通信原理教程 第2章 信息与信道.ppt

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1、第第2章章 信息与信道信息与信道 v通信的根本目的在于传输信息，信息是依附于消息进行传输通信的根本目的在于传输信息，信息是依附于消息进行传输的。消息是事物的表象，而信息是事物的本质。在一切有意的。消息是事物的表象，而信息是事物的本质。在一切有意义的通信中，消息包含有对用户有意义的内容。义的通信中，消息包含有对用户有意义的内容。v信道是信号传输的通道，是通信系统中不可缺少的组成部分。信道是信号传输的通道，是通信系统中不可缺少的组成部分。信道是通信中一个重要概念，其特性对信号传输有很大影响，信道是通信中一个重要概念，其特性对信号传输有很大影响，其性能好坏直接影响着通信质量。其性能好坏直接影响着通信

2、质量。v信息和信道，它们在通信系统中都占有重要的地位。信息和信道，它们在通信系统中都占有重要的地位。第第2章章信息与信道信息与信道 v21信息及其度量信息及其度量v1信息的概念信息的概念v信息是一切事物运动状态和运动方式的表征，是物质的一种固有属性。信息是一切事物运动状态和运动方式的表征，是物质的一种固有属性。v消消息息:是是通通信信传传输输的的具具体体对对象象，例例如如：电电报报通通信信中中的的电电文文，电电话话通通信信中中的的话话音等。音等。v特特性性：消消息息具具有有随随机机性性。消消息息在在收收到到之之前前无无法法预预测测，即即消消息息的的出出现现是是随随机机的。通信系统内传输的消息本

3、身无法度量，消息集合具有一定的统计特性。的。通信系统内传输的消息本身无法度量，消息集合具有一定的统计特性。v信信息息：信信息息是是抽抽象象化化的的消消息息。其其含含义义比比消消息息更更广广泛泛，而而且且更更抽抽象象。但但其其不不确确定定性性是是可可以以度度量量的的。信信息息是是实实际际生生活活中中原原始始的的、含含糊糊不不清清的的概概念念的的提提炼炼、概概括括、抽抽象象和和深深化化。将将“信信息息”定定义义为为对对消消息息统统计计特特性性的的一一种种定定量量描描述述。人人们们得得到到消消息息之之前前，对对它它的的内内容容有有一一种种“不不确确定定性性”，信信息息就就是是对对这这种种不不确定性的

4、定量描述。确定性的定量描述。v信信息息的的量量值值与与消消息息所所代代表表事事件件的的随随机机性性或或发发生生概概率率有有关关。度度量量信信息息大大小小的的物理量称为物理量称为信息量信息量，也称，也称信息信息。第第2章章信息与信道信息与信道v2.信息度量信息度量v消消息息所所描描述述事事件件发发生生的的可可能能性性越越小小，这这个个消消息息带带来来的的信信息息量量越越大大。例例如如，某某人人告告诉诉我我们们一一件件不不太太可可能能发发生生的的消消息息，比比起起告告诉诉我我们们一一件件非非常常可可能能发发生生的的消消息息来来说说，它它所所包包含含的的信信息息要要多多。如如果果消消息息是是确确定定

5、的的，即即概概率率为为1，则则它它包包含含的的信信息息量量为为零零。如如果果消消息息是是完完全全不不可可能能的的，即即概概率率为为零零，则则它它包包含含有有无无限限的的信信息息量量。这这表表明明，信信息息量量可可用用消消息息发发生生概概率率的的倒倒数数来来表表示示。信信息息论论利利用用统统计计的的概概念念对对信信息息提提出出了了一一种种度度量量方方法法，把把度度量量信信息息大大小小的的物物理理量量称为信息量，简称信息。称为信息量，简称信息。v设消息所代表的事件出现的概率为设消息所代表的事件出现的概率为P(x)，该消息所含有的信息量该消息所含有的信息量v若若a=2，单单位位为为比比特特(bit）

6、，代代表表出出现现概概率率为为1/2的的消消息息所所含含有有的的信信息息量量。实际中，一位二进制数称为实际中，一位二进制数称为1比特，而不管这两个符号是否相等概率。比特，而不管这两个符号是否相等概率。第第2章章信息与信道信息与信道v22信道信道v信信道道是是信信息息传传输输的的通通道道，是是通通信信系系统统的的重重要要组组成成部部分分，其其特特性性对对通通信信系系统统的性能有很大影响。按其不同特征有不同的分类方法。的性能有很大影响。按其不同特征有不同的分类方法。v信道分类信道分类：按信道的组成划分，可分为按信道的组成划分，可分为广义信道和狭义信道。广义信道和狭义信道。v狭义信道：狭义信道：发送

7、设备和接收设备之间用以传输信号的媒介或通道。发送设备和接收设备之间用以传输信号的媒介或通道。v广广义义信信道道：除除了了传传输输媒媒介介外外，还还包包括括有有关关的的部部件件和和电电路路，如如调调制制器器、解解调调器、编码器、解码器等。器、编码器、解码器等。第第2章章信息与信道信息与信道v信道特性主要由狭义信道决定。信道特性主要由狭义信道决定。v调制信道调制信道（广义信道）（广义信道）：从调制器的输出端至解调器的输入端。从调制器的输出端至解调器的输入端。v编码信道编码信道（广义信道）：从编码器输出端至解码器输入端。（广义信道）：从编码器输出端至解码器输入端。v按传输介质划分，可分为有线信道和无

8、线信道。按传输介质划分，可分为有线信道和无线信道。v有线信道：有线信道：由各种传输线路构成的信道。由各种传输线路构成的信道。v无线信道：无线信道：电波传播空间构成的信道。电波传播空间构成的信道。v按传输信号的特征，可分为模拟信道（连续信道）和数字信道。按传输信号的特征，可分为模拟信道（连续信道）和数字信道。v模模拟拟信信道道（连连续续信信道道）：传传输输模模拟拟信信号号的的信信道道。广广义义信信道道中中的的调调制制信信道道属于模拟信道。属于模拟信道。v数字信道：数字信道：传输数字信号的信道。传输数字信号的信道。第第2章章信息与信道信息与信道v23信道容量信道容量v信道对信息传输速率是有制约的，

9、这种制约是由信道容量来衡量的。信道对信息传输速率是有制约的，这种制约是由信道容量来衡量的。v信信道道容容量量：单单位位时时间间内内信信道道无无差差错错传传输输的的最最大大信信息息量量，即即信信道道的的极极限限传传输输能力。用信道的最大信息传输速率来衡量，单位：比特能力。用信道的最大信息传输速率来衡量，单位：比特/秒（秒（b/s）。）。v1.数字信道数字信道v对对于于信信道道容容量量，奈奈奎奎斯斯特特和和香香农农从从不不同同的的角角度度，在在不不同同的的条条件件下下分分别别进进行行了了研研究究。奈奈奎奎斯斯特特研研究究了了无无噪噪声声、无无码码间间干干扰扰的的理理想想数数字字信信道道的的信信道道

10、容容量量，得出了如下结论：得出了如下结论：vC为为信信道道容容量量，单单位位是是b/s；B为为信信道道带带宽宽，单单位位是是Hz；为为传传输输的的数数字字信信号的进制数。号的进制数。v2.模拟信道模拟信道v香香农农研研究究了了在在模模拟拟信信道道中中传传输输数数字字信信号号的的信信道道容容量量，并并得得出出了了著著名名的的香香农农公式。该公式描述了在加性高斯白噪声信道中，传输功率受限信号时，信公式。该公式描述了在加性高斯白噪声信道中，传输功率受限信号时，信第第2章章信息与信道信息与信道v道所能达到的最大传输速率，即信道容量：道所能达到的最大传输速率，即信道容量：vN噪声平均功率，噪声平均功率，

11、S信号平均功率，信号平均功率，S/N信噪比，信噪比，C信道容量。信道容量。v结论：结论：v1）任任何何一一个个信信道道，都都有有信信道道容容量量C。如如果果信信息息速速率率RC，理理论论上上存存在在一一种种方方法法，能能以以任任意意小小的的差差错错概概率率通通过过信信道道传传输输；如如果果RC，在在理理论论上上无差错传输是不可能的。无差错传输是不可能的。v2)对于给定的对于给定的C，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输信息。可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输信息。v3)信息速率信息速率C=I/T，T为传输时间，代入上式为传输时间，代入上式v当当S/N一一定定，给给定定的的信信息息量量可可以以

12、用用不不同同的的带带宽宽和和时时间间T的的组组合合来来传传输输，即即带宽与时间可以互换。带宽与时间可以互换。第第2章章信息与信道信息与信道v【例例】用用于于传传输输数数据据的的模模拟拟信信道道一一些些典典型型参参数数为为：信信道道带带宽宽B=3000Hz，信信号号功功率率S=0.0001W，信信道道噪噪声声功功率率N=0.0000004W，求求该该信信道道的的信信息息传传输速率输速率C。v解解:v=3000log2(1+0.0001/0.0000004)24000（b/s）v【例例】某某信信道道的的频频率率范范围围处处于于3MHz4MHz之之间间，信信噪噪比比为为24dB，求求该该信道的信息传

13、输速率。信道的信息传输速率。v解解:信道带宽信道带宽B=4MHz3MHz=1MHzvS/N=251v=106log2（1251）=106log22521068=8（Mb/s）第第2章章信息与信道信息与信道v24信道传输损耗信道传输损耗v信信号号在在信信道道中中传传输输时时会会受受到到削削弱弱，这这种种影影响响称称为为传传输输损损耗耗。信信道道特特性性不不同，产生的传输损耗也不同，但共同特点是，传输信号产生衰减。同，产生的传输损耗也不同，但共同特点是，传输信号产生衰减。v无无线线信信道道：信信号号能能量量会会随随着着传传输输距距离离的的增增加加而而衰衰减减，信信号号的的强强度度不不断断变变小小。

14、衰衰减减就就是是用用来来描描述述描描述述这这种种能能量量损损耗耗的的。衰衰减减指指的的是是信信号号在在信信道道中中过过程程中中，随随着着传传输输距距离离的的增增加加，信信号号衰衰减减的的程程度度。衰衰减减直直接接导导致致信信噪噪比比S S/N/N 的下降。的下降。v有有线线信信道道：信信号号的的衰衰减减一一般般是是连连续续变变化化的的，特特性性比比较较稳稳定定。对对于于模模拟拟信信号号，通通常常在在信信号号传传输输一一定定距距离离之之后后使使用用放放大大器器来来放放大大信信号号；对对于于数数字字信信号，通过中继器来再生信号，以便传输更远的距离。号，通过中继器来再生信号，以便传输更远的距离。第第

15、2章章信息与信道信息与信道v25有线传输介质有线传输介质 v传传输输介介质质：通通信信系系统统中中连连接接收收发发双双方方的的物物理理通通路路，即即通通信信过过程程中中消消息息传传送送的载体。的载体。v分类：分类：有线传输介质和无线传输介质。有线传输介质和无线传输介质。v系系统统的的传传输输性性能能和和质质量量，不不但但与与信信号号特特性性有有关关，还还与与传传输输介介质质的的特特性性有有关关。当当采采用用有有线线传传输输介介质质时时，传传输输介介质质本本身身的的特特性性对对传传输输极极限限的的影影响响极极为为重要。例如，介质本身的带宽就限制了系统的带宽。重要。例如，介质本身的带宽就限制了系统

16、的带宽。v常用有线传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤等。常用有线传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤等。v1.双绞线双绞线 v类型类型:屏蔽型（屏蔽型（STPSTP）和非屏蔽型和非屏蔽型(UTP)UTP)。v输入阻抗输入阻抗：100100和和150150两种。两种。第第2章章信息与信道信息与信道v传传输输模模拟拟信信号号，每每隔隔5km6km需需要要一一级级放放大大；传传输输数数字字信信号号，每每隔隔2km3km要要用用转转发发器器转转发发一一次次。远远程程中中继继线线，最最大大传传输输距距离离为为15Km。在在局局域网中，与集线器间的最大距离为域网中，与集线器间的最大距离为100m。v三类通常用于

17、以太网和三类通常用于以太网和4Mb/s以下的令牌环局域网以下的令牌环局域网。五类支持。五类支持100Mb/s的的类别类别带宽带宽速率速率信号信号用途用途1很低很低100kbit/s模拟模拟电话电话22MHz2Mbit/s模拟模拟/数字数字T-1线路线路316MHz10Mbit/s数字数字LAN420MHz20Mbit/s数字数字LAN5100MHz100Mbit/s数字数字LAN6200MHz200Mbit/s数字数字LAN7600MHz600Mbit/s数字数字LAN第第2章章信息与信道信息与信道v以以太太局局域域网网及及155Mb/sATM到到桌桌面面的的连连接接。六六类类和和七七类类将将

18、分分别别支支持持超超过过200Mb/s和和600Mb/s的的速速率率。计计算算机机网网络络中中最最常常用用三三类类和和五五类类UTP。二二者的不同：五类：每英寸者的不同：五类：每英寸34扭绞；三类：每英尺扭绞；三类：每英尺34扭绞。扭绞。v目前常用的双绞线有目前常用的双绞线有100的的3类和类和5类类UTP，150的的STP。5类比类比3类具类具v有有更更好好的的性性能能，当当然然价价格格也也贵贵。目目前前3类类双双绞绞线线电电缆缆通通常常用用于于10Mb/s以以太太网网和和4Mb/s以以下下的的令令牌牌环环局局域域网网。4类类常常用用于于16Mb/s的的令令牌牌环环局局域域网网，5类用于类用

19、于100Mb/s的以太局域网及的以太局域网及155Mb/sATM到桌面的连接。到桌面的连接。v下下表表给给出出了了3类类和和5类类UTP以以及及STP每每百百米米衰衰减减特特性性的的比比较较，主主要要涉涉及及100非屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线和150的屏蔽双绞线。的屏蔽双绞线。v随随着着吉吉比比特特局局域域网网技技术术的的发发展展，更更高高性性能能的的双双绞绞线线电电缆缆不不断断推推出出，下下表表列出了这些新电缆标准。列出了这些新电缆标准。FTP为金属箔双绞线，为金属箔双绞线，SSTP为屏蔽网双绞线。为屏蔽网双绞线。第第2章章信息与信道信息与信道频率频率(MHz)3类类UTP5类类UTPSTP1

20、416251003002.65.613.12.04.18.210.422.01.12.24.46.212.321.4类别类别类型类型带宽带宽费用（费用（5类为类为1）3类类C级级UTP16Mbit/s0.75类类D级级UTP/FTP100Mbit/s15类类E级级UTP/FTP100Mbit/s1.26类类E级级UTP/FTP200Mbit/s1.57类类F级级SSTP600Mbit/s2.2第第2章章信息与信道信息与信道v2.同轴电缆同轴电缆v分类分类：基带（视频）电缆和宽带（射频）电缆。：基带（视频）电缆和宽带（射频）电缆。v基带同轴电缆：基带同轴电缆：用于直接传输数字数据信号。用于直接传

21、输数字数据信号。v宽带同轴电缆：宽带同轴电缆：用于传输高频信号。用于传输高频信号。v特性阻抗特性阻抗：50和和75。50的基带同轴电缆只用于传输数字基带信号，数的基带同轴电缆只用于传输数字基带信号，数据速率可达据速率可达10Mb/s，用于局域网中；用于局域网中；75宽带同轴电缆多用于无线电工程，宽带同轴电缆多用于无线电工程，用于传输模拟信号。用于传输模拟信号。v基带同轴电缆基带同轴电缆：传输距离：传输距离几几km。v宽带同轴电缆：宽带同轴电缆：传输距离传输距离几十几十km。v屏蔽性：屏蔽性：优于双绞线。优于双绞线。第第2章章信息与信道信息与信道v3.光纤光纤v是一种直径为是一种直径为2125m

22、的、柔软的、能传导光波的介质，可由玻璃或塑料的、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面，再用折射率较低的包层包住，就可以构成一条光通较高的单根光纤外面，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

23、性能最好、最具发展前途的一种。性能最好、最具发展前途的一种。第第2章章信息与信道信息与信道v光光导导纤纤维维通通过过内内部部全全反反射射来来传传输输光光信信号号。纤纤芯芯的的折折射射系系数数高高于于外外包包层层，光光波波在在纤纤芯芯与与包包层层界界面面上上产产生生全全反反射射。以以小小角角度度进进入入光光纤纤的的光光波波沿沿纤纤芯芯以以反反射方式向前传播。射方式向前传播。通过内部全反射来传输光信号。通过内部全反射来传输光信号。v分类分类:多模与单模。多模与单模。v多模光纤：多模光纤：允许一束光沿纤芯反射传播允许一束光沿纤芯反射传播.v单模光纤：单模光纤：仅允许单一波长的光沿纤芯直线传播，在其中

24、不产生反射。仅允许单一波长的光沿纤芯直线传播，在其中不产生反射。v直径：直径：单模小，多模大。单模小，多模大。v单单模模光光纤纤频频带带宽宽，数数据据传传输输速速率率高高，性性能能优优于于多多模模光光纤纤。单单模模光光纤纤价价格格贵贵，多模光纤便宜。多模光纤便宜。第第2章章信息与信道信息与信道v光纤对数据的传输是利用光脉冲的有无来代表数据的光纤对数据的传输是利用光脉冲的有无来代表数据的“1”和和“0”的。的。v发发送送端端：可可用用发发光光二二极极管管或或激激光光二二极极管管将将电电流流脉脉冲冲转转换换成成光光脉脉冲冲，然然后后耦合到光纤中进行传输。耦合到光纤中进行传输。v接接收收端端：利利用

25、用光光电电二二极极管管把把光光纤纤中中传传输输来来的的光光脉脉冲冲再再转转换换为为电电脉脉冲冲信信号号，然后，恢复出数据然后，恢复出数据“1”和和“0”。v光光纤纤特特点点：具具有有尺尺寸寸小小、重重量量轻轻、频频带带宽宽，损损耗耗小小，数数据据传传输输速速率率高高，误码率低，安全保密性好等，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。是目前最有发展前途的有线传输介质。第第2章章信息与信道信息与信道v26无线传输介质无线传输介质v无无线线传传输输介介质质的的传传输输特特性性不不如如有有线线传传输输介介质质的的传传输输特特性性稳稳定定和和可可靠靠，易易受受干干扰扰，通通信信中中使

26、使用用的的技技术术也也较较复复杂杂。无无线线传传输输介介质质无无需需物物理理连连接接，通通信信方方便便和和灵灵活活，应应用用广广泛泛。发发送送信信号号的的带带宽宽对对传传输输性性能能的的影影响响起起决决定定性性作作用用。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。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。v常用无线传输介质：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。无线电波、地面微波、卫星链路、激光、红外线等。v1.无线电波无线电波v即即电电磁磁波波，每每秒秒振振动动的的次次数数称称为为频频率率，单单位位为为赫赫兹兹（Hz）。

27、在在真真空空中中的的传传播播速速度度大大约约是是300000km/s。但但在在铜铜导导线线或或者者光光纤纤中中，传传播播速速度度大大约约降降低低到到光速的光速的2/3。第第2章章信息与信道信息与信道v（1）无线电波的传播类型无线电波的传播类型v传传播播方方式式：以以5种种不不同同的的方方式式进进行行传传播播：地地表表传传播播、对对流流层层传传播播、电电离离层层传传播播、视视距距传传播播和和空空间间传传播播。无无线线电电技技术术将将大大气气层层分分为为两两层层：对对流流层层和和电电离离层层。对对流流层层是是距距地地面面大大约约50公公里里的的大大气气层层。电电离离层层是是在在对对流流层层之之上上

28、而而在在太太空空以以下下的的大大气气层层，它它高高于于平平常常我我们们所所说说的的大大气气层层，该该层层充充满满电电离离的离子，电离层也是由此而得名。的离子，电离层也是由此而得名。v1)地表传播地表传播v通通过过地地表表大大气气层层传传播播，紧紧靠靠地地面面。呈呈曲曲线线向向各各个个方方向向传传播播，传传播播距距离离取取决于信号的能量，能量越大，传播越远。决于信号的能量，能量越大，传播越远。v2）对流层对流层传播传播 v两两种种方方式式：一一种种直直线线传传播播，另另一一种种是是对对流流层层反反射射。第第一一种种方方式式视视线线范范围围，会受到地表曲度和天线高度的限制。第二种方式可以覆盖更远的

29、距离。会受到地表曲度和天线高度的限制。第二种方式可以覆盖更远的距离。第第2章章信息与信道信息与信道v3）电离层传播电离层传播v电电离离层层是是距距地地面面50400km的的大大气气层层，在在电电离离层层传传播播中中，无无线线电电波波由由电电离离层反射回地面，能以较低的能量传播较远的距离。层反射回地面，能以较低的能量传播较远的距离。v4）视距传播视距传播v电磁波从一个天线传播到另一个天线，天线有方向性，二者相向。电磁波从一个天线传播到另一个天线，天线有方向性，二者相向。v5）空间传播空间传播v利利用用卫卫星星中中继继来来代代替替空空间间大大气气折折射射。地地球球站站向向卫卫星星发发射射信信号号，

30、卫卫星星将将该该信号向地面广播。卫星像一个高度极高的天线，扩大了信号的传播范围。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。v（2）传播频率）传播频率v1）甚低频（甚低频（VLF）v 以以表表面面波波方方式式传传播播，通通常常通通过过大大气气或或海海水水作作为为介介质质。传传播播衰衰减减不不大大，对对大大气气噪噪声声敏敏感感。用用于于长长距距离离无无线线导导航航和和海海底底通通信信，频频率率范范围围：3kHz30kHz。第第2章章信息与信道信息与信道v2）低频（低频（LF）v也以表面波形式传播，用于无线电导航。频率范围：也以表面波形式传播，用于无线电导航。频率范围：30kH

31、z300kHz。v3）中频（中频（MF）v通通过过对对流流层层传传播播，易易被被电电离离层层吸吸收收，覆覆盖盖范范围围与与发发射射角角度度有有关关。用用于于无无线线电广播等，频率范围：电广播等，频率范围：300kHz3MHz。v4）高频（高频（HF）v通通过过电电离离层层传传播播，被被电电离离层层反反射射。用用于于业业余余无无线线电电通通信信、民民用用无无线线电电、国国际广播、军事通信等，频率范围：际广播、军事通信等，频率范围：3MHz30MHz。v5）甚高频（甚高频（VHF）v视视距距传传播播。用用于于电电视视广广播播、调调频频广广播播、飞飞机机通通信信导导航航等等。频频率率范范围围：30M

32、Hz300MHz。v6）超高频（超高频（UHF）v视视距距传传播播，用用于于电电视视广广播播、移移动动通通信信、微微波波通通信信等等。频频率率范范围围：300MHz3GHz。第第2章章信息与信道信息与信道v7）特高频（特高频（SHF）v视视距距或或空空间间传传播播。用用于于地地面面微微波波通通信信、雷雷达达、卫卫星星通通信信等等。频频率率范范围围：3GHz30GHz。v8）极高频（极高频（EHF）v空空 间间 传传 播播。用用 于于 雷雷 达达、卫卫 星星 及及 实实 验验 性性 通通 信信 等等。频频 率率 范范 围围：30GHz300GHz。v2.地面微波地面微波v微微波波通通信信：是是指

33、指用用微微波波频频率率作作载载波波携携带带信信息息，通通过过空空间间传传播播进进行行通通信信的的方式。方式。v特点：特点：微波频率高，带宽宽，信道容量大，数据传输速率高。微波频率高，带宽宽，信道容量大，数据传输速率高。v应用：应用：地面微波通信和无线局域网技术中。地面微波通信和无线局域网技术中。v频率范围：频率范围：300MHz300GHz，应用较多的是应用较多的是240GHz。第第2章章信息与信道信息与信道v典型的数字微波通信系统参数典型的数字微波通信系统参数v地地面面微微波波直直线线传传播播。由由于于地地球球表表面面的的曲曲率率和和障障碍碍物物，在在地地面面上上的的传传播播距距离离受受到到

34、了了限限制制，为为此此，微微波波天天线线通通常常位位于于非非常常高高的的地地方方。传传播播距距离离一一般般不不超超过过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。在地面上进行远距离传输，必须通过多次中继接力来实现。v双双向向传传输输需需要要两两个个不不同同的的频频率率，一一个个用用于于正正向向传传输输，另另一一个个用用于于反反向向传传输输，同一副天线可以收发公用。同一副天线可以收发公用。频段（频段（GHz）带宽（带宽（MHz）速率（速率（Mb/s）271263090114013518220274第第2章章信息与信道信息与信道v3.卫星信道卫星信道v卫星通信卫星通信:利用卫星作

35、为中继站，通过利用卫星作为中继站，通过微波频带微波频带转发无线电信号，实现远转发无线电信号，实现远距离、大范围内地球站之间的通信。距离、大范围内地球站之间的通信。v在在地地球球上上设设立立地地球球站站，包包括括陆陆地地上上、海海洋洋中中和和大大气气层层内内的的通通信信站站点点。地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地球表面第第2章章信息与信道信息与信道v收收地地球球站站。卫卫星星信信道道也也是是利利用用微微波波频频带带。近近年年来来，卫卫星星通通信信发发展展迅迅速速，目目前前已已广广泛泛应应用用于于电电视

36、视广广播播、长长途途电电话话、数数据据通通信信等等领领域域。数数据据通通信信中中常租用卫星链路实现数据业务的远距离传输。常租用卫星链路实现数据业务的远距离传输。v地地球球同同步步卫卫星星:运运行行于于赤赤道道上上空空，距距地地球球表表面面约约35786Km，与与地地球球表表面面相相对对静静止止。一一颗颗地地球球同同步步卫卫星星发发射射的的电电磁磁波波大大约约覆覆盖盖地地球球表表面面的的三三分分之之一一，3颗颗分分别别相相隔隔120o的的地地球球同同步步卫卫星星可可以以覆覆盖盖除除南南北北两两极极地地区区以以外外的的整整个个地地球球的的大大部部分分有有人人居居住住区区，能能实实现现全全球球通通信

37、信。地地球球同同步步卫卫星星相相当当于于一一个个中中继继站站，通通过过卫卫星星转转发发可可以以实实现现地地球球站站之之间间的的通通信信。卫卫星星在在一一个个频频段段上接收信号，将信号放大和再生后从另一个频段上转发出去。上接收信号，将信号放大和再生后从另一个频段上转发出去。v上行信道上行信道:地球站向卫星发送信号的信道。地球站向卫星发送信号的信道。v下行信道下行信道:卫星向地球站转发信号的信道。卫星向地球站转发信号的信道。v卫卫星星通通信信特特点点：费费用用与与通通信信距距离离无无关关、覆覆盖盖面面积积大大、不不受受地地理理条条件件的的限限制、通信带宽宽，是国际干线通信的主要手段。制、通信带宽宽

38、，是国际干线通信的主要手段。第第2章章信息与信道信息与信道vC频频段段是是目目前前使使用用较较多多的的一一个个频频段段，位位于于卫卫星星通通信信最最佳佳频频段段（110GHz范范围围内内)。该该频频段段面面临临饱饱和和，出出现现了了Ku和和Ka频频段段。这这两两个个频频段段信信号号衰衰减减严重。严重。第第2章章信息与信道信息与信道v在在C频频段段，地地球球站站使使用用5.925GHz6.425GHz频频带带（上上行行频频率率）向向卫卫星星发发送送信信号号，卫卫星星使使用用3.7GHz4.2GHz频频带带（下下行行频频率率）向向地地球球站站转转发发信信号号。将将二二者者统统称称为为4/6GHz频

39、频段段。上上行行频频率率和和下下行行频频率率不不同同，是是为为了了使使卫卫星星发发射射和和接收不产生干扰。接收不产生干扰。波段波段频率范围频率范围上行频率上行频率下行频率下行频率UHF400MHz/201GHz2GHz400MHz200MHzL1GHz2GHz1.6GHz1.5GHzS2GHz4GHzC4GHz8GHz6GHz4GHzX8GHz12GHz8GHz7GHzKu12GHz18GHz14GHz12GHzK18GHz27GHzKa27GHz40GHz30GHz20GHzV40GHz75GHz第第2章章信息与信道信息与信道v卫卫星星距距地地球球较较远远，信信号号传传输输延延迟迟时时间间长

40、长，从从地地球球到到卫卫星星或或者者从从卫卫星星到到地地球球信信号号单单程程延延迟迟时时间间大大约约是是270ms。天天气气对对卫卫星星信信号号传传输输也也有有影影响响。卫卫星星通通信信覆覆盖盖地地域域广广、通通信信距距离离远远、费费用用与与通通信信距距离离无无关关、通通信信链链路路频频带带宽宽、通通信信容容量量大大、可可靠靠性性高高、不不受受地地理理条条件件限限制制等等优优点点，目目前前已已成成为为国国际际干干线通信的主要手段。线通信的主要手段。v20世世纪纪90年年代代以以来来，出出现现了了中中、低低轨轨道道卫卫星星移移动动通通信信的的新新方方法法，作作为为陆陆地地移移动动通通信信系系统统

41、的的补补充充和和扩扩展展，与与地地面面公公用用通通信信网网有有机机结结合合，可可实实现现全全球球个个人人移移动动通通信信。中中轨轨道道卫卫星星距距地地球球表表面面为为500015000km，低低轨轨道道卫卫星星距距地地球球表表面面为为5002000km。中中、低低轨轨道道卫卫星星高高度度比比较较低低，每每颗颗卫卫星星覆覆盖盖地地球球表表面面要要比比地地球球同同步步卫卫星星小小得得多多，可可利利用用多多颗颗卫卫星星实实现现全全球球的的覆覆盖盖。由由于于卫卫星星数数目目众众多多，在在地地球球上上任任何何地地点点每每时时每每刻刻都都有有一一颗颗卫卫星星对对其其覆覆盖盖，以以保保证证地地面面与与卫卫星

42、星之之间间的的通通信信。卫卫星星之之间间通通过过接接力力通通信信，从从而而实实现现全全球球通信。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。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。v低轨道卫星通信工作在低轨道卫星通信工作在L频段，卫星之间通信使用频段，卫星之间通信使用Ku频段。频段。第第2章章信息与信道信息与信道v4.激光激光 v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，用激光进行通信无需申请频率分配。激光传输信号必

43、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，这称为避免敷设电缆的困难，这称为“无线光通信无线光通信”（FSO）。）。v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

44、接每一建筑物内的网路。筑物内的网路。v 5.红外线红外线 v红外线通信：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。传输。v频率范围：频率范围：是是3101121014Hz。第第2章章信息与信道信息与信道v特特点点：红红外外线线不不受受电电磁磁干干扰扰，不不受受国国家家无无线线电电管管理理委委员员会会的的限限制制，1993年年红红外外线线技技术术成成为为了了PC的的一一项项通通信信标标准准。红红外外线线穿穿透透非非透透明明物物体体的的能能力力极极差差，不不能能穿穿透透墙墙壁壁。一一般般限限制制在在室室内内和和近近距距离离

45、传传输输，有有效效通通信信距距离离不不超过超过50m。v红红外外线线设设备备相相对对比比较较便便宜宜，无无需需天天线线。发发送送器器和和接接收收器器可可任任意意安安装装在在室室内内或或室室外外，但但需需使使它它们们之之间间处处于于视视线线范范围围内内，中中间间不不能能有有障障碍碍物物。红红外外线线具具有有很很强强的的方方向向性性，很很难难被被窃窃听听和和干干扰扰，但但雨雨雪雪、沙沙尘尘、云云雾雾和和障障碍碍物等影响其传输。物等影响其传输。v红红外外技技术术的的成成本本要要比比激激光光技技术术低低得得多多，且且设设备备寿寿命命长长，同同时时受受天天气气的的影影响也小。响也小。v红红外外、激激光光和和微微波波都都是是沿沿直直线线传传播播，它它们们都都需需要要在在收收发发之之间间有有一一条条视视线线通通路路。三三者者对对环环境境气气候候较较为为敏敏感感，例例如如对对雨雨、雾雾、雷雷电电等等。相相对对来来说说，微波对一般雨和雾的敏感度要低一些。微波对一般雨和雾的敏感度要低一些。