第1章-电信传输的基本概念课件

电信传输原理

1可编辑课件PPT主讲教师唐宏Email：tangh@Mobile:151232556002可编辑课件PPT了解课程我以为……课程要点有线传输基本概念无线传输简单应用3可编辑课件PPT考试30+70=100平时30%：作业+到课期末考试70%考试方法改革？？？4可编辑课件PPT课程内容5可编辑课件PPT学习参考书《电信传输原理及应用》胡庆.人民邮电出版社.2009《有线电信传输基础》贾玉明.人邮出版1983.3《电信传输理论》高函教材1993.《新编电信传输理论》王明鉴.北邮出版1995.106可编辑课件PPT学习方法及要求听讲、思考、应用基本概念重点掌握推导过程需要理解相关图表理解、分析与绘制自学提问课堂纪律到课手机7可编辑课件PPT第一章电信传输的基本概念本章内容提要§1.1电信传输系统模型§1.2信号传输的媒质§1.3电信传输发展及广泛应用§1.4传输特性和传输单位8可编辑课件PPT§1.1通信、电信及电信传输

1.1.1通信、电信及分类

人们互通信息（想法、意见、消息、情报等）的方式或过程就叫通信。从广义上说，无论采用何种方法，使用何种传输媒质只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。9可编辑课件PPT通信方式原始的通信方式烽火台、驿站快马接力击鼓、鸣金、吹号信鸽旗语交谈、手语10可编辑课件PPT远距离传输时间长通常情况下传送距离受限信息容量受限传统方式的不足怎么解决？11可编辑课件PPT文字数据文字数据电信传输 利用电子技术实现传送信息和交换信息的通信方式称之为电信。引入电子技术12可编辑课件PPT现代的通信方式电话电报广播电视传真互联网13可编辑课件PPT电信按传输媒质的分类：有线电信——在金属导线、光纤等有形媒质上传送信息的方式。无线电信——利用自由空间以电磁波形式传送信息的方式。有线电信比无线电信的保密性强、受干扰的机会少，比较稳定可靠。但建设费用大，灵活性差。14可编辑课件PPT1.1.2电信传输

含有信息的电信号的传输简称为电信传输。其传输实质就是电场或磁场的传播，由电信传输系统实现。电信传输系统包括了用户之间的许多电气设备和传输媒质（如金属导线、光纤、自由空间等）。一个最简单的传输系统，至少要由一个发送器（变换器），一个接收器（反变换器）和把它们连接起来的传输媒质组成。15可编辑课件PPT电话通信示意图

16可编辑课件PPT电信传输的基本任务把用户发出的信息，以用户满意的质量传送到对方用户。需要研究如何高质量传输电信号的问题语言、文字、图像、数据等信息如何变为便于传输的电信号？对于传输方式和传输质量有哪些要求？传输设备和部件的结构与特性如何？本课程主要研究在不同的传输系统中，电磁波的特点。17可编辑课件PPT1.1.3电信号的类型

按照电信号传载信息的形式不同可分为：1.模拟信号幅度随时间连续变化的信号。模拟通信——普通电话、传真、电视。2.数字信号时间和幅度离散的信号。数据通信——计算机通信传输的都是数字信号，如终端与主机，主机与主机之间的通信。18可编辑课件PPT19可编辑课件PPT1.1.4电信传输的一些特点

传输信号的多频率模拟或数字均含丰富的频率电信传输的功率功率小，发送1mW，接收1uW电信传输的效率接口处必需阻抗匹配电信传输与信号变换声/电、光/电、模/数等20可编辑课件PPT1.1.5电信传输系统电信传输系统由发信终端设备、传输信道、交换设备、收信终端设备组成，称通信系统。消息

消息

21可编辑课件PPT1.发信终端设备位于变换器端作用：把声音、文字、图象等信息借助于电子技术转换成电信号的形式传送给对方。

2.收信终端设备位于反变换器端作用：把电信号形式还原成声音、文字、图象。22可编辑课件PPT终端设备可分为用户终端设备：以用户线为传输信道的终端设备，从业务分为电话、数据、图像终端设备。传输终端设备：以有线、无线媒质为信道，为用户终端和业务网提供传输服务的电信终端。主要包括各种收发信设备以及复用设备。23可编辑课件PPT3.传输信道 市话电缆、同轴电缆、光缆、自由空间等是不同形式的传输信道。 主要功能是尽量减小信号在信道中传输时的功率损耗，减小因信号畸变和噪声造成的干扰，使接收端获得尽可能大的接收功率和信号信噪比。4.交换设备

用于为用户群内各用户终端按需提供传输信道的连接，并控制信号的流量、流向，以达到共用电信设备，提高设备利用率的目的。

24可编辑课件PPT电信传输系统一般结构

25可编辑课件PPT

由上可见，无论是电缆、光纤通信系统，还是微波、卫星通信系统，它们的基本结构形式都很类似。不同通信系统之间的差异仅在于电信号载体（或传输媒质）和传输终端设备不同。不同的传输系统具有的独特性能和差别也正是本课程讨论的重点问题。26可编辑课件PPT§1.2

信号传输的媒质电信号的传输实质上是电磁波的传播，传播方式因传输的媒质不同可分为两类：一种是在自由空间传播，通常叫无线电波的传播，其能量比较分散，传输效率较低；由自由空间传输电信号的方式称为无线通信。另一种是沿导线传播，由于电磁波的能量大部分集中在导线周围，其传输效率较高。沿导线传输电信号的方式称为有线通信。

27可编辑课件PPT有线通信的传输媒质：架空明线

对称电缆（平行双导线）

同轴电缆

光纤光缆

金属波导

28可编辑课件PPT架空明线由导线、电杆、线担、隔电子和拉线等组成直径为3.0及2.5mm铜线,直径7X1.8mm及7X1.5mm钢心铝绞线和直径为4.0及3.0mm钢线复用程度较低，一般早期用来开通12路载波电话，传输频率为150KHZ，多用于专网通信，利用各种输电线路实现载波通信29可编辑课件PPT市话对称电缆

市话对称电缆是由若干条扭绞成对（或组）的导电芯线加绝缘层组合而成的缆芯，外面再包裹护层的一个整体最常用的是软铜线，也有采用半硬铝线。常用的线径：0.32、0.4、0.5、0.6和0.8mm的软铜线主要用在市话用户的电话线。30可编辑课件PPT同轴电缆同轴电缆又称为同轴线对，属于不对称的结构。这种线对是由内、外导体和内、外导体之间的绝缘介质和外护层四部分组成大同轴电缆，内导体外径5mm、外导体内径18mm中同轴电缆，内导体外径2.6mm、外导体内径9.5mm小同轴电缆，内导体外径1.3mm、外导体内径4.4mm微同轴电缆，内导体外径0.7mm，外导体内径2.9mm31可编辑课件PPT光纤光缆是由光纤、加强件和外户层构成。光纤是由纤芯、包层和涂敷层组成光纤作为传输线主要优点是传输频带宽、通信容量大、传输损耗小、抗电磁场干扰能力强、线径细、重量轻、资源丰富为各种通信系统传输广泛使用32可编辑课件PPT金属波导金属波导是用金属制成的中空的柱状导体。由于电磁波是在由金属壁所围住的柱形空间内，沿着波导所规定的方向前进，所以又叫作闭波导

33可编辑课件PPT无线信道：34可编辑课件PPT电磁波段划分图35可编辑课件PPT根据使用无线电波频率不同分为短波

=100～10m，f=3～30MHz，经电离层的反射，通信距离达上万千米。主要应用于应急、抗灾中的电报、电话及数据通信。

超短波

=10～1m，f=30～300MHz，主要以直线视距方式传输，距离约50km，也可在对流层中进行数百千米超视距通信。主要用于无线寻呼、无绳电话、对讲电话及超短波数字通信等。

微波

=1～0.001m，f=300MHz～300GHz，主要用于微波移动电话、地面微波接力通信、卫星通信、对流层散射通信、空间通信等。36可编辑课件PPT1.3电信发展历程1837年，英国库克和惠斯通设计制造了第一个有线电报，且不断加以改进，发报速度不断提高。这种电报很快在铁路通信中获得了应用1837年，美国画家莫尔斯发明了电报。“滴”、“达”和无声表示的莫尔斯电码及手工操作开闭电路的发报装置。1876年，贝尔获美国专利局授予的电话专利，并在1877年用硬双铜线架设了电话线路，从此传输线开始了传输比电报信号频率高得多的语音信号。37可编辑课件PPT1865年麦克斯韦提出电磁场理论；1876年亥维塞推导了电报方程；1893年汤姆逊、1897年瑞利推导波导中的电磁场1936年，贝尔实验室的科学家做出了实验波导线长为260m的青铜管，直径12.5cm，信号波长为9cm。人们把1936年当作微波技术的开始年份。1948年美国建设了从纽约到波士顿的微波中继线路，传送480路电话和1路电视信号。1955年，完成从纽芬兰到苏格兰海底越洋同轴电话电缆。38可编辑课件PPT1966年，英籍华人高锟提出可以从石英中提炼超纯的细丝状纤维，并用于光频成为光波导。1977年，美国芝加哥建成第一条光纤通信线路，长度为6km。1988年建成了横跨大西洋的海底光缆系统，采用的是单模光纤，总长达到19200km。39可编辑课件PPT在移动通信方面，1946年美国在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话业务，频率从150~450MHz。在卫星通信方面，1957年10月，苏联发射了第一颗人造地球卫星，1965年4月美国发射了第一颗商用卫星。40可编辑课件PPT§1.4传输特性和传输单位电信号在各种媒质构成的信道上传输时都会因媒质本身存在漏电阻和分布电容等，使信号功率被逐步损失掉，通常把信号功率的损失称为损耗或衰减。当信号传输一定距离后，需由传输信道沿途所设增音站或中继器对衰减后的信号进行放大处理，补偿传输过程带来的衰耗为了衡量传输过程中的衰减（损耗）或增益大小，常用传输电平描述。

1.4.1传输特性41可编辑课件PPT增益 当信号经过某一传输网络，若输出的信号功率Pout大于输入端的信号功率Pin，则称信号经过传输网络时受到增益G或传输网络对信号给予了放大。衰减 当信号经过某一传输网络，若输出的信号功率Pout小于输入端的信号功率Pin，则称信号经过传输网络时受到衰减A或传输网络对信号给予了衰减

42可编辑课件PPT增益与衰减大小的衡量增益G和衰减A公式如下：43可编辑课件PPT带宽带宽是指在固定的时间内可传输的信息容量。传输线的带宽表示的是在单位时间内从传输线某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。实际参与传播的信号由许多频率成分组成，而传输线的衰减是频率的函数，故当不同频率的信号经过传输线时，其衰减不同，把传输线输出不同频率的功率的最大值降低一半所对应的频率宽度，称为该传输线的传输带宽。44可编辑课件PPT在通信中信号的强弱往往用“电平”来表示，用电平表示信号的强弱能反映信号的实际传输效果。因为在传输语音信号时人的听觉灵敏度不是和信号功率的变化成正比，而是和功率变化的对数成正比。例如，将功率为0.1mw的信号提高1mw。信号功率增大了10倍，但对人的听觉来说，声音响度是增大lg1/0.1=lg10=1倍。1.4.2传输单位与传输电平传输单位由来45可编辑课件PPT传输电平国际上通用的传输单位有两种：分贝（用dB表示）奈培（用Np表示）46可编辑课件PPT电平dB(m)的含义

?

所谓某点的电平，就是指该点的功率（或电压、电流）与基准功率（或基准电压、基准电流）之比的对数值。由于对数有常用对数和自然对数之分，因此电平的表示方法也有两种。

47可编辑课件PPT1.以常用对数表示时，

其单位为—分贝(dB)功率电平dB电压电平dB电流电平dB48可编辑课件PPT2．以自然对数表示时,

其单位为—奈培(NP)功率电平：电压电平：电流电平：

49可编辑课件PPT3.奈培和分贝之间的转换关系设[LP]=1NP

更普适的证明请大家利用换底公示自行推导50可编辑课件PPT1.4.3绝对电平计算

绝对电平与相对电平不同的是:基准值为固定值而不是任意值.绝对功率电平的基准功率P0为1mw绝对电压电平的基准电压V0是根据在600欧电阻上获得1mw基准功率来确定的。绝对电流电平的基准电流I0也是根据在600欧电阻上获得1mw基准功率来确定的。51可编辑课件PPT1．绝对功率电平

相对于基准功率为1mw的某一点的功率电平称为绝对功率电平dBm

某一点的绝对功率电平:52可编辑课件PPT2．绝对电压电平相对于基准电压U0为0.775V的某一点的电压电平称为绝对电压电平dBV.某一点的绝对电压电平:53可编辑课件PPT3．绝对电流电平

相对于基准电流I0为1.29×10-3A的某一点的电流电平称为绝对电流电平dBi.某一点的绝对电流电平:54可编辑课件PPT例1-1：设某传输设备中测试点阻抗RX=600欧姆，若该点信号功率分别为0.1mw,1mw,10mw，试计算该点绝对功率电平值是多少？解:

55可编辑课件PPT4.正电平、负电平和零电平的意义

以功率电平为例:定义[LP]=10LgP1/P0

当P1＝P0时电平是零,其含义?

当P1＜P0时电平是负值,其含义?当P1＞P0时电平是正值,其含义?电平是零时,功率为零吗?56可编辑课件PPT需指出的是基准功率是不变的,而基准电压或基准电流则是根据在某一阻抗上所获得的基准功率来确定的。当阻抗变化时，基准电压或基准电流也要随之而变化。57可编辑课件PPT5.绝对电平的修正值若被测点阻抗Rx≠600欧，测试点X的绝对功率电平为

此时，测试点的绝对功率电平在数值上等于测试点的绝对电压电平＋修正值Kx。58可编辑课件PPT当测试点阻抗为600欧时，用电平表测出的该点绝对电压电平值在数值上等于该点绝对功率电平值。设通信设备中某一点的阻抗为RX，则绝对功率电平:59可编辑课件PPT例1-2：设某测试点阻抗Rx分别为75Ω，150Ω，300Ω，则从电平表上读出的绝对电压电平值应加上多大修正值Kx才是测试点的绝对功率电平值？解：

用电平表上读出的绝对电压电平值必须分别加9dBm,6dBm,3dBm修正值后，在数值上才等于这点的绝对功率电平值。

60可编辑课件PPT1.4.4相对电平计算

如果以任选一点的功率、电压和电流作为基准值，则所求得的某一点电平就称为相对电平。

1.相对功率电平设P2为基准点的功率(输入端)，P1为测量点的功率(输出端),则两点间的相对功率电平是：

61可编辑课件PPT2．相对电压电平

设U2为基准点的电压，U1为测量点的电压，则两点间相对电压电平是:62可编辑课件PPT3．相对电流电平设I2为基准点的电流，I1为测量点的电流，则两点间相对电流电平是:

63可编辑课件PPT4．绝对电平与相对电平的关系可见，两点间的相对功率电平等于该两点的绝对功率电平之差。这种关系对于电压电平和电流电平都成立。64可编辑课件PPT小结通信的广义定义：无论采用何种方法，使用何种传输媒质只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。电信的定义：用电子技术来进行的传送信息和交换信息通信方式。电信传输就是指含有信息的电信号的传输，简称为电信传输。电信号可以分为模拟信号和数字信号两种类型。因而，根据信号的形式，通信也