通信原理(樊昌信)第4章信道
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D = 44.7 km
微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信
微波中继
无线信道
卫星中继
无线信道
地面站
地面站
地球
卫星中继信道是以通信卫星转发器作为中继站与接收、发 送地球站之间构成。
若卫星运行轨道在赤道平面作圆周运动，离地面高度为 35786km时，绕地球运行一周的时间恰为24小时，与地 球自转同步，这种卫星称为静止卫星(同步卫星)。
表 有线信道的线路种类、构造、特征和主要用途
线路种类 双绞线
同轴电缆 光纤
构造
特征
主要用途
便宜、构造简单，
传输频带宽，有漏 话现象，容易混入 杂音
电话用户线 低速LAN
价格稍高，传输
频带宽，漏话感应 少，分支、接头容 易
CATV分配电缆 高速LAN
低损耗，频带宽， 国际间主干线
重量轻，直径小，
国内城市间主
有线信道
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
优点
缺点 应用
有线信道
光纤信道是远距离传送光波的一种手段，其长度常达 几十公里，甚至几百或几千公里。在这样长的距离上传送 光信号，对光纤提出了较高的要求。这些要求中最主要的 是低损耗和低色散。
低损耗是光纤能实现远距离传输的前提。不同波长的 光在光纤中传输的损耗是不同，在波长等于1.31μm与 1.55μm时出现两个损耗最小点，其损耗一般可低至 0.2dB/km以下，所以称这两波长为光纤的两个窗口。
调制信道数学模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo(t)f[ei(t) ]n(t)
n(t)
图4-15 调制信道数学模型
式中
ei (t) － 信道输入端信号电压； eo (t) － 信道输出端的信号电压； n(t) － 噪声电压。
通常假设：
这时上式变为： f[ei(t)]k(t)ei(t)
eo(t)k(t)ei(t)n(t)
狭义信道：
—传输媒质
有线信道 ——明线、电缆、光纤 无线信道 ——自由空间或大气层
广义信道：
编
调制信道
码
——研究调制/解调问题 器
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
编码信道
——研究编码/译码问题
§4.1
无线信道
地球大气层的结构：
电离层 平流层 对流层
第4章
信道
本章内容:
第4章 信道
信道分类 信道模型 恒参/随参信道特性对信号传输的影响 信道噪声 信道容量
概述
信道的定义与分类
信道的定义：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。 信道的分类：狭义信道：仅是指信号的传输媒质；
广义信道：不仅是指传输媒质，而且包括通 信系统中的一些转换装置。
信道的功能：将信号从发送端传送到接收端。
无感应，无漏话
干线高速LAN
§4.3
信道数学模型
信道模型的分类：
调制信道 编码信道
信 息 源
信 源 编
码
加 密
信 道 编
码
数
字 调
信道
制
数 字 解 调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
受 信 者
噪声源
调制信道 编码信道
§4.3.1 调制信道模型
模型：
叠加有噪声的线性时变/时不变网络：
共性：
有一对（或多对）输入端和输出端 大多数信道都满足线性叠加原理 对信号有固定或时变的延迟和损耗 无信号输入时，仍可能有输出（噪声 n(t) ）
有效散射区域
地球
对流层散射通信
流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率: 30 ~ 100 MHz 距离: 1000 km以上 用途: 低速存储、高速突发、断续传输
§4.2
有线信道
明线 对称电缆 同轴电缆 光纤
明线
对流层：约 0 ~10 km 平流层：约 10~60 km 电离层：约 60ห้องสมุดไป่ตู้400 km
60 km
10 km 0 km
电磁波的传播方式：
地波 ground- wave
频率： < 2 MHz 特性：有绕射能力 距离：数百或数千米 用于：AM广播
天波 sky- wave
频率：2~30 MHz 特性：被电离层反射 距离：< 4000 km（一跳） 用于：远程、短波通信
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
h D2 D2 (m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
有线信道
基带同轴电缆：
50Ω，多用于数字基带传输 速率可达10Mb/s 传输距离<几千米
宽带（射频）同轴电缆：
75Ω，用于传输模拟信号 多用于有线电视（CATV）系统 传输距离可达几十千米
有线信道
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
若以静止卫星作为中继站，采用三个相差120°的静止通信 卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域(两极盲区除外)，如 下图所示。
卫星中继信道具有传输距离远、覆盖地域广、传播稳定可 靠、传输容量大等突出的优点。目前广泛用来传输多路电 话、电报、数据和电视。
B 地球 A
卫星中继信道示意图
散射通信
无线信道
1880年纽约街貌
对称电缆
有线信道
由多对
双绞线组成 非屏蔽双绞线(UTP)
（便宜、易弯曲、易安装）
屏蔽双绞线(STP)
（可减少噪声干扰）
双绞线的传输距离 传输模拟信号：5~6km需放大； 传输数字信号：2~3km需转发； 远程中速时，最大距离15km； 用于局域网时，最大距离100m。
同轴电缆
无线信道
传播路径 地波传播方式
传播路径
天波传播方式
电离层有D、E、F1、F2层。在白天，由于太阳辐射强，所 以D、E、F1和F2四层都存在。但由于D、E层电子密度小， 不能形成反射条件，所以短波电波不会被反射。D、E层对 电波传输的影响主要是吸收电波，使电波能量损耗。在夜晚， 由于太阳辐射减弱，D层几乎完全消失。F1、F2合为一层即 F层，而高频信号主要是依靠F层反射，其高度为250~400km， 所以一次反射的最大距离约为4000 km。如果通过两次反射， 那么通信距离可达8000km。电磁波不能到达的其他区域称 为寂静区。
微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信
微波中继
无线信道
卫星中继
无线信道
地面站
地面站
地球
卫星中继信道是以通信卫星转发器作为中继站与接收、发 送地球站之间构成。
若卫星运行轨道在赤道平面作圆周运动，离地面高度为 35786km时，绕地球运行一周的时间恰为24小时，与地 球自转同步，这种卫星称为静止卫星(同步卫星)。
表 有线信道的线路种类、构造、特征和主要用途
线路种类 双绞线
同轴电缆 光纤
构造
特征
主要用途
便宜、构造简单，
传输频带宽，有漏 话现象，容易混入 杂音
电话用户线 低速LAN
价格稍高，传输
频带宽，漏话感应 少，分支、接头容 易
CATV分配电缆 高速LAN
低损耗，频带宽， 国际间主干线
重量轻，直径小，
国内城市间主
有线信道
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
优点
缺点 应用
有线信道
光纤信道是远距离传送光波的一种手段，其长度常达 几十公里，甚至几百或几千公里。在这样长的距离上传送 光信号，对光纤提出了较高的要求。这些要求中最主要的 是低损耗和低色散。
低损耗是光纤能实现远距离传输的前提。不同波长的 光在光纤中传输的损耗是不同，在波长等于1.31μm与 1.55μm时出现两个损耗最小点，其损耗一般可低至 0.2dB/km以下，所以称这两波长为光纤的两个窗口。
调制信道数学模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo(t)f[ei(t) ]n(t)
n(t)
图4-15 调制信道数学模型
式中
ei (t) － 信道输入端信号电压； eo (t) － 信道输出端的信号电压； n(t) － 噪声电压。
通常假设：
这时上式变为： f[ei(t)]k(t)ei(t)
eo(t)k(t)ei(t)n(t)
狭义信道：
—传输媒质
有线信道 ——明线、电缆、光纤 无线信道 ——自由空间或大气层
广义信道：
编
调制信道
码
——研究调制/解调问题 器
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
编码信道
——研究编码/译码问题
§4.1
无线信道
地球大气层的结构：
电离层 平流层 对流层
第4章
信道
本章内容:
第4章 信道
信道分类 信道模型 恒参/随参信道特性对信号传输的影响 信道噪声 信道容量
概述
信道的定义与分类
信道的定义：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。 信道的分类：狭义信道：仅是指信号的传输媒质；
广义信道：不仅是指传输媒质，而且包括通 信系统中的一些转换装置。
信道的功能：将信号从发送端传送到接收端。
无感应，无漏话
干线高速LAN
§4.3
信道数学模型
信道模型的分类：
调制信道 编码信道
信 息 源
信 源 编
码
加 密
信 道 编
码
数
字 调
信道
制
数 字 解 调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
受 信 者
噪声源
调制信道 编码信道
§4.3.1 调制信道模型
模型：
叠加有噪声的线性时变/时不变网络：
共性：
有一对（或多对）输入端和输出端 大多数信道都满足线性叠加原理 对信号有固定或时变的延迟和损耗 无信号输入时，仍可能有输出（噪声 n(t) ）
有效散射区域
地球
对流层散射通信
流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率: 30 ~ 100 MHz 距离: 1000 km以上 用途: 低速存储、高速突发、断续传输
§4.2
有线信道
明线 对称电缆 同轴电缆 光纤
明线
对流层：约 0 ~10 km 平流层：约 10~60 km 电离层：约 60ห้องสมุดไป่ตู้400 km
60 km
10 km 0 km
电磁波的传播方式：
地波 ground- wave
频率： < 2 MHz 特性：有绕射能力 距离：数百或数千米 用于：AM广播
天波 sky- wave
频率：2~30 MHz 特性：被电离层反射 距离：< 4000 km（一跳） 用于：远程、短波通信
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
h D2 D2 (m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
有线信道
基带同轴电缆：
50Ω，多用于数字基带传输 速率可达10Mb/s 传输距离<几千米
宽带（射频）同轴电缆：
75Ω，用于传输模拟信号 多用于有线电视（CATV）系统 传输距离可达几十千米
有线信道
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
若以静止卫星作为中继站，采用三个相差120°的静止通信 卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域(两极盲区除外)，如 下图所示。
卫星中继信道具有传输距离远、覆盖地域广、传播稳定可 靠、传输容量大等突出的优点。目前广泛用来传输多路电 话、电报、数据和电视。
B 地球 A
卫星中继信道示意图
散射通信
无线信道
1880年纽约街貌
对称电缆
有线信道
由多对
双绞线组成 非屏蔽双绞线(UTP)
（便宜、易弯曲、易安装）
屏蔽双绞线(STP)
（可减少噪声干扰）
双绞线的传输距离 传输模拟信号：5~6km需放大； 传输数字信号：2~3km需转发； 远程中速时，最大距离15km； 用于局域网时，最大距离100m。
同轴电缆
无线信道
传播路径 地波传播方式
传播路径
天波传播方式
电离层有D、E、F1、F2层。在白天，由于太阳辐射强，所 以D、E、F1和F2四层都存在。但由于D、E层电子密度小， 不能形成反射条件，所以短波电波不会被反射。D、E层对 电波传输的影响主要是吸收电波，使电波能量损耗。在夜晚， 由于太阳辐射减弱，D层几乎完全消失。F1、F2合为一层即 F层，而高频信号主要是依靠F层反射，其高度为250~400km， 所以一次反射的最大距离约为4000 km。如果通过两次反射， 那么通信距离可达8000km。电磁波不能到达的其他区域称 为寂静区。