通信系統(tǒng)原理第3章學習教案

1、會計學1通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)(xtng)原理第原理第3章章第一頁，共67頁。第2頁/共67頁第二頁，共67頁。第3頁/共67頁第三頁，共67頁。4第4頁/共67頁第四頁，共67頁。雙絞線第第3章章 信信 道道第5頁/共67頁第五頁，共67頁。結(jié)構(gòu)化布線結(jié)構(gòu)化布線(b xin)EIA/TIA 568B雙絞線標準雙絞線標準(biozhn)第第3章章 信信 道道第6頁/共67頁第六頁，共67頁。第第3章章 信信 道道第7頁/共67頁第七頁，共67頁。EIA/TIA 568A雙絞線標準雙絞線標準(biozhn)第第3章章 信信 道道第8頁/共67頁第八頁，共67頁。雙絞線的傳輸雙絞線的傳輸(chun sh

2、)性能性能n抗干擾能力較差。抗干擾能力較差。n帶寬帶寬(di kun)和傳輸距離：決定于銅線和傳輸距離：決定于銅線的粗細的粗細第第3章章 信信 道道第9頁/共67頁第九頁，共67頁。同軸電纜同軸電纜(tn zhu din ln)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中心導體中心導體傳遞信號傳遞信號絕緣體絕緣體隔絕隔絕屏蔽網(wǎng)屏蔽網(wǎng)接地接地外層外層(wi cn)包包覆覆保護外皮保護外皮第第3章章 信信 道道第10頁/共67頁第十頁，共67頁。同軸電纜同軸電纜(tn zhu din ln)的分類的分類基帶同軸電纜：基帶同軸電纜：50歐姆電纜，用于數(shù)字傳歐姆電纜，用于數(shù)字傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率：輸。數(shù)據(jù)傳輸速率：10Mb/s，信號傳輸

3、距，信號傳輸距離：離：1-1.2km。寬帶同軸電纜：寬帶同軸電纜：75歐姆電纜，用于模擬歐姆電纜，用于模擬(mn)傳輸。傳輸。CATV中標準傳輸電纜，帶寬中標準傳輸電纜，帶寬可達：可達：300-450MHz,傳輸距離：傳輸距離：100km。第第3章章 信信 道道第11頁/共67頁第十一頁，共67頁。同軸電纜同軸電纜(tn zhu din ln)的優(yōu)缺點的優(yōu)缺點q抗干擾能力強抗干擾能力強q帶寬寬，數(shù)據(jù)傳輸速率高，傳輸距離遠。帶寬寬，數(shù)據(jù)傳輸速率高，傳輸距離遠。q價格價格(jig)貴，很重，無法結(jié)構(gòu)化布線貴，很重，無法結(jié)構(gòu)化布線q 應(yīng)用：電視網(wǎng)絡(luò)、近距離計算機網(wǎng)絡(luò)、長途電話傳輸應(yīng)用：電視網(wǎng)絡(luò)、近距

4、離計算機網(wǎng)絡(luò)、長途電話傳輸?shù)诘?章章 信信 道道第12頁/共67頁第十二頁，共67頁。光纖、光纜光纖、光纜(un ln)q軸心：玻璃材質(zhì)軸心：玻璃材質(zhì), , 用來傳送光波訊號。用來傳送光波訊號。q被覆層：折射率極低的物質(zhì)。被覆層：折射率極低的物質(zhì)。q外皮：不透光的材質(zhì)外皮：不透光的材質(zhì), , 用以隔絕外在的干擾用以隔絕外在的干擾源源, , 保護保護(boh)(boh)脆弱的軸心。脆弱的軸心。第第3章章 信信 道道第13頁/共67頁第十三頁，共67頁。14折射率n1n2折射率n1n27101 25折射率n1n2單模階躍折射單模階躍折射率光纖率光纖圖3-11 光纖結(jié)構(gòu)示意圖(a)(b)(c)第14

5、頁/共67頁第十四頁，共67頁。150.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波長（m）1 . 5 5 m1 . 3 1 m圖3-12光纖損耗與波長的關(guān)系第15頁/共67頁第十五頁，共67頁。光纖的類型光纖的類型(lixng)q單模光纖：軸心直徑單模光纖：軸心直徑(zhjng)(zhjng)較細較細, , 約約 510 510 微米微米, , 傳輸距離長傳輸距離長, , 散射率小散射率小, ,傳輸效能極佳。傳輸效能極佳。q多模光纖：軸心直徑多模光纖：軸心直徑(zhjng)(zhjng)較寬較寬, ,約約50100 50100 微米微米, ,傳輸距離短傳輸距離短, , 傳輸效能略差。傳輸

6、效能略差。第第3章章 信信 道道第16頁/共67頁第十六頁，共67頁。光纖工作光纖工作(gngzu)波段波段目前，在試驗室中光纖帶寬超過目前，在試驗室中光纖帶寬超過50Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps ，32 10 Gbps的光纖傳輸已經(jīng)實用的光纖傳輸已經(jīng)實用常用的三個波長窗口（光纖波段）常用的三個波長窗口（光纖波段）0.85um：衰減：衰減(shui jin)（attenuation)大，傳輸速率和大，傳輸速率和距離受限制，但價格便宜距離受限制，但價格便宜1.30um：衰減：衰減(shui jin)小，無色散（小，無色散（dispersion）補償）補償、功率放大情況下，最

7、大傳、功率放大情況下，最大傳40km（最壞情況）（最壞情況）1.55um：衰減：衰減(shui jin)小，無色散補償、功率放大情小，無色散補償、功率放大情況下，最大傳況下，最大傳80km（最壞情況）（最壞情況）第第3章章 信信 道道第17頁/共67頁第十七頁，共67頁。 對稱電纜典型應(yīng)用：通信電纜每條電纜中有數(shù)十甚至(shnzh)上百個線對，用它們接電話或者信號，根據(jù)顏色的不同，可以區(qū)分它們的順序。國際標準：正：白紅黑黃紫負：蘭橙綠棕灰第第3章章 信信 道道第18頁/共67頁第十八頁，共67頁。地 面對流層平流層電離層10 km60 km0 km第第3章章 信信 道道第19頁/共67頁第十九

8、頁，共67頁。第20頁/共67頁第二十頁，共67頁。21傳 播 路徑地 面圖3-1 地波傳播地 面信號傳播路徑圖 3-2 天波傳播反射(fnsh)n一次反射(fnsh)距離： 4000 kmn寂靜區(qū)：第第3章章 信信 道道第21頁/共67頁第二十一頁，共67頁。22n衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動衛(wèi)星n平流層通信：ddh接 收 天線發(fā) 射 天線傳 播 途徑D地面rr圖 3-3 視線傳播圖3-4 無線電中繼50822DrDhmm505050508222DrDh第第3章章 信信 道道第22頁/共67頁第二十二頁，共67頁。23圖3-5 對流層散射通信地球有效散射區(qū)域第23頁/共67頁第二十三頁，共67頁

9、。24圖3-8 流星余跡散射通信流星余跡第24頁/共67頁第二十四頁，共67頁。蜂窩蜂窩(fngw)傳輸技術(shù)傳輸技術(shù)n物理特性：小區(qū)覆蓋。物理特性：小區(qū)覆蓋。n傳輸特性：靠基站布置傳輸特性：靠基站布置(bzh)實現(xiàn)全區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全區(qū)域覆蓋，具有穿透饒射等能力。覆蓋，具有穿透饒射等能力。900MHz、1800MHz等頻段。等頻段。n應(yīng)用：應(yīng)用：GSM系統(tǒng)、系統(tǒng)、cdma網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)第第3章章 信信 道道第25頁/共67頁第二十五頁，共67頁。 調(diào)制信道是指從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有電路(dinl)設(shè)備和傳輸介質(zhì)，調(diào)制信道主要用來研究模擬通信系統(tǒng)的調(diào)制、解調(diào)問題，故調(diào)制信道又可稱為連續(xù)信道（模擬信

10、道）。 編碼信道的范圍是從編碼器輸出端至譯碼器輸出端，編碼器的輸出和譯碼器的輸入都是數(shù)字序列，故編碼信道又稱為離散信道（數(shù)字信道）。 第第3章章 信信 道道第26頁/共67頁第二十六頁，共67頁。27這時上式變?yōu)椋哼@時上式變?yōu)椋?信道數(shù)學模型信道數(shù)學模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)圖3-12 調(diào)制信道數(shù)學模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio第27頁/共67頁第二十七頁，共67頁。28)()()()(tntetkteio第28頁/共67頁第二十八頁，共67頁。29P(0 / 0) = 1 P

11、(1 / 0)P(1 / 1) = 1 P(0 / 1) P(1 / 0)P(0 / 1)0011P(0 / 0)P(1 / 1)圖3-13 二進制編碼信道模型發(fā)送端接收端第29頁/共67頁第二十九頁，共67頁。3001233210接收端發(fā)送端第30頁/共67頁第三十頁，共67頁。31左圖為典型電話信道特性用插入損耗便于測量(a) 插入損耗頻率特性第31頁/共67頁第三十一頁，共67頁。32頻率(kHz)（ms）群延遲(b) 群延遲頻率特性dd)(0相位頻率特性第32頁/共67頁第三十二頁，共67頁。33n頻率偏移、相位抖動非線性關(guān)系直線關(guān)系圖3-16 非線性特性輸入電壓輸出電壓第33頁/共6

12、7頁第三十三頁，共67頁。 如果傳輸特性不好（即上述兩個條件不滿足），會使信號傳輸產(chǎn)生失真(sh zhn)（也稱畸變）。第第3章章 信信 道道第34頁/共67頁第三十四頁，共67頁。1.幅度頻率畸變 幅度頻率畸變是信道的幅度頻率特性不理想引起的，主要是在信道有效(yuxio)的傳輸帶寬內(nèi)， | H() |不是恒定不變的，而是隨頻率的變化有所波動。這種振幅頻率特性的不理想導致信號通過信道時波形發(fā)生失真，又稱為幅度頻率失真。產(chǎn)生原因：信道中存在各種濾波器、混合線圈、串聯(lián)電容、分布電感等。影響：l 對模擬信號，使波形失真，如語音信號，不同頻率強弱變化；l 對數(shù)字信號，會引起相鄰碼元波形在時間上相互重

13、疊（因信道特性變化），從而造成碼間串擾、誤碼。第第3章章 信信 道道第35頁/共67頁第三十五頁，共67頁。2.1 相位頻率畸變(jbin)：經(jīng)常用群遲延頻率特性來描述相頻特性： 群遲延頻率特性為：()=d()/d，當() =-td 即()=-td時，無相頻畸變(jbin)。()-td()-td00此時信號的不同頻率成分將有相同的群遲延，因而信號經(jīng)傳輸后不發(fā)生(fshng)畸變。第第3章章 信信 道道第36頁/共67頁第三十六頁，共67頁。如果信道的相位(xingwi)頻率特性偏離線性關(guān)系，即() -td 時，由于信號的各次諧波通過信道后的相位(xingwi)關(guān)系發(fā)生改變，疊加后波形就產(chǎn)生了失

14、真，稱為相位(xingwi)頻率失真，也稱相位(xingwi)畸變。由于相位(xingwi)頻率特性的非線性性轉(zhuǎn)化為時延不一致而導致的失真，也稱為群時延頻率失真。產(chǎn)生原因：濾波器、加感線圈。影響：語音信號，基諧時間關(guān)系失真，視頻影響大。數(shù)字信號，產(chǎn)生串擾。 第第3章章 信信 道道第37頁/共67頁第三十七頁，共67頁。第第3章章 信信 道道第38頁/共67頁第三十八頁，共67頁。39多徑傳播現(xiàn)象。n下面重點分析多徑效應(yīng)第39頁/共67頁第三十九頁，共67頁。40n都是隨機變化的。tA0cos0011( )( )cos( )( )cos( )nniiiiiiR ttttttt)(ti)(ti)(

15、)(0ttii)(),(),(tttiii第40頁/共67頁第四十頁，共67頁。41(xnho)的相位niniiiiitttttttR1100)(cos)()(cos)()(niniiiiitttttttR1100sin)(sin)(cos)(cos)()()(cos)(sin)(cos)()(000tttVttXttXtRsc)()()(22tXtXtVsc)()(tan)(1tXtXtcs第41頁/共67頁第四十一頁，共67頁。42另外一種衰落：慢衰落 由傳播條件引起的。第42頁/共67頁第四十二頁，共67頁。43復因子，其模為)()(Ftf0)()(0jeAFtAf)(00)()(jeA

16、FtAf)1 ()()()(000jjeeAFtAftAf)1 ()()1 ()()(00jjjjeAeFeeAFH0je)1 (je2cos2sin)cos1 (sincos1122jej第43頁/共67頁第四十三頁，共67頁。f(t)延遲t0延遲t0+V0f(t-t0)+V0f(t-t0-)V0V00000222020()(1)()2 cos()2jtjjjjjtjjtHV eeV eeeeV ee 第第3章章 信信 道道第44頁/共67頁第四十四頁，共67頁。45稱為衰落現(xiàn)象。由于這種衰落和頻率有關(guān)，故常稱其為頻率選擇性衰落。圖3-18 多徑效應(yīng)2cos2sin)cos1 (sincos

17、1122jej第45頁/共67頁第四十五頁，共67頁。46圖3-19 多徑效應(yīng)小于f且采用一定措施使信號穩(wěn)定。一般取B=（1/31/5）1/ m 。第46頁/共67頁第四十六頁，共67頁。第第3章章 信信 道道第47頁/共67頁第四十七頁，共67頁。48第48頁/共67頁第四十八頁，共67頁。49聲、宇宙噪聲、熱噪聲第49頁/共67頁第四十九頁，共67頁。50n討論噪聲對于通信系統(tǒng)的影響時，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響。第50頁/共67頁第五十頁，共67頁。51夠傳輸?shù)钠骄畔⒘孔畲笾祪烧咧g可以互換第51頁/共67頁第五十一頁，共67頁。52x1x2x3y3y2y1接收端發(fā)送端xn

18、。ym圖3-20 信道模型P(xi)P(y1/x1)P(ym/x1)P(ym/xn)P(yj)第52頁/共67頁第五十二頁，共67頁。53nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(第53頁/共67頁第五十三頁，共67頁。54nimjnijijijiiyxHxHyxPyxPyPxPxP11122)/()()/(log)/()()(log)(niiixPxPxH12)(log)()(mjnijijijyxPyxPyPyxH112)/(log)/()()/(第54頁/共67頁第五十四頁，共67頁。55)1 (log)1 (lo

19、g)(22H圖3-21 二進制信源的熵H()第55頁/共67頁第五十五頁，共67頁。56x1x2x3y3y2y1接收端發(fā)送端。yn圖3-22 無噪聲信道模型P(xi)P(y1/x1)P(yn/xn)P(yj)xn第56頁/共67頁第五十六頁，共67頁。57( )max( )( /)P xIH xH x y( )max ( )( / )P xCr H xH x y第57頁/共67頁第五十七頁，共67頁。580011P(0/0) = 127/128P(1/1) = 127/128P(1/0) = 1/128P(0/1) = 1/128發(fā)送端圖3-23 對稱信道模型接收端第58頁/共67頁第五十八頁，共67頁。59121log2121log21)(log)()(1222niiixPxPxH)/(log)/()/(log)/()()/(log)/()/(log)/()()/(log)/()()/(2222221221212212112111112yxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyxPyxPyPyxPyxPyPyxHmjnijijij第59頁/共67頁第五十九頁，共67頁。60信道容量C等于：045. 0055. 001. 0)7()128/1 (01. 0)128/127()128/1 (log)