第1章电信传输原理

《电信传输原理》本课程内容提要绪论传输线理论金属波导光纤传输的基本理论微波传输（通信）系统卫星传输系统移动通信系统参考文献《电信传输原理》自编教材2002.7《有线电信传输基础》贾玉明人邮出版1983.3《新编电信传输理论》王明鉴北邮出版1995.10第一章电信传输的基本概念

主要内容§1.1通信、电信及电信传输§1.2通信系统与通信网

§1.3信号传输的媒质§1.4传输单位和传输电平

§1.1通信、电信及电信传输一、通信与电信

二、电信传输

三、电信号的类型及特征

一、通信系统

二、通信网（电信网）§1.2通信系统与通信网一、架空明线二、对称电缆（平行双导线）三、同轴电缆四、光纤光缆五、金属波导§1.3信号传输的媒质一、传输单位二、传输电平三、绝对电平

四、相对电平

§1.4传输单位和传输电平§1.1通信、电信及电信传输人们互通信息（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。

电信就是用电子技术来进行的传送信息和交换信息通信方式。在金属导线、光纤上传送的为有线电信。

属于自由空间的传送的方式为无线电信。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。一、通信与电信

二、电信传输

电信传输，就是指含有信息的电信号的传输。有线电信传输系统包括了用户之间的许多电气设备和金属导线、光纤。发送器、接收器和连接二者的线路是构成有线电信传输系统的基本组成部分。图1-1电话通信示意图三、电信号的类型及特征

电信号可以分为模拟信号和数字信号两种类型。1．什么是模拟信号？模拟信号是时间的连续函数，就是说，随着时间的变化，它也在连续地变化，如图1－2所示。在模拟通信中，例如电话、传真、电视系统中传送的电信号就是连续信号。一般电话机的送话器送出的电信号的频率范围约为300赫～4000赫。大量的实验证明，如果将电话传送频率范围限在400赫～2000赫内，基本上已经可以听懂。为保证通话具有较好的清晰度，通常传送300赫～2700赫的成份。在高质量的电话系统中，传送的频率范围采用的是300～3400赫。图1-2模拟信号图1-3声音的频率成分2．什么是数字信号？

数字信号是在一段时间内送一个符号，它在时间上是不连续的。而且每个符号只能取一定的值，即在取值上也是不连续的。

数字信号在传输上有很多优点，最主要的是它的抗干扰性强。由于它是以1、0两种状态传输的，在接收端只要正确地判断是“1”或者是“0”，就等于完全取消了干扰。

§1.2通信系统与通信网一、通信系统图1-4通信系统示意图

图1-5通信系统一般结构

二、通信网（电信网）

1．通信网的概念

由多个用户构成的通信系统体系就称为通信网。通信网实质上由用户终端设备、传输设备、交换设备和相应的信令、协议、标准等软件构成。通常把图1-6（a）的连接方式成为直达方式。这种通信网需要的传输系统较多。若有n个用户就须要有n（n-1）/2个传输系统，通信线路的利用率很低,很不经济。

图1－6（b）是在多用户点地区内选择了一个中心地点G作为转接中心，由它来转接用户点之间的通信，只需要六套比较短的传输线路，就能完成用户点之间的连接，线路利用率较直达式得到了提高。其缺点是，所有通路都必须经中心转接，没有其它路由可供迂回接续。一旦转接中心发生障碍，将会使整个通信系统陷于停顿。

图1-6多用户通信网结构示意图

图1-7长途电信网

2．长途电信网的结构——我国长途电信网采用四级汇接辐射制，这种四级汇接辐射制结构叫基干路由网。第一级为首都和省间中心(大区中心)，省间中心是汇接一个大区内各省(自治区)之间的通信中心。各省间中心(包括首都)采用直达方式。首都和某些省间中心除了是国内长途电信网的重要汇接中心外，还是与国外进行国际通信的汇接中心。第二级为省中心，是汇接一省(自治区)内各地区之间的通信中心。一般设在省会所在地，较大的省还可以在省区某一地点建立一个汇接中心(称做相当省中心)。第三级为县间中心，是在省内选择几个适当地点建立的汇接点，汇接几个县之间的通信，一般设在专区所在地。第四级为县中心，是汇接一个县内各城镇、乡之间的通信中心，一般设在县人民政府所在地。

图1-8六次转接示意图3．本地电信网的结构

本地电信网是指同一长途编号区范围内的网络，是由若干个端局，或由若干个端局和汇接局、局间中继线、长市中继线、用户线、用户交换机及用户终端等所组成的电信网。

本地电信网两种基本形式

:城市及其郊区组成的称为市内电信网；县城及其农村组成的称为农村电信网。

（1）市内电信网的构成两个用户间的通话是经过用户线和电话局交换设备来完成的。两电话局之间，电话局与长途电话局之间，则由长市中继线相连接，从而构成了市内电信网。

图1-9市内电信网（2）农村电信网的构成

我国农村电信网的结构，一般采用以县局为中心的一级汇接通信网，或者一、二级汇接通信网的形式，如图1-10所示。

图1-10农村电信网

§1.3信号传输的媒质

电信号的传输实质上是电磁波的传播。电磁波的传播方式或传输的媒质有两种：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；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。自由空间传输电信号的方式称为无线通信，沿导线传输电信号的方式称为有线通信。

（a）架空明线

（b）对称市话电缆

（c）同轴电缆

图1-11通信线路

（d）光纤结构

纤芯

包层涂覆层阶跃型渐变型

图1-11通信线路

一、架空明线

架空明线是利用金属裸线，架设在电线杆上的一种通信线路。它主要由电杆、线条、线担、隔电子，拉线等组成。其缺点是，由于架空明线暴露在大自然环境中，故其电磁场为“开放式”的。当传输信号频率较高时，具有一定的辐射性，使线路衰耗增大。所以，一般用来开通12路载波电话，传输频率为150KHZ。通常用于专网通信。

二、对称电缆（平行双导线）

对称市话电缆是由若干扭绞成对（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。导电芯线必须具有良好的导电性，柔软性和足够的机械强度。目前，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；绝缘层是为保证芯线之间和芯线与护层之间具有良好的绝缘性能，在每根导线外包裹绝缘纸带，或聚苯乙烯、或聚烯烃塑料层。三、同轴电缆

同轴电缆又称为同轴回路，属于不对称的结构。这种线对是由内、外导体和绝缘介质三部分组成。内导体必须是圆柱形，具有良好的导电率、足够的机械强度和柔韧性，所以都采用单根硬拉铜线。外导体的导电率、柔韧性和机械强度应与内导体相同，全长需要保持完整的圆柱形，构成管形的铜带厚度和有关成型尺寸，都应符合制造公差要求。主要用在中继线、天馈线和有线电视系统中的馈线等。

四、光纤光缆

光缆是由光纤、加强件和外护层构成。而光纤是由纤芯、包层和涂敷层组成。如图1-11（d）。纤芯由石英等制成，折射率通常用n1表示，它是光波的主要通道。包层也由石英等制成，其折射率为n2，且n1>n2，其作用是构成全内反射的条件。涂敷层由聚乙烯等制成，其作用增加光纤的机械强度。

五、金属波导

波导指的是“用来导引电磁波，使它按人们意图向某个方向传输的设备”。金属波导是一种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。金属波导的种类较多。按截面形状划分时有：矩形波导、圆柱形波导等。金属波导是厘米波段广为采用的传输线，一般作为天馈线使用。

图1-12金属波导§1.4传输单位和传输电平一、传输单位

为了衡量传输过程中的衰减（损耗）或增益，常用分贝（dB值）作传输中信号功率变化的计量单位（或信号功率大小的计量单位

dBm），即传输单位,功率变化的dB数可以由下式给出:

dB数=10lgP2/P1

P2为某部件的输出功率,P1为某部件的输入功率。

二、传输电平

目前国际上通用的传输单位为有两种，一为分贝（用dB表示），一为奈培（用NP表示）。传输电平就是用分贝或奈培这样的传输计量单位来表示信号大小或强弱的，也就是说，电平高意味着信号强、功率大、电压高、电流大，电平低则相反。这是传输当中的一个很重要的参数。

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。

电平的表示方法：1．以常用对数表示

当取常用对数时，其单位为分贝，以dB表示。以功率进行计算时称为功率电平：

(1.1)以电压进行计算时称为电压电平：

(1.2)以电流进行计算时称为电流电平:(1.3)

上式中的P0、UO、IO分别表示基准功率、基准电压和基准电流。P1、U1、I1分别表示被测点的功率、电压和电流值。

2．以自然对数表示

当取自然对数时，电平的单位为奈培（简称为奈），以NP表示。功率电平：(1.4)电压电平：(1.5)电流电平：

(1.6)3．奈培和分贝之间的转换关系

设LP=1NP,则由式(1.4)知

,这个功率比如用常用对数表示则是以上分析说明:1NP=8.686dB(1.7)1dB=1/8.686=0.115NP

三、绝对电平

1.绝对功率电平

由于基准值取的不同，电平又分为绝对电平和相对电平。先介绍绝对电平。绝对功率电平的基准功率取的是到1mw。因此某一点的绝对功率电平可以表示为：或

(1.8)2．绝对电压电平绝对电压电平的基准电压是根据在600欧阻抗上获得1mw基准功率来确定的。

因此某点的绝对电压电平可表示为:

或

(1.9)

3．绝对电流电平同理，绝对电流电平的基准电流也是根据在600欧阻抗上获得lmw基准功率确定的。

所以某一点的绝对电流电平可表示为：或（1.10）例子某载波机送到外线端的信号功率为66.3mw，求外线端的绝对功率电平是多少？解:

4.正电平、负电平和零电平的意义以功率电平为例:定义

。当P1＝P0时，电平是零，其含义是该点的功率等于基准功率。当P1＜P0时,电平是负值,其含义是该点的功率小于基准功率。当

P1＞P0时,电平是正值,其含义是该点的功率大于基准功率。对于绝对功率电平来说，因为基准功率是lmw，所以当P1＞lmw时电平是正值，当P1=lmw时电平是零值，当P1