新通信原理第4章第6讲文天

1、3 3、卫星通信、卫星通信卫星中继信道卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道 卫星中继信道使用的卫星中继信道使用的主要工作频段主要工作频段有有L L（1.5/1.6GHZ1.5/1.6GHZ）, ,C C频段频段(4/6GHZ),(4/6GHZ),KUKU频段频段(12/14GHZ),(12/14GHZ),KAKA频段频段(20/30GHZ).(20/30GHZ). 卫星中继信道的主要特点卫星中继信道的主要特点:通信容量大通信容量大, ,传输质传输质量稳定量稳定, ,传输距离远传输距离远, ,覆盖面积广覆盖面积广. .由于卫星离地面距由于卫星离

2、地面距离远离远, ,信号衰减大信号衰减大, ,实时话音延时长实时话音延时长(0.26S),(0.26S), 卫星中继信道卫星中继信道由卫星转发器作为由卫星转发器作为中继站中继站、上上行线路行线路、下行线路下行线路与与接收接收、发送地球站发送地球站组成。组成。 4 4、平流层通信：、平流层通信：是指用位于平流层的高空平台电是指用位于平流层的高空平台电台台HAPSHAPS代替卫星作为基站的通信，高度代替卫星作为基站的通信，高度17km22km17km22km，氦飞艇、气球或太阳能动力飞机作，氦飞艇、气球或太阳能动力飞机作为安置转发站的平台。若高度为安置转发站的平台。若高度kmkm，可以实现，可以实

3、现覆盖半径覆盖半径kmkm的通信区，安置个氦气的通信区，安置个氦气飞艇实现覆盖全球全球以上人口的地区飞艇实现覆盖全球全球以上人口的地区特点：特点：与卫星通信系统相比，费用低廉，延时时与卫星通信系统相比，费用低廉，延时时间小，建设快，容量大它是在研究之中的一种间小，建设快，容量大它是在研究之中的一种通信手段通信手段、电离层散射通信、电离层散射通信：频率：频率0MHz60MHz、对流层散射通信、对流层散射通信：从地面至高约十余千米间大气层称为从地面至高约十余千米间大气层称为对流层对流层利用对利用对流层进行通信的频率范围流层进行通信的频率范围1004000MHz1004000MHz，可以达到有，可以

4、达到有效散射传播距离最大约为效散射传播距离最大约为600km600km、流星余迹散射、流星余迹散射：是由于流星经过大气层产生的很：是由于流星经过大气层产生的很强的电离余迹使电磁波散射的现象。流星余迹的高度强的电离余迹使电磁波散射的现象。流星余迹的高度在在80120km80120km，余迹长度在，余迹长度在15km40km.15km40km.流星余迹散射流星余迹散射的频率范围在的频率范围在30100MHz,30100MHz,传播距离可达传播距离可达1000km1000km以以上流星余迹通信只能用于低速存储高速突发的断续上流星余迹通信只能用于低速存储高速突发的断续方式传输数据方式传输数据在民用无线

5、通信中，应用最广的是在民用无线通信中，应用最广的是蜂窝网蜂窝网和和卫星通信卫星通信电磁波在大气层内传播时会受到大气的影电磁波在大气层内传播时会受到大气的影响大气及降水都会吸收和散射电磁波使频率响大气及降水都会吸收和散射电磁波使频率在在1GHz1GHz以上的电磁波的传播衰减显著增加以上的电磁波的传播衰减显著增加1001010.10.010.0010.00010.0000110 100 350 100023G62G120G180G 350G水蒸汽水蒸汽氧气氧气氧气和水蒸汽的衰减氧气和水蒸汽的衰减1 10 100G降水率降水率=100mm/h=50mm/h=10mm/h1001010.10.010.

6、0010.0001降雨的衰减降雨的衰减 4.2 有线信道有线信道 1. .明线明线: :是指相互绝缘的架空裸线线路是指相互绝缘的架空裸线线路. 其其优点优点: :传输距离远损耗小传输距离远损耗小. .缺点缺点: :频带窄频带窄, ,易受外界干扰易受外界干扰. 2.对称电缆对称电缆: :对称电缆是在同一保护套内有许多对相对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质互绝缘的双导线的传输媒质, ,为了减少各线对之间的为了减少各线对之间的相互干扰相互干扰, ,每一对线都拧成纽绞状每一对线都拧成纽绞状. .通常有两种类型通常有两种类型: :非屏蔽非屏蔽(UTP)(UTP)和屏蔽和屏蔽(ST

7、P)(STP). . 3.3.同轴电缆同轴电缆: :由同轴的两个导体构成由同轴的两个导体构成, ,外导体是一外导体是一个圆柱形的金属丝网个圆柱形的金属丝网, ,内导体是金属线内导体是金属线, ,它们之间充它们之间充填了塑料介质填了塑料介质. .最外有保护塑料套最外有保护塑料套. .线路线路类型类型工作频工作频率率/kHz/kHz复用复用话路话路平均增音长度平均增音长度/Km/Km（成本）（成本）架空架空明线明线6-2736-143312300100100%75%对称对称电缆电缆12-10812-25224603518-2022%12%同轴同轴电缆电缆60-410060-410060-85006

8、0-85009001800756575%50%4. 光纤信道光纤信道 它具有它具有信道频带宽、线径细、重量轻、不怕腐蚀、信道频带宽、线径细、重量轻、不怕腐蚀、节约有色金属以及不受电磁干扰和电磁泄漏节约有色金属以及不受电磁干扰和电磁泄漏等优点。等优点。 以以光导纤维（简称光纤）光导纤维（简称光纤）为传输媒质、光波为载波为传输媒质、光波为载波 光纤就是导光的玻璃纤维的简称, 是石英玻璃丝, 它的直径只有0.1 mm, 如同人的头发丝粗细。在通信中, 它和原来传送电话的明线、电缆一样, 是一种新型的信息传输介质, 但它比以上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍, 可达到上百千兆比特/秒, 而且衰耗极

9、低。通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很小的双层同心圆柱体，外层的折射率比内层低。小的双层同心圆柱体，外层的折射率比内层低。折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n n1 1，直，直径径2 2a a；折射率低的外围部分称为包层，其折射率为；折射率低的外围部分称为包层，其折射率为n n2 2，直径为，直径为2 2b b。 n2n1 n2n1 光纤按其芯径传送光的模式（即路径）是单一还光纤按其芯径传送光的模式（即路径）是单一还是多个，光纤又分是多个，光纤又分单模光纤单模光纤和和多模光纤多模光纤光纤信道中传

10、输的光的波长有光纤信道中传输的光的波长有三种三种： mmm55. 1 ,31. 1 ,85. 0多模光纤多模光纤: :线径粗线径粗, ,各路径传输时延不同各路径传输时延不同, ,存在色散现象存在色散现象, ,限制了传输带宽和距离限制了传输带宽和距离. .优点易熔接优点易熔接, ,采用采用LEDLED光源便光源便宜宜. .单模光纤单模光纤: :色散小色散小, ,传输带宽大传输带宽大, ,传输距离远传输距离远, ,直径小难熔直径小难熔接接, ,采用激光器较贵采用激光器较贵. .图、光纤信道的一般组成图、光纤信道的一般组成如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中如果信道不仅是传输媒质，而且包括通信

11、系统中的一些转换装置，这种信道称为的一些转换装置，这种信道称为广义信道广义信道广义信道按照它包括的功能，可以分为广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道调制信道、编码信道编码信道等等编码器输入调制器发转换器媒质收转换器解调器译码器输出编码信道调制信道4.3 4.3 信道数学模型信道数学模型 1.1.调制信道数学模型调制信道数学模型 调制信道具有如下共性调制信道具有如下共性: (1)(1)有一对有一对( (或多对或多对) )输入端和一对输入端和一对( (或多对或多对) )输出端输出端 (2)(2)绝大多数的信道都是线性的绝大多数的信道都是线性的, ,即满足线性叠加原理即满足线性叠加原理. .

12、(3)(3)信号通过信道具有固定的或时变的延时时间信号通过信道具有固定的或时变的延时时间. . (4)(4)信号通过信道会受到固定的或时变的损耗信号通过信道会受到固定的或时变的损耗. . (5) (5)即使没有信号输入即使没有信号输入, ,在信道的输出端也存在噪声在信道的输出端也存在噪声线性时变网络si(t)so(t) 图、图、调制信道模型调制信道模型 二对端调制信道模型输入与输出关系：二对端调制信道模型输入与输出关系： )()()(tntefteio式中：式中： 信道输入的已调制信号信道输入的已调制信号 信道总输出波形。信道总输出波形。 加性噪声（或称之加性干扰），加性噪声（或称之加性干扰）

13、， 与与 无依赖关系，即无依赖关系，即 始终存在始终存在 表示已调信号通过信道所发生的（时变）表示已调信号通过信道所发生的（时变） 线性变换。线性变换。 反映了信道特性。反映了信道特性。 )(tei)(teo)(tn)(tefi)(tn)(tei)(tn)(tefi)()()()(tntetkteio该式即为二对端调制信道的数学模型该式即为二对端调制信道的数学模型 依赖于信道特性，依赖于信道特性， 反映信道特性对反映信道特性对 的作的作用。用。 的存在，对的存在，对 来说，也是一种干扰，通常称为来说，也是一种干扰，通常称为乘性干扰乘性干扰 )(tk)()(tetk)(tei)(tk)(tei总

14、结：总结：调制信道对信号存在二种影响，调制信道对信号存在二种影响，一是乘性干扰一是乘性干扰，二是加性干扰二是加性干扰。乘性干扰取决于信道特性，加性干扰取。乘性干扰取决于信道特性，加性干扰取决于信道噪声的特性。决于信道噪声的特性。 调制信道根据信道特性随时间变化的快慢可分为：调制信道根据信道特性随时间变化的快慢可分为： 恒（定）参（量）信道恒（定）参（量）信道：信道信道 的可看成不的可看成不随时间变化或基本不变化。也就是说：信道对信号随时间变化或基本不变化。也就是说：信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢。的影响是固定的或变化极为缓慢。 随（机）参（量）信道随（机）参（量）信道：它是非恒定参量信

15、道它是非恒定参量信道的统称。它的信道的统称。它的信道 随时间快速变化。随时间快速变化。)(tk)(tk2编码信道数学模型编码信道数学模型 编码器输入调制器发转换器媒质收转换器解调器译码器输出编码信道调制信道调制信道调制信道称为称为模拟信道，编码信道模拟信道，编码信道称为称为数字信道数字信道 编码信道的数字模型可以用编码信道的数字模型可以用数字的转移概率数字的转移概率来描述来描述 P(0/1).P(1/0)P(0/1).P(1/0)分别是分别是错误转移概率错误转移概率 P(0).P(1)P(0).P(1)分别是发送分别是发送0,10,1符号的符号的先验先验概率概率P(0/0).P(1/1)P(0

16、/0).P(1/1)分别是分别是正确转移概率正确转移概率. . P(0/0)01P(1/1)P(0)P(1)P(1/0)P(0/1)01图、二进制数字通信编码信道模型 x0 x1xM1y0y1yN1 X Y图、多进制数字通信编码信道模型 信道输出信道输出总错误概率总错误概率为： ) 1/0() 1 ()0/1 ()0(PPPPPe4.4 4.4 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响4.4.1 4.4.1 恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道特性及其对信号传输的影响 恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是缓慢变恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是缓慢变化的，它的传输特性可以用一

17、个化的，它的传输特性可以用一个线性时不变网络线性时不变网络来来描述描述 线性网络的传输特性可以用线性网络的传输特性可以用幅度频率特性幅度频率特性和和相位频率特性相位频率特性来表征来表征 1.1.理想恒参信道特性理想恒参信道特性 理想恒参信道就是理想的无失真传输信道理想恒参信道就是理想的无失真传输信道 djwteKwH0)(理想恒参信道的理想恒参信道的幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性：0)(KwHdwtw )(信道的相频特性也可以用信道的相频特性也可以用群迟延群迟延- -频率特性频率特性来衡量。来衡量。所谓所谓群迟延群迟延- -频率特性频率特性就是就是相位相位- -频率特性的倒数频率特性的倒

18、数 dtdwwdw)()(OK0|H()|(a)O()td(b)Otd(c)图、理想信道幅频特性、图、理想信道幅频特性、 相频特性和群迟延相频特性和群迟延- -频率特性频率特性 恒参信道的冲激响应为：恒参信道的冲激响应为： )()(0dttKth理想恒参信道输出为理想恒参信道输出为 ：)()()()(0dttsKtsthtr理想恒参信道对信号传输的影响是理想恒参信道对信号传输的影响是： （1 1） 对信号在幅度上产生固定的衰减；对信号在幅度上产生固定的衰减； （2 2） 对信号在时间上产生固定的迟延。对信号在时间上产生固定的迟延。如果，信道的传输特性偏离了理想信道特性，如果，信道的传输特性偏离了理想信道特性，就会产生就会产生信号失真信号失真（即（即畸变畸变）。如果信道的幅）。如果信道的幅频特性不是常数，将产生频特性不是常数