光缆。它是将412根光纤芯线排列成行,构成带状光纤单元,再将多个带状单元按一定方式排列成缆,如图5.9(d)所示。这种光缆的结构紧凑,采用此种结构可做成上千芯

147、的高密度用户光缆。9/5/2024106常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统 图 5.9光缆的基本结构(a) 层绞式； (b) 单位式； (c) 骨架式； (d) 带状9/5/2024107常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统5.4.3 光纤的连接光纤的连接1 1、光纤连接器、光纤连接器 光纤的连接必须满足以下几个要求：光纤的连接必须满足以下几个要求：（1 1）光纤插入损耗要小。插入损耗小于光纤插入损耗要小。插入损耗小于0.30.3dBdB。（2 2）拆、装方便。）拆、装方便。（3 3）稳定性好：连接后，插入损耗随时间、环境的变化不）稳定

148、性好：连接后，插入损耗随时间、环境的变化不 大。大。（4 4）重复性好：一般要求重复使用次数大于）重复性好：一般要求重复使用次数大于10001000次。次。（5 5）互换性好：要求同一种型号的活动连接器可以互换。）互换性好：要求同一种型号的活动连接器可以互换。（6 6）体积小、成本低。）体积小、成本低。9/5/2024108常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统1、永久连接，一般采用熔接的方法、永久连接，一般采用熔接的方法光纤熔接是通过加热的方法使已制备好的光纤端面连接在光纤熔接是通过加热的方法使已制备好的光纤端面连接在一起。一起。这种方法首先将光纤端面对齐，并且对接

149、在一起，这种方法首先将光纤端面对齐，并且对接在一起，该该过程是在一个槽状光纤固定器里、过程是在一个槽状光纤固定器里、在带有微型控制器的显微镜在带有微型控制器的显微镜之下完成的。之下完成的。然后在两根光纤的连接处，然后在两根光纤的连接处，使用电弧或激光脉使用电弧或激光脉冲加热，冲加热，使光纤头尾端被熔化，使光纤头尾端被熔化，进而连接在一起。进而连接在一起。这种技术这种技术产生非常小的连接损耗产生非常小的连接损耗(典型的平均值小于典型的平均值小于0.06dB）。）。但是，但是，在采用这种连接方法时必须注意到，在采用这种连接方法时必须注意到，由于用手接触时产生的光由于用手接触时产生的光纤表面损伤、纤

150、表面损伤、加热时引起的表面损伤加深、加热时引起的表面损伤加深、光纤连接处附近光纤连接处附近的残余应力等都会在光纤介质熔化时导致化学成分的变化，的残余应力等都会在光纤介质熔化时导致化学成分的变化，从从而产生不牢固的连接。而产生不牢固的连接。9/5/2024109常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统图4.3 光纤的熔接9/5/2024110常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统2、活动连接光纤连接器通常由下述3部分组成：（1）光纤端接元件，保护和定位光纤端面；（2）对准规，定位光纤端接元件对，使其耦合最佳；（3）连接器外壳，保护光学接触不受环境

151、的影响，将对准规和光纤端接元件固定在应有的位置，并端接光缆护套和应变元件。活动光学连接器有两大类。第一类是对接，在这种连接中，两个要连接的光纤端面互相靠近并对准，以便两根光纤的轴线重合。9/5/2024111常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统5.4.4无源光器件无源光器件1、光衰减器有固定衰减器和可变衰减器两种。2、光隔离器3、光开关4、光耦合器5、光调制器9/5/2024112常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统5.4.5光发射机光发射机光发射机包括光源、光源驱动与调制以及信道编码。1.光源光源是光发送电路的核心器件，主要完成电信号到

152、光信号的转换。光纤通信系统的发光器通常有以下两种：发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。这两种二极管是由半导体材料制成的，它们各自有不同的特点。光源的选择取决于系统成本及性能要求。激光二极管的价格高、性能好；普通发光二极管价廉、相应的性能也差。9/5/2024113常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统2、光发射机电路、光发射机电路（1）调制）调制（2）自动光输出功率控制）自动光输出功率控制（3）温度控制）温度控制3、信道编码电路信道编码电路用于对基带信号的波形和码型进行转换。光信号为两种状态，有光和无光，目前光通信使用的码型有：扰码、mBnB码和插入码。9/5/

153、2024114常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统5.4.6 光接收机光接收机光接收机包括光电检测器、光信号接收电路和信道解码电路。1、光电检测器（1）PIN管（2）半导体雪崩光电二极管（APD）2、光接收电路3、信道解码电路9/5/2024115常州信息职业技术学院电子系张立中5.4 光纤通信系统光纤通信系统5.4.7 中继器与掺铒光纤放大器中继器与掺铒光纤放大器1、中继器在中继器中要完成光-电-光的转换2、掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA直接对光信号放大，是目前研究的方向。5.4.8波分复用技术有很多种，也目前研究的热门课题。9/5/2024116常州信息职业技术学院电子系张立中