惠州学院彭文娟老师通信原理课件 第一章 概论

1、第一章 概论 主讲人主讲人: 彭文娟彭文娟 1.1 通信的发展通信的发展 通信通信概念概念 -互通信息互通信息,克服距离因素达到传递信号的克服距离因素达到传递信号的 目的目的。 v信号可以是电信号、光信号、电磁波信号。信号可以是电信号、光信号、电磁波信号。 它要将大量有用的信息无失真、高效率地进行传输，同它要将大量有用的信息无失真、高效率地进行传输，同 时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。 当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有存储、处当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有存储、处 理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学理、采集及显

2、示等功能，通信已成为信息科学技术的一个技术的一个 重要组成部分。重要组成部分。 通信网技术发展历程通信网技术发展历程 数字通信的发展数字通信的发展 v卫星通信：卫星电视，卫星通信：卫星电视， 国际长途电话，定位等国际长途电话，定位等 v光纤通信：目前光纤主光纤通信：目前光纤主 要用在长途网络搭建要用在长途网络搭建 （跨洋，省际），最高（跨洋，省际），最高 可达可达10Gb/s v移动通信：移动通信：3G, 4G， WLAN的的802.11标准，标准， 蓝牙，蓝牙，zigbee等等。等等。 v移动通信移动通信 第一代模拟手机第一代模拟手机1G（FM调制传输调制传输 ）“大哥大大哥大”横行横行 的

3、年代的年代 那个年代虽然没有现那个年代虽然没有现 在的移动、联通和电在的移动、联通和电 信，却有着信，却有着A网和网和B网网 之分，而在这两个网之分，而在这两个网 背后就是主宰模拟时背后就是主宰模拟时 代的爱立信和摩托罗代的爱立信和摩托罗 拉。拉。 v2G：数字调制传输：数字调制传输 昔日的王者诺基亚的时代昔日的王者诺基亚的时代 vGSM vCDMA 目前还有大量用户目前还有大量用户 选择选择2G网络接入传统网络接入传统 话音短信网络，但占比话音短信网络，但占比 持续下降。相比之下，持续下降。相比之下， Android、iOS用户更用户更 倾向于选择高速网络接倾向于选择高速网络接 入。入。 3

4、G时代开启时代开启 中国移动被远远落下中国移动被远远落下 v所谓所谓3G，即，即3rd Generation， 支持高速数据传输的蜂窝移动通讯支持高速数据传输的蜂窝移动通讯 技术。技术。3G能够在全球范围内更好地 实现无线漫游，并处理图像、音乐、 视频流等多种媒体形式，提供包括 网页浏览、电话会议、电子商务等。 v 截止2013年底已有538个WCDMA运营商 在246个国家和地区开通了WCDMA网络， 3G商用市场份额超过80%，而WCDMA 向下兼容的GSM网络已覆盖184个国家， 遍布全球，WCDMA用户数已超过6亿。 v 3G三种制式：我国要发放三种制式：我国要发放TD-SCDMA、W

5、CDMA和和 CDMA2000三张牌照，将分属中国移动、中国联通和中三张牌照，将分属中国移动、中国联通和中 国电信。国电信。 v TD-SCDMA： 特点：特点： 时分同步时分同步CDMA，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性等独，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性等独 特优势。特优势。 优势：中国自有优势：中国自有3G技术，获政府支持技术，获政府支持 v WCDMA： 特点：特点： 全称为全称为Wideband CDMA，意为宽频分码多重存取，这是基，意为宽频分码多重存取，这是基 于于GSM网发展出来的网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术。技术。 优

6、势：有较高的扩频增益，发展空间较大，全球漫游能力最强，技术优势：有较高的扩频增益，发展空间较大，全球漫游能力最强，技术 成熟性最佳。成熟性最佳。 v CDMA2000： 特点：特点： CDMA2000是由窄带是由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而来技术发展而来 的宽带的宽带CDMA技术，也称为技术，也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通公，由美国高通公 司为主导提出。司为主导提出。 优势：可以从原有的优势：可以从原有的CDMA1X直接升级到直接升级到3G，建设成本低廉。，建设成本低廉。 4G：LTE 100Mbps下载下载 v LTE是基于OFDMA技术、由3GPP组

7、织制定 的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式 用于成对频谱和非成对频谱。 v TDD-LTE：即Time Division Long Term Evolution （分时长期演进），由3GPP组织涵盖的全球各大企业及 运营商共同制定，TDD即时分双工 (Time Division Duplexing)，TDD-LTE是TDD版本的 LTE的技术。 v FDD-LTE:由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各 个厂家的利益等因素，FDD-LTE的标准化与产业发展都 领先于TD-LTE。FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家 及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。 5G：高可靠体验

8、高可靠体验 速度或达到速度或达到10 Gbps v 目前目前5G的需求及关键技术指标（的需求及关键技术指标（KPI）已基本确定。）已基本确定。 v 国际电联将国际电联将5G应用场景划分为移动互联网和物联网两大类，应用场景划分为移动互联网和物联网两大类， 各个国家均认为各个国家均认为5G除了支持移动互联网的发展，还将解决除了支持移动互联网的发展，还将解决 机器海量无线通信需求，极大促进车联网、工业互联网等机器海量无线通信需求，极大促进车联网、工业互联网等 领域的发展。领域的发展。 1.1.2 通信技术发展的未来通信技术发展的未来 v数字化数字化 v远距离化远距离化 v大容量化大容量化 v网络多样

9、化和综合化网络多样化和综合化 v移动和个人化移动和个人化 http:/ 1.2 1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号 1.1. 通信的目的通信的目的 传递消息中包含的信息。传递消息中包含的信息。 本课程主要研究传输。本课程主要研究传输。 2. 2. 消息消息 、信息、消息和信号的定义与区别、信息、消息和信号的定义与区别 是指信源所产生的是指信源所产生的信息的物理表现信息的物理表现。 例如：语音、文字、图形、图像等。例如：语音、文字、图形、图像等。 消息必须转换成电信号（简称信号），才能消息必须转换成电信号（简称信号），才能 在通信系统中传输。在通信系统中传输。 4. 信息是指消息中所包含的

10、对受信者信息是指消息中所包含的对受信者有意义的内容有意义的内容 （或有效内容）。（或有效内容）。 (1) 消息中所含信息量消息中所含信息量I是消息出现的概率是消息出现的概率P(x)的函数，即的函数，即 )(xPII (2) 消息出现的概率愈小，消息出现的概率愈小， 它所含信息量愈大；它所含信息量愈大； 反之信反之信 息量愈小。息量愈小。 且且 时 时 0 1 P P I I0 1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号 3.信号是指信号是指消息的物理载体消息的物理载体，是传输消息的手段，是传输消息的手段 。 信号可以是电信号、光信号、电磁波信号。信号可以是电信号、光信号、电磁波信号。 二、消息中

11、信息量的度量二、消息中信息量的度量 (3) 若干个互相独立事件构成的消息，若干个互相独立事件构成的消息， 所含信息所含信息 量等于各独立事件信息量的和，量等于各独立事件信息量的和， 即即 )()()()( 2121 xPIxPIxPxPI 可以看出可以看出I与与P(x)间应满足以上三点，间应满足以上三点， 则它们有如下则它们有如下 关系式：关系式： )(log )( 1 logxP xP I aa 信息量信息量I I： 信息量的单位信息量的单位： a=2，则为比特（则为比特（bitbit），简记为），简记为b b，最常用，最常用; ; a=e，则为奈特（则为奈特（natnat）; ; a=10

12、，则为哈特莱（则为哈特莱（hartleyhartley）。）。 1.2 1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号 当当M M = 2= 2时，则时，则I I = 1b= 1b。 工程上工程上，常常不考虑是否为等概率的消息，常常不考虑是否为等概率的消息， 总认为一个二进制波形（或码元）等于总认为一个二进制波形（或码元）等于1b 1b 。即通。即通 常把常把一个二进制码元称做一个二进制码元称做1b1b。易与信息量的单位。易与信息量的单位 混淆混淆，应注意应注意。 若采用一个若采用一个M M 进制的波形，来传送进制的波形，来传送M M 个独立的个独立的 等概等概离散消息之一，则每一码元的信息量为：离

13、散消息之一，则每一码元的信息量为： (b) M M I 22 log /1 1 log 例例 1-1 试计算二进制符号等概率和多进制试计算二进制符号等概率和多进制(M进制进制) 等概率时每个符号的信息量。等概率时每个符号的信息量。 例例 1-2 设由设由5个符号组成的信息源，相应概率为个符号组成的信息源，相应概率为 1.3 1.3 数字通信数字通信 1.1. 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 模拟信号，也称连续信号。如：话筒送出的模拟信号，也称连续信号。如：话筒送出的 语音信号。语音信号。 数字信号，也称离散信号。如：代表文字的数字信号，也称离散信号。如：代表文字的 编码和计算机数据信号。

14、编码和计算机数据信号。 注意注意：区分准绳为：考查取值是否连续，区分准绳为：考查取值是否连续， 而不是看时间。而不是看时间。 一、一、 基本概念基本概念 1.3 1.3 数字通信数字通信 码元码元 1.3 1.3 数字通信数字通信 二、二、数字通信的特点数字通信的特点 1.1.优点优点 取值有限，能正确接收。取值有限，能正确接收。 可采用纠错和检错技术，提高抗干扰性。可采用纠错和检错技术，提高抗干扰性。 可采用数字加密技术，提高保密度。可采用数字加密技术，提高保密度。 可综合传输各种模拟和数字输入消息。可综合传输各种模拟和数字输入消息。 便于存储和处理。便于存储和处理。 易于设计、制造，体积更

15、小、重量更轻。易于设计、制造，体积更小、重量更轻。 可作信源编码，压缩冗余度，提高信道利用率。可作信源编码，压缩冗余度，提高信道利用率。 信噪比随带宽按指数规律增长。信噪比随带宽按指数规律增长。 1.3 1.3 数字通信数字通信 占用带宽大压缩、光纤占用带宽大压缩、光纤。 同步要求高同步要求高。 3.3.应用实例应用实例 数字传输技术：电话、电视、计算机数据数字传输技术：电话、电视、计算机数据 等信号的远距离传输。等信号的远距离传输。 模拟传输技术：有线电话环路、无线电广模拟传输技术：有线电话环路、无线电广 播等播等。 2.2.缺点缺点 1.3 1.3 数字通信数字通信 三、数字通信系统模型三

16、、数字通信系统模型 信信 源源 发送端发送端接收端接收端 信道编码信道编码 调调 制 制 信信 道 道 压缩编码压缩编码 解解 调 调 信信 宿宿 保密解码保密解码 信道解码信道解码 压缩解码压缩解码 保密编码保密编码 噪声噪声同步同步 信信 源源 编编 码码 信信 源源 解解 码码 1.3 1.3 数字通信数字通信 1. 1. 信源：信源：将消息转换为电信号的设备。将消息转换为电信号的设备。 信信 源源 压压 缩缩 编编 码码 保保 密密 编编 码码 信源编码信源编码 信信 道道 编编 码码 调调 制制 发发 送送 端端 三、数字通信系统模型三、数字通信系统模型 1.3 1.3 数字通信数字

17、通信 信信 源源 压压 缩缩 编编 码码 保保 密密 编编 码码 信源编码信源编码 信信 道道 编编 码码 调调 制制 发发 送送 端端 三、数字通信系统模型三、数字通信系统模型 2. 2. 信源编码信源编码：（专业选修课信息论，数字图像：（专业选修课信息论，数字图像 处理）处理） 降低降低数字信号的冗余，数字信号的冗余，提高提高数字信号的有效性。数字信号的有效性。 压缩编码压缩编码 v 520，NB，BS v 多媒体通信中视频图像里的静止建多媒体通信中视频图像里的静止建 筑背景、蓝天和绿地，其中许多像素筑背景、蓝天和绿地，其中许多像素 是相同的如果逐点存储，就会浪费许是相同的如果逐点存储，就

18、会浪费许 多空间，这称为空间冗余。只有运动物体有少许变化，仅多空间，这称为空间冗余。只有运动物体有少许变化，仅 传输差异部分即可。但这种变换有时会带来不可恢复的损传输差异部分即可。但这种变换有时会带来不可恢复的损 失和误差，因此叫做不可逆压缩，或称有失真编码、摘压失和误差，因此叫做不可逆压缩，或称有失真编码、摘压 缩等。缩等。 v 传输信息中某些符号会重复出现、或总是在各数据块中可传输信息中某些符号会重复出现、或总是在各数据块中可 预见的位置上出现等，这些冗余部分便可在数据编码中除预见的位置上出现等，这些冗余部分便可在数据编码中除 去或减少。冗余度压缩是一个可逆过程，因此叫做无失真去或减少。冗

19、余度压缩是一个可逆过程，因此叫做无失真 压缩，或称保持型编码。压缩，或称保持型编码。 28 保密编码保密编码 v 数据通信的迅速发展带来了数据失密问题。信息被非法截数据通信的迅速发展带来了数据失密问题。信息被非法截 取和数据库资料被窃的事例经常发生，在日常生活中信用取和数据库资料被窃的事例经常发生，在日常生活中信用 卡密码被盗是常见的例子。数据失密会造成严重后果卡密码被盗是常见的例子。数据失密会造成严重后果(如如 金融信息、军事情报等金融信息、军事情报等)，所以数据保密成为十分重要的，所以数据保密成为十分重要的 问题。问题。 1.3 1.3 数字通信数字通信 信信 道道 压压 缩缩 编编 码码

20、 保保 密密 编编 码码 信源编码信源编码 信信 道道 编编 码码 调调 制制 发发 送送 端端 三、数字通信系统模型三、数字通信系统模型 3. 3. 信道编码：信道编码： （第十章）（第十章） 增加增加冗余字符，纠错编码，冗余字符，纠错编码，提高提高传输的可传输的可 靠性。靠性。 1.3 1.3 数字通信数字通信 信信 源源 压压 缩缩 编编 码码 保保 密密 编编 码码 信源编码信源编码 信信 道道 编编 码码 调调 制制 发发 送送 端端 4. 4. 调制：调制： （第六章）（第六章） 目的是使编码信号特性与信道特性相适应，以通过信道目的是使编码信号特性与信道特性相适应，以通过信道 传输

21、。传输。 三、数字通信系统模型三、数字通信系统模型 概念概念：基带、基带信号、带通信号；基带调制、带通调制；：基带、基带信号、带通信号；基带调制、带通调制； 多路复用。多路复用。 1.3 1.3 数字通信数字通信 5. 5. 信道信道 基带信道基带信道可传输很低的频率分量。如双绞线。可传输很低的频率分量。如双绞线。 频带信道频带信道不能传输很低的频率分量。如无线电不能传输很低的频率分量。如无线电 波。波。 信道的影响：信道的影响： 信道传输特性对数字信号的影响。信道传输特性对数字信号的影响。 包括包括幅频特性、相频特性、频率偏移、频率幅频特性、相频特性、频率偏移、频率 扩展和多径时延。扩展和多

22、径时延。 进入信道的进入信道的外部加性噪声外部加性噪声的影响。的影响。 包括起伏噪声、脉冲干扰、人为干扰。包括起伏噪声、脉冲干扰、人为干扰。 1.3 1.3 数字通信数字通信 6. 6. 同步（第七章）同步（第七章） 数字通信系统中不可缺少的组成部分。数字通信系统中不可缺少的组成部分。 发端、收端间需共同的时间标准使收端发端、收端间需共同的时间标准使收端 准确知道每个符号的起止时刻，实现同步接收。准确知道每个符号的起止时刻，实现同步接收。 位同步（码元同步）、字（码组）同步位同步（码元同步）、字（码组）同步 群同步序列群同步序列 . 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 群同步码元群同步码元

23、 群同步码元群同步码元 群同步码元群同步码元 信号码元群信号码元群信号码元群信号码元群 群同步码元群同步码元 信号码元群信号码元群 PPP 1.3 1.3 数字通信数字通信 信信 道 道 发送端发送端接收端接收端 信信 源源 调调 制 制 解解 调 调 信信 宿宿 噪声噪声 模拟通信系统模型模拟通信系统模型（第三章）（第三章） 模拟信号数字化传输通信系统模拟信号数字化传输通信系统（第四章）（第四章） 模拟信号数字化传输通信系统模型模拟信号数字化传输通信系统模型 模 拟 信息源 由抽样、量化、 编码组成的模 数转换器 数字通 信系统 数 模 转换器 受信者 1.3 1.3 数字通信数字通信 1.

24、1. 衡量系统性能优劣的基本因素：衡量系统性能优劣的基本因素： 四、性能指标四、性能指标 有效性：信道传输信息的速度快慢有效性：信道传输信息的速度快慢 可靠性：信道传输信息的准确程度可靠性：信道传输信息的准确程度 注意：注意：两者是两者是互相矛盾互相矛盾的，也是的，也是可互换可互换的。的。 提高有效性提高有效性提高传输速率提高传输速率可靠性降低；可靠性降低； 提高可靠性提高可靠性增加冗余的抗干扰编码码元增加冗余的抗干扰编码码元 有效性降低。有效性降低。 降低有效性，以提高可靠性；降低有效性，以提高可靠性； 降低可靠性，以提高有效性。降低可靠性，以提高有效性。 2. 2. 性能指标：性能指标：

25、（1 1）传输速率）传输速率：三种定义。三种定义。 码元速率（码元速率（RB）：）： 单位时间内传输码元数。单位时间内传输码元数。“波特（波特（BaudBaud）” 信息速率（信息速率（Rb）：）： 单位时间内传输的信息量。单位时间内传输的信息量。“比特比特/ /秒秒(b/s)”(b/s)” 消息速率（消息速率（RW）：）： 单位时间内传输的消息数。单位时间内传输的消息数。“字字/ /秒秒” 例如，例如，某系统在某系统在2秒内共传送秒内共传送4800个码元，则系统的个码元，则系统的码元速率码元速率为为2400B。 例如，例如，若某信源在若某信源在1秒钟内传送秒钟内传送1 200个符号，且每一个

26、符号的平均信息量个符号，且每一个符号的平均信息量 为为1(bit)，则该信源的，则该信源的Rb=1 200b/s或或1 200 bps。 1.3 1.3 数字通信数字通信 - - 性能指标性能指标 信息量信息量I I： 对于二进制系统而言，如果对于二进制系统而言，如果“0”0”和和“1”1”等概等概 率出现的话，每个码元所含的信息量率出现的话，每个码元所含的信息量 I = 1 = 1，此时，此时， 码元速率和信息速率在数值上相等。码元速率和信息速率在数值上相等。 对于多（对于多（M M）进制系统而言，每个码元所含的信）进制系统而言，每个码元所含的信 息量是息量是I=log2 M，此时，二者的关

27、系为，此时，二者的关系为Rb=RBlog2 M。 M M I 22 log /1 1 log 例例 已知二进制数字信号在已知二进制数字信号在2min内共传送了内共传送了72 000个码元，个码元， (1) 问其码元速率和信息速率各为多少问其码元速率和信息速率各为多少? (2) 如果码元速率不变，如果码元速率不变， 但改为八进制数字信号，则其码元速率为多少但改为八进制数字信号，则其码元速率为多少? 信息速率又为信息速率又为 多少多少? 解解 (1) 在在260s内传送了内传送了72 000个码元个码元 RB2=72 000/(260)=600 (B) Rb2=RB2=600 (b/s) (2)

28、若改为若改为8进制进制 则则 RB8=72 000/(260)=600 (B) Rb8=RB8log28=1 800 (b/s) 39 v例例 某个信息源由字母某个信息源由字母A,B,C,D组成，采用二进制组成，采用二进制 脉冲编码，脉冲编码，00代表代表A,01代表代表B,10代表代表C,11代代 表表D,每个脉冲宽度为每个脉冲宽度为5ms。 （1）不同字母等概率出现时，计算传输的平）不同字母等概率出现时，计算传输的平 均信息速率；均信息速率； （2）若每个字母出现概率分别为）若每个字母出现概率分别为 计算传输的平均信息速率。计算传输的平均信息速率。 10 3 , 4 1 , 4 1 , 5

29、 1 DCBA PPPP 40 （1）不同字母等概率出现时，计算传输的平均信息速率；）不同字母等概率出现时，计算传输的平均信息速率； （2）若每个字母出现概率分别为）若每个字母出现概率分别为 计算传输的平均信息速率。计算传输的平均信息速率。 10 3 , 4 1 , 4 1 , 5 1 DCBA PPPP 1.3 1.3 数字通信数字通信 - - 性能指标性能指标 （2） 错误率错误率：三种定义。三种定义。 误码率（误码率（P Pe e）：）： 误比特率（误比特率（P Pb b）：）： 误字率（误字率（P PW W）：）： e P错误接收字数 传输总字数= e P错误接收比特数 传输总比特数=

30、 e P错误接收码元数 传输码元总数= 例例 已知某八进制数字通信系统的信息速率为已知某八进制数字通信系统的信息速率为 12000b/s，在收端半小时内共测得出现了，在收端半小时内共测得出现了216个错误个错误 码元，试求系统的误码率。码元，试求系统的误码率。 5 288 8 103 60300004 216 00048log/ /00012 e bB b R BRR sbR解解 1.3 1.3 数字通信数字通信 - - 性能指标性能指标 （3 3）频带利用率：）频带利用率： 单位频带内所能达到的信息速率。单位频带内所能达到的信息速率。 通常与采用的调制及编码方式有关。通常与采用的调制及编码方

31、式有关。 （4 4）能量利用率：）能量利用率： 传输每一比特所需的信号能量。传输每一比特所需的信号能量。 该能量大小与系统带宽有直接关系。该能量大小与系统带宽有直接关系。 该能量与占用频带间可交换。该能量与占用频带间可交换。 返回返回 1.4 1.4 信道信道 一、信道分类（依传输媒体分）一、信道分类（依传输媒体分） 1.1. 无线信道：无线信道： 利用电磁波来传播信号。利用电磁波来传播信号。 如广播电台、移动电话。如广播电台、移动电话。 2.2.有线信道：有线信道： 利用人造传输媒体来传输信号。利用人造传输媒体来传输信号。 如传统的固定电话。如传统的固定电话。 注意注意：信道中的噪声有源干扰

32、；：信道中的噪声有源干扰； 信道传输特性不良无源干扰。信道传输特性不良无源干扰。 1.4 1.4 信道信道 频率范围频率范围名称名称波长波长典型应用典型应用 330Hz极低频极低频ELF103102km远程导航、水下通信远程导航、水下通信 30300Hz超低频超低频SLF104103km海底通信、电报海底通信、电报 0.33kHz特低频特低频ULF103102km数据终端、有线通信数据终端、有线通信 330kHz甚低频甚低频VLF10210km导航、电话、电报、水下通信导航、电话、电报、水下通信 30300kHz低频低频LF101km导航、水下通信、无线电信标导航、水下通信、无线电信标 033

33、MHz中频中频MF103102m广播、业余无线电、海事通信广播、业余无线电、海事通信 330MHz高频高频HF10210m国际定点通信、军用通信、广播、业余无线电、电国际定点通信、军用通信、广播、业余无线电、电 报、传真报、传真 30300MHz甚高频甚高频VHF101m电视、调频广播、移动通信、导航、空中管制电视、调频广播、移动通信、导航、空中管制 0.33 GHz特高频特高频UHF10210cm电视、雷达、遥控遥测、点对点通信、移动通信、电视、雷达、遥控遥测、点对点通信、移动通信、 导航、导航、GPS 330GHz超高频超高频SHF101cm卫星和空间通信、微波接力、雷达、移动通信卫星和空

34、间通信、微波接力、雷达、移动通信 30300GHz极高频极高频EHF101mm射电天文、雷达、微波接力、移动通信、铁路业务射电天文、雷达、微波接力、移动通信、铁路业务 300G3THz亚毫米波亚毫米波10.1mm未划分，实验用未划分，实验用 43430 THz红外红外70.7m光通信系统光通信系统 430750 THz可见光可见光0.70.4m光通信系统光通信系统 7503000THz紫外紫外0.40.1m光通信系统光通信系统 1.4 1.4 信道信道 二、无线信道二、无线信道 1.1.电磁波的发射和接收电磁波的发射和接收 均要用天线均要用天线 因天线尺寸的要求，通信频率都较高。因天线尺寸的要

35、求，通信频率都较高。 频率使用规划和管理频率使用规划和管理 国际电信联盟（国际电信联盟（ITUITU）定期召开世界无线电通信大会）定期召开世界无线电通信大会 WRCWRC（The World Radio- communication ConferenceThe World Radio- communication Conference），）， 制定频率使用的国际协议。制定频率使用的国际协议。 我国：信息产业部无线电管理局。我国：信息产业部无线电管理局。 1.4 1.4 信道信道 根据通信距离、频率和位置的不同：根据通信距离、频率和位置的不同： 地波传播地波传播 天波传播天波传播 视线传播视线传

36、播 二、无线信道二、无线信道 2.2.电磁波的传播电磁波的传播 1.4 1.4 信道信道 （1 1） 地波传播地波传播: :蜂窝网工作在特高频蜂窝网工作在特高频 频段，在手机和基站间使用地波传播。频段，在手机和基站间使用地波传播。 1.4 1.4 信道信道 地面地面 发射天线发射天线 返回返回 频率：频率：2MHz 以下，有一定的绕射能力以下，有一定的绕射能力 绕射：电磁波沿弯曲的地球表面传播所具有的能力绕射：电磁波沿弯曲的地球表面传播所具有的能力 通信距离：可达数百数千通信距离：可达数百数千 km 1.4 1.4 信道信道 （2 2）天波传播）天波传播 频率：频率：2 230MHz30MHz

37、 电离层反射电离层反射： 通信距离：单次可达通信距离：单次可达4000km4000km，多次可达，多次可达10000km10000km 地地 面面 发射天线发射天线 1.4 1.4 信道信道 （3 3） 视线传播：视线传播：电视、调频广播、卫星导航、飞机通电视、调频广播、卫星导航、飞机通 信、移动通信、雷达等。信、移动通信、雷达等。 频率：频率：30MHz30MHz以上以上 类似光波类似光波做视线传播（将穿透电离层）做视线传播（将穿透电离层） 1.4 1.4 信道信道 天线高度天线高度h h与传播距离与传播距离D(=2d)(km)的关系：的关系： D 2=8rh50h （r为地球的等效半径为地

38、球的等效半径6370km6370km） 地地 面面 发射天发射天 线线 h d r D d 例例 设一条无线链路采用视距传播方式通信，其收发天线的架设高度都设一条无线链路采用视距传播方式通信，其收发天线的架设高度都 等于等于80m，试求其收发两端能架设的最远通信距离。，试求其收发两端能架设的最远通信距离。 1.4 1.4 信道信道 采用采用无线电中继无线电中继，实现，实现远程通信远程通信。 若天线架设高度为若天线架设高度为5050m，则视线距离约为则视线距离约为 5050km。即视距传输距离有限，需中继。即视距传输距离有限，需中继。 地地 面面 发射天线发射天线 （3 3） 视线传播视线传播

39、1.4 1.4 信道信道无线信道无线信道 （4 4） 散射传播散射传播 电离层散射：电离层散射：30 30 60 60 MHzMHz 对流层散射对流层散射: 100 : 100 4000 4000 MHzMHz 通信流星余迹通信流星余迹: 30 : 30 100 100 MHzMHz 对流层散射通信对流层散射通信 地球地球 有效散有效散 射区域射区域 发射发射 天线天线 蓝牙耳机 wifi无线路由器 电视遥控器 v短距离无线技术短距离无线技术 v红外红外 v蓝牙蓝牙 v无线局域网无线局域网WLAN v超宽带无线技术超宽带无线技术 UWB vZigBee 1.4 1.4 信道信道 v 明线：明线

40、：指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与电指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与电 缆相比，它的优点是传输损耗低。但它易受气候和缆相比，它的优点是传输损耗低。但它易受气候和 天气的影响，并且对外界噪声干扰比较敏感。目前，天气的影响，并且对外界噪声干扰比较敏感。目前， 已逐渐被电缆所代替。已逐渐被电缆所代替。 v 对称电缆对称电缆 v 同轴电缆同轴电缆 二、有线信道二、有线信道 1.1. 传输电信号传输电信号 1.4 1.4 信道信道有线信道有线信道 双绞线（双绞线（Twisted PairwireTwisted Pairwire） （2 2）对称电缆：双绞线对称电缆：双绞线由两根具有绝缘保护由两根具有

41、绝缘保护 层的层的铜导线铜导线组成，把两根导线按一定密度互组成，把两根导线按一定密度互 相缠绕在一起相缠绕在一起,可降低信号干扰的程度。可降低信号干扰的程度。 铜线 铜线 聚氯乙烯 套层 聚氯乙烯 套层 屏蔽层绝缘层 绝缘层 无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP 1.4 1.4 信道信道有线信道有线信道 v（3 3）同轴电缆：）同轴电缆：是一种是一种通讯电缆，通讯电缆，以，以 实心铜体为芯，外包着一层绝缘材料，这层实心铜体为芯，外包着一层绝缘材料，这层 绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又再绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又再 覆盖一层保护性材料。覆盖一层保护性材料。 v 常用的同轴电缆有

42、常用的同轴电缆有两类两类：50和和75同轴同轴 电缆。电缆。 外导体屏蔽层 绝缘层 绝缘保护套层 内导体 同轴电缆 同轴电缆截面示意图同轴电缆截面示意图 1.4 1.4 信道信道有线信道有线信道 v 有线信道电气特征有线信道电气特征 信道类型信道类型 通话容量通话容量 （路）（路） 频率范围频率范围 (kHz) 传输距离传输距离 (km) 明线明线1+30.327300 明线明线1+3+120.3150120 对称电缆对称电缆241210835 对称电缆对称电缆60122521218 小同轴电缆小同轴电缆300601 3008 小同轴电缆小同轴电缆960604 1004 中同轴电缆中同轴电缆1

43、 8003009 0006 中同轴电缆中同轴电缆2 70030012 0004.5 中同轴电缆中同轴电缆10 80030060 0001.5 1.4 1.4 信道信道有线信道有线信道 2.2.传输光信号传输光信号光纤：光纤：具有容具有容 量大、成本低等优点，且不怕电量大、成本低等优点，且不怕电 磁干扰，与同轴电缆相比可以大磁干扰，与同轴电缆相比可以大 量节约有色金属和能源。量节约有色金属和能源。 表面涂层表面涂层 包层包层 芯区芯区 光纤原理：光线在光纤中的折射光纤原理：光线在光纤中的折射 折射角 入射角 包层 （低折射率的媒体） 包层 （低折射率的媒体） 纤芯 （高折射率的媒体） 包层 纤

44、芯 高折射率 (纤芯) 低折射率 (包层) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射 输入脉冲 输出脉冲单模光纤 多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤 输入脉冲 输出脉冲 多模光纤 http:/ 2006年12月27日 信信 源源 发送端发送端接收端接收端 信道编码信道编码 调调 制 制 信信 道 道 压缩编码压缩编码 解解 调 调 信信 宿宿 保密解码保密解码 信道解码信道解码 压缩解码压缩解码 保密编码保密编码 噪声噪声同步同步 信源编码信源编码 信源解码信源解码 数字通信系统模型数字通信系统模型 1.4 1.4 信道信道信道模型信道模型 四、信道模型四、信道模型 编码信道模型编码信道模型 调制信道模型调制信道模型 1.4 1.4 信道信道信道模型信道模型 1.1. 调制信道模型调制信道模型 1.4 1.4 信道信道信道模型信道模型 1.4 1.4 信道信道信道模型信道模型 2.2. 编码信道模型编码信道模型 1.4 1.4 信道信道信道模型信道模型 0 1 2 3