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　　免费在线.4.1 信息传输 信息传输就是将携带信息的信号经信道由一端传送到另一端的过程。信源提供的语音、数据、图像等需要传递的信息由用户终端设备变换成需要的信号形式，经传输终端设备进行调制，将其频谱搬移到对应传输媒质的传输频段内，通过信道传输到对方后，再经解调等逆变换，恢复成信宿适合的消息形式。信息本身并不能被传送或接收，必须有载体，如电信号、光信号等。 1.4.2 信道概念及分类 信道是信号传输的通道。信道由各种各样的传输媒质支撑，传输媒质是用于承载传输信息的物理媒体，是传递信号的通道，提供两地之间的传输通路。 根据传输媒质是否有形信道分为两种： 一是电磁信号在某种有形的传输线上传输的有线信道，目前主要由电缆、光缆构成。 二是电磁信号在自由空间中传输的无线信道，主要由微波、卫星、移动无线 有线传输信道 不同的通信媒体具有不同的属性，应针对不同的用途应用在不同的场合，发挥不同通信媒体的最佳效能。 有线信道的电磁能量被约束在某种传输线上传输，包括平行导体传输线、同轴电缆传输线、微带传输线、波导传输线）架空明线和平行双线电缆 架空明线是利用金属裸导线捆扎在固定的线担上的绝缘子上，是架设在电线杆上的一种通信线(a)所示。 平行双线(b)所示。 （a）架空明线 （b）平行双线 对称电缆和双绞线）架空明线和平行双线电缆 架空明线主要由导线、电杆、线担、绝缘子和拉线(a)所示。架空明线暴露在大自然环境中，它的惟一优点是结构简单，因为没有屏蔽，所以明线传输线辐射损耗高并且易受噪声及外界电磁场的干扰。 平行双线电缆是一种双线平行导体传输线，两个导体承载电流，其中一个导体承载发出的信号，另一个承载返回的信号，任何一对传输线都可以在平衡模式下工作，如图1-6(b)所示。 （2）对称电缆 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，以及在缆芯外面加上金属编织物等构成。如图1-9（a）所示。目前，最常用的是软铜线，也有采用半硬铝线，对称电缆主要用于市话用户的电话线 对称电缆和双绞线电缆 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。 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。 编织物要连接到地，起屏蔽作用，以减少辐射损耗和干扰，金属编织物可以避免信号辐射出去，也可以阻止电磁干扰到达内部的信号导体。 然后再覆盖保护的塑料外套。外面再包裹护层的一个整体。 （3）双绞线 在计算机网络中应用最多是双绞线电缆（简称双绞线）。双绞线电缆是由两根绝缘的导体扭绞封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，通常以对为单位，并把它作为电缆的内核，根据用途不同，其芯线要覆以不同的护套。双绞线是目前局域网最常用到的一种电缆，它既可以传输模拟信号又可以传输数字信号。双绞线 对称电缆和双绞线）同轴电缆 同轴导体被广泛地用于高频应用以减少损耗并隔绝传输线路。基本的同轴电缆包括一个中心导体，周围是同心的(与中心距离相同)外部导体。在相对高的频段上，同轴外导体提供极好的屏蔽以防止外部干扰。广泛使用的同轴电缆有两种，一种是阻抗50的基带同轴电缆，主要用于传输数字信号；另一种是阻抗为75的宽带同轴电缆，主要用于传输模拟信号，如闭路电视信号等。 图1-9 同轴电缆（固态柔韧型） （5）微带线和矩形波导 微带线 MHz)。在印制电路板(PC，Printed Circuit)上使用铜线构成的特殊传输线称为微带线或带状线，已在PC板上被用于元件的连接。如图1-11(a)给出了一个简化的单轨微带线路。 波导(Wave Guide)的最简单形式是一个空心导管，其横截面通常是矩形，如图1-11(b)所示，但也有圆形或椭圆形波导，可以限定电磁波能量的边界，最常用的波导是矩形波导。 图1-11 微带线）光纤 光纤（光缆）已在长途通信网、市话通信网中取代原用的电缆， 光缆（光纤）具有重量轻、传输容量大、频带宽、抗干扰能力强等优点。 光纤是利用光的全反射特性来导光的。光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝，其结构图见图1-12所示。 图1-12 光纤结构图 （6）光纤 由于光纤纤芯细如发丝，由Si02玻璃纤维组成，质地脆弱。为了使光纤能在工程中实用化，要承受工程中拉伸、侧压和各种外力作用，且要具有一定的机械强度而使性能稳定。因此，工程应用中需增加填充物、护套、涂敷处理及加强件，使光纤的强度提高，并将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆，才能适应不环境下光纤通信的需要。 图1-13 光纤结构及剖面示意图 1.4.4 无线传输信道 无线信道的介质是自由空间，电磁波在大气层、电离层或外层空间传送，如短波电离层、散射信道、微波视距信道、卫星远程自由空间的恒定参数信道等。在无线信道中信号的传递是利用电磁波在大气层的传播来实现的。 原则上，任何频率的电磁波都可以产生，但是，为了构成一条无线信道，实现有效地发射或接收电磁波尤为重要 ，其中一点是要求天线的长度(L)不小于电磁波波长( )的 。 无线电波的传播方式 在地球大气层以内传播的电磁波称为陆地波(Terrestrial Wave)，因此，在地球上两点或多点之间的通信称为地面无线电通信。陆地波会受到大气层以及地球表面的影响。在地面无线电通信中，电磁波的传播有若干种传播形式，究竟以哪种形式传播取决于系统的类型及外界条件。除地球大气引起传播路径改变外，电磁波总是以直线传播。实际上，在地球大气层内的电磁波有三种传播方式：地波、空间波(包括直射波和大地反射波)以及天波。 （1）地波 沿地面传播的无线电波叫地波，又叫表面波。由于地球表面也存在着电阻损耗和介质损耗，因此地波在传播过程中也必然产生衰减。电波的波长越短，越容易被地面吸收，因此只有长波和中波能在地面传播。地波传播的特点是信号比较稳定，基本上不受天气的影响。地波最适于在良导体的表面上进行传播，如海面。在干燥的沙漠地区则很难传播。地波传播一般多用于舰船之间的通信以及船与岸之间的通信，还常用于无线电导航和海上移动通信。 图1-16 地波传播 （2）空间波 空间波包括直射波和地面反射波(如图1-15所示)。直射波(Direct Wave)在发射天线与接收天线之间以直线传播。以直射波传播的空间波一般称为视距(LOS，Line of Sight)传输。因此，空间波的传播受到地球表面曲率的限制。地面反射波(Ground Reflected Wave)是在发射机和接收机之间靠地球表面对波的反射进行传播的。 图1-17 空间波的传播 （3）天波 一般天波(Sky Wave)是在某一方向上相对于地球仰起一个很大的角度来辐射的电磁波。天波是朝着天空辐射并凭借电离层反射或折射回地面的。正是由于这个原因，天波传播的这种形式有时也称为电离层传播。 天波的传播离地球越远，电离作用就越强，只有很少的分子被电离。因此，在大气层的高层区域，分子电离的比例要比大气层的低层区域高很多。电离的密度越高，折射率越大。 无线电波的传播方式 综上所述：中、长波均利用地波方式进行传播；超短波用空间波方式进行传播；短波主要靠天波传播。 表1-3 不同波长电磁波传播方式 电磁波段 超长波 长波 中波 短波 米波 分米波 微波 传播方式 空间波为主 地波为主 地波与天波 天波与地波 空间波 空间波 空间波 天波 内容提要 * 通信基本概念及系统模型 电磁波及其频段划分 微波和光波 电信传输信道 信道的传输特性 发展历史 1.5 信道的传输特性 1.5.1 幅频与相频传输特性 信道的传输特性分为幅频传输特性和相频传输特性。有线信道和无线信道二者都是以幅频特性与相频特性来描述信道对通过信号的影响的。 幅频传输特性:幅频传输特性是信道在各频率下的幅度衰耗与频率的关系曲线，它将影响信号的幅度衰减量。 相频传输特性:是信道在各频率下的相位移与频率的关系曲线，它将影响被传输信号的相位移。 1.5.1 幅频与相频传输特性 理想幅频传输特性是其通带内特性平稳，即特性曲线是一条水平直线，否则将导致信号幅度失真。 理想相频传输特性是一条通过f = 0 Hz原点的斜直线，频率分量高的信号相移大，频率分量小的相移小。 图1-19 理想有线章 电信传输概念 内容提要 * 通信基本概念及系统模型 电磁波及其频段划分 微波和光波 电信传输信道 信道的传输特性 发展历史 1.1 通信基本概念及系统模型 通信是指通过某种媒质将消息从一地传输到另一地的过程。简单的说，消息传输就是通信。 通信的目的是为了获取信息。 1.1.1 通信的基本概念 通常用语言、文字、图像和数据等方式来描述消息。例如：电话中的语音；电视中的图像等都称为消息。 信息是消息中包含的有意义的内容，信息是抽象的，因此，信息必须借助于载体-----消息，才能够便于人们进行信息的传递、交换、存储和提取。 1.1.1 通信的基本概念 消息在许多情况下不便于传送和交换，必须转换成适合信道传输的形式，为此需要用光、声、电等物理量来运载，这些物理量就称为信号。如光信号、声信号、电信号等。因此信号是用来携带消息的载体，但不是消息本身。 通信是指通过某种媒质将消息从一地传输到另一地的过程。简单的说，消息传输就是通信。通信的目的是为了获取信息。 1.1.2 模拟信号和数字信号 信号参量（幅度或者频率）随消息作连续变化的信号，此信号就称为模拟信号，又称为连续信号。 信号在时间上和幅度取值上均离散的信号称为数字信号。 1.1.2 模拟信号和数字信号 图1-1 模拟信号 图1-2 数字信号 1.1.2 模拟信号和数字信号 数字信号通常可由模拟信号获得。数字信号便于存储、处理、传输，与模拟信号相比最大的优点是数字信号抗干扰性强，噪声不积累。由于信号在通信中传输一段距离后，信号能量会受到损失，噪声的干扰会使波形变坏，为了提高其信噪比，要及时将变形的信号进行处理、放大，如图1-3（a）所示。 在模拟通信中，由于传输的信号是模拟信号（幅值是连续的）因此难以把噪声干扰分开而去掉，随着距离的增加，信号的传输质量会越来越恶化，如图1-3（b）所示。 1.1.2 模拟信号和数字信号 图1-3 两类通信方式抗干扰性能比较 只要把信息从一个地方传送到另一个地方，均称为通信。虽然通信系统种类繁多、形式各异，但实质都是完成从一个地方到另一个地方的信息传递或交换。一个简单的传输电信系统由信源、发送器、信道、交换设备、接收器、信宿和噪声组成。 1.1.3 电信传输系统模型 图1-4 电信传输系统基本模型 1.1.3 电信传输系统模型 信息源：产生消息的源，把人或设备发出的信息变换为原始的电信号。 发送设备：负责将信息源发出的信号变成适合于信道传输的信号。 接收设备：把从传输信道中接收的信号恢复成相应原始信号的设备，与发送设备功能相反。 接收设备：将复原的原始信号转换成相应的消息的宿端，也称为信宿。 信道：信号传输的通道，是通信系统的重要组成部分，包括明线、电缆、光缆、及无线方面的各波段的电磁波等。 1.数字传输系统模型 由于目前的通信系统中传输的是数字信号，因此，现代电信传输系统一般又称为数字传输系统。图1-5所示为数字传输系统模型。 图1-5 数字传输系统模型 信源提供的语音、数据、图像等待传递的信息经信源编码、信道编码和调制，将其频谱搬移到对应传输介质（导向传输介质和非导向传输介质）的传输频段内，通过传输介质传输至对方后，再经解调等逆变换，恢复成受信者适用的信息形式，这一全过程信息所通过的通信设备的总和统称为数字传输系统。简单说，传输系统起到为需要进行信息交互的设备之间提供信息传递的通道。传输系统作为信道可连接两个终端设备构成电信系统，作为链路则可连接网节点的交换系统构成电信网。 传输系统按其传输信号性质可分为模拟信号传输系统和数字信号传输系统两类； 按其传输媒质可分为有线传输系统和无线.传输系统在通信网中的位置 图1-6 传输系统在通信网中的位置 内容提要 * 通信基本概念及系统模型 电磁波及其频段划分 微波和光波 电信传输信道 信道的传输特性 发展历史 在通信过程中，人们先把通信消息，例如：声音、图像、文字等转变为电信号，这些电信号以电磁波作为载体，由电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点，人们利用接收机接收到这些电磁波后，又将其中的电信号还原成声音、图像、文字等消息，这就是信息传播即通信的大致过程。 通信方式一般可分为两大类：一类称为有线通信，一类称为无线通信。有线通信方式是传输线引导电磁波按照一定方向进行传播，能量由发送方传送到接收方，传输效率较高；无线通信方式是利用天线将电磁波辐射到需要的空间区域进行信息交换。 1.2 电磁波及其频段划分 波速（c）和频率（ ）的比值称为波长，用表示，单位是米（m）?波长与频率成反比，波长越大，频率越小，反之，频率越大，波长越小。 在无线通信设备中，为了保证有效的发射和接收，天线的设计依据最重要的参数就是波长。天线理论要求：为了得到尽可能高的发射效率，天线的长度L要与发射信号的波长相比拟，通常要求 1.2 电磁波及其频段划分 1.2.1 电磁波段划分 图1-7 电磁波段划分 1.2.1 电磁波段划分 当电磁波频率不高时，如米波以上波长范围，广泛应用双线传输线来传输电信号。 同轴线可C7电子用于较高频率，如分米波及厘米波波段。 当频率更高时，如微波频段，就需要波导来进行传输电信号。 当频率达到光波时就选用光纤作为传输介质。 1.2.2 各波段的特点及应用 甚长波和长波波段 中波波段 短波波段 米波、分米波的一部分波段 厘米波波段 毫米波波段 （1）甚长波和长波波段 该波段可以用天波和地波传播，而主要以地波传播方式为主。因地波传播频率愈高，大地的吸收愈大，故在无线电的早期是向低频率的方向发展。该波段主要用于无线电导航（航空和航海）、定点通信、海上移动通信和广播。 优点： 传播距离长，在海水上应用数千瓦的功率可以实现3000公里的通信。 电离层扰动的影响小。长波传播稳定，基本没有衰落现象。 波长愈长，大地或海水的吸收愈小，因此适宜于水下和地下通信。 缺点：容量小；大气噪声干扰大；需要大的天线）中波波段 在中波，电磁波主要的传播方式是地波传播。在这一频段的低端比高端传播得更好。出于频率增高，地面的情况差别已不太显著。该波段主要用于广播、无线电导航（航空和航海）、海上移动通信。由于中波传播的特点，特别适宜于地区性的广播业务。在该频段信号稳定。? （3）短波波段 优点在于短波电离层通信简单，易于实现，成本低，可用小功率和小得多的天线实现远距离通信。 也有其缺点即通信不稳定；有严重的衰落，必须采用分集接收才能得到较稳定的通信；它还受电离层扰动的影响，大气等自然干扰也比较大。 除军用战术小型电台还采用短波地波通信外，其它地方是很少采用的。 （4）米波、分米波的一部分波段 这一波段是一个“中间”波段。它基本上不能被电离层反射，地波传播的距离非常短，因此该波段主要的传播方式是视距内的空间波传播，以及对流层散射和电离层散射。该频段的优点是：对于低容量系统可以用小尺寸天线。明显地，这种特点特别适宜于移动通信。 （5）短波波段 该频段的传播特点是视距传播，大气噪声低，但在某些频率区域（3厘米波长），大气（水汽）吸收比较大。另外，该频段也用散射方式传播。在该频段中，由于没有大气噪声的干扰，同时波长短的天线的波束容易做的很窄，所以无线电导航和雷达特别适合。目前已经将此波段分配给定点及移动通信、导航、雷达、气象、无线电天文学、空间通信、业余无线）毫米波波段 该波段的优点是：具有极宽的带宽；波束窄；与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性；和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多，因此毫米波系统更容易小型化等优点。 其缺点是：大气中传播衰减严重；器件加工精度要求高。 毫米波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临床医学和波谱学方面都有重大的意义。利用大气窗口的毫米波频率可实现大容量的卫星-地面通信或地面中继通信。 从40千兆赫到3000千兆赫（这是光波的下限)，除了激光以外，还未能很好的加以利用。有待于以后的研究和发展。 内容提要 * 通信基本概念及系统模型 电磁波及其频段划分 微波和光波 电信传输信道 信道的传输特性 发展历史 1.3 微波和光波 1.3.1 微波及其特点 微波是一个非常特殊的电磁波段，频率为300MHz--300GHz的电磁波，微波的波长在0.1mm—1m之间。能提供的通信容量较大，在目前得到了快速发展。 微波波段有着不同于其他波段的重要特点： 似光性和拟声性 频率高，提供的容量大 微波能穿透电离层传播 散射特性 1.3.1 微波及其特点 微波在通信中的作用就是利用微波作为信息的载体来传输信息。在发信方，用振荡器产生微波，再用调制器使微波携带信息，然后将它们放大，最后送到天线上辐射出去。带着信息的微波为远方的接收机所接收，再用解调器将信息取出，微波便完成了传输的任务。 1.3.2 光波 光波是指波长在0.3～3μm之间的电磁波。因为光是电磁波的一种，故有此称。光具有波粒二象性，也就是说微观来看，由光子组成，具有粒子性；但是宏观来看又表现出波动性。光波的传播实际是电磁波的传播，光波在大气中传播时，受到大气的吸收、散射、折射和闪烁等影响，影响程度与光波波长有密切关系。作为一种波，向外辐射能量，光纤通信就是利用光波作为载频和光纤作为传输媒质的一种通信方式。它是以激光作为信息的载体，光波工作在电磁波频谱图中的近红外区，即波长是0.8μm---1.8μm，对应的频率为167THz--375THz。 光波 内容提要 * 通信基本概念及系统模型 电磁波及其频段划分 微波和光波 电信传输信道 信道的传输特性 发展历史

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