通信系统原理第3章学习教案

1、会计学1通信系统通信系统(xtng)原理第原理第3章章第一页，共67页。第2页/共67页第二页，共67页。第3页/共67页第三页，共67页。4第4页/共67页第四页，共67页。双绞线第第3章章 信信 道道第5页/共67页第五页，共67页。结构化布线结构化布线(b xin)EIA/TIA 568B双绞线标准双绞线标准(biozhn)第第3章章 信信 道道第6页/共67页第六页，共67页。第第3章章 信信 道道第7页/共67页第七页，共67页。EIA/TIA 568A双绞线标准双绞线标准(biozhn)第第3章章 信信 道道第8页/共67页第八页，共67页。双绞线的传输双绞线的传输(chun sh

2、)性能性能n抗干扰能力较差。抗干扰能力较差。n带宽带宽(di kun)和传输距离：决定于铜线和传输距离：决定于铜线的粗细的粗细第第3章章 信信 道道第9页/共67页第九页，共67页。同轴电缆同轴电缆(tn zhu din ln)结结构构中心导体中心导体传递信号传递信号绝缘体绝缘体隔绝隔绝屏蔽网屏蔽网接地接地外层外层(wi cn)包包覆覆保护外皮保护外皮第第3章章 信信 道道第10页/共67页第十页，共67页。同轴电缆同轴电缆(tn zhu din ln)的分类的分类基带同轴电缆：基带同轴电缆：50欧姆电缆，用于数字传欧姆电缆，用于数字传输。数据传输速率：输。数据传输速率：10Mb/s，信号传输

3、距，信号传输距离：离：1-1.2km。宽带同轴电缆：宽带同轴电缆：75欧姆电缆，用于模拟欧姆电缆，用于模拟(mn)传输。传输。CATV中标准传输电缆，带宽中标准传输电缆，带宽可达：可达：300-450MHz,传输距离：传输距离：100km。第第3章章 信信 道道第11页/共67页第十一页，共67页。同轴电缆同轴电缆(tn zhu din ln)的优缺点的优缺点q抗干扰能力强抗干扰能力强q带宽宽，数据传输速率高，传输距离远。带宽宽，数据传输速率高，传输距离远。q价格价格(jig)贵，很重，无法结构化布线贵，很重，无法结构化布线q 应用：电视网络、近距离计算机网络、长途电话传输应用：电视网络、近距

4、离计算机网络、长途电话传输第第3章章 信信 道道第12页/共67页第十二页，共67页。光纤、光缆光纤、光缆(un ln)q轴心：玻璃材质轴心：玻璃材质, , 用来传送光波讯号。用来传送光波讯号。q被覆层：折射率极低的物质。被覆层：折射率极低的物质。q外皮：不透光的材质外皮：不透光的材质, , 用以隔绝外在的干扰用以隔绝外在的干扰源源, , 保护保护(boh)(boh)脆弱的轴心。脆弱的轴心。第第3章章 信信 道道第13页/共67页第十三页，共67页。14折射率n1n2折射率n1n27101 25折射率n1n2单模阶跃折射单模阶跃折射率光纤率光纤图3-11 光纤结构示意图(a)(b)(c)第14

5、页/共67页第十四页，共67页。150.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波长（m）1 . 5 5 m1 . 3 1 m图3-12光纤损耗与波长的关系第15页/共67页第十五页，共67页。光纤的类型光纤的类型(lixng)q单模光纤：轴心直径单模光纤：轴心直径(zhjng)(zhjng)较细较细, , 约约 510 510 微米微米, , 传输距离长传输距离长, , 散射率小散射率小, ,传输效能极佳。传输效能极佳。q多模光纤：轴心直径多模光纤：轴心直径(zhjng)(zhjng)较宽较宽, ,约约50100 50100 微米微米, ,传输距离短传输距离短, , 传输效能略差。传输

6、效能略差。第第3章章 信信 道道第16页/共67页第十六页，共67页。光纤工作光纤工作(gngzu)波段波段目前，在试验室中光纤带宽超过目前，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的光纤传输已经实用常用的三个波长窗口（光纤波段）常用的三个波长窗口（光纤波段）0.85um：衰减：衰减(shui jin)（attenuation)大，传输速率和大，传输速率和距离受限制，但价格便宜距离受限制，但价格便宜1.30um：衰减：衰减(shui jin)小，无色散（小，无色散（dispersion）补偿）补偿、功率放大情况下，最

7、大传、功率放大情况下，最大传40km（最坏情况）（最坏情况）1.55um：衰减：衰减(shui jin)小，无色散补偿、功率放大情小，无色散补偿、功率放大情况下，最大传况下，最大传80km（最坏情况）（最坏情况）第第3章章 信信 道道第17页/共67页第十七页，共67页。 对称电缆典型应用：通信电缆每条电缆中有数十甚至(shnzh)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：兰橙绿棕灰第第3章章 信信 道道第18页/共67页第十八页，共67页。地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km第第3章章 信信 道道第19页/共67页第十九

8、页，共67页。第20页/共67页第二十页，共67页。21传 播 路径地 面图3-1 地波传播地 面信号传播路径图 3-2 天波传播反射(fnsh)n一次反射(fnsh)距离： 4000 kmn寂静区：第第3章章 信信 道道第21页/共67页第二十一页，共67页。22n卫星通信：静止卫星、移动卫星n平流层通信：ddh接 收 天线发 射 天线传 播 途径D地面rr图 3-3 视线传播图3-4 无线电中继50822DrDhmm505050508222DrDh第第3章章 信信 道道第22页/共67页第二十二页，共67页。23图3-5 对流层散射通信地球有效散射区域第23页/共67页第二十三页，共67页

9、。24图3-8 流星余迹散射通信流星余迹第24页/共67页第二十四页，共67页。蜂窝蜂窝(fngw)传输技术传输技术n物理特性：小区覆盖。物理特性：小区覆盖。n传输特性：靠基站布置传输特性：靠基站布置(bzh)实现全区域实现全区域覆盖，具有穿透饶射等能力。覆盖，具有穿透饶射等能力。900MHz、1800MHz等频段。等频段。n应用：应用：GSM系统、系统、cdma网络网络第第3章章 信信 道道第25页/共67页第二十五页，共67页。 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(dinl)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

10、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）。 第第3章章 信信 道道第26页/共67页第二十六页，共67页。27这时上式变为：这时上式变为： 信道数学模型信道数学模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)图3-12 调制信道数学模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第27页/共67页第二十七页，共67页。28)()()()(tntetkteio第28页/共67页第二十八页，共67页。29P(0 / 0) = 1 P

11、(1 / 0)P(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0 / 0)P(1 / 1)图3-13 二进制编码信道模型发送端接收端第29页/共67页第二十九页，共67页。3001233210接收端发送端第30页/共67页第三十页，共67页。31左图为典型电话信道特性用插入损耗便于测量(a) 插入损耗频率特性第31页/共67页第三十一页，共67页。32频率(kHz)（ms）群延迟(b) 群延迟频率特性dd)(0相位频率特性第32页/共67页第三十二页，共67页。33n频率偏移、相位抖动非线性关系直线关系图3-16 非线性特性输入电压输出电压第33页/共6

12、7页第三十三页，共67页。 如果传输特性不好（即上述两个条件不满足），会使信号传输产生失真(sh zhn)（也称畸变）。第第3章章 信信 道道第34页/共67页第三十四页，共67页。1.幅度频率畸变 幅度频率畸变是信道的幅度频率特性不理想引起的，主要是在信道有效(yuxio)的传输带宽内， | H() |不是恒定不变的，而是随频率的变化有所波动。这种振幅频率特性的不理想导致信号通过信道时波形发生失真，又称为幅度频率失真。产生原因：信道中存在各种滤波器、混合线圈、串联电容、分布电感等。影响：l 对模拟信号，使波形失真，如语音信号，不同频率强弱变化；l 对数字信号，会引起相邻码元波形在时间上相互重

13、叠（因信道特性变化），从而造成码间串扰、误码。第第3章章 信信 道道第35页/共67页第三十五页，共67页。2.1 相位频率畸变(jbin)：经常用群迟延频率特性来描述相频特性： 群迟延频率特性为：()=d()/d，当() =-td 即()=-td时，无相频畸变(jbin)。()-td()-td00此时信号的不同频率成分将有相同的群迟延，因而信号经传输后不发生(fshng)畸变。第第3章章 信信 道道第36页/共67页第三十六页，共67页。如果信道的相位(xingwi)频率特性偏离线性关系，即() -td 时，由于信号的各次谐波通过信道后的相位(xingwi)关系发生改变，叠加后波形就产生了失

14、真，称为相位(xingwi)频率失真，也称相位(xingwi)畸变。由于相位(xingwi)频率特性的非线性性转化为时延不一致而导致的失真，也称为群时延频率失真。产生原因：滤波器、加感线圈。影响：语音信号，基谐时间关系失真，视频影响大。数字信号，产生串扰。 第第3章章 信信 道道第37页/共67页第三十七页，共67页。第第3章章 信信 道道第38页/共67页第三十八页，共67页。39多径传播现象。n下面重点分析多径效应第39页/共67页第三十九页，共67页。40n都是随机变化的。tA0cos0011( )( )cos( )( )cos( )nniiiiiiR ttttttt)(ti)(ti)(

15、)(0ttii)(),(),(tttiii第40页/共67页第四十页，共67页。41(xnho)的相位niniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()(niniiiiitttttttR1100sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc)()()(22tXtXtVsc)()(tan)(1tXtXtcs第41页/共67页第四十一页，共67页。42另外一种衰落：慢衰落 由传播条件引起的。第42页/共67页第四十二页，共67页。43复因子，其模为)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeA

16、FtAf)1 ()()()(000jjeeAFtAftAf)1 ()()1 ()()(00jjjjeAeFeeAFH0je)1 (je2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第43页/共67页第四十三页，共67页。f(t)延迟t0延迟t0+V0f(t-t0)+V0f(t-t0-)V0V00000222020()(1)()2 cos()2jtjjjjjtjjtHV eeV eeeeV ee 第第3章章 信信 道道第44页/共67页第四十四页，共67页。45称为衰落现象。由于这种衰落和频率有关，故常称其为频率选择性衰落。图3-18 多径效应2cos2sin)cos1 (sincos

17、1122jej第45页/共67页第四十五页，共67页。46图3-19 多径效应小于f且采用一定措施使信号稳定。一般取B=（1/31/5）1/ m 。第46页/共67页第四十六页，共67页。第第3章章 信信 道道第47页/共67页第四十七页，共67页。48第48页/共67页第四十八页，共67页。49声、宇宙噪声、热噪声第49页/共67页第四十九页，共67页。50n讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响。第50页/共67页第五十页，共67页。51够传输的平均信息量最大值两者之间可以互换第51页/共67页第五十一页，共67页。52x1x2x3y3y2y1接收端发送端xn

18、。ym图3-20 信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym/xn)P(yj)第52页/共67页第五十二页，共67页。53nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(第53页/共67页第五十三页，共67页。54nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(niiixPxPxH12)(log)()(mjnijijijyxPyxPyPyxH112)/(log)/()()/(第54页/共67页第五十四页，共67页。55)1 (log)1 (lo

19、g)(22H图3-21 二进制信源的熵H()第55页/共67页第五十五页，共67页。56x1x2x3y3y2y1接收端发送端。yn图3-22 无噪声信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第56页/共67页第五十六页，共67页。57( )max( )( /)P xIH xH x y( )max ( )( / )P xCr H xH x y第57页/共67页第五十七页，共67页。580011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) = 1/128P(0/1) = 1/128发送端图3-23 对称信道模型接收端第58页/共67页第五十八页，共67页。59121log2121log21)(log)()(1222niiixPxPxH)/(log)/()/(log)/()()/(log)/()/(log)/()()/(log)/()()/(2222221221212212112111112yxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyPyxHmjnijijij第59页/共67页第五十九页，共67页。60信道容量C等于：045. 0055. 001. 0)7()128/1 (01. 0)128/127()128/1 (log)