3.2恒参信道及其对信号传输的影响

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CCEE
第三章 信道与干扰
数字通信原理
主要内容
数字通信原理
3.1 概 述 3.2 恒参信道及其对信号传输的影响 3.3 变参信道及其对信号传输的影响 3.4 变参信道特性的改善 3.5 信道噪声 3.6 信道容量
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3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
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恒参信道 典型的恒参信道 信号无失真传输条件 幅度-频率畸变 幅度- 相位-频率畸变 相位- 其他影响
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恒参信道
数字通信原理
恒参信道对信号传输的影响是固定的, 恒参信道对信号传输的影响是固定的,或者随时 间缓慢变化的,通常情况下,若在数字信号几个 间缓慢变化的,通常情况下, 最长的符号时间内,信道特性基本不变, 最长的符号时间内,信道特性基本不变,即可认 为此信道为恒参信道。 为此信道为恒参信道。 信道模型可以等效为一个线性时不变网络, 信道模型可以等效为一个线性时不变网络,其传 输函数为K( K(ω 它和一般线性时不变网络一样, 输函数为K(ω) 。它和一般线性时不变网络一样, 可用幅频特性和相频特性来表征它的传输特性。 可用幅频特性和相频特性来表征它的传输特性。 从理论上讲,只要得到这个网络的传输特性, 从理论上讲,只要得到这个网络的传输特性,利 用信号通过线性系统的分析方法, 用信号通过线性系统的分析方法,就可求得已调 信号通过恒参信道后的变化规律。 信号通过恒参信道后的变化规律。
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3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
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恒参信道 典型的恒参信道 信号无失真传输条件 幅度-频率畸变 幅度- 相位-频率畸变 相位- 其他影响
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典型的恒参信道
数字通信原理
明线 双绞线 同轴电缆 光缆 地面微波视距传播 卫星中继信道
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双绞线
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最古老但又是最常用的传输媒体。 最古老但又是最常用的传输媒体。把两根互相绝缘的铜导线并排放在 一起,然后用规则的方法扭绞起来就构成了双绞线。 一起,然后用规则的方法扭绞起来就构成了双绞线。 模拟传输和数字传输都可以使用双绞线, 模拟传输和数字传输都可以使用双绞线,其通信距离一般为几到十几 公里。 公里。 双绞线的价格便宜,性能良好,使用广泛。双绞线采用的导线越粗, 双绞线的价格便宜,性能良好,使用广泛。双绞线采用的导线越粗, 通信距离就越远,但导线的价格也越高。 通信距离就越远,但导线的价格也越高。 为了提高双绞线的抗电磁干扰的能力, 为了提高双绞线的抗电磁干扰的能力,可在双绞线的外面再加上一个 用金属丝编织成的屏蔽层,这种加屏蔽层的双绞线称为屏蔽双绞线, 用金属丝编织成的屏蔽层,这种加屏蔽层的双绞线称为屏蔽双绞线, 相对于无屏蔽双绞线来说,价格要贵一些。 相对于无屏蔽双绞线来说,价格要贵一些。
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典型的恒参信道
数字通信原理
明线 双绞线 同轴电缆 光缆 地面微波视距传播 卫星中继信道
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卫星中继通信
数字通信原理
卫星通信是在地球站之间利用位于3 卫星通信是在地球站之间利用位于3万6千公里高 空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接 力通信。 力通信。 卫星是在太空的无人值守的微波通信中继站。 卫星是在太空的无人值守的微波通信中继站。 卫星通信的主要优缺点和地面微波通信差不多。 卫星通信的主要优缺点和地面微波通信差不多。
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典型的恒参信道
数字通信原理
明线 双绞线 同轴电缆 光缆 地面微波视距传播 卫星中继信道
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明线
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明线导线通常采用铜线、铝线或钢线( 明线导线通常采用铜线、铝线或钢线(铁 ),线径为3mm左右 线径为3mm左右。 线),线径为3mm左右。 对铜、铝线来说, 对铜、铝线来说,长距传输的最高允许频 率为150kHz左右,可复用16个话路;短距 率为150kHz左右,可复用16个话路; 150kHz左右 16个话路 传输时,有时传输频率可达300kHz左右, 300kHz左右 传输时,有时传输频率可达300kHz左右, 可再增开12个话路。 12个话路 可再增开12个话路。 明线信道易受天气变化和外界电磁干扰, 明线信道易受天气变化和外界电磁干扰, 通信质量不够稳定,信道容量较小, 通信质量不够稳定,信道容量较小,不能 传输视频信号和高速数字信号。 传输视频信号和高速数字信号。
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卫星中继通信
数字通信原理
卫星中继通信的优点
通信距离远,且通信费用与通信距离无关 通信距离远, 卫星通信的频带很宽,通信容量很大, 卫星通信的频带很宽,通信容量很大,信号 所受的干扰也小, 所受的干扰也小,通信比较稳定
卫星中继通信的缺点
卫星通信有较大的传播时延
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H (ω )
ϕ (ω )
k
ϕ = kω
ω
0
ω
0
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信号无失真传播条件
数字通信原理
信道的相频特性还经常用群迟延——频率特性 频率特性 信道的相频特性还经常用群迟延 来衡量,所谓群迟延——频率特性,就是相位 来衡量,所谓群迟延 频率特性, 频率特性 特性对频率的导数,若相位频率特性用φ 特性对频率的导数,若相位频率特性用φ(ω) 表示,群迟延用τ 表示, 表示,群迟延用τ(ω)表示,则系统函数的幅 频特性是一个不随频率变化的常数。 频特性是一个不随频率变化的常数。
系统函数的幅频特性H(ω 系统函数的幅频特性H(ω)是一个不随频率变 H( 化的常数。 化的常数。 系统函数的相频特性φ 系统函数的相频特性φ(ω)为一过原点的直 即群时延为常数。 线,即群时延为常数。
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信号无失真传播条件
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系统函数的幅频特性H(ω)是一个不随频 系统函数的幅频特性H(ω H( 率变化的常数。 率变化的常数。 系统函数的相频特性φ 系统函数的相频特性φ(ω)为一过原点的 直线,即群时延为常数。 直线,即群时延为常数。
有线信道为典型的恒参信道 无线信道中的中、长波通信, 无线信道中的中、长波通信,超短波及微波视距通信 等基本上也属于恒参信道。 等基本上也属于恒参信道。
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3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
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恒参信道 典型的恒参信道 信号无失真传输条件 幅度-频率畸变 幅度- 相位-频率畸变 相位- 其他影响
dϕ ( ω ) τ (ω ) = dω
τ (ω )
t0
0
ω
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信号无失真传播条件
数字通信原理
恒参信道并不是理想网络, 恒参信道并不是理想网络,其参数随时间 不变化或变化特别缓慢, 不变化或变化特别缓慢,不可避免会产生 线性畸变 线性畸变是由于网络特性不理想所造成的 畸变, 畸变,主要是因为网络幅频特性和相频特 性不理想造成的, 性不理想造成的,线性畸变与非线性畸变 的区别是线性畸变不会产生新的频率成分。 的区别是线性畸变不会产生新的频率成分。 线性畸变对信号的主要影响可用幅度—频 线性畸变对信号的主要影响可用幅度 频 率畸变和相位—频率畸变 群迟延—频率 频率畸变( 率畸变和相位 频率畸变(群迟延 频率 特性) 特性)来衡量
数字通信原理
微波在空间是直线传播,而地球表面是个曲面, 微波在空间是直线传播,而地球表面是个曲面, 因此传输距离受到限制,一般只有50公里左右, 50公里左右 因此传输距离受到限制,一般只有50公里左右, 若采用100米高的天线塔,可增大到100公里。 100米高的天线塔 100公里 若采用100米高的天线塔,可增大到100公里。 为实现远距离通信, 为实现远距离通信,必须在一条无线电通信信道 的两个终端之间建立若干个中继站。 的两个终端之间建立若干个中继站。中继站把前 一站送来的信号经过放大后再发送到下一站, 一站送来的信号经过放大后再发送到下一站,故 称为“接力” 称为“接力”
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典型的恒参信道
数字通信原理
明线 双绞线 同轴电缆 光缆 地面微波视距传播 卫星中继信道
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同轴电缆
数字通信wenku.baidu.com理
同轴电缆由内导体铜制芯线( 同轴电缆由内导体铜制芯线(单股实心线或多股 绞合线)、绝缘层、 )、绝缘层 绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以 及保护塑料外层组成
光纤的缺点
两根光纤要精确的连接比较困难, 两根光纤要精确的连接比较困难,一般的网络技术人 员难以掌握这项技术 光电接口价格也比较昂贵。 光电接口价格也比较昂贵。
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典型的恒参信道
数字通信原理
明线 双绞线 同轴电缆 光缆 地面微波视距传播 卫星中继信道
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地面微波视距传播
50Ω同轴电缆 50Ω同轴电缆 75Ω同轴电缆 75Ω同轴电缆
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典型的恒参信道
数字通信原理
明线 双绞线 同轴电缆 光缆 地面微波视距传播 卫星中继信道
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光缆
数字通信原理
光纤通信是利用光导纤维(简称光纤) 光纤通信是利用光导纤维(简称光纤)传递光脉 冲来进行通信。有光脉冲相当于1 没有相当于0 冲来进行通信。有光脉冲相当于1,没有相当于0, 由于可见光的频率非常高,约为每秒108量级, 108量级 由于可见光的频率非常高,约为每秒108量级,因 此光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各 种传输媒体的带宽。 种传输媒体的带宽。
微波接力通信的缺点
相邻站之间必须直视,不能有障碍物。 相邻站之间必须直视,不能有障碍物。有时一个天线发射出的信 号也会分成几条略有差别的路径到达接受天线,因而造成失真。 号也会分成几条略有差别的路径到达接受天线,因而造成失真。 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。 与电缆通信系统比较,微波通信的隐蔽性和保密性较差。 与电缆通信系统比较,微波通信的隐蔽性和保密性较差。 平时对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力, 平时对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力,生 产高可靠性的无人中继站并不容易。 产高可靠性的无人中继站并不容易。
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地面微波视距传播
数字通信原理
微波接力通信的主要优点
微波波段频率高,频段范围宽,信道容量大。 微波波段频率高,频段范围宽,信道容量大。 因为工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比微波频率低得多, 因为工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比微波频率低得多,对 微波通信的危害比对短波和米波通信小得多, 微波通信的危害比对短波和米波通信小得多,因而微波传输质量 较高。 较高。 微波接力信道能够通过有线线路难于通过或不易架设的地区( 微波接力信道能够通过有线线路难于通过或不易架设的地区(如 高山、水面),故有较大的机动灵活性, ),故有较大的机动灵活性 高山、水面),故有较大的机动灵活性,抗自然灾害的能力也较 因而可靠性较高。 强,因而可靠性较高。 微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信相比, 微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信相比,建设投资 见效快。 少,见效快。
3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
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恒参信道 典型的恒参信道 信号无失真传输条件 幅度-频率畸变 幅度- 相位-频率畸变 相位- 其他影响
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信号无失真传播条件
数字通信原理
网络的传输系统函数
H (ω ) = H (ω ) e jϕ (ω )
要使任意一个信号通过线性网络不产生波 形失真, 形失真,网络的传输特性应该具备以下两 个理想条件
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光缆
数字通信原理
光纤的优点: 光纤的优点:
传输频带非常宽,通信容量大。 传输频带非常宽,通信容量大。 传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济。 传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济。 抗雷电和电磁干扰性能好。 抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的 环境下尤为重要。 环境下尤为重要。 无串音干扰,保密性好,不易被窃听或截取数据。 无串音干扰,保密性好,不易被窃听或截取数据。 体积小,重量轻。 体积小,重量轻。 这在现有电缆管道已拥挤不堪的情 况下特别有利。 况下特别有利。
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