通信原理信道与噪声

地球大气层的结构 对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 600 km
60 km
10 km 0 km
电离层
平流层 对流层 地面
电磁波传播：地波、天波、视距传播
电离层 60~600 km
地球
平流层
对流层 0~10 km
多径传播
多径传播：电波经由不同的路径到达接收点。 多径传播有以下几种形式:
4类：4类UTP因标准的推出比3类晚，而传输 性能与3类UTP相比并没有提高多少，所以一 般较少使用
5类：五类UTP因价廉质优而成为快速以太网 (100Mbps)的首选介质
超5类：超五类UTP的用武之地是千兆位以太 网(1000Mbps)。
各类非屏蔽双绞线电气特性
电缆类 数据速率 型 （Mbit/s）
缺点：双绞线的传输损耗比明线大得多。
同轴电缆 概念：同轴电缆由同轴的两个导体构成，外 导体是一个圆柱形的空管（在可弯曲的同轴 电缆中，它可以由金属丝绝编缘织体 而成），内导 体是金属线（芯线）。
塑料外皮 外层导体（屏蔽层） 内层导体 (a)
芯
同轴电缆分类
50欧姆的细缆：细缆（基带同轴电缆）用 于基带信号传输，主要用于数字信号传输 系统。
信道的特点包括以下两个方面： （1）通信系统重要的传输环节； （2）通信系统中噪声的主要来源。
3.1.2
信道分类
根据信道的定义，如果信道仅是指信 号的传输媒质，这种信道称为狭义信道； 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，这种信道称为广 义信道。
信道的分类
3.1.2
信道分类
75欧姆的粗缆：粗缆（宽带同轴电缆）用 于宽带信号传输，可以用于数字/模拟信号 传输系统，如CATV有线电视信号传输，能 够同时传输几百套电视节目。
同轴电缆实物
同轴电缆优缺点
优点： 与外界间相互干扰小（外导体接地，屏蔽 作用）；带宽大。
缺点： 成本较高（与双绞线比较）。
光纤
概念：光导纤维(简称光纤)是光纤通信系统 的传输介质。是一种纤细（2~125μm）柔 韧能够传导光线的介质（光导纤维），以 光波作为载波的信道。
3.1 信道概念及分类
3.1.1 信道概念 3.1.2 信道分类
3.1.1
信道概念
通俗地说，信道指以传输介质为基础的信 号通路。
具体地说，信道一般指由有线或无线电线 路提供的信号通路。
抽象地说，信道实质是一段频带，允许信 号通过，同时又给信号以限制和损害。
信道特性的好坏直接影响通信系统的总特性
信道特点
双绞线实物及内部结构图
双绞线
双绞线又分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双 绞线STP。
除某些特殊场合(如受电磁辐射严重、对传 输质量要求较高等)在布线中使用STP外， 一般情况下我们都采用UTP。
UTP与STP
UTP
STP
UTP分类
3类：3类UTP用于传统电话线，另外还用于 10Mbps以太网，是早期网络中重要的传输介 质
短距离：红外线。如电视机遥控器。 远距离：光波。可用于建筑物之间的局域网连
接。
无线电波：绝大多数无线通信都采用无线 电波作为信号传输的载体。
无线电波频率资源划分表
几种主要无线信道
短波 地面微波接力 卫星通信
短波
短波是指频率为3～30MHz的无线电波。 短波的基本传播途径有两个：一个是地波，
一个是天波。短波的主要传播途径是天波。
(1) 电波从电离层的一次反射和多次反射； (2) 电离层反射区高度所形成的细多径； (3) 地球磁场引起的寻常波和非寻常波； (4) 电离层不均匀性引起的散射现象。
A (a)
B
A
(b)
B
A (c)
A
B
(d ) B
图 3 - 16 (a) 一次反射和两次反射； (b) 反射区高度不同；
(c) 寻常波与非寻常波； (d) 散射现象
用
途
1类UTP
2.4
模拟电话线/数字电话线
Hale Waihona Puke Baidu
2类UTP
4
数字电话线/ISDN和T1线路
3类UTP
16
4Mbit/s令牌环网、10BAST-T以太网数据传输、ISDN数字
话音线路
4类UTP
20
16Mbit/s令牌环网和10BAST-T以太网
5类UTP 100 16Mbit/s以上令牌环网、10～100Mbit/s以太网数据传输
结构：光纤呈圆柱形，由纤芯、包层和护 套三部分组成。
光纤实物内部结构图
光纤优缺点
优点： 低传输损耗（长距离无中继），高带宽 （容量大），抗干扰能力强等。
缺点： 成本较高（完整系统），部分器件技术问 题尚需解决。
无线信道
无线信道主要由无线电波和光波作为传输 载体。
光波：在光波中，红外线、激光是常用的 信号载体。
6类UTP 550 16Mbit/s以上令牌环网、100Mbit/s以太网数据传输、 600Mbit/s以上的全息图像
7类UTP 1000 吉比特以太网数据传输
8类UTP 1000 吉比特以太网数据传输
9类UTP 10000 10吉比特以太网数据传输
双绞线优缺点
优点：由于其结构上的双绞特点，与外界 间相互干扰小（抗电磁干扰）； 带宽较宽， 传输特性比较稳定。
短波优缺点、应用
优点：
抗毁能力和自主通信能力强； 在山区、戈壁、海洋等地区，主要依靠短波； 运行成本低。
缺点：
稳定性较差，噪声较大。
应用：
广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等 方面。
地面微波接力
概念：由于微波是按照近似直线的方式进 行传播的，如果两个站点间相距太远，那 么地球本身就会阻碍电磁的传输，因此在 中间每隔一段距离就需要安装一个中继器 来使电磁波传输得更远。
1 狭义信道 2 广义信道
狭义信道
有线信道包括架空明线、对称电缆、同 轴电缆及光纤等。
无线信道包括短波、地面微波接力、卫 星通信等。
狭义信道是广义信道十分重要的组成部 分，通信效果的好坏，在很大程度上将依赖 于狭义信道的特性。
有线信道
明线 双绞线（对称电缆） 同轴电缆 光导纤维
明线
概念：架空明线是指平行而相互绝缘的架 空裸线线路。
优点：传输损耗低 缺点：易受气候和天气的影响，并且对外
界噪声干扰较敏感 。明线现已逐步淘汰。
双绞线
概念：双绞线由两根彼此绝缘的铜线组成， 这两根线按照规则的螺线状绞合在一起 （也称为对称电缆）。
绞合目的：将线对绞合起来是为了减轻同 一根电缆内的相邻线对之间的串扰，且相 邻线对通常具有不同的绞合长度。