现代通信技术基础蒋青主编全解.pptx

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1、 任何一个通信系统，均可视为由发送任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成。因此，端、信道和接收端三大部分组成。因此，信道是通信系统必不可少的组成部分，信信道是通信系统必不可少的组成部分，信道特性的好坏直接影响到系统的总特性。道特性的好坏直接影响到系统的总特性。随着通信技术的发展和通信系统的广随着通信技术的发展和通信系统的广泛应用，通信网的规模和需求越来越大。泛应用，通信网的规模和需求越来越大。因此系统容量就成为一个非常重要的问题。因此系统容量就成为一个非常重要的问题。一方面，原来只传输一路信号一方面，原来只传输一路信号第第1页页/共共79页页的链路上，现在可能要求传输多路

2、信号。的链路上，现在可能要求传输多路信号。另一方面，通常一条链路的频带很另一方面，通常一条链路的频带很宽，足以容纳多路信号传输。所以，多路宽，足以容纳多路信号传输。所以，多路独立信号在一条链路上传输，即多路通信独立信号在一条链路上传输，即多路通信就应运而生了。就应运而生了。本章重点介绍信道和信道复用的基本本章重点介绍信道和信道复用的基本概念。概念。第第2页页/共共79页页3.1 通信信道通信信道 信道是信息传输的通道。信道连接发信道是信息传输的通道。信道连接发送端和接收端的通信设备，并将信号从发送端和接收端的通信设备，并将信号从发送端传送到接收端，完成点对点通信。在送端传送到接收端，完成点对点

3、通信。在现代通信网中，信道作为传输链路可连接现代通信网中，信道作为传输链路可连接网络节点的交换设备，从而构成多个用户网络节点的交换设备，从而构成多个用户连接的网络。信号必须依靠传输媒介进行连接的网络。信号必须依靠传输媒介进行传输。按传输媒介的不同，信道可以分为传输。按传输媒介的不同，信道可以分为有线信道和无线信道两大类。有线信道指有线信道和无线信道两大类。有线信道指第第3页页/共共79页页利用人造的传输媒体来传输信号，如明线、利用人造的传输媒体来传输信号，如明线、对称电缆、同轴电缆以及光缆等。无线信对称电缆、同轴电缆以及光缆等。无线信道指利用电磁波在空间传播来传输信号，道指利用电磁波在空间传播

4、来传输信号，包括地波传波、短波电离层反射、超短波包括地波传波、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继等。或微波视距中继、人造卫星中继等。第第4页页/共共79页页3.1.1 有线信道有线信道 在有线信道传输方式中，电磁波沿着在有线信道传输方式中，电磁波沿着有线介质传播并构成直接信息流通的通路。有线介质传播并构成直接信息流通的通路。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆和光缆等。和光缆等。1、明线、明线 明线是指平行架设在电线杆上的架空明线是指平行架设在电线杆上的架空线路，如图线路，如图31所示。它本身是导电裸线所示。它本身是导电裸线或带绝缘层的导线。

5、其传输损耗低，但是或带绝缘层的导线。其传输损耗低，但是易受天气和环境的影响，对外界噪声干扰易受天气和环境的影响，对外界噪声干扰第第5页页/共共79页页较敏感，并且很难沿一条路径架设大量的较敏感，并且很难沿一条路径架设大量的（成百对）线路，故目前已经逐渐被电缆（成百对）线路，故目前已经逐渐被电缆所代替。所代替。第第6页页/共共79页页2、对称电缆、对称电缆 对称电缆是由若干对叫做芯线的双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。为了减小各线放在一根保护套内制成的。为了减小各对导线之间的干扰，每一对导线都做成扭对导线之间的干扰，每一对导线都做成扭绞形状的，称为双绞线。保护套则是由

6、几绞形状的，称为双绞线。保护套则是由几层金属屏蔽层和绝缘层组成的，它还有增层金属屏蔽层和绝缘层组成的，它还有增大电缆机械强度的作用。对称电缆的芯线大电缆机械强度的作用。对称电缆的芯线比明线细，直径约在比明线细，直径约在0.41.4 mm，故其损，故其损耗较明线大，但是性能较稳定。图耗较明线大，但是性能较稳定。图32所所示为对称电缆实例图示为对称电缆实例图第第7页页/共共79页页3、同轴电缆、同轴电缆 同轴电缆则是由内外两根同心圆柱形导同轴电缆则是由内外两根同心圆柱形导体构成的，在这两根导体间用绝缘体隔离体构成的，在这两根导体间用绝缘体隔离开。外导体自然应是一根空心导管，内导开。外导体自然应是一

7、根空心导管，内导体多为实心导线。在内外导体间可以填充体多为实心导线。在内外导体间可以填充满塑料作为电介质，或者用空气作介质但满塑料作为电介质，或者用空气作介质但同时有塑料支架用于连接和固定内外导体。同时有塑料支架用于连接和固定内外导体。由于外导体通常接地，所以它同时能够很由于外导体通常接地，所以它同时能够很好地起到屏蔽作用。在实用中多将几根同好地起到屏蔽作用。在实用中多将几根同轴电缆和几根电线放入同一根保护套轴电缆和几根电线放入同一根保护套第第8页页/共共79页页内，以增强传输能力；其中的几根电线则内，以增强传输能力；其中的几根电线则用来传输控制信号或供给电源。用来传输控制信号或供给电源。第第

8、9页页/共共79页页4、光纤和光缆、光纤和光缆（1）光纤）光纤 传输光信号的有线信道是光导纤维，传输光信号的有线信道是光导纤维，简称光纤。光纤是由华裔科学家高锟简称光纤。光纤是由华裔科学家高锟(Charles Kuen Kao)发明的。他于发明的。他于1966年年发表的一篇题为发表的一篇题为适合于光频率的绝缘介适合于光频率的绝缘介质纤维表面波导质纤维表面波导的论文奠定了光纤发展的论文奠定了光纤发展和应用的基础。因此，他被认为是和应用的基础。因此，他被认为是“光纤光纤之父之父”。第第10页页/共共79页页 光纤是工作在光频下的一种介质波导，光纤是工作在光频下的一种介质波导，它引导光能沿着轴线平行

9、方向传输。光纤它引导光能沿着轴线平行方向传输。光纤的材料主要是石英玻璃，民间又称光纤为的材料主要是石英玻璃，民间又称光纤为石英玻璃丝，它的直径只有石英玻璃丝，它的直径只有125m，如，如同人的头发丝粗细。在通信中同人的头发丝粗细。在通信中,它与原有它与原有传输线相比，是一种新型信息传输介质，传输线相比，是一种新型信息传输介质，但它比原有传输线传送的信息量要高出成但它比原有传输线传送的信息量要高出成千上万倍，可达到千兆比特千上万倍，可达到千兆比特/秒，而且衰秒，而且衰耗极低。耗极低。第第11页页/共共79页页 光纤是由两种不同折射率的玻璃材料光纤是由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成。拉制而成。第

10、第12页页/共共79页页仅有纤芯和包层的光钎是裸光纤。裸光纤仅有纤芯和包层的光钎是裸光纤。裸光纤十分脆弱，并不实用，为了提高光纤的抗十分脆弱，并不实用，为了提高光纤的抗拉力及弯曲强度，还需要在包层外加上一拉力及弯曲强度，还需要在包层外加上一层涂覆层，其作用是为了进一步确保光纤层涂覆层，其作用是为了进一步确保光纤不受外界的机械作用和吸收诱发微变的剪不受外界的机械作用和吸收诱发微变的剪切应力。实用的光纤一般在涂覆层的外面切应力。实用的光纤一般在涂覆层的外面再加一层套塑（也称两次涂覆）。再加一层套塑（也称两次涂覆）。第第13页页/共共79页页 光纤分类可依据材料、波长、传输模光纤分类可依据材料、波长

11、、传输模式的数量、纤芯折射率分布、制造方法的式的数量、纤芯折射率分布、制造方法的不同，将其分为多种。不同，将其分为多种。根据光纤横截面上折射率分布的不同，根据光纤横截面上折射率分布的不同，可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。阶跃型可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。阶跃型光纤其纤芯的折射率均为常数，折射率在光纤其纤芯的折射率均为常数，折射率在纤芯与包层的界面上发生突变。渐变型光纤芯与包层的界面上发生突变。渐变型光纤纤芯的折射率随着半径的增加按接近抛纤纤芯的折射率随着半径的增加按接近抛物线型的规律变小，至界面处纤芯折射率物线型的规律变小，至界面处纤芯折射率等于包层的折射率。等于包层的折射率。第第14页页/共

12、共79页页 根据光纤中传输模式数量的不同，可根据光纤中传输模式数量的不同，可分为单模光纤和多模光纤。模式是指电磁分为单模光纤和多模光纤。模式是指电磁场的分布形式。单模光纤的纤芯直径小，场的分布形式。单模光纤的纤芯直径小，约为约为4m10m，只能传输一种模式。，只能传输一种模式。单模光纤传输频带宽、容量大，是当前应单模光纤传输频带宽、容量大，是当前应用和研究的重点。多模光纤可传输多种模用和研究的重点。多模光纤可传输多种模式，多模光纤纤芯的直径约为式，多模光纤纤芯的直径约为50m75m，多模光纤可以用于短距离、小容，多模光纤可以用于短距离、小容量的局域网。量的局域网。第第15页页/共共79页页（2

13、）光缆）光缆 为了使光纤能在工程中实用化，为了使光纤能在工程中实用化，能承受能承受工程中拉伸、侧压和各种外力作用，还要工程中拉伸、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。同种类的光缆以适应光纤通信的需要。光缆的基本结构光缆的基本结构 根据不同用途和不同的环境条件，光缆根据不同用途和不同的环境条件，光缆的种类很多，但不论光缆的具体结构形式的种类很多，但不论光缆的具体结构形式如何，都是由缆芯、加强元件和护层组成。如何，都是由缆芯、加强元件

14、和护层组成。第第16页页/共共79页页 缆芯：由于光缆主要靠光纤来完成传缆芯：由于光缆主要靠光纤来完成传输信息任务的，因此缆芯是由光纤芯线组输信息任务的，因此缆芯是由光纤芯线组成。它可分为单芯型和多芯型两种。单芯成。它可分为单芯型和多芯型两种。单芯型是指由单根光纤经二次涂覆处理后的光型是指由单根光纤经二次涂覆处理后的光纤组成；多芯型是指由多根光纤经二次涂纤组成；多芯型是指由多根光纤经二次涂覆处理后的光纤组成。覆处理后的光纤组成。加强元件：由于光纤材料质地脆，容加强元件：由于光纤材料质地脆，容易断裂，为了使光缆便于承受敷设安装时易断裂，为了使光缆便于承受敷设安装时所加的外力等，在光缆的中心或四周

15、要加所加的外力等，在光缆的中心或四周要加一根或多根加强元件。加强元件的材料可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合成纤维用钢丝或非金属的合成纤维增强塑料增强塑料（FRP）等。）等。第第17页页/共共79页页 护层：光缆的护层主要是对已形成缆护层：光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外部机的光纤芯线起保护作用，避免受外部机械力和环境损坏。因此要求护层具有耐械力和环境损坏。因此要求护层具有耐压力、防潮、湿度特性好、重量轻、耐压力、防潮、湿度特性好、重量轻、耐化学浸蚀、阻燃等特点。光缆的护层可化学浸蚀、阻燃等特点。光缆的护层可分为内护层和外护层，内护层一般采用分为内

16、护层和外护层，内护层一般采用聚乙烯或聚氯乙烯等，外护层可根据敷聚乙烯或聚氯乙烯等，外护层可根据敷设条件而定，可采用铝带和聚乙烯组成设条件而定，可采用铝带和聚乙烯组成的的LAP外护套加钢丝恺装等。外护套加钢丝恺装等。第第18页页/共共79页页3.1.2 无线信道无线信道1、电磁波、电磁波 在无线信道中，信号的传输是利用电磁在无线信道中，信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。所谓电磁波，波在空间的传播来实现的。所谓电磁波，简单地说，就是电和磁的波动过程，是向简单地说，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

17、磁波和我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，都是一种们周围存在的水波、声波一样，都是一种波动过程。所不同的是，人的眼睛可以看波动过程。所不同的是，人的眼睛可以看到水波，耳朵可以听到声波。但我们既看到水波，耳朵可以听到声波。但我们既看不见也听不到电磁波。不见也听不到电磁波。第第19页页/共共79页页正弦波是最简单的波动过程，也是最重要正弦波是最简单的波动过程，也是最重要的波动过程。它是研究各种电磁波的基础的波动过程。它是研究各种电磁波的基础形式。形式。2.5节中已介绍，正弦波具有振幅、节中已介绍，正弦波具有振幅、频率以及相位三个要素。正弦波的另一个频率以及相位三个要素

18、。正弦波的另一个基本参数是波长，用表示，单位是米。波基本参数是波长，用表示，单位是米。波长和频率之间的关系是长和频率之间的关系是其中为其中为 光速，光速，。第第20页页/共共79页页 由于电磁波的发射和接收是用天线进由于电磁波的发射和接收是用天线进行的，为了有效地发射或接收电磁波，要行的，为了有效地发射或接收电磁波，要求天线的尺寸不小于电磁波波长的求天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10。因此，频率过低，波长过长，则天线难于因此，频率过低，波长过长，则天线难于实现。例如，若电磁波的频率等于实现。例如，若电磁波的频率等于1000Hz，则其波长等于，则其波长等于300km。这时，要。这时，要求天线的

19、尺寸大于求天线的尺寸大于30km。所以，通常用。所以，通常用于通信的电磁波频率都比较高。于通信的电磁波频率都比较高。第第21页页/共共79页页 无线电波是人们认识最早、应用最广无线电波是人们认识最早、应用最广的电磁波。无线电波的波长在的电磁波。无线电波的波长在0.75毫米到毫米到100千米之间，对应的频率在赫兹到赫兹千米之间，对应的频率在赫兹到赫兹之间。实际中，按频率的高低或波长的长之间。实际中，按频率的高低或波长的长短将无线电波划分为若干频段。它们之间短将无线电波划分为若干频段。它们之间的对应关系及应用范围见表的对应关系及应用范围见表3.12。第第22页页/共共79页页表表3.12 通信频段

20、通信频段、常用传输媒质及主要用途常用传输媒质及主要用途 第第23页页/共共79页页 通常把频率为通常把频率为300MHz300GHz的频的频段称为微波，波长在段称为微波，波长在0.75毫米以下的电磁毫米以下的电磁波，统称为光波。我们最熟悉的光波是可波，统称为光波。我们最熟悉的光波是可见光。除此以外，人们又先后发现了红外见光。除此以外，人们又先后发现了红外线、紫外线、线、紫外线、X射线及射线等不可见光。射线及射线等不可见光。2、电波的传播方式、电波的传播方式 利用无线电波传递信息时，电波要经利用无线电波传递信息时，电波要经过发射、传播、接收等几个环节。那么，过发射、传播、接收等几个环节。那么，不

21、同频率的无线电波是怎样传播的呢？下不同频率的无线电波是怎样传播的呢？下面介绍电波的面介绍电波的4种主要传播方式，即地波种主要传播方式，即地波传播、天波传播、视距传播和散射传播。传播、天波传播、视距传播和散射传播。第第24页页/共共79页页（1）地波传播）地波传播 地波传播是指无线电波沿地球表面传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播，又称绕射传播或地表面波传播第第25页页/共共79页页（2）天波传播）天波传播 天波传播也叫电离层反射传播，是指无天波传播也叫电离层反射传播，是指无线电波经天空中电离层的反射或折射后返线电波经天空中电离层的反射或折射后返回地面的传播方式。回

22、地面的传播方式。第第26页页/共共79页页但电离层对长波和中波吸收较多而对短波但电离层对长波和中波吸收较多而对短波吸收较少，因而短波通信更适合以天波方吸收较少，因而短波通信更适合以天波方式传播。比短波频率更高的超短波及微波式传播。比短波频率更高的超短波及微波可以穿过电离层，因而它们也不能靠电离可以穿过电离层，因而它们也不能靠电离层反射来传播。层反射来传播。第第27页页/共共79页页（3）空间波传播）空间波传播 空间波传播也称视距传播，是指收发空间波传播也称视距传播，是指收发两端处在视距范围内，能互相两端处在视距范围内，能互相“看得见看得见”时的电波直线传播方式。时的电波直线传播方式。第第28页

23、页/共共79页页 视距传播时易受到高山和大的建筑物视距传播时易受到高山和大的建筑物的阻隔，因此为了加大传输距离，就要把的阻隔，因此为了加大传输距离，就要把发射天线架高，做成大铁塔。但由于受地发射天线架高，做成大铁塔。但由于受地球曲面的影响，一般的传输距离也不过球曲面的影响，一般的传输距离也不过50千米左右。为了加大传输距离，通常采用千米左右。为了加大传输距离，通常采用接力通信的方式，即每隔一定的距离设立接力通信的方式，即每隔一定的距离设立一个接力站，像接力赛跑一样，把信息传一个接力站，像接力赛跑一样，把信息传到远方，如图到远方，如图312所示。所示。第第29页页/共共79页页（4）散射波传播）

24、散射波传播 散射波传播对于那些无法建立微波接力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，可以利站的地区大海、岛屿之间的通信，可以利用散射波传递信息。散射波传播包括对流用散射波传递信息。散射波传播包括对流层散射和电离层散射传播。对流层是指比层散射和电离层散射传播。对流层是指比电离层低的不均匀气团。散射传播的工作电离层低的不均匀气团。散射传播的工作频段主要是超短波和微波，通信距离最大频段主要是超短波和微波，通信距离最大可达可达600800千米。千米。第第30页页/共共79页页3、电波传播的窗口、电波传播的窗口天线天线（1）天线的作用）天线的作用 信息的发射与接收离不开天线，天

25、线信息的发射与接收离不开天线，天线是电波传播的窗口。天线的基本功能是辐是电波传播的窗口。天线的基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，通过天线把射和接收无线电波。发射时，通过天线把高频信号辐射到空中去，接收时，通过天高频信号辐射到空中去，接收时，通过天线把高频信号收集起来。线把高频信号收集起来。第第31页页/共共79页页发射天线是一种将高频信号能量变换为电发射天线是一种将高频信号能量变换为电磁波能量，并将电磁波辐射到预定方向的磁波能量，并将电磁波辐射到预定方向的装置。接收天线则是一种将装置。接收天线则是一种将第第32页页/共共79页页无线电波的能量变换成高频信号能量，无线电波的能量变换成高频信号

26、能量，同时还是能分辨出由预定方向传来电磁同时还是能分辨出由预定方向传来电磁波的装置。所以接收天线与发射天线的波的装置。所以接收天线与发射天线的作用是一个可逆过程，因此，同一天线作用是一个可逆过程，因此，同一天线既可用作发射也可用作接收用。既可用作发射也可用作接收用。为了使高频信号在天线上形成谐振，为了使高频信号在天线上形成谐振，将天线的长度取为电磁波波长的将天线的长度取为电磁波波长的1/2或者或者1/4。当频率较低时，电磁波的波长很长，。当频率较低时，电磁波的波长很长，天线尺寸过大，当频率过高时天线的尺天线尺寸过大，当频率过高时天线的尺寸又会很小。寸又会很小。第第33页页/共共79页页（2）天

27、线的分类）天线的分类 天线品种繁多，主要有下列几种分类天线品种繁多，主要有下列几种分类方式：按用途可分为基地台天线（方式：按用途可分为基地台天线（base station antenna）和移动台天线（）和移动台天线（mobile portable antennas）按工作频段可划分为）按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微超长波、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波天线；按其方向可划分为全向和定向天线。线。第第34页页/共共79页页 天线有各种各样的用途，例如用于无天线有各种各样的用途，例如用于无线电广播和电视广播的全向发射天线，对线电广播和电视

28、广播的全向发射天线，对准入射波方向的定向接收天线，移动电话准入射波方向的定向接收天线，移动电话用的全方位发射用的全方位发射/接收天线，微波通信和卫接收天线，微波通信和卫星广播用的定向接收天线，宽频带天线和星广播用的定向接收天线，宽频带天线和窄频带天线等。实际中必须根据天线的用窄频带天线等。实际中必须根据天线的用途来决定天线的形状。途来决定天线的形状。第第35页页/共共79页页3.1.3 通信信道特性通信信道特性 1、恒参信道对信号传输的影响、恒参信道对信号传输的影响 3.1.1节和节和3.1.2节中讨论的无线信道和节中讨论的无线信道和有线信道中，各种有线信道和部分无线信有线信道中，各种有线信道

29、和部分无线信道，包括卫星链路和某些视距传输链路，道，包括卫星链路和某些视距传输链路，可以看作恒参信道，因为它们的特性变化可以看作恒参信道，因为它们的特性变化很小、很慢，可以视做其参量恒定。可以很小、很慢，可以视做其参量恒定。可以把恒参信道当做一个非时变线性网络来分把恒参信道当做一个非时变线性网络来分析。该线性网络的传输特性析。该线性网络的传输特性 可以用可以用幅度幅度频率特性频率特性 和相位和相位频率特性频率特性 第第36页页/共共79页页来表征。即来表征。即（3.12）要使任意一个信号通过线性网络不产要使任意一个信号通过线性网络不产生波形失真，网络的传输特性应该具备以生波形失真，网络的传输特

30、性应该具备以下两个理想条件：下两个理想条件：（1）网络的幅度频率特性）网络的幅度频率特性 是一是一个不随频率变化的常数，如图个不随频率变化的常数，如图316（a）所示，其中为常数。所示，其中为常数。第第37页页/共共79页页 （2）网络的相位频率特性）网络的相位频率特性 应与频应与频率成直线关系，如图率成直线关系，如图316（b）所示，其中）所示，其中 为常数。为常数。网络的相位频率特性网络的相位频率特性 常用群时常用群时延频率特性来表示。所谓群时延频率延频率特性来表示。所谓群时延频率特性是指相位频率特性的导数，即特性是指相位频率特性的导数，即（3.13）可见，对于理想的无失真信道，如果相频可

31、见，对于理想的无失真信道，如果相频特性是线性的，则群时延频率特性是特性是线性的，则群时延频率特性是条水平直线，如图条水平直线，如图316（c）所示。）所示。第第38页页/共共79页页（a）幅频特性）幅频特性 （b）相频特性）相频特性（c）群时延频率特性）群时延频率特性 图图316 理想的幅频特性、相频特性、群时延频率特性理想的幅频特性、相频特性、群时延频率特性 第第39页页/共共79页页 信号经过恒参信道时，若信道的幅度信号经过恒参信道时，若信道的幅度特性在信号频带内不是常数，则信号的各特性在信号频带内不是常数，则信号的各频率分量通过信道后将产生不同的幅度衰频率分量通过信道后将产生不同的幅度衰

32、减，从而引起信号波形的失真，我们称这减，从而引起信号波形的失真，我们称这种失真为幅频失真；幅频失真对模拟种失真为幅频失真；幅频失真对模拟通信影响较大，导致信噪比下降。通信影响较大，导致信噪比下降。若信道的相频特性在信号频带内不是频若信道的相频特性在信号频带内不是频率的线性函数，则信号的各频率分量通过率的线性函数，则信号的各频率分量通过信道后将产生不同的时延，从而引起波形信道后将产生不同的时延，从而引起波形的群时延失真，我们称这种失真为相频的群时延失真，我们称这种失真为相频第第40页页/共共79页页失真。相频失真对语音通信影响不大，失真。相频失真对语音通信影响不大，但对数字通信影响较大，会引起严

33、重的码但对数字通信影响较大，会引起严重的码间干扰，造成误码。间干扰，造成误码。信道的幅频失真是一种线性失真，信道的幅频失真是一种线性失真，可以用一个线性网络进行补偿。若此线性可以用一个线性网络进行补偿。若此线性网络的频率特性与信道的幅网络的频率特性与信道的幅频特性之频特性之和，在信号频谱占用的频带内，为一条水和，在信号频谱占用的频带内，为一条水平直线，则此补偿网络就能够完全抵消信平直线，则此补偿网络就能够完全抵消信道产生的幅频失真。信道的相频失真道产生的幅频失真。信道的相频失真也是一种线性失真，所以也可以用一个线也是一种线性失真，所以也可以用一个线性网络进行补偿。性网络进行补偿。第第41页页/

34、共共79页页2、随参信道对信号传输的影响、随参信道对信号传输的影响 许多无线信道都是随参信道，例如依许多无线信道都是随参信道，例如依靠天波和地波传播的无线电信道，某些视靠天波和地波传播的无线电信道，某些视距传输信道和各种散射信道。随参信道的距传输信道和各种散射信道。随参信道的参数随时间随机快变化，所以它的特性比参数随时间随机快变化，所以它的特性比恒参信道要复杂，对传输信号的影响也较恒参信道要复杂，对传输信号的影响也较为严重。影响信道特性的主要因素是传输为严重。影响信道特性的主要因素是传输媒介，如电离层的反射和散射，对流层的媒介，如电离层的反射和散射，对流层的散射等。随参信道的传输媒质有以下散射

35、等。随参信道的传输媒质有以下3个个特点特点：第第42页页/共共79页页 （1）对信号的衰耗随时间而变化。在）对信号的衰耗随时间而变化。在随参信道中，传输媒介参数随气象条件和随参信道中，传输媒介参数随气象条件和时间的变化而随机变化。如电离层对电波时间的变化而随机变化。如电离层对电波的吸收特性随年份、季节、白天和黑夜在的吸收特性随年份、季节、白天和黑夜在不断地变化，因而对传输信号的衰减也在不断地变化，因而对传输信号的衰减也在不断地发生变化，这种变化通常称为衰落。不断地发生变化，这种变化通常称为衰落。但是，由于这种信道参数的变化相对而言但是，由于这种信道参数的变化相对而言是十分缓慢的，所以称这种衰落

36、为是十分缓慢的，所以称这种衰落为“慢衰慢衰落落”。慢衰落对传输信号。慢衰落对传输信号第第43页页/共共79页页的影响可以通过调节设备的增益来补偿。的影响可以通过调节设备的增益来补偿。实际中，还存在一种实际中，还存在一种“快衰落快衰落”，后面将，后面将介绍的由多径传播所引起的衰落就属于介绍的由多径传播所引起的衰落就属于“快衰落快衰落”。（2）传输的时延随时间而变化。）传输的时延随时间而变化。（3）多径传播。由发射点出发的电波）多径传播。由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点，这种现象称可能经多条路径到达接收点，这种现象称为多径传播。为多径传播。第第44页页/共共79页页 由于随参信道传输媒质

37、的上述特性，由于随参信道传输媒质的上述特性，不可避免对信号的传输会产生各种衰落。不可避免对信号的传输会产生各种衰落。随参信道的衰落，将会严重地影响系统的随参信道的衰落，将会严重地影响系统的性能。为了抗快衰落，通常可采用多种措性能。为了抗快衰落，通常可采用多种措施，例如，各种抗衰落的调制解调技术、施，例如，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。有效且常用的抗衰落措施是分集接收技术。第第45页页/共共79页页3、信道中的噪声、信道中的噪声 我们将信道中不需要的电信号统称为我们将信道中不需要的电信号统称

38、为噪声。通信系统中没有传输信号时也有噪噪声。通信系统中没有传输信号时也有噪声，噪声永远存在于通信系统中。由于这声，噪声永远存在于通信系统中。由于这样的噪声是叠加在信号上的，所以有时将样的噪声是叠加在信号上的，所以有时将其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是有害的，它能使模拟信号失真，使数字信有害的，它能使模拟信号失真，使数字信号发生错码，并随之限制着信息的传输速号发生错码，并随之限制着信息的传输速率。率。（1）噪声按照来源分类，可以分为人为）噪声按照来源分类，可以分为人为噪声和自然噪声两大类。噪声和自然噪声两大类。第第46页页/共共79页页人为噪声是指由人类的

39、活动产生的噪声。人为噪声是指由人类的活动产生的噪声。例如电钻和电气开关瞬态造成的电火花、例如电钻和电气开关瞬态造成的电火花、汽车点火系统产生的电火花、荧光灯产生汽车点火系统产生的电火花、荧光灯产生的干扰、其它电台和家电用具产生的电磁的干扰、其它电台和家电用具产生的电磁波辐射等。波辐射等。自然噪声是指自然界中存在的各种电自然噪声是指自然界中存在的各种电磁波辐射。例如闪电、大气噪声，以及来磁波辐射。例如闪电、大气噪声，以及来自太阳和银河系等的宇宙噪声。此外还有自太阳和银河系等的宇宙噪声。此外还有一种很重要的自然噪声，即热噪声。热噪一种很重要的自然噪声，即热噪声。热噪声来自一切电阻性元器件中声来自一

40、切电阻性元器件中第第47页页/共共79页页电子的热运动。例如，导线、电阻和半导电子的热运动。例如，导线、电阻和半导体器件等均会产生热噪声。所以热噪声无体器件等均会产生热噪声。所以热噪声无处不在，不可避免地存在于一切电子设备处不在，不可避免地存在于一切电子设备中。中。（2）噪声按照性质分类，可以分为脉冲）噪声按照性质分类，可以分为脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声三类。噪声、窄带噪声和起伏噪声三类。脉冲噪声是突发性地产生的幅度很大、持脉冲噪声是突发性地产生的幅度很大、持续时间很短、间隔时间很长的干扰。由于续时间很短、间隔时间很长的干扰。由于其持续时间很短，故其频谱较宽，可以从其持续时间很短，故其频谱较

41、宽，可以从低频一直分布到甚高频，但是频率越高其低频一直分布到甚高频，但是频率越高其频谱的强度越小。电火花就是一种典型的频谱的强度越小。电火花就是一种典型的脉冲噪声。脉冲噪声。第第48页页/共共79页页 窄带噪声是一种非所需的连续的已调窄带噪声是一种非所需的连续的已调正弦波，或简单地就是一个幅度恒定的单正弦波，或简单地就是一个幅度恒定的单一频率的正弦波。通常它来自相邻电台或一频率的正弦波。通常它来自相邻电台或其它电子设备。窄带噪声的频率位置通常其它电子设备。窄带噪声的频率位置通常是确知的或可以测知的。是确知的或可以测知的。起伏噪声是在时域和频域内都普遍存起伏噪声是在时域和频域内都普遍存在的随机噪

42、声。热噪声、电子管内产生的在的随机噪声。热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等都属于起伏噪声。散弹噪声和宇宙噪声等都属于起伏噪声。上述各种噪声中，脉冲噪声不是普遍上述各种噪声中，脉冲噪声不是普遍地、持续地存在的，对于话音通信的影响地、持续地存在的，对于话音通信的影响第第49页页/共共79页页也较小，但是对于数字通信可能有较大影也较小，但是对于数字通信可能有较大影响。同样，窄带噪声也是只存在于特定频响。同样，窄带噪声也是只存在于特定频率、特定时间和特定地点，所以它的影响率、特定时间和特定地点，所以它的影响也是有限的。只有起伏噪声无处不在。所也是有限的。只有起伏噪声无处不在。所以，在讨论噪声对

43、于通信系统的影响时，以，在讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声（特别是热噪声），主要是考虑起伏噪声（特别是热噪声），它是通信系统最基本的噪声源。通信系统它是通信系统最基本的噪声源。通信系统模型中的模型中的“噪声源噪声源”就是分散在通信系统就是分散在通信系统各处加性噪声（主要是起伏噪声）的集中各处加性噪声（主要是起伏噪声）的集中表示，它概括了信道内所有的热噪声、散表示，它概括了信道内所有的热噪声、散弹噪声和宇宙噪声等。弹噪声和宇宙噪声等。第第50页页/共共79页页3.2 信道复用信道复用 所谓信道复用是指在同一链路上传输多所谓信道复用是指在同一链路上传输多路信号而互不干扰的一种技术。

44、最常用的路信号而互不干扰的一种技术。最常用的信道复用方式有频分复用（信道复用方式有频分复用（FDM）、时）、时分复用（分复用（TDM）和码分复用（）和码分复用（CDM）。）。频分复用是指按照频率的不同来区分多路频分复用是指按照频率的不同来区分多路信号的方法。时分复用是指利用各路信号信号的方法。时分复用是指利用各路信号在信道上占有不同时间间隔的特征来区分在信道上占有不同时间间隔的特征来区分各路信号的方法。码分复用是指按相互正各路信号的方法。码分复用是指按相互正交的不同码型区分信号的方法。随着通信交的不同码型区分信号的方法。随着通信 第第51页页/共共79页页网的进一步发展，通信网的规模越来越大，

45、网的进一步发展，通信网的规模越来越大，路数越来越多，网际关系也越来越密切，路数越来越多，网际关系也越来越密切，出现了几个多路传输的网或链路间需要互出现了几个多路传输的网或链路间需要互连的情况，这称为复接（连的情况，这称为复接（Multiple Connection）。复接技术是为了解决来自）。复接技术是为了解决来自若干条链路的多路信号的合并和分离的专若干条链路的多路信号的合并和分离的专门技术。目前大容量链路的复接几乎都是门技术。目前大容量链路的复接几乎都是TDM信号的复接。所以数字复接是一种时信号的复接。所以数字复接是一种时分复用技术，它把两个或两个以上中低速分复用技术，它把两个或两个以上中低

46、速数字信号按时分复用方式合并成一个高速数字信号按时分复用方式合并成一个高速数字信号，再通过高速信道传输，传到收数字信号，再通过高速信道传输，传到收端再分离还原成各个中低速信号。端再分离还原成各个中低速信号。第第52页页/共共79页页3.2.1 频分复用（频分复用（FDM）频分复用就是在发送端利用不同频率频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并在一起通过一号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后，可以通过中条信道传输，

47、到达接收端后，可以通过中心频率不同的带通滤波器将它们彼此分离心频率不同的带通滤波器将它们彼此分离开来，解调还原出基带信号。开来，解调还原出基带信号。在频分复用时，每路信号占用不同的在频分复用时，每路信号占用不同的频段。在有大量信号需做频分复用时，总频段。在有大量信号需做频分复用时，总第第53页页/共共79页页的占用频带必然很宽。因此，希望在复用的占用频带必然很宽。因此，希望在复用时每路信号占用的频带宽度尽量窄。由第时每路信号占用的频带宽度尽量窄。由第2章的讨论可知，单边带调制信号占用的章的讨论可知，单边带调制信号占用的带宽最窄。所以在频分复用中一般都采用带宽最窄。所以在频分复用中一般都采用单边

48、带调制技术。传统的模拟通信系统都单边带调制技术。传统的模拟通信系统都采用频分复用，下面以多路电话通信系统采用频分复用，下面以多路电话通信系统为例，说明其原理。为例，说明其原理。第第54页页/共共79页页 当载波的频率提高到光波的频率范当载波的频率提高到光波的频率范围时，就可以利用光波来进行复用通信了。围时，就可以利用光波来进行复用通信了。它实质上也是一种频分复用，只是由于载它实质上也是一种频分复用，只是由于载波在光波波段，其频率很高，通常用波长波在光波波段，其频率很高，通常用波长代替频率来讨论，故称为光波分复用代替频率来讨论，故称为光波分复用（WDM）。）。频分复用主要缺点是设备庞大复杂，频分

49、复用主要缺点是设备庞大复杂，成本较高，还会因为滤波器件特性不够理成本较高，还会因为滤波器件特性不够理想和信道内存在非线性而出现链路间干扰，想和信道内存在非线性而出现链路间干扰，故近年来已经逐步被更为先进的故近年来已经逐步被更为先进的第第55页页/共共79页页时分复用技术所取代。在此不再对它作详时分复用技术所取代。在此不再对它作详细介绍。不过在电视广播中图像信号和声细介绍。不过在电视广播中图像信号和声音信号的复用、立体声广播中左右声道信音信号的复用、立体声广播中左右声道信号的复用，仍然采用频分复用技术。号的复用，仍然采用频分复用技术。第第56页页/共共79页页3.2.1 时分复用时分复用 1、时

50、分复用概念、时分复用概念 时分复用（时分复用（TDM）是建立在抽样定理）是建立在抽样定理基础上的。抽样定理指出：在一定条件下，基础上的。抽样定理指出：在一定条件下，时间连续的模拟信号可以用时间上离散的时间连续的模拟信号可以用时间上离散的抽样值来表示。这样，我们就可以利用抽抽样值来表示。这样，我们就可以利用抽样信号的间隔时间传输其它信号的抽样值。样信号的间隔时间传输其它信号的抽样值。时分复用就是利用各路信号的抽样值在时时分复用就是利用各路信号的抽样值在时间上占据不同的时隙，以实现在同一信道间上占据不同的时隙，以实现在同一信道中传输多路信号而互不干扰的一种中传输多路信号而互不干扰的一种第第57页页