电信传输原理第1章 电信传输的概念

信息源
发送设备
信道
接收设备
受信者
发送端
噪声源
接收端
图1-4 电信传输系统基本模型
1.1.3 电信传输系统模型
信息源
发送设备
信道
接收设备
受信者
发送端
噪声源
接收端
信息源：产生消息的源，把人或设备发出的信息变换为原始的电信号。
发送设备：负责将信息源发出的信号变成适合于信道传输的信号。
接收设备：把从传输信道中接收的信号恢复成相应原始信号的设备，与 发送设备功能相反。
平行双线电缆是一种双线平行导体传输线，两个导体承 载电流，其中一个导体承载发出的信号，另一个承载返回 的信号，任何一对传输线都可以在平衡模式下工作，如图 1-6(b)所示。
（2）对称电缆 对称电缆是由若干条扭绞成对（或组）的导电芯线加绝缘层组 合而成的缆芯，以及在缆芯外面加上金属编织物等构成。如图 1-9（a）所示。目前，最常用的是软铜线，也有采用半硬铝线， 对称电缆主要用于市话用户的电话线。
（3）短波波段
优点在于短波电离层通信简单，易于实现，成本低， 可用小功率和小得多的天线实现远距离通信。
也有其缺点即通信不稳定；有严重的衰落，必须采 用分集接收才能得到较稳定的通信；它还受电离层扰动的 影响，大气等自然干扰也比较大。
除军用战术小型电台还采用短波地波通信外，其它 地方是很少采用的。
（4）米波、分米波的一部分波段
1.2.2 各波段的特点及应用
ü 甚长波和长波波段 ü 中波波段 ü 短波波段 ü 米波、分米波的一部分波段 ü 厘米波波段 ü 毫米波波段
（1）甚长波和长波波段
该波段可以用天波和地波传播，而主要以地波传 播方式为主。因地波传播频率愈高，大地的吸收 愈大，故在无线电的早期是向低频率的方向发展。 该波段主要用于无线电导航（航空和航海）、定 点通信、海上移动通信和广播。
（6）毫米波波段 该波段的优点是：具有极宽的带宽；波束窄；与激光相比， 毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天 候特性；和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多，因 此毫米波系统更容易小型化等优点。
其缺点是：大气中传播衰减严重；器件加工精度要求高。
毫米波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临 床医学和波谱学方面都有重大的意义。利用大气窗口的毫 米波频率可实现大容量的卫星-地面通信或地面中继通信。 从40千兆赫到3000千兆赫（这是光波的下限)，除了激光以 外，还未能很好的加以利用。有待于以后的研究和发展。
Ø 传输系统按其传输信号性质可分为模拟信号传输系统和 数字信号传输系统两类；
Ø 按其传输媒质可分为有线传输系统和无线传输系统两类。
2.传输系统在通信网中的位置
图1-6 传输系统在通信网中的位置内源自提要通信基本概念及系统模型
电磁波及其频段划分
微波和光波 电信传输信道 信道的传输特性 发展历史
1.2 电磁波及其频段划分
➢波 速 （ c ） 和 频 率 （ ） 的 比 值 称 为 波 长 ， 用 表 示 ， 单 位 是 米
（m） 波长与频率成反比，波长越大，频率越小，反之，频率越大，
波长越小。
fc
➢在无线通信设备中，为了保证有效的发射和接收，天线的设计依据 最重要的参数就是波长。天线理论要求：为了得到尽可能高的发射 效率，天线的长度L要与发射信号的波长相比拟，通常要求
1.1.2 模拟信号和数字信号
图1-3 两类通信方式抗干扰性能比较
1.1.3 电信传输系统模型
只要把信息从一个地方传送到另一个地方，均称为通信。虽然通 信系统种类繁多、形式各异，但实质都是完成从一个地方到另一个地 方的信息传递或交换。一个简单的传输电信系统由信源、发送器、信 道、交换设备、接收器、信宿和噪声组成。
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1.2 电磁波及其频段划分
➢在通信过程中，人们先把通信消息，例如：声音、图像、文字等转 变为电信号，这些电信号以电磁波作为载体，由电磁波带着向周围 空间传播。而在另一地点，人们利用接收机接收到这些电磁波后， 又将其中的电信号还原成声音、图像、文字等消息，这就是信息传 播即通信的大致过程。 ➢通信方式一般可分为两大类：一类称为有线通信，一类称为无线通 信。有线通信方式是传输线引导电磁波按照一定方向进行传播，能 量由发送方传送到接收方，传输效率较高；无线通信方式是利用天 线将电磁波辐射到需要的空间区域进行信息交换。
内容提要
通信基本概念及系统模型 电磁波及其频段划分 微波和光波
电信传输信道
信道的传输特性 发展历史
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1.4 电信传输信道
• 1.4.1 信息传输 信息传输就是将携带信息的信号经信道由 一端传送到另一端的过程。信源提供的语音、 数据、图像等需要传递的信息由用户终端设 备变换成需要的信号形式，经传输终端设备 进行调制，将其频谱搬移到对应传输媒质的 传输频段内，通过信道传输到对方后，再经 解调等逆变换，恢复成信宿适合的消息形式。 信息本身并不能被传送或接收，必须有载体， 如电信号、光信号等。
• 1.4.2 信道概念及分类
信道是信号传输的通道。信道由各种各样 的传输媒质支撑，传输媒质是用于承载传输 信息的物理媒体，是传递信号的通道，提供 两地之间的传输通路。 根据传输媒质是否有形信道分为两种： Ø一是电磁信号在某种有形的传输线上传输的 有线信道，目前主要由电缆、光缆构成。 Ø二是电磁信号在自由空间中传输的无线信道， 主要由微波、卫星、移动无线信道组成。
1.1.2 模拟信号和数字信号
信号参量（幅度或者频率）随消息作连 续变化的信号，此信号就称为模拟信号， 又称为连续信号。
信号在时间上和幅度取值上均离散的信 号称为数字信号。
1.1.2 模拟信号和数字信号
图1-1 模拟信号 图1-2 数字信号
1.1.2 模拟信号和数字信号
Ø 数字信号通常可由模拟信号获得。数字信号便于
1.1.1 通信的基本概念
消息在许多情况下不便于传送和交换，必须转换成适合 信道传输的形式，为此需要用光、声、电等物理量来运 载，这些物理量就称为信号。如光信号、声信号、电信 号等。因此信号是用来携带消息的载体，但不是消息本 身。
通信是指通过某种媒质将消息从一地传输到另一地的过 程。简单的说，消息传输就是通信。通信的目的是为了 获取信息。
L
42
1.2.1 电磁波段划分
图1-7 电磁波段划分
1.2.1 电磁波段划分
Ø 当电磁波频率不高时，如米波以上波长范围，广 泛应用双线传输线来传输电信号。
Ø 同轴线可用于较高频率，如分米波及厘米波波段。 Ø 当频率更高时，如微波频段，就需要波导来进行
传输电信号。 Ø 当频率达到光波时就选用光纤作为传输介质。
这一波段是一个“中间”波段。它基本上不能被电 离层反射，地波传播的距离非常短，因此该波段主要的 传播方式是视距内的空间波传播，以及对流层散射和电 离层散射。该频段的优点是：对于低容量系统可以用小 尺寸天线。明显地，这种特点特别适宜于移动通信。
（5）短波波段
该频段的传播特点是视距传播，大气噪声低，但在 某些频率区域（3厘米波长），大气（水汽）吸收比较大。 另外，该频段也用散射方式传播。在该频段中，由于没有 大气噪声的干扰，同时波长短的天线的波束容易做的很窄， 所以无线电导航和雷达特别适合。目前已经将此波段分配 给定点及移动通信、导航、雷达、气象、无线电天文学、 空间通信、业余无线电使用。
图15数字传输系统模型信源提供的语音数据图像等待传递的信息经信源编码信道编码和调制将其频谱搬移到对应传输介质导向传输介质和非导向传输介质的传输频段内通过传输介质传输至对方后再经解调等逆变换恢复成受信者适用的信息形式这一全过程信息所通过的通信设备的总和统称为数字传输系统
1.1 通信基本概念及系统模型
• 1.4.3 有线传输信道
不同的通信媒体具有不同的属性，应针对 不同的用途应用在不同的场合，发挥不同通 信媒体的最佳效能。
有线信道的电磁能量被约束在某种传输线 上传输，包括平行导体传输线、同轴电缆传 输线、微带传输线、波导传输线、光纤传输 线等。
（1）架空明线和平行双线电缆 架空明线是利用金属裸导线捆扎在固定的线担上的绝缘子上， 是架设在电线杆上的一种通信线路。如图1-8(a)所示。 平行双线电缆是一种双线平行导体传输线，如图1-8(b)所示。
• 1.3.1 微波及其特点
微波在通信中的作用就是利用微波作 为信息的载体来传输信息。在发信方，用振 荡器产生微波，再用调制器使微波携带信息， 然后将它们放大，最后送到天线上辐射出去。 带着信息的微波为远方的接收机所接收，再 用解调器将信息取出，微波便完成了传输的 任务。
• 1.3.2 光波
光波是指波长在0.3～3μm之间的电磁波。因为 光是电磁波的一种，故有此称。光具有波粒二象 性，也就是说微观来看，由光子组成，具有粒子 性；但是宏观来看又表现出波动性。光波的传播 实际是电磁光波 波的传播，光波在大气中传播时，受 到大气的吸收、散射、折射和闪烁等影响，影响 程度与光波波长有密切关系。作为一种波，向外 辐射能量，光纤通信就是利用光波作为载频和光 纤作为传输媒质的一种通信方式。它是以激光作 为信息的载体，光波工作在电磁波频谱图中的近 红外区，即波长是0.8μm---1.8μm，对应的频率为 167THz--375THz。
优点： ➢传播距离长，在海水上应用数千瓦的功率可以实
现3000公里的通信。 ➢电离层扰动的影响小。长波传播稳定，基本没有
衰落现象。 ➢波长愈长，大地或海水的吸收愈小，因此适宜于
水下和地下通信。 缺点：容量小；大气噪声干扰大；需要大的天线。
（2）中波波段
在中波，电磁波主要的传播方式是地波传播。在这一 频段的低端比高端传播得更好。出于频率增高，地面的 情况差别已不太显著。该波段主要用于广播、无线电导 航（航空和航海）、海上移动通信。由于中波传播的特 点，特别适宜于地区性的广播业务。在该频段信号稳 定。
存储、处理、传输，与模拟信号相比最大的优点是数 字信号抗干扰性强，噪声不积累。由于信号在通信中 传输一段距离后，信号能量会受到损失，噪声的干扰 会使波形变坏，为了提高其信噪比，要及时将变形的 信号进行处理、放大，如图1-3（a）所示。
Ø 在模拟通信中，由于传输的信号是模拟信号（幅值 是连续的）因此难以把噪声干扰分开而去掉，随着距 离的增加，信号的传输质量会越来越恶化，如图1-3 （b）所示。
接收设备：将复原的原始信号转换成相应的消息的宿端，也称为信宿。
信道：信号传输的通道，是通信系统的重要组成部分，包括明线、电缆、 光缆、及无线方面的各波段的电磁波等。
1.数字传输系统模型
由于目前的通信系统中传输的是数字信号，因此， 现代电信传输系统一般又称为数字传输系统。图15所示为数字传输系统模型。
内容提要
通信基本概念及系统模型 电磁波及其频段划分
微波和光波
电信传输信道 信道的传输特性 发展历史
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1.3 微波和光波
• 1.3.1 微波及其特点
微波是一个非常特殊的电磁波段，频率为300MHz-300GHz的电磁波，微波的波长在0.1mm—1m之间。 能提供的通信容量较大，在目前得到了快速发展。 微波波段有着不同于其他波段的重要特点： Ø似光性和拟声性 Ø频率高，提供的容量大 Ø微波能穿透电离层传播 Ø散射特性
图1-5 数字传输系统模型
Ø 信源提供的语音、数据、图像等待传递的信息经信源编 码、信道编码和调制，将其频谱搬移到对应传输介质 （导向传输介质和非导向传输介质）的传输频段内，通 过传输介质传输至对方后，再经解调等逆变换，恢复成 受信者适用的信息形式，这一全过程信息所通过的通信 设备的总和统称为数字传输系统。简单说，传输系统起 到为需要进行信息交互的设备之间提供信息传递的通道。 传输系统作为信道可连接两个终端设备构成电信系统， 作为链路则可连接网节点的交换系统构成电信网。
图1-9 对称电缆和双绞线电缆
（a）架空明线
（b）平行双线电缆
图1-8架空明线和平行双线电缆
（1）架空明线和平行双线电缆
架空明线主要由导线、电杆、线担、绝缘子和拉线等组 成，如图1-6(a)所示。架空明线暴露在大自然环境中，它 的惟一优点是结构简单，因为没有屏蔽，所以明线传输线 辐射损耗高并且易受噪声及外界电磁场的干扰。
Ø通信是指通过某种媒质将消息从一地传输 到另一地的过程。简单的说，消息传输就 是通信。
Ø通信的目的是为了获取信息。
1.1.1 通信的基本概念
通常用语言、文字、图像和数据等方式来描述 消息。例如：电话中的语音；电视中的图像等 都称为消息。
信息是消息中包含的有意义的内容，信息是抽 象的，因此，信息必须借助于载体-----消息， 才能够便于人们进行信息的传递、交换、存储 和提取。