对流层散射信道
军用对流层散射通信的现状与发展趋势
军用对流层散射通信的现状与发展趋势
军用对流层散射通信的现状与发展趋势肖重庆f机械电子工业帮百掌庄第五十四研究所)CURRENTSTATUSANDTRENDS0FMILrrARYTRoP0C0MMUNICAT10NXiaoChongqing【提要l文奉舟绍对瘴层教射通信在军用通信中的作用与地位.它的简单发展历程.各门主要的徽射机.以及散射通信夸后的技术发展趋势.对流层散射通信由于单跳距离远,通信容量大,天线的锐方向性不易被截收和干扰,以及传播不受援爆炸影响等优点.加上近十年来各种高性能的数字散射机特别是高性能高机动性数字散射机的问世与应用,一直受到军方的高度重视.成为战略与战术通信网中不可缺少的一种通信手段.在现有的160多个教射通信系统中,军用的占了{00来个就充分说明了这一点.国外有人断言,在核战情况下.散射通信很可能成为为数不多的通信方式之一.比如美国战略通信网中就采用了不少散射电路.它们或与微波接力,电缆.短波等构成长链路.或作为其它通信线路的复线.或用于跨越极区,海峡,湖泊,高山和沙漠等特殊地形.在战术通信网中,它是三军联台战术网的组成部分.配备于集团军,旅级指挥机关.北约的战略通信网——综合通信系统(NICS)采用了庞大的散射通信系统----ACEHIGH.它由49条对流层散射线路和整不多数量的微波接力线路组成,成为该系统的地面主干线路,并正在逐步数字化.英国的对流层散射是’橙鸡’战术通信网的组成部分.法国的散射机(如FH940,FH950等测广泛用于里达’战术网.可见,散射通信在通信发达的今天,绝不是其它通信手段所能替代的,它有着广霞的发展前景和重要作用.本文介绍军用对流层散射通信在现代军用通信中的地位与作用.简单的发展演变过程.当前外
对流层散射通信
利用大气层中传播媒介的不均匀性对无线电波的散射作用进行的超短波、 微波超视距通信
01 结构物理特性
目录
02 主要特征
03 传播机制
04 特性
05 发展
散射通信是指利用大气层中传播媒介的不均匀性对无线电波的散射作用进行的超短波、微波超视距通信。根 据散射媒质的不同，散射通信一般分为对流层散射通信和电离层散射通信。散射通信中应用最多是对流层散射通 信。
传播机制
对流层散射现象的发现源于20世纪30年代，在实践中观察到了传播距离达到800-1000km，远远超出视距的超 短波、微波信号。由于频率太高，射向地面的超短波、微波频段的电波几乎无法在地表激起表面电流，这时地表 对于这个频段的电磁波而言相当于良导电体，电磁波在地表几乎全部反射而没有入射；另一方面，大气层中的电 离层处于等离子体状态，电离层由于拥有自由电荷且自由电荷随着空间高度的变化而不均匀，可以使射向天空的 频率较低的电磁波经过多次折射而返回地面，但是这个频率最高大概能达到50MHz，再高频率的电磁波将穿过电 离层进入宇宙空间。这意味着超短波及以上频率的电磁波既无法以地波的形式沿着圆形地球表面传播，也无法以 天波传播的方式经电离层折射返回地面，其传播方式为空间波传播，又称视距传播，传播路径类似于光路径，是 一条射线，不会发生弯折而发生超视距传播。即使考虑到大气折射效应导致的实际电波传播路径弯折，超短波和 微波的超视距效应也是非常微弱的，不可能显著超出视距传播到上千公里之外的地方。后来，有人用大气波导之 类的偶然因素来解释这种超短波、微波超视距传播，但随后的研究否定了这种理论。于是，人们提出了新的传播 机制来解释这种现象，即对流层散射传播机制。
但是，对流层散射传播机制具体是什么并没有一个定论，人们通过构造各种理论模型来解释这种传播，使理 论模型得出的数据尽可能地与实测数据相符。已经提出的机理主要有湍流非相干散射（散射理论）、不规则层非 相干反射（多模理论）和稳定层相干反射（反射理论）三种。这里首先了解大气物理中的一些相关概念，再引出 对流层散射传播的这三种机制。
数字对流层散射通信在民用的应用
数字对流层散射通信在民用通信的应用第一部分综述散射是一种自然现象。
我们知道，在地球的外围是厚厚的大气层，大气层分布着大量随机运动的不均匀介质，它们是大小不同和形态各异的空气漩涡、云团和片流层等。
由于这些不均匀物质的温度、湿度和压强与周围空气的不同，因而对电磁波的折射率也不同。
当发射天线辐射的电磁波通过这些随机不均匀介质时，其传输方向不再与以前一致，而是向四面八方发散，我们把电磁波经过大气中的不均匀物质后传输方向发生改变的现象称为散射，把这些不均匀物质称为散射体。
利用大气层中散射体对电磁波的散射和反射作用而进行的超视距无线电通信叫散射通信。
根据散射体在大气中所处的位置和来源的不同，散射通信又分为电离层散射通信、流星余迹通信和对流层散射通信。
电离层散射通信是利用电离层的 E层和 D层对超短波的散射和反射作用实现的超视距通信。
流星余迹通信是利用穿过大气层的流星形成的短暂电离余迹对超短波的散射和反射作用实现的远距离快速通信。
对流层散射通信是利用对流层中散射体对微波的散射或反射作用而实现的超视距通信。
由于大气中的散射体多集中在对流层，因此对流层散射通信成为散射通信的主要方式。
由于散射体既不受电离层变化的骚扰，又不怕雷电等恶劣天气的影响，即便在太阳黑子活动情况异常或是在磁爆、核爆炸等恶劣情况下，大气中的散射体也始终存在，因而散射通信具有抗破坏能力强、抗干扰性强、通信稳定可靠、保密性强等特点，尤其适合用在近海跨越海峡、海湾和岛屿及用于内陆跨越沙漠、高山、湖泊、沼泽和人烟稀少的边远地区的通信。
散射体的分布不是均匀的，散射能量主要指向电磁波原发射的方向。
接收天线收到的信号是发射天线与接收天线波束相交的公共散射体前向散射的信号之和。
电磁波在大气层中传播时，其能量除一小部分被散射体散射和反射外，其余大部分能量都会被吸收或穿透大气层进入太空，使收到的信号非常微弱，从而给信号的接收带来一定的难度。
为保证可靠通信，需要采用高增益定向天线、大功率发射机、高灵敏度接收机和抗衰落措施。
对流层散射传播特性及信号谱特性分析
２０１８ 年第 ５ 期
ＳＰＡＣＥ ＥＬＥＣＴຫໍສະໝຸດ ＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ３５
对流层散射传播特性及信号谱特性分析①
吴文溢，王万鹏，熊益波，王雷元，陈西宏
（ 西北核技术研究所，西安 ７１００２４）
摘 要：文章介绍了 ３ 种对流层散射传播机制，并对不同参数下的对流层散射链路传输损耗进行了计算。 结果 表明，参数为 ５ＧＨｚ 频段和 １００ｋｍ 的典型散射链路，其传输损耗超过 ２００ｄＢ。 在广义散射截面模型的基础上建立了 对流层散射信号传输函数模型，重点研究了对流层散射信号的延迟功率谱特性；从实际散射链路出发，对不同基线 距离下的归一化延迟功率谱进行了计算和分析，结果表明，基线距离越远，则波束宽度越宽，相应的归一化延迟功率 谱扩展越宽。
图 １ 湍流非相干散射示意图 Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐｏｓｉｎｇ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｗｏ ｗａｙ ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ
ｔｉｍｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ
１ 对流层散射传播机制
大气层通常可以分为电离层、平流层和对流层， 其中， 对 流 层 位 于 最 下 层， 层 顶 高 度 约 为 １０ｋｍ ～ １２ｋｍ，是自然界生物生存活动的重要空间。 在气象 特征方面，相比于其他两层，对流层中含有大量的水 汽，且温度平均随海拔高度的升高而降低；在电磁特 性方面，对流层中分布着大量的介电常数局部不均 匀体，这些不均匀体在电磁波的照射下，除了沿途的 大气折射外，还会将电磁波能量进行二次辐射，这种 再辐射即谓“散射”。 到现在为止，已经提出的对流 层散射传播机制理论有下面 ３ 种［１，４－６］ ：
播可靠度高，且采用窄波束的定向天线，抗干扰和抗 截获能力远超过卫星通信；此外，散射通信几乎不受 核爆、磁暴、太阳黑子、雷电和极光等影响。 这些优 势使得散射通信已经成为各国战略和战术通信网中 卫星、微波等其他通信手段所无法替代的重要的数 据传输手段。 对流层散射传播的理论问题，一是传 播机制问题，二是传播特性及其改善途径问题。 对 流层散射通信具有典型的信道特性，这些信道特性
对流层散射信道
Communication Theory
幅度—频率畸变
举例
有线电音频信道的带宽为 300Hz ～ 3400Hz， 其幅度－频率畸变是由幅度－频率特性的不理 想所引起的，低频端截止频率约在300Hz以下， 每倍频程衰耗升高15～25db，在300～ 2900Hz 之间，衰
2
Communication Theory
狭义信道： 发射端和接收端之间传输媒质的总
称，是任何一个通信系统不可或缺的组成部分。
按传输媒质的不同，狭义信道又可分为有线信
道与无线信道两类。
广义信道： 除包括传输媒质外，还包括有关的 变换装置(如发送设备、接收设备、馈线与天线、 调制器、解调器等)。
3
Communication Theory
恒参信道特性对信号传输的其它影响
非线性畸变：由信道中元器件的振幅特性非线
性引起的，造成谐波失真及若干寄生频率等；
频率偏移：由信道中接收端解调载频与发送端
调制载频之间偏差造成的； 相位抖动：由调制和解调载频不稳定造成的， 相位抖动相当在发送信号上附加一个小指数的 调频。
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Communication Theory
光纤信道的技术参数： 损耗（是光纤能实现远距离传输的前提）； 色散（是指信号的群速度随频率或模式不同而引 起的信号失真这种物理现象）。 光纤信道的简化方框图
已调光信号 光源 光调制器 调制电信号 基带处理 光纤线路 光探测器
解调电信号 基带处理
基带电信号
基带电信号
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Communication Theory
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Communication Theory
电离层的相关知识：离地面高60～600km的大
美军对流层散射通信及未来发展
美军对流层散射通信及未来发展外军了望一FoRElGNFoRCESoVERV":W用于Promi★李冬房朝辉段俊宏摘要:本文介绍了对流层散射通信的概念,美军对流层散射通信的应用,并对美军未来散射通信的发展作了分析和阐述.关键词:对流层散射通信美军AN/TRC一17《)一,对流层散射通信对流层散射通信是利用大气层中对流层中分布的不均匀介质如气旋云团等对电磁波的散射作用来通信的,它能够传输话音,数据,图像,传真等信号,是实现超短波和微波超视距通信的一种传统的,成熟的散射通信方式.对流层散射通信是典型的变参信道,具94国防科技02007.7有接受信号电平弱,信号快速衰弱,幅度起伏变化大,多径扩散大的特点.对流层是大气层的一个区域,其顶部位于地面上空+多公里处,并在不同的纬度地区有所不同.在中纬度地区约为1O_-12千米,而低(高)纬度地区较高(低) 些.在对流层中存在大量随机运动的不均匀介质:空气涡流,云团等, 当无线电波通过这种存在大量不均匀介质的对流层时,电波将受到折射,散射和反射.作为一种超视距通信技术,其单跳通信与传输速率,发射功率及天线口径有关,跨距可达几百至上千千米.对流层散射通信是大气层通信技术中的一种,被誉为现代战场的"机动兵".众多军事通信手段中,惟有大气层通信在任何时候都不怕敌方摧毁,因为按照目前人类掌握的技术来看还没有哪一个国家能将大气层摧毁.因此.大气层通信技术在现代军事通信中有着十分重要的意义,受到各国军队的高度重视.国外军事家断言,在现代战争情况下,作为战略通信网和战术通信网中的主要传输手段,对流层散射通信具有建站快,抗毁性强,机动性好,适应复杂地形能力强等特有的特点,是其他通信手段无法取代的.秉.发展二,美军对流层散射通信的应用在美国,除了国防战略通信系统中早就采用了不少对流层散射通信线路外,对流层散射通信已成为美国全球战略通信网的重要组成部分,主要用于跨越极区,海峡,湖泊,高山,沙漠等特殊地形进行通信.另外,在远程预警网中也应用甚广.在战术网中,对流层散射通信主要用于三军联合战术通信网(配备于集团军,旅级指挥机关)和保障战区的指挥通信网中. 1,美军对流层散射通信的历史发展美空军最早于20世纪80年代中期部署多信道对流层散射通信系统,旨在为联合三军战术网络提供远程扩展能力.在"沙漠风暴"行动期间,美军的100多个高数据率对流层散射系统首次在军事行动中得到了广泛应用,它把有史以来安装的最大的一个军事通信网络连接了起来.20世纪90年代初期之中期,美军开始向陆军和空军交付并部署AN/TRC一170(V)2(重型)和AN/TRC一170(V)3(轻型)对流层散射系统.同时,美海军陆战队也配发了AN/TRC一170(V)5(轻型)对流层散射系统.重型对流层散射系统的最大计划工作距离设计为15O英里,最大可靠数据率为每秒4兆位.轻型系统更适用于战术作战,而重型系统主要用于扩展从支持基地到战术任务区域的通信.2003年3月,美军及其联军开始了"伊拉克自由"行动,对流层散射通信系统在第11通信旅和美海军陆战队中就得到了有效而广泛的应用.战斗期间,美军从科威特北部到巴格达曾一度部署对流层散射系统,为军队行动提供关键的远程"骨干"通信.2004年1月,第7 通信旅接防第11通信旅后,继续使用对流层散射系统.例如,第7通信旅的甲连和第72通信营部署了对流层散射通信/J,组,为海军陆战队第1陆战队远程部队在伊拉克的作战行动提供支持.在战术卫星终端寥寥无几时,美军通过部署对流层散射系统把关键的指挥控制链路延伸到了整个战区.2,对流层散射通信在陆军国民警卫队中的应用美陆军国民警卫队的第356通信连(重型)和第114通信连(轻型)参加了第一阶段的"伊拉克自由"行动,从2003年5月开始.这些部队在网络中安装了对流层散射系统,并在科威特和伊拉克南部的浩瀚沙漠里使用了这些系统. 2004年3月,第143通信连(重型) 和第321通信连(轻型)接防了第356和第114通信连.第143通信连建立的从科威特弗吉尼亚兵营到伊拉克南部的乌姆盖斯尔的链路,是"伊拉克自由"行动第二阶段网络中最为稳定的链路之一,第321连的系统和链路也同样非常可靠.第143通信连部署了8套AN/TRC一170(V)2对流层散射系统.根据地形情况的不同,训练有素的士兵能够在4—5小时内安装一套重型对流层散射系统.第143通信连总共能够安装4条150 英里的链路,每条链路的最大可靠数据率可达每秒4兆位.第321通信连部署了16套~—Emall:gfkj@—外军了望FoREIGNFoRCESoVERV1日W AN/TRC一170(V)3对流层散射系统.专业操作员能够在1—2小时内安装一套轻型对流层散射系统. 第321通信连总共能够安装8条100英里长的链路,每条链路最大可靠数据率为每秒2兆位.3,对流层散射系统在综合战区通信营中的规划应用美军对军以上梯队的通信兵率先开始了部队结构的重大变革, 即建立综合战区通信营(ITSBo ITSB设有3个连,每个连都包括有交换,视距,战术卫星,轻型对流层散射,电缆和数据设备.目前,对对流层散射通信资源规划了三种ITSB模型:轻型,重装和混装.专门就对流层散射设备而言,轻装营只有AN/TRC一170(V)3,重装营只有AN/TRC一170(V)2.而混装营既有轻型设备又有重装设备.根据当前提出的ITSB概念,现役组成部队有4个轻装营,3个重装营和2个混装营,国民警卫队和预备役也是类似的混编情况.目前的ITSB模型旨在将对流层散射用于远程交换机至交换机链路.在最终决定ITSB概念的执行时,应考虑战术/战略上的差异.那些完全装备轻型对流层散射设备的营,应当更多地锁定战术任务,而只装备重型对流层散射设备的营则应更多AN/TRC一(V)2对流层散射系统20077◆国防科技95外军了望…:唑FoRE●GNFoRCESoVERV●日W 地限于战略/支持基地作战.三,美军对流层散射通信的未来发展"沙漠风暴"和"伊拉克自由"行动都证明了陆军对流层散射系统的有效性.轻型及重型系统都可为通信计划人员提供所需的手段, 使其能够在不使用紧缺的卫星资源的情况下扩展数据率相对较高的链路.在不远的将来,美陆军远程通信既会使用轻型对流层散射系统,也会使用重型系统.不幸的是,轻型及重型对流层散射系统配备的仍然是比较陈l13的数字群多路复用/三军战术设备.美军将会对其进行技术升级,使得它们能够运行在不断扩展的全球信息网格(GIG)中.1,将对流层散射通信系统带宽增加至每秒4.096~t1~位以上AN/TRC一170目前的带宽处理能力严重限制了战区用户的所需服务.带宽增加后,将可改进向作战人员提供全面通信服务的能力,而且还可提高系统的使用率.此外,增加带宽还可改进远程及战术传输的效率,有助于满足联合作战环境下的通信需求.联合战术作战要求向卫戍部队以及途中_和已部属机动部队提供高速多媒体通信和信息流.当今作战人员所需的许多服务,如"捕食者"无人机,联合全球情报通信系统(JWICS),视讯会议(VTC),AN厂rYQ一127等,其数据文件大小有数百Kb至数Mb,必须要有散射通信示意图有效的带宽才能对其进行传输.在这些装备和临界电路中,绝大多数需要至少2—4MB的带宽才能运行.现有的AN/TRC一170调制解调器的带宽容量只有有限的2MB,因而与这些已增加的带宽需求不匹配.要在短时间内及时分发信息产品,如图像,情报信息,导弹预警,气象,记录报文业务,联合及单军种新闻,教育,训练,视频及其他所需的信息服务,美军需要大容量的AN/TRC一170能力.美国防部支持采购和使用升级型AN/TRC一170调制解调器,以便为作战人员提供大容量信息流,还可有效克服当前及所计划的通信系统中存在的容量局限性问题.2,使用最新的FCC一100和FCC一100用于对流层散射通信设备升级96国防科技~'2007.7Promina交换机等多路复用设备对轻型及重型对流层散射系统进行升级和AN/TSC一93及AN/TSC一85战术卫星系统的"Charliemodel"升级类似,美军将会对对流层散射系统的调制解调器,合成器,上/下变频器,发射机,接收机和HPA进行最新的升级.因为在无法使用战术卫星资源的情况下,美军将继续使用对流层散射链路来实现远程交换机至交换机的连接.在对流层散射系统的升级中,美军将考虑可支持实时数据压缩的调制解调器和多路复用器,以代替有限的战术卫星资源.这样,不但可以将关键的任务设备解放出来,而且还可以为客户提供可靠的通信能力.美陆军对流层散射系统的现代化,将为通信兵提供又一种支持作战人员的关键工具.随着战术卫星在ITSB营之间的调配整合,对流层散射系统将会成为远程通信中的一个更为关键的组成部分.最后,使用最新的FCC一100和Promina对当前的对流层散射系统进行升级,将可延长美陆军大量远程设备的服务寿命,还可扩展全球信息网格(GIG).因此,对流层散射系统在美陆军中前景光明. 豳。
对流层散射 快衰落 慢衰落
对流层散射快衰落慢衰落在对无线通信系统中，信号传输过程中会受到各种衰落的影响，导致信号质量下降。
其中，对流层散射是一种重要的衰落机制。
在本文中，我们将重点讨论对流层散射、快衰落和慢衰落这三者之间的关系及应对方法。
一、对流层散射简介对流层散射是指无线电信号在穿越对流层时，由于大气层的不均匀性，导致信号产生散射现象。
这种散射机制使得信号强度波动，从而影响通信质量。
对流层散射具有以下特点：1.频率越高，散射效应越强；2.距离越远，散射衰减越大；3.季节和天气条件对对流层散射有显著影响。
二、快衰落与慢衰落的概念及区别1.快衰落快衰落是指信号在短时间内（如几毫秒）发生的强度波动。
快衰落主要由多径效应、大气闪烁和机动性引起。
快衰落的特点是：- 幅度波动较大；- 衰落速度快；- 具有随机性。
2.慢衰落慢衰落是指信号在长时间内（如几十秒至几分钟）发生的强度波动。
慢衰落主要由对流层散射、电离层散射和地球散射引起。
慢衰落的特点是：- 幅度波动较小；- 衰落速度慢；- 具有周期性。
三、影响快衰落和慢衰落的因素1.频率：频率越高，快衰落和慢衰落的幅度波动越大；2.距离：距离越远，快衰落和慢衰落的衰减程度越大；3.大气条件：大气条件（如温度、湿度、气压等）对快衰落和慢衰落产生显著影响；4.地形地貌：地形地貌对信号传播路径产生影响，进而影响快衰落和慢衰落的特性。
四、应对快衰落和慢衰落的方法1.快衰落应对方法：- 采用分集技术：如空间分集、频率分集等，提高信号的抗衰落能力；- 编码技术：如卷积编码、Turbo编码等，实现信号的纠错和解码；- 调制技术：如自适应调制，根据信道条件动态调整信号参数。
2.慢衰落应对方法：- 信号预测：根据历史数据预测慢衰落趋势，提前进行信号调整；- 慢衰落补偿：在接收端对信号进行衰落补偿，如利用均衡技术、信道预测技术等；- 链路自适应技术：根据链路条件动态调整信号传输参数，提高通信质量。
五、实例分析以陆地移动通信系统为例，当频率较高时（如1.8GHz），对流层散射导致的慢衰落较为严重。
对流层散射通信新应用韩飞1曹合修1冯强2
对流层散射通信新应用韩飞1 曹合修1 冯强2发布时间：2023-06-15T03:47:43.067Z 来源：《中国电业与能源》2023年7期作者：韩飞1 曹合修1 冯强2 [导读] 对流层散射通信的优势十分显著，因此广泛应用在我国的军事、民用等领域，但对流层散射通信信道属于随参信道，具有较大的信号传输损耗，而且还会产生多径效应，存在明显的快衰落与慢衰落现象，最终对信号传输产生了严重影响。
因此，在对流层散射通信应用过程中，需要充分了解其信道特性，并对其应用加以创新，以此来发挥出对流层散射通信具有的重要作用。
本文针对对流层散射通信新应用展开分析，介绍了散射通信特点，探讨了对流层散射传播损耗，并提出具体的应用对策，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。
1.66736部队；2.92146部队摘要：对流层散射通信的优势十分显著，因此广泛应用在我国的军事、民用等领域，但对流层散射通信信道属于随参信道，具有较大的信号传输损耗，而且还会产生多径效应，存在明显的快衰落与慢衰落现象，最终对信号传输产生了严重影响。
因此，在对流层散射通信应用过程中，需要充分了解其信道特性，并对其应用加以创新，以此来发挥出对流层散射通信具有的重要作用。
本文针对对流层散射通信新应用展开分析，介绍了散射通信特点，探讨了对流层散射传播损耗，并提出具体的应用对策，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。
关键词：对流层散射；信道特性；损耗分析；应用对策对比其他的通信方式，对流层散射通信要具有更为明显的优势，具体表现在抗毁能力强、保密性能好以及通信距离远等方面，但在实际通信传播过程中也会产生相应的损耗，因此需要明确损耗影响因素，并采取有效的应用对策，以此来发挥出对流层散射通信优势。
一、散射通信特点在对流散射信道当中，有着电波多径传播现象存在。
对于多径传播，其所产生的衰落均为快衰落。
在对流层散射信道上，不仅有着快衰落，信号电平中值的慢起伏较长，因此也将其称之为慢衰落。
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Communication Theory
2.2 信道数学模型
一、调制信道
调制信道的共性
有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端； 绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加原理； 信号通过信道具有一定的迟延时间，而且它还会受到
(固定的或时变的)损耗；
即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一定的功率输 出(噪声)。
端到解调器输入端的所有变换装置及传输媒质，
不论其过程如何，只不过是对已调信号进行某 种变换。 编码信道： 编码器输出端到译码器输入端的 部分。
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Communication Theory
调制信道与编码信道
调 编码器输转 换 器
解 调 器
译码器输入
调制信道 编 码 信 道
按传输媒质的不同，狭义信道又可分为有线信
道与无线信道两类。
广义信道： 除包括传输媒质外，还包括有关的 变换装置(如发送设备、接收设备、馈线与天线、 调制器、解调器等)。
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Communication Theory
广义信道按照它包含的功能，可以划分为：
调制信道： 调制器输出端到解调器输入端的
部分。从调制和解调的角度来看，调制器输出
定义：光导纤维(简称光纤)为传输媒质、光波为载波 的光纤信道 ； 特点：损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半 径小、不怕腐蚀、节省有色金属以及不受电磁干扰等 优点； 组成：光源、光纤线路及光电探测器等三个部分 光源是光载波发生器，广泛应用半导体发光二极管 (LED)或激光二极管(LD)做光源； 在接收端是一个直接检波式的光探测器，常用PIN光 电二极管或雪崩光电二极管(APD管)来实现光强度的 检测； 中继器有两种类型：直接中继器和间接中继器。在 数字光纤信道中，为了减小失真以及防止噪声的积 累，每隔一定距离需加入再生中继器。 15
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Communication Theory
调制信道对信号的影响
加性干扰 n t
乘性干扰 k (t )
通常乘性干扰是一个复杂的函数，包括各种线性畸变、非 线性畸变，同时由于信道的迟延特性和损耗特性随时间作 随机变化，往往用随机过程来表述。
在分析乘性干扰时，可以把信道粗略分为两大类：
恒参信道： k (t ) 不随时间变化或基本不变化； 随参信道： k (t ) 是随机快变化的。
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Communication Theory
二、编码信道
对信号的影响是一种数字序列的变换，即把
一种数字序列变成另一种数字序列；
一般把编码信道则看成是一种数字信道；
编码信道模型可以用数字的转移概率来描述；
可分为有记忆编码信道和无记忆编码信道。
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Communication Theory
编码信道的转移概率
so t f si t n t
其中， Si (t ) 为输入的已调信号；So (t ) 为信道总输 出波形；n(t ) 为加性噪声/干扰，且与 Si (t ) 相互 独立。
f si t 表示已调信号通过网络所发生的(时变)
线性变换。 若设 f si t k (t ) si (t ) ，则有 so t k (t )si (t ) nt
模型中，把P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1) 称为信道转移概率。以P(1/0)为例，其含义是 “经信道传输，把0转移为1的概率”。
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2.3 恒参信道举例
恒参信道：对信号的影响是固定的或变化极为 缓慢的；架空明线和电缆、中长波地波传播、 超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导 纤维以及光波视距传播等信道是恒参信道。
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分类
单模光纤：当光纤中只能传输一种光波的模式； 由于光波波长极短，传光特性较好；但是光纤的 芯径极小、截面尺寸小，在制造、耦合和连接上 都比较困难；
多模光纤：光纤中能传输的模式不止一个；多模 光纤的截面尺寸较大，在制造、耦合和连接上都 比单模光纤容易。
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1、有线电信道及其特性
明线：平行而相互绝缘的架空裸线线路。传输损耗低； 易受气候和天气的影响；对外界噪声干扰敏感。 对称电缆：同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线 的传输媒质；导线材料是铝或铜，直径为0.4～1.4mm； 为减小各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成扭绞 状；由于这些结构上的特点，电缆的传输损耗比明线 大得多，但其传输特性比较稳定。
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调制信道的模型
Si1(t) Si2(t)
Si(t)
时变线 性网络
So(t)
Sim(t) m对输入
时 变 线 性 网 络
So1(t) So2(t)
Som(t)
二对端网络
多对端网络
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对于二对端的信道模型，其输出与输入的关系 应该有
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第二章 信道
信道的定义及分类 信道数学模型 恒参信道举例 恒参信道特性及其对信 随参信道举例 随参信道特性及其对 号传输的影响 随参信道特性的改善
号传输的影响
信道的加性噪声
小结
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2.1 信道的定义及分类
信道是通信系统必不可少的组成部分，信道的特 性将直接影响到系统的总特性。
恒参信道 调制信道 随参信道 广义信道 有记忆信道 信道 编码信道 无记忆信道 无线信道 狭义信道 有线信道
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狭义信道： 发射端和接收端之间传输媒质的总
称，是任何一个通信系统不可或缺的组成部分。
明线
对称电缆（双绞线）
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同轴电缆：由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形 的空管(金属丝网)，内导体是金属线(芯线)，中间填充着 介质；外导体接地，起屏蔽作用，外界噪声很少进入其内 部。
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2、光纤信道及其基本特性