通信原理_第四章 信道

通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网4.1无线信道4.2有线信道4.3信道数学模型4.4信道特性对信号传输的影响4.5信道中的噪声4.6信道容量第四章信道本章内容简介通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网引言信道概念：信道是信源向信宿发送和传输信息信号的通道。狭义信道：指信息收发设备之间的传输媒体。如电缆、光纤、无线电波等。广义信道：不仅包括传输媒体，还包括特定媒体传输所必须的信号变换设备。如编解码器（信源、信道、传输编解码）、调制解调器、光电转换器、放大器、滤波器、中继设备等。信道分类：模拟信道与数字信道、有线信道与无线信道、窄带信道与宽带信道等。一个通信系统的传输信道往往不是单一的。电话线、双绞线、同轴电缆、光纤传输信道。无线电波、红外线等传输信道。►根据信号波长（或频率）划分：长波、中波、短波、超短波、微波等。►根据传播路径（或机理）划分：视距传播、电离层反射、对流层散射等。典型的模拟信道是调制信道。典型的数字信道是编码信道。第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网引言（调制信道与编码信道）调制信道与编码信道分别是模拟信道与数字信道的典型例子。调制器解调器发送转换器接收转换器传输媒体调制信道编码信道自编码器去译码器图4-1调制信道与编码信道第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网4.1无线信道无线信道电磁波的频率－受天线尺寸限制第四章信道什么是电磁波？通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网4.1无线信道第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网一地球大气层的结构：对流层：地面上0~10km平流层：约10～60km电离层：约60～400km地面对流层平流层电离层10km60km0km图4-2大气层的结构第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网传播路径地面图4-3地波传播地面信号传播路径图4-4天波传播二电磁波的分类：1地波频率2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米2天波频率：2~30MHz特点：被电离层反射一次反射距离：4000km寂静区第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网■短波：指波长在100m—10m（对应信号载波频率3MHz—30MHz）的无线电波。■电离层：距离地面高度为60km—480km的大气层称为电离层。第四章信道天波又称为电离层反射波，天波传播借助于电离层的一次反射或多次反射可传输几千千米，乃至上万千米的距离。这种信道也被称为短波电离层反射信道。通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网短波电离层反射信道(1)传播路径4000kmDEF1F2反射层吸收层■电离层：□各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化。□一次或多次反射的距离也会发生变化，且与入射角有关。□不同层次（F1、F2）的不同高度上都会产生反射。地球地面高度为60km—400km入射角φo第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网短波电离层反射信道(2)工作频率□最高可用频率与电离层的电子密度有关，与入射角有关。oeooNfMUFsec8.80secmax■关于电离层反射信道的工作频率：□电离层高度、厚度、电子密度是变化的，能够随电离层变化调整工作频率、入射角才能满足一定距离下的最佳通信。□夜间F2层电子密度低，须降低工作频率，否则信号会穿透电离层。□夜间D层和F1消失，E层吸收减小，允许工作频率降低。第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网短波电离层反射信道(3)多径传播DEF1F2反射层吸收层■一次反射与两次反射地球发送接收一次反射与两次反射反射高度不同■反射高度不同■漫射现象（略）■寻常波与非寻常波（略）第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网短波电离层反射信道(4)电离层反射信道特点■优点①要求功率小，设备成本低。②传播距离远。③受地形影响小。④不易受人为破坏。⑤有一定的带宽或传输容量。■缺点①干扰电平高。②存在快衰落和多径时延失真。③传输可靠性差。④需要经常改换工作频率，导致使用复杂。第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网3视线传播：频率30MHz距离:和天线高度有关(4.1-3)式中，D–收发天线间距离(km)。[例]若要求D=50km，则由式(4.1-3)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ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr图4-5视线传播图4-6无线电中继50822DrDhm2225050m85050DDhr第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网(1)无线电视距传播信道无线电视距传播无线电中继信道第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网(2)卫星中继信道卫星中继信道通信卫星通信卫星第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网(3)平流层通信第四章信道平流层通信是指用位于平流层的高空平台电台代替卫星作为基站的通信，平台高度距地面17km～22km。可以用冲氮飞艇、气球或太阳能动力飞机作为安置转发站的平台。若高度在20km，则可以实现地面覆盖半径约500km的通信区。若在平流层安置250个冲氮飞艇，可以实现覆盖全球90％以上人口的地区。平流层通信系统与卫星通信系统相比，费用低廉、延迟时间小、建设快、容量大。通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网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频率(GHz)(a)氧气和水蒸气（浓度7.5g/m3）的衰减频率(GHz)(b)降雨的衰减衰减(dB/km)衰减(dB/km)水蒸气氧气降雨率图4-7大气衰减第四章信道三电磁波在传播时受到的影响通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网电离层散射机理－由电离层不均匀性引起频率－30~60MHz距离－1000km以上对流层散射机理－由对流层不均匀性（湍流）引起频率－100~4000MHz最大距离600km第四章信道四散射传播通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网对流层散射信道地球发送接收共同照射区的不均匀散射气团图4-8对流层散射信道传播路径第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网第四章信道流星余迹散射流星余迹散射特点－高度80~120km，长度15~40km存留时间：小于1秒至几分钟频率－30~100MHz距离－1000km以上特点－低速存储、高速突发、断续传输图4-9流星余迹散射通信流星余迹通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网4.2有线信道第四章信道■明线（如用户电话线）■对称电缆（如五类双绞线、中继电话线）■同轴电缆（如有线电视进户线、中继电话线）电缆中的线对数量可以不同，线径也可不同。表4-1三种有线电信道的性能线路类型通话路数频率范围/kHz增音段长度/km架空明线1+30.3—27300架空明线1+3+120.3—150120对称电缆2412—10835对称电缆6012—25215小同轴电缆30060—13008小同轴电缆96060—41004中同轴电缆1800300—90006中同轴电缆2700300—120004.5中同轴电缆10800300—600001.5通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网第四章信道一明线明线是指平行架设在电线杆上的架空线路。它本身是导电裸线或带电绝缘的导线。它的传输损耗低，但易受天气和环境的影响，对外界噪声干扰较敏感。通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网二对称电缆：由许多对双绞线组成图4-10双绞线导体绝缘层第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网第四章信道导体金属编织网保护层实心介质图4-11同轴线三同轴电缆通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网四光纤结构纤芯包层按折射率分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n1n27～10125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤图4-12光纤结构示意图(a)(b)(c)第四章信道全反射演示.swf通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网光纤信道光源光调制器耦合器基带处理基带电信号耦合器光检测器基带处理基带电信号光纤线路发送端接收端图4-13光纤通信系统■光纤与光缆■光波长■单模光纤与多模光纤■光纤的色散与衰耗第四章信道光纤通信的优点■无中继传输距离长；■系统频带宽、容量大；■具有极强的抗电磁干扰能力。通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网第四章信道色散图解通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网损耗与波长关系损耗最小点：1.31与1.55m0.70.91.11.31.51.7光波波长（m）1.55m1.31m图4-14光纤损耗与波长的关系第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网第四章信道4.3信道数学模型(调制信道数学模型)信息源信源编码信道译码信道编码信道数字调制加密数字解调解密信源译码受信者噪声源编码信道调制信道图4-15信道模型的分类通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网4.3信道数学模型——4.3.1调制信道数学模型时变线性系统ei(t)eo(t)图4-16调制信道模型(二对端网络)调制信道输出eo(t)与输入ei(t)关系：eo(t)=f[ei(t)]+n(t)加性噪声时变信道特性影响eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)时变信道特性影响常描述为一种干扰：乘性干扰第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网式中－信道输入端信号电压；－信道输出端的信号电压；－噪声电压。f[ei(t)]e0(t)ei(t)n(t)图4-17调制信道数学模型)()]([)(tntefteio)(tei)(teo)(tn4.3.1调制信道数学模型第四章信道通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网oie(t)k(t)e(t)n(t)因k(t)随t变，故信道称为时变信道。因k(t)与相乘，故称其为乘性干扰。因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。第四章信道4.3.1调制信道数学模型ie(t)通信原理内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章东北大学网4.3.1信道数学模型(调制信道数学模型)调制信道(模拟信道)对信号(模拟信号)传输的影响：衡量调制信道(模拟信道)优劣的标准：模拟信道输出信号输入信号噪声n(t)无失真、无畸变有失真