通信原理教程1
通信原理讲义
通信原理讲义第一章绪论1．1 通信系统的组成１.1．1 通信一般系统模型点对点通信模型:反映了通信系统的共性。
1．1．2 模拟通信与数字通信●消息可以分成两类ﻩﻩ离散消息：消息的状态是可数的或离散型的（如符号、文字等）,也称为数字消息。
连续消息：状态连续变化的消息（如语音、图像）,也称为模拟消息。
●消息与电信号之间必须建立单一的对应关系。
通常,消息被载荷在电信号的某以参量上。
ﻩﻩ数字信号:电信号的参量携带离散消息，该参量离散取值。
模拟信号:电信号的参量携带连续消息，参量连续取值。
●相应的通信系统分成两类ﻩ数字通信系统ﻩﻩ模拟通信系统●模拟信号与数字信号之间可以相互转换在信息源中使用模-数（数-模)转换器,接受端使用数－模（模－数)转换器。
●数字通信比模拟通信更能适应对通信技术越来越高的要求（1）数字传输的抗干扰能力强，中继时可以消除噪声的积累；（2）传输差错可以控制；（3）便于使用现代数字信号处理技术对信息进行处理；（4） 易于加密处理;（5） 可以综合传递各种消息,增强系统功能。
● 模拟通信系统模型（点对点）基带信号：携带信息，但具有频率很低的频谱分量,不适宜传输的原始电信号。
已调信号：基带信号经过调之后转换成其频带适合信道传输的信号，也称频带信号。
调制器:将基带信号转变为频带信号的设备。
解调器：将频带信号转变为基带信号的设备。
模拟通信强调变换的线性特性,既已调参量与基带信号成比例。
● 数字通信系统模型（点对点） 强调已调参量与基带信号之间的一一对应。
数字通信需要解决的问题:（2） 编码与解码：通过差错控制编码消除噪声或干扰造成的差错; （3） 加密和解密：对基带信号进行人为“搅乱”；（4） 同步:发送和接收节拍一致,包括：位同步（码元同步)和群同步、帧同步、句同步或码组同步。
数字通信模型:同步环节的位置不固定,图中没有出现。
消息消息数字基带传输模型：● 数字通信的缺点 比模拟通信占据更宽的频带。
通信原理 (完整)精选全文
数字通信的主要优点：
(a) 失真的数字信号
(b) 恢复的数字信号
数字信号波形的失真和恢复
数字通信的主要缺点：
➢ 占用带宽大 ➢ 设备复杂 ➢ 同步要求高
宽带通信、压缩编码 VLSI、SOC、ASIC 信号处理技术
应用实例：
➢ 数字传输技术：电话、电视、计算机数据等 信号的远距离传输。
➢ 模拟传输技术：有线电话环路、无线电广 播、电视广播等。
狭义信道
有线信道 无线信道
中长波地波 短波电离层反射 超短波、微波视距传输 超短波、微波对流层散射 卫星中继
编码信道 调制信道
信 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
信 道
收 转 换 器
解 调 器
解解 码密 器器
信 宿
发送设备
噪 声
接收设备
广义信道
广义信道
调制信道：
调制器输出端到解调器输入端的所有设备和媒介。 研究调制和解调时，常用调制信道。 连续信道/模拟信道。
eo(t)
e0t htei t nt e0t kt ei t nt
n(t)
n(t): 加性干扰 k(t): 乘性干扰
k t 依赖于网络的特性，k t 反映网络特性对 ei t 的作用。
干扰
加性干扰：本地噪声
始终存在
乘性干扰：非理理想信道 与信号共存
sR t sT tht nt
乘性 加性
增量调制DM
军用、 民用电话
Hale Waihona Puke 差分脉码调制DPCM电视电话、 图像编码
其 他 语 言 编 码 方 式 中低速数字电话 ADPCM、 APC、 LPC
按信号复用方式分类
通信原理第1章全书课件
“烽火戏诸侯”的故事就是古代应用光通信的见证，
它证明光通信在中国的应用至少可以追溯到公元前800
年。
二、鸿雁传书
“鸿雁传书”的典故，出自《汉书·苏武传》中“苏武牧羊”的故 事。据载，汉武帝天汉元年（公元前100年），汉朝使臣中郎将苏武出 使匈奴被鞮侯单于扣留，他英勇不屈，单于便将他流放到北海（今贝 加尔湖）无人区牧羊。19年后，汉昭帝继位，汉匈和好，结为姻亲。 汉朝使节来匈，要求放苏武回去，但单于不肯，却又说不出口，便谎 称苏武已经死去。后来，汉昭帝又派使节到匈奴，和苏武一起出使匈 奴并被扣留的副使常惠，通过禁卒的帮助，在一天晚上秘密会见了汉 使，把苏武的情况告诉了汉使，并想出一计，让汉使对单于讲：“汉 朝天子在上林苑打猎时，射到一只大雁，足上系着一封写在帛上的信， 上面写着苏武没死，而是在一个大泽中。”汉使听后非常高兴，就按 照常惠的话来责备单于。单于听后大为惊奇，却又无法抵赖，只好把 苏武放回。
8. 控制系统设计和测试。
MATLAB/SystemView 通信原理实验与系统仿真 （第2版） 曹雪虹 杨洁 童莹 编著 清华大学出版社
四、考查方式
• 综合成绩按照平时成绩占60%、期末卷面成绩占40% 算；
• 平时成绩包括签到、课堂互动、章节测验、作业等环 节；
• 期末卷面成绩做为期末成绩，题型分别为判断题、选 择题、填空题、综合题。判断题、选择题和填空题主 要源于学习通发布的章节测验，综合题主要源于课上 讲解的例题和课下布置的作业题；
古代通信
一、烽火传军情
“烽火”是我国古代用以传递边疆军事情报的一种 通信方法，始于商周，延至明清，相习几千年之久，其 中尤以汉代的烽火组织规模为大。在边防军事要塞或交 通要冲的高处，每隔一定距离建筑一高台，俗称烽火台， 亦称烽燧、墩堠、烟墩等。高台上有驻军守候，发现敌 人入侵，白天燃烧柴草以“燔烟”报警，夜间燃烧薪柴 以“举烽”（火光）报警。一台燃起烽烟，邻台见之也 相继举火，逐台传递，须臾千里，以达到报告敌情、调 兵遣将、求得援兵、克敌制胜的目的。
通信原理课件第一章.pptx
第1章 绪 论
第三代移动通信系统是向未来个人通信发展的一个重要阶 段，具有里程碑和划时代的意义，让我们关注其发展态势， 迎接它的到来。
目前，我国电话网的规模和技术层次均有质的变化，已初 步建成了以光缆为主，微波、卫星综合利用，固定电话、移动 通信、多媒体通信多网并存，覆盖全国城乡，通达世界各地， 大容量、 高速度、 安全可靠的电信网。
通常，有线通信亦可进一步再分类，如明线通信、电缆通 信、光缆通信等。无线通信形式较多，常见的有微波通信、 短波通信、 移动通信、 卫星通信、 散射通信等。
第1章 绪 论
2. 按信道中传输的信号分类
凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频率、 相位， 脉冲 波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值， 且直接与消 息相对应的，称为模拟信号。 模拟信号有时也称连续信号， 这个连续是指信号的某一参量可以连续变化(即可以取无限多个 值)， 而不一定在时间上也连续这里指的某一参量是指我们关 心的并作为研究对象的那一参量，绝不是仅指时间参量。当然， 对于参量连续变化、时间上也连续变化的信号，毫无疑问是模 拟信号，如强弱连续变化的语言信号、亮度连续变化的电视图 像信号等都是模拟信号。
用途
音频、电话、数据终端、长距离导航、 时标
导航、信标、电力线通信
调幅广播、移动陆地通信、业余无线电
移动无线电话、短波广播、定点军用通 信、业余无线电 电视、调频广
播、空中管制、车辆通信、导航、集群 通信、无线寻呼
300MHz~3GHz
100 10cm
特高频
波导
电视、空间遥测、雷达导航、点对点通
UHF 分米波无线电
第1章 绪 论
1.2 通 信 的 概 念
1.2.1 通信的定义
通信原理课件第1章 绪论
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1.2.3 数字通信系统模型
1.数字通信系统模型
信
信
数
数信
信
信
源
加
道
字
信
字
道
解
源
信
编
编
调
解译
译
源
码
密
码
制
道
调
码
密
码
宿
器
器
器
器器
器
噪声源
图1.3 数字频带通信系统模型 ★ 一般数字通信系统的收端要有同步的功能
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2. 数字通信的优点
（1） 抗干扰能力强，可多次再生，无噪声积累； （2）自动检错、纠错，降低误码率，提高传输质量； （3）便于对信息处理、变换、存储； （4）设备便于集成化、小型化； （5）便于加密处理，保密性好。
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发
接
送
收
设
设
备
备
(a)串行传输
发
接
送
收
设
设
备
备
（b）并行传输
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3.按同步方式分类
按同步方式的不同，可分为同步通信和异步通信。
同步通信——是指在约定的通信速率下， 发送端和接收 端的时钟信号频率始终保持一致。“同步通信”的通信 双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频 率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。 异步通信——是指通信中两个字符之间的时间间隔是不 固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。
消息中所含信息量的大小与消息发生的概率有关。 一件事发生的概率愈小，愈使人感到意外的惊喜，在 这种情况下消息所含的信息量就愈大。 若消息出现的概率0，说明消息的信息量趋于无穷大； 若消息出现的概率1，说明消息的信息量为0。
通信原理教程习题答案第四版
通信原理教程习题答案第四版《通信原理》习题第一章第一章练习习题1.1在英文字母中e出现的概率最大，等于0.105，试求其信息量。
解：e的信息量：ie?log2练习1.2信息源由四个符号a、B、C和D组成。
让每个符号独立出现，其出现概率分别为1/4、1/4、3/16和5/16。
尝试在信息源中查找每个符号的信息量。
解：内华达州？log2ib？？log21？？log2p？Elog20。
105? 3.25个基点？E11?? log2p （a）？？日志2？2bp（a）4335?2.415bic??log2?2.415bid??log2?1.678b161616练习1.3信息源由四个符号a、B、C和D组成，分别由二进制代码组00、01、10和11表示。
如果每一个二进制符号都是用一个5毫秒宽的脉冲传输的，请尝试在以下条件下计算平均信息速率。
（1）这四个符号等概率出现；（2）这四个符号出现概率如习题1.2所示。
解决方案：（1）一个字母对应两个二进制脉冲，属于四进制符号，因此一个字母的持续时间为2×5ms。
字母传输的符号速率为rb?1?100bd?32?5?10等概时的平均信息速率为rb？rblog2m？rblog24？200bs（2）平均信息量为11316516h？日志24？日志24？日志2？日志2？1.977位符号44163165则平均信息速率为rb?rbh?100?1.977?197.7bs问题1.4中的符号率是多少？解决方案：RB？习题1.5设一个信息源由64个不同的符号组成，其中16个符号的出现概率均为1/32，其余48个符号出现的概率为1/96，若此信息源每秒发出1000个独立的符号，试求该信息源的平均信息速率。
解决方案：信息源的熵是111?? 200bd？3tb5*10“沟通原则”练习第1章h(x)p(xi)log2p(xi)p(xi)log2p(xi)?16*i?1i?1m6411log232?48*log2963296=5.79位/符号因此，该信息源的平均信息速率rb?mh?1000*5.79?5790b/s。
通信原理樊昌信课后习题答案
习题解答《通信原理教程》樊昌信第一章 概论某个信息源由A 、B 、C 、D 等4个符号组成。
这些符号分别用二进制码组00、01、10、11表示。
若每个二进制码元用宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。
（1） 这4个符号等概率出现；（2） 这4个符号出现的概率分别为1/4、1/4、3/16、5/16。
解： 每秒可传输的二进制位为：()20010513=⨯÷-每个符号需要2位二进制，故每秒可传输的符号数为：1002200=÷（1） 4个符号等概率出现时每个符号包含的平均信息量为： bit 24log 2=故平均信息速率为：s b R b /2002100=⨯=（2）每个符号包含的平均信息量为：bit 977.11651log 1651631log 163411log 41411log 412222=+++故平均信息速率为： s b R b /7.197977.1100=⨯=设一个信号源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125s μ。
试求码元速率和信息速率。
解：码元速率为：()baud R B 80001012516=⨯÷=- 信息速率为：s kb R R B b /16280004log 2=⨯==第二章 信号设一个随机过程X （t ）可以表示成：()()∞<<∞-+=t t t X θπ2cos 2其中θ在（0，2π）之间服从均匀分布，判断它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
解：它的能量无限，功率有界，所以是一个功率信号。
`()[]()[]()()()πτθπτθππτπθπθπτπθπππ2cos 4224cos 2cos 22122cos 22cos 22020=+++=•+++=⎰⎰d t d t t由维纳－辛钦关系有：()()ττωωτd e R P j X -+∞∞-⎰=()()[]πωδπωδπ222++-=设有一信号可表示为：()()⎩⎨⎧>≥-=000exp 4t t t t x试问它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
厦门大学通信原理教程1
的助手在大厅的另一端接通火花式电波发
生器时，波波夫的无线电接收机便响起铃 来；断开电波发生器，铃声立即中止。几 十年后，为了纪念波波夫在这一天的划时 代创举，当时的苏联政府便把5月7日定为 “无线电发明日”。 波波夫实验用的无线电接收机
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电磁波的发现
1887年3月21日，德国物理学家赫兹（Hertz）在实验中发 现，电火花的能量能够越过空间传到远处。这是人类历
史上第一次证实了电磁波的存在。但赫兹断然否认选用
电磁波进行通信的可能性。他认为如要利用电磁波进行 通信的话，需要有一面面积与欧洲大陆相当的巨型反射 镜。
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最早的无线通信
1875年，福建巡抚丁日昌积极倡导创办电报。1875年在福建船政学 堂附设了电报学堂，培训电报技术人员。这是中国第一所电报学堂。
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我国通信的历史
1899年，我国最早使用无线电通信的地区是广州。早在 1899年，就在广州督署、马口、前山、威远等要塞以及 广海、宝壁、龙骧、江大、江巩等江防军舰上设立无线
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0.5本课程内容组织
第一章--绪论：通信的基本概念术语、组成及分类，性能指标 第二章--信号分析：确定信号基本概念和分析 随机过程有关的基本概念和统计特性 第三章--模拟调制系统： 调制的目的，线性调制与非线性调制系统 的模型及分析方法 第四章—模拟信号的数字化： 模拟信号的抽样、量化与编码
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0.5本课程内容组织
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1.2 消息、信息和信号
消息：语音、文字、图形、图像…
信息：消息的有效内容
《通信原理》樊昌信--课后习题答案
习题解答《通信原理教程》樊昌信第一章 概论1.３ 某个信息源由A 、B 、C 、Ｄ等4个符号组成。
这些符号分别用二进制码组00、01、10、11表示。
若每个二进制码元用宽度为5ms 的脉冲传输,试分别求出在下列条件下的平均信息速率。
（1） 这４个符号等概率出现;（2） 这4个符号出现的概率分别为1/4、1/４、3/１６、5／16。
解： 每秒可传输的二进制位为：()20010513=⨯÷-每个符号需要2位二进制,故每秒可传输的符号数为:1002200=÷（１） 4个符号等概率出现时每个符号包含的平均信息量为： bit 24log 2=故平均信息速率为：s b R b /2002100=⨯=（２)每个符号包含的平均信息量为:bit 977.11651log 1651631log 163411log 41411log 412222=+++故平均信息速率为: s b R b /7.197977.1100=⨯=1．６ 设一个信号源输出四进制等概率信号,其码元宽度为１25s μ。
试求码元速率和信息速率。
解：码元速率为：()baud R B 80001012516=⨯÷=- 信息速率为:s kb R R B b /16280004log 2=⨯==第二章 信号2.2 设一个随机过程X(t ）可以表示成：()()∞<<∞-+=t t t X θπ2cos 2其中θ在(0,2π)之间服从均匀分布，判断它是功率信号还是能量信号?并求出其功率谱密度或能量谱密度。
解:它的能量无限，功率有界,所以是一个功率信号。
`()[]()[]()()()πτθπτθππτπθπθπτπθπππ2cos 4224cos 2cos 22122cos 22cos 22020=+++=•+++=⎰⎰d t d t t由维纳－辛钦关系有:()()ττωωτd e R P j X -+∞∞-⎰=()()[]πωδπωδπ222++-=2.3 设有一信号可表示为:()()⎩⎨⎧>≥-=000exp 4t t t t x试问它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
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1.3.3 数字通信系统模型
信宿 压缩解码 保密解码 信道解码
解调 信道 调制 信道编码 保密编码 压缩编码
信源
信源编码 发送端
噪声
同步
信源解码
接收端
数字通信系统模型
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信宿 解调 信道 调制 信源
噪声
发送端
接收端
模拟通信系统模型
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1.3.4 数字通信系统的主要性能指标
电离层 60~300 km
地球
平流层 对流层
0~10 km
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地波
频率：2MHz 以下 绕射：发生在波长～障碍物尺寸可比时 通信距离：可达数百～数千 km
地球
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电离层的结构
D层：高60 ~ 80 km
E层：高100 ~ 120 km F
F层：高150 ~ 400 km
➢F1层：140 ~ 200 km ➢F2层：250 ~ 400 km 晚上：D层、F1层消失
# 信息量 I = I [ P(x) ]，P(x) -- 发生概率 # 定义：I = loga [1/P(x)] = -logaP(x) # 通常取 a = 2, 此时单位为“比特”。 # 对于一个等概率、二进制码元：
5
# 对于一个等概率、M进制码元：
I = log2 [1/P(x)] = log2 [1/(1/M)] = log2 M 比特 若 M = 2k ，则 I = k 比特
Pb = Pe x M / [2(M-1)] Pe /2 ➢误字率和误比特率的关系
对于二进制， 若一个字由k比特组成，则
Pw＝1 – (1 – Pe)k
频带利用率 能量利用率
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解调器 收转换器 媒质 发转换器 调制器
1.4 信 道
1.4.0 信道的定义：
编码器 输出
（调 制） 信 道 广义（编码）信道
导航、水下通信 无线电信标
中频(MF)
广播、海事通信、
(100-1000m) 测向、遇险求救、 海岸警卫
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频段（波长）划分
频率范围
名称
典型应用
(MHz)
3 – 30
高频(HF)
远程广播、电报、电话、飞机
(10-100m)
与船只间通信、船－岸通信、
业余无线电
30 – 300 甚高频(VHF) 电视、调频广播、陆地交通、
有效性和可靠性的关系（速度～质量） • 传输速率：
➢码元速率RB － 波特 ➢信息速率：Rb － 比特/秒
对M进制：Rb = RB log2 M ➢ 消息速率：RM
• 错误率：
➢误码率Pe = 错误接收码元数/传输码元总数 ➢误比特率Pb = 错误接收比特数/传输总比特数
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➢误字率Pw = 错误接收字数/总传输字数 ➢误码率和误比特率的关系
可见光
光通信系统
(0.7 – 0.4 m)
750 – 3000
紫外线
光通信系统
(0.4 – 0.1 m)
注：kHz = 103 Hz, MHz = 106 Hz, GHz = 109 Hz,
THz = 1012 Hz, mm = 10-3 m,
m = 10-6 m
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电磁波传播：地波、天波、视线传播
（毫米波）
300 – 3000 亚毫米波
（0.1 – 1 mm）
典型应用
卫星通信、无线电高度计、 微波链路、机载雷达、气象 雷 达、公用陆地移动通信 铁路业务、雷达着陆系统、 实验用
实验用
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频段（波长）划分
频率范围
名称
典型应用
(THz)
43 – 430
红外线
光通信系统
(7 – 0.7 m)
430 – 750
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1.3.2 数字通信的优点
取值有限，能正确接收。
(a) 失真的数字信号
(b) 恢复的数字信号
数字信号波形的失真和恢复
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可采用纠错和检错技术，大大提高抗 干扰性。
可采用高保密性能的数字加密技术。 可综合传输各种模拟和数字输入信号 易于设计、制造，体积小、重量轻。 可作信源编码，压缩冗余度，提高信
译码器 输入
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1.4.1 无线信道
无线电通信的起源 电磁波发射对波长的要求 频段（波长）划分
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频段（波长）划分
频率范围 (kHz) 3 – 30
30 – 300
300 – 3000
名称
典型应用
甚低频(VLF) 远程导航、水下通信
(10-100 km)
声纳、授时
低频(LF) (1-10 km)
货运量
信息量
有多种
有多种
和种类无关
和类型无关
和贵重程度
和重要程度
无关
无关
总量是单件 总量是单件独立
货运量之和 消息的信息量之和
4
*制定度量信息的方法
# 消息“量” 信息量 # 例：“明天降雨量将有一毫米” -- 信息量 小
“明天降雨量将达到一米” -- 信息量 大
“明日太阳将从东方升起” -- 信息量 零
6
1.3数字通信 1.3.1基本概念
两类信号 • 模拟信号：取值连续，例如语音 • 数字信号：取值离散，例如数据
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模拟信号与数字信号
码元
t
t
t
t
模拟信号
数字信号
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两类通信系统
• 模拟通信系统 要求 － 高保真度 准则 － 信号噪声功率（电压）比 手段 － 参量估值方法
• 数字通信系统 要求 － 正确 准则 － 错误率 手段 － 统计判决理论
通信原理
1
第一章 概论 1.1 通信的发展
古代通信的起源 两类通信方式 近代通信的发展
2
1.2 消息、信息和信号
消息：语音、文字、图形、图像… 信息：消息的有效内容
不同消息可有相同内容 信号：传输消息的手段（媒介）
通信系统中传输的是信号
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信息的度量：
*制定度量方法考虑的原则
货物
消息
E层、F2层减弱
F2 F1 E D
地面
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天波
电离层高度：60 ～ 300 km 单跳最大距离：4000 km 多跳可以环球 频率：2 ～ 30 MHz
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视线传播
频率：> 30 MHz 传播距离: d2 + r2 =(h+r)2,
或
d h2 2rh 2rh
h D2/50 (m) 式中 D － km
(米波）
空中交通管制、出租汽车、
警察、导航、飞机通信
300 – 3000 特高频(UHF) 电视、蜂窝网、微波链路、
(分米波）
无线电探空仪、导航、卫星
通信、GPS、监视雷达、
无线电高度计
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频段（波长）划分
频率范围 (GHz) 3 – 30
名称
超高频(HF)
（厘米波）
30 – 300
极高频(VHF)
h
d
r
d
D 地面
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无线电中继
图1.4.4 无线电中继 27
静止卫星中继通信
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平流层中继通信
HAPS(High Altitude Platform Station)