通信系统原理第3章
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天波
频率：2 ~ 30 MHz 特点：被电离层反射 一次反射距离：< 4000 km 寂静区：
传播路径 地面
图3-1 地波传播
信号传播路径
地面
图 3-2 天波传播
22
第3章
视线传播：
频率 > 30 MHz 距离: 和天线高度有关
h D2 D2 m 8r 50
信道
发射天线
h
[例] 若要求D = 50 km，则
调制信道是指从调制器输出端到解调器输入端的所有电路设备和传 输介质，调制信道主要用来研究模拟通信系统的调制、解调问题，故调制 信道又可称为连续信道（模拟信道）。
编码信道的范围是从编码器输出端至译码器输出端，编码器的输出和 译码器的输入都是数字序列，故编码信道又称为离散信道（数字信道）。
第3章 信 道
第3章 信 道
第3章 信 道
3.1 有线信道
明线
5
双绞线
第3章 信 道
第3章 信 道
EIA/TIA 568B双绞线标准
结构化布线
第3章 信 道
第3章 信 道
EIA/TIA 568A双绞线标准
第3章 信 道
双绞线的传输性能 抗干扰能力较差。 带宽和传输距离：决定于铜线的粗细
第3章 信 道
3.3.1 调制信道模型
ei(t)
频率 － 30 ~ 100 MHz 距离 － 1000 km以上 特点 － 低速存储、高速突发、断续传输
25
第3章 信 道
蜂窝传输技术
物理特性：小区覆盖。 传输特性：靠基站布置实现全区域覆盖，具 有穿透饶射等能力。900MHz、1800MHz 等频段。 应用：GSM系统、cdma网络
第3章 信 道
第3章 信 道
同轴电缆的优缺点
抗干扰能力强 带宽宽，数据传输速率高，传输距离远。 价格贵，很重，无法结构化布线 应用：电视网络、近距离计算机网络、长途电 话传输
第3章 信 道
光纤、光缆
轴心：玻璃材质, 用来传送光波讯号。 被覆层：折射率极低的物质。 外皮：不透光的材质, 用以隔绝外在的干扰 源, 保护脆弱的轴心。
第3章 信 道
对称电缆 典型应用：通信电缆 每条电缆中有数十甚至上百个线对，用它们接电话 或者信号，根据颜色的不同，可以区分它们的顺序。 国际标准： 正：白红黑黄紫 负：兰橙绿棕灰
第3章 信 道
3.1 无线信道
无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制
地球大气层的结构
对流层：地面上 0 ~ 10 km
同轴电缆结构
➢中心导体—传递信号 ➢绝缘体—隔绝 ➢屏蔽网—接地 ➢外层包覆—保护外皮
第3章 信 道
同轴电缆的分类
➢基带同轴电缆：50欧姆电缆，用于数字传 输。数据传输速率：10Mb/s，信号传输距 离：1-1.2km。
➢宽带同轴电缆：75欧姆电缆，用于模拟传 输。CATV中标准传输电缆，带宽可达： 300-450MHz,传输距离：100km。
信道分类：
狭义信道
无线信道 － 地波传播、短波电离层反射、超短波或微波、人 造卫星中继、对流层散射、流星余迹散射以及移动无线电信道 等
有线信道 － 电线、光纤
广义信道
信道中的干扰：
有源干扰 － 噪声 无源干扰 － 传输特性不良
第3章 信 道
一、 信道的定义与分类
1.狭义信道 狭义信道是发送设备和接受设备之间用以传 输信号的传输媒质。分为两大类。
ห้องสมุดไป่ตู้
平流层：约10 ～ 60 km
电离层
电离层：约60 ～ 400 km
60 km
平流层 对流层
10 km
0 km
地面
第3章 信 道
电离层对于传播的影响
反射 散射
大气层对于传播的影响
散射 吸收
第3章 信 道
电磁波的分类：
地波
频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离：数百或数千千米
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图3-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
16
第3章 信 道
光纤的类型
单模光纤：轴心直径较细, 约 5~10 微米, 传输距离长, 散射率小,传输效能极佳。
多模光纤：轴心直径较宽,约50~100 微米, 传输距离短, 传输效能略差。
第3章 信 道
光纤工作波段
➢目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；8 2.5 Gbps ，8 10 Gbps ，32 10 Gbps的光纤传输已经实用 ➢常用的三个波长窗口（光纤波段） ✓0.85um：衰减（attenuation)大，传输速率和距离受限 制，但价格便宜 ✓1.30um：衰减小，无色散（dispersion）补偿、功率放 大情况下，最大传40km（最坏情况） ✓1.55um：衰减小，无色散补偿、功率放大情况下，最大 传80km（最坏情况）
第3章 信 道
信道是通信系统必不可少的组成部分。一般 来说,实际信道都不是理想的。 ✓ 信道具有非理想的频率响应特性。 ✓ 信号通过信道传输时搀杂进去的其他干扰（噪 声）。
信道频率特性的不理想及噪声和干扰将影响 信息传输的有效性和可靠性。
第3章 信 道
本章重点：
信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。
D2 D2 502 h 50m
8r 50 50
增大视线传播距离的其他途径 ▪ 中继通信： ▪ 卫星通信：静止卫星、移动卫星 ▪ 平流层通信：
传播途径
d
d
接收天线
D
r
r
地面
图 3-3 视线传播
图3-4 无线电中继
23
第3章 信 道
散射传播
电离层散射 机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上
第3章 信 道
n2 n1 折射率
光纤
结构
纤芯
(a)
n2 n1 折射率
包层 (b)
按折射率分类
阶跃型
n2 n1 折射率
梯度型
125
按模式分类 (c)
7～10
多模光纤 单模光纤
单模阶跃折射 率光纤
图3-11 光纤结构示意图
15
第3章 信 道
损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
对流层散射 机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km
地球
有效散射区 域
图3-5 对流层散射通信
24
第3章 信 道
流星流星余迹散射
流星余迹
图3-8 流星余迹散射通信
流星余迹特点 － 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率：2 ~ 30 MHz 特点：被电离层反射 一次反射距离：< 4000 km 寂静区：
传播路径 地面
图3-1 地波传播
信号传播路径
地面
图 3-2 天波传播
22
第3章
视线传播：
频率 > 30 MHz 距离: 和天线高度有关
h D2 D2 m 8r 50
信道
发射天线
h
[例] 若要求D = 50 km，则
调制信道是指从调制器输出端到解调器输入端的所有电路设备和传 输介质，调制信道主要用来研究模拟通信系统的调制、解调问题，故调制 信道又可称为连续信道（模拟信道）。
编码信道的范围是从编码器输出端至译码器输出端，编码器的输出和 译码器的输入都是数字序列，故编码信道又称为离散信道（数字信道）。
第3章 信 道
第3章 信 道
第3章 信 道
3.1 有线信道
明线
5
双绞线
第3章 信 道
第3章 信 道
EIA/TIA 568B双绞线标准
结构化布线
第3章 信 道
第3章 信 道
EIA/TIA 568A双绞线标准
第3章 信 道
双绞线的传输性能 抗干扰能力较差。 带宽和传输距离：决定于铜线的粗细
第3章 信 道
3.3.1 调制信道模型
ei(t)
频率 － 30 ~ 100 MHz 距离 － 1000 km以上 特点 － 低速存储、高速突发、断续传输
25
第3章 信 道
蜂窝传输技术
物理特性：小区覆盖。 传输特性：靠基站布置实现全区域覆盖，具 有穿透饶射等能力。900MHz、1800MHz 等频段。 应用：GSM系统、cdma网络
第3章 信 道
第3章 信 道
同轴电缆的优缺点
抗干扰能力强 带宽宽，数据传输速率高，传输距离远。 价格贵，很重，无法结构化布线 应用：电视网络、近距离计算机网络、长途电 话传输
第3章 信 道
光纤、光缆
轴心：玻璃材质, 用来传送光波讯号。 被覆层：折射率极低的物质。 外皮：不透光的材质, 用以隔绝外在的干扰 源, 保护脆弱的轴心。
第3章 信 道
对称电缆 典型应用：通信电缆 每条电缆中有数十甚至上百个线对，用它们接电话 或者信号，根据颜色的不同，可以区分它们的顺序。 国际标准： 正：白红黑黄紫 负：兰橙绿棕灰
第3章 信 道
3.1 无线信道
无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制
地球大气层的结构
对流层：地面上 0 ~ 10 km
同轴电缆结构
➢中心导体—传递信号 ➢绝缘体—隔绝 ➢屏蔽网—接地 ➢外层包覆—保护外皮
第3章 信 道
同轴电缆的分类
➢基带同轴电缆：50欧姆电缆，用于数字传 输。数据传输速率：10Mb/s，信号传输距 离：1-1.2km。
➢宽带同轴电缆：75欧姆电缆，用于模拟传 输。CATV中标准传输电缆，带宽可达： 300-450MHz,传输距离：100km。
信道分类：
狭义信道
无线信道 － 地波传播、短波电离层反射、超短波或微波、人 造卫星中继、对流层散射、流星余迹散射以及移动无线电信道 等
有线信道 － 电线、光纤
广义信道
信道中的干扰：
有源干扰 － 噪声 无源干扰 － 传输特性不良
第3章 信 道
一、 信道的定义与分类
1.狭义信道 狭义信道是发送设备和接受设备之间用以传 输信号的传输媒质。分为两大类。
ห้องสมุดไป่ตู้
平流层：约10 ～ 60 km
电离层
电离层：约60 ～ 400 km
60 km
平流层 对流层
10 km
0 km
地面
第3章 信 道
电离层对于传播的影响
反射 散射
大气层对于传播的影响
散射 吸收
第3章 信 道
电磁波的分类：
地波
频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离：数百或数千千米
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图3-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
16
第3章 信 道
光纤的类型
单模光纤：轴心直径较细, 约 5~10 微米, 传输距离长, 散射率小,传输效能极佳。
多模光纤：轴心直径较宽,约50~100 微米, 传输距离短, 传输效能略差。
第3章 信 道
光纤工作波段
➢目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；8 2.5 Gbps ，8 10 Gbps ，32 10 Gbps的光纤传输已经实用 ➢常用的三个波长窗口（光纤波段） ✓0.85um：衰减（attenuation)大，传输速率和距离受限 制，但价格便宜 ✓1.30um：衰减小，无色散（dispersion）补偿、功率放 大情况下，最大传40km（最坏情况） ✓1.55um：衰减小，无色散补偿、功率放大情况下，最大 传80km（最坏情况）
第3章 信 道
信道是通信系统必不可少的组成部分。一般 来说,实际信道都不是理想的。 ✓ 信道具有非理想的频率响应特性。 ✓ 信号通过信道传输时搀杂进去的其他干扰（噪 声）。
信道频率特性的不理想及噪声和干扰将影响 信息传输的有效性和可靠性。
第3章 信 道
本章重点：
信道传输特性和噪声的特性，及其对于信号传输的影响。
D2 D2 502 h 50m
8r 50 50
增大视线传播距离的其他途径 ▪ 中继通信： ▪ 卫星通信：静止卫星、移动卫星 ▪ 平流层通信：
传播途径
d
d
接收天线
D
r
r
地面
图 3-3 视线传播
图3-4 无线电中继
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第3章 信 道
散射传播
电离层散射 机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上
第3章 信 道
n2 n1 折射率
光纤
结构
纤芯
(a)
n2 n1 折射率
包层 (b)
按折射率分类
阶跃型
n2 n1 折射率
梯度型
125
按模式分类 (c)
7～10
多模光纤 单模光纤
单模阶跃折射 率光纤
图3-11 光纤结构示意图
15
第3章 信 道
损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
对流层散射 机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km
地球
有效散射区 域
图3-5 对流层散射通信
24
第3章 信 道
流星流星余迹散射
流星余迹
图3-8 流星余迹散射通信
流星余迹特点 － 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟