通信原理第樊昌信解析.pptx
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1、1目的目的:了解各种实际信道、信道的数学模型和信道容量的概念。了解各种实际信道、信道的数学模型和信道容量的概念。思路思路:通过介绍实际信道的例子,归纳信道的特性,阐述信道的数学模通过介绍实际信道的例子,归纳信道的特性,阐述信道的数学模型,最后简绍信道容量的概念。型,最后简绍信道容量的概念。要求要求:注重了解各种实际信道的特点,掌握信道的数学模型,简单运用注重了解各种实际信道的特点,掌握信道的数学模型,简单运用信道容量公式解决实际问题。信道容量公式解决实际问题。第1页/共59页24.0 信道定义及分类信道定义及分类信道信道是指以传输媒质为基础的信号通道。是指以传输媒质为基础的信号通道。信道与发送
2、设备、接收设备一起组成通信系统。没有信道,通信就无法进行;信道与发送设备、接收设备一起组成通信系统。没有信道,通信就无法进行;信道的好坏直接影响通信的质量。信道的好坏直接影响通信的质量。第2页/共59页34.0 信道定义及分类信道定义及分类如果信道仅是指信号的如果信道仅是指信号的传输媒质传输媒质,这种信道称为,这种信道称为狭义信道狭义信道.如果信道不仅是传输媒质,而且包括通信系统中的一些转换装置,这种信道如果信道不仅是传输媒质,而且包括通信系统中的一些转换装置,这种信道称为称为广义信道广义信道。常把广义信道简称为信道。常把广义信道简称为信道。第3页/共59页4信道第4页/共59页5调制信道和编
3、码信道调制信道和编码信道 发发转转换换器器 媒媒 质质 收收转转换换器器 解解 调调 器器 调调 制制 器器调制信道调制信道第5页/共59页6调制信道和编码信道调制信道和编码信道 发发转转换换器器 媒媒 质质 收收转转换换器器 解解 调调 器器 调调 制制 器器编码信道编码信道 译译 码码 器器 编编 码码 器器第6页/共59页74.14.1无线信道无线信道无线信道利用电磁波在空间中的传播来实现信号传输。无线信道利用电磁波在空间中的传播来实现信号传输。无线信道电磁波的频率无线信道电磁波的频率 受天线尺寸限制受天线尺寸限制根据通信距离、频率和位置的不同,电磁波传播分为:根据通信距离、频率和位置的
4、不同,电磁波传播分为:地波传播、天波传播、视线传播地波传播、天波传播、视线传播第7页/共59页8对流层:地面上对流层:地面上 0 10 km平流层:约平流层:约10 60 km电离层:约电离层:约60 400 km地地 面面对流层对流层平流层平流层电离层电离层10 km60 km0 km电离层对于传播的影响电离层对于传播的影响 反射反射 散射散射地球大气层的结构地球大气层的结构第8页/共59页91 1、地波传播、地波传播传播路径地 面图图4-1 地波传播地波传播l频率频率 2 MHzl有绕射能力有绕射能力l距离:数百或数千千米距离:数百或数千千米第9页/共59页102、天波传播、天波传播地 面
5、信号传播路径图图 4-2 天波传播天波传播l频率:频率:2 30 MHzl特点:被电离层反射特点:被电离层反射l一次反射距离:一次反射距离:30 MHz,将穿,将穿透电离层,不能被反射。透电离层,不能被反射。l距离距离:和天线高度有关和天线高度有关m 式中,式中,D 收发天线间距离收发天线间距离(km),r为地球半径为地球半径 h为收发天线高度为收发天线高度第11页/共59页12u无线电中继无线电中继图图4-4 4-4 无线电中继无线电中继 无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波 波段时,电磁波基本上是沿视线波段时,电磁波基本上是沿视线传播,通信距离依
6、靠中继方式延伸的无线电电路。相邻中继站之间的距离一般在传播,通信距离依靠中继方式延伸的无线电电路。相邻中继站之间的距离一般在4050公里。公里。增大视线传播距离的途径增大视线传播距离的途径第12页/共59页13优点优点:传输容量大,发射功率小,通信稳定可靠,节省有色金属。传输容量大,发射功率小,通信稳定可靠,节省有色金属。缺点:缺点:每隔每隔50km左右设置一个中继站(微波为直线传播,而地球为球体)。左右设置一个中继站(微波为直线传播,而地球为球体)。应用应用:主要用于长途干线、移动通信网及某些数据收集系统。:主要用于长途干线、移动通信网及某些数据收集系统。第13页/共59页14u卫星通信卫星
7、通信卫星中继信道是无线电中继信道的一种特殊形式。它是航天技术与通信技卫星中继信道是无线电中继信道的一种特殊形式。它是航天技术与通信技术相结合的产物。术相结合的产物。第14页/共59页15在离地面在离地面35860km的赤道上空放至的赤道上空放至3颗同步卫颗同步卫星,就可实现除南、北极地区之外的全球覆盖星,就可实现除南、北极地区之外的全球覆盖(且有部分重叠),从而可实现全球通信。(且有部分重叠),从而可实现全球通信。特点特点:传输距离远,覆盖:传输距离远,覆盖地域广,传播稳定可靠,传地域广,传播稳定可靠,传输容量大等。输容量大等。缺点缺点:发射功率大,延迟:发射功率大,延迟大,一次性投入大。大,
8、一次性投入大。应用应用:广泛用于传输多路:广泛用于传输多路电话、电报、数据和电视。电话、电报、数据和电视。第15页/共59页16u平流层通信平流层通信平流层通信是指用位于平流层的高空平台代替卫星作为基站的通信,平台平流层通信是指用位于平流层的高空平台代替卫星作为基站的通信,平台高度距地面高度距地面17km22km,可覆盖半径约,可覆盖半径约500km的通信区。的通信区。第16页/共59页174、散射传播、散射传播散射是由于传播煤质的不均匀性使电磁波的传播产生向许多方向折射的现象。散射是由于传播煤质的不均匀性使电磁波的传播产生向许多方向折射的现象。散射传播分为:电离层散射、对流层散射和流星余迹散
9、射。散射传播分为:电离层散射、对流层散射和流星余迹散射。u电离层散射电离层散射机理机理:由电离层不均匀性引起由电离层不均匀性引起频率频率:30 60 MHz距离距离:1000 km以上以上第17页/共59页18u对流层散射对流层散射 机理机理:由对流层中的大气不均匀性引起。距地面高约:由对流层中的大气不均匀性引起。距地面高约10余千米的大气层称为对流余千米的大气层称为对流层。层。频率频率:100 4000 MHz 最大距离:最大距离:600 km图4-7 对流层散射通信地球有效散射区域第18页/共59页19u流星余迹散射流星余迹散射 是由于流星经过大气层时,产生的很强的电离余迹使电磁波散射的现
10、象。是由于流星经过大气层时,产生的很强的电离余迹使电磁波散射的现象。流星余迹高度流星余迹高度为为80 120 km,长度长度:15 40 km;存留时间存留时间:小于:小于1秒至几分钟秒至几分钟 频率频率:30 100 MHz 传播距离传播距离:1000 km以上以上 特点特点:低速存储、高速突发、断续传输:低速存储、高速突发、断续传输图4-8 流星余迹散射通信流星余迹流星余迹第19页/共59页204.2 4.2 有线信道有线信道一、三种有线电信道一、三种有线电信道 1、明线、明线 平行而相互绝缘的架空裸线线路。平行而相互绝缘的架空裸线线路。优点优点:传输损耗小(与电缆相比)传输损耗小(与电缆
11、相比)缺点缺点:易受气候环境影响,易受干扰易受气候环境影响,易受干扰。结论结论:已逐渐淘汰。已逐渐淘汰。第20页/共59页212 2、对称电缆、对称电缆 在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质 ,每对的两根线拧成扭,每对的两根线拧成扭绞状,又称双绞线。绞状,又称双绞线。优点优点:与外界相互干扰小,与外界相互干扰小,传输性能较稳定。传输性能较稳定。缺点缺点:损耗比明线大。损耗比明线大。主要应用主要应用:用户电话接入线。用户电话接入线。第21页/共59页22由同轴的两个导体构成,外导体是一个圆柱形的导体,内导体是金属线,它们之由同轴的两个导
12、体构成,外导体是一个圆柱形的导体,内导体是金属线,它们之间填充着介质。间填充着介质。3、同轴电缆、同轴电缆 实际应用中同轴电缆的外导体是接地的,对外界干扰具有较好的屏蔽作用,实际应用中同轴电缆的外导体是接地的,对外界干扰具有较好的屏蔽作用,所以同轴电缆抗电磁干扰性能较好。所以同轴电缆抗电磁干扰性能较好。第22页/共59页23 为了增大容量,也可以将几根同轴电缆封装在一个大的保护套内,构成多芯同为了增大容量,也可以将几根同轴电缆封装在一个大的保护套内,构成多芯同轴电缆,另外还可以装入一些二芯绞线对或四芯线组,作为传输控制信号用。轴电缆,另外还可以装入一些二芯绞线对或四芯线组,作为传输控制信号用。
13、第23页/共59页24优点优点:与外界相互干扰小,(外导体接地与外界相互干扰小,(外导体接地起屏起屏 蔽作用),带宽大。蔽作用),带宽大。缺点缺点:成本较高(与对称电缆相比)。成本较高(与对称电缆相比)。应用应用:比较广泛。如电视电缆(比较广泛。如电视电缆(75),),实验室仪器用的信号电缆(实验室仪器用的信号电缆(50)第24页/共59页25 以光导纤维(简称光纤以光导纤维(简称光纤,Optical Fiber)为传输媒质、光波作为载波的光纤)为传输媒质、光波作为载波的光纤信道。信道。由于可见光的频率非常高,约为由于可见光的频率非常高,约为108MHz的量级,因此,一个光纤通信系统的的量级,
14、因此,一个光纤通信系统的传输带宽远远大于其它各种传输介质的带宽,是目前最有发展前途的有线传输介质。传输带宽远远大于其它各种传输介质的带宽,是目前最有发展前途的有线传输介质。二、光纤信道二、光纤信道第25页/共59页26光纤由芯、封套和外套三部分组成。芯是光纤最中心的部分,它由一条或多条光纤由芯、封套和外套三部分组成。芯是光纤最中心的部分,它由一条或多条非常细的玻璃或塑料纤维线构成,有封套。由于玻璃或塑料封套涂层的折射率比非常细的玻璃或塑料纤维线构成,有封套。由于玻璃或塑料封套涂层的折射率比芯线低,因此可使光波保持在芯线内。芯线低,因此可使光波保持在芯线内。第26页/共59页27根据光纤传输数据
15、模式的不同,它可分为多模光纤和单模光纤两种。根据光纤传输数据模式的不同,它可分为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤多模光纤指光在光纤中可能有多条不同角度入射的光线在一条光纤中同时传播,指光在光纤中可能有多条不同角度入射的光线在一条光纤中同时传播,如图如图(a)所示。这种光纤所含纤芯的直径较粗。所示。这种光纤所含纤芯的直径较粗。第27页/共59页28单模光纤单模光纤指光在光纤中的传播没有反射,而沿直线传播指光在光纤中的传播没有反射,而沿直线传播,如图如图(b)(b)所示。这种所示。这种光纤的直径非常细,就像一根波导那样,可使光线一直向前传播。光纤的直径非常细,就像一根波导那样,可使光线一直向前传播
16、。第28页/共59页29第29页/共59页30优点优点:损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省:损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属、不受电磁干扰。有色金属、不受电磁干扰。缺点缺点:作为完整的通信系统,尚有些器件的技术问题还未能解决。:作为完整的通信系统,尚有些器件的技术问题还未能解决。主要应用主要应用:目前在长距离干线上应用较广。估计有可能最终全面取代电缆目前在长距离干线上应用较广。估计有可能最终全面取代电缆。第30页/共59页314.34.3信道的数学模型信道的数学模型信道模型的分类:信道模型的分类:调制信道调制信道和和编码信道编码信道
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