3.2恒参信道及其对信号传输的影响 (2)
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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
重庆大学通信工程学院
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。
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。
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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。
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
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
1 2 3 4 5 6
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
3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
1 2 3 4 5 6
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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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。
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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3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
1 2 3 4 5 6
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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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。
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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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CCEE
第三章 信道与干扰
数字通信原理
主要内容
数字பைடு நூலகம்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
1 2 3 4 5 6
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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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
数字通信原理
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。
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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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
数字通信原理
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。
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
数字通信原理
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。
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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
数字通信原理
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
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
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卫星中继通信
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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。
50Ω同轴电缆 50Ω同轴电缆 75Ω同轴电缆 75Ω同轴电缆
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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
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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。
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光缆
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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。
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
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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
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
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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
3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
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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
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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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地面微波视距传播
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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。
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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3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
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1 2 3 4 5 6
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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H (ω )
ϕ (ω )
k
ϕ = kω
ω
0
ω
0
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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。
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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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CCEE
第三章 信道与干扰
数字通信原理
主要内容
数字பைடு நூலகம்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
重庆大学通信工程学院
3.2 恒参信道及其对信号传输的影响
数字通信原理
1 2 3 4 5 6
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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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
数字通信原理
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。
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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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。
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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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。
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同轴电缆
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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
dϕ ( ω ) τ (ω ) = dω
τ (ω )
t0
0
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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