第1章電信傳輸原理

《電信傳輸原理》本課程內(nèi)容提要緒論傳輸線理論金屬波導(dǎo)光纖傳輸?shù)幕纠碚撐⒉▊鬏敚ㄍㄐ牛┫到y(tǒng)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)參考文獻(xiàn)《電信傳輸原理》自編教材2002.7《有線電信傳輸基礎(chǔ)》賈玉明人郵出版1983.3《新編電信傳輸理論》王明鑒北郵出版1995.10第一章電信傳輸?shù)幕靖拍?/p>

主要內(nèi)容§1.1通信、電信及電信傳輸§1.2通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)

§1.3信號傳輸?shù)拿劫|(zhì)§1.4傳輸單位和傳輸電平

§1.1通信、電信及電信傳輸一、通信與電信

二、電信傳輸

三、電信號的類型及特征

一、通信系統(tǒng)

二、通信網(wǎng)（電信網(wǎng)）§1.2通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)一、架空明線二、對稱電纜（平行雙導(dǎo)線）三、同軸電纜四、光纖光纜五、金屬波導(dǎo)§1.3信號傳輸?shù)拿劫|(zhì)一、傳輸單位二、傳輸電平三、絕對電平

四、相對電平

§1.4傳輸單位和傳輸電平§1.1通信、電信及電信傳輸人們互通信息（想法、意見、消息、情報(bào)等）的方式或過程就叫通信。從廣義上說，無論采用何種方法，使用何種傳輸媒質(zhì)只要將信息從一地傳送到另一地，均可稱為通信。

電信就是用電子技術(shù)來進(jìn)行的傳送信息和交換信息通信方式。在金屬導(dǎo)線、光纖上傳送的為有線電信。

屬于自由空間的傳送的方式為無線電信。有線電信比無線電信的保密性強(qiáng)、受干擾的機(jī)會少，比較穩(wěn)定可靠。但建設(shè)費(fèi)用大，靈活性差。一、通信與電信

二、電信傳輸

電信傳輸，就是指含有信息的電信號的傳輸。有線電信傳輸系統(tǒng)包括了用戶之間的許多電氣設(shè)備和金屬導(dǎo)線、光纖。發(fā)送器、接收器和連接二者的線路是構(gòu)成有線電信傳輸系統(tǒng)的基本組成部分。圖1-1電話通信示意圖三、電信號的類型及特征

電信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩種類型。1．什么是模擬信號？模擬信號是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，就是說，隨著時(shí)間的變化，它也在連續(xù)地變化，如圖1－2所示。在模擬通信中，例如電話、傳真、電視系統(tǒng)中傳送的電信號就是連續(xù)信號。一般電話機(jī)的送話器送出的電信號的頻率范圍約為300赫～4000赫。大量的實(shí)驗(yàn)證明，如果將電話傳送頻率范圍限在400赫～2000赫內(nèi)，基本上已經(jīng)可以聽懂。為保證通話具有較好的清晰度，通常傳送300赫～2700赫的成份。在高質(zhì)量的電話系統(tǒng)中，傳送的頻率范圍采用的是300～3400赫。圖1-2模擬信號圖1-3聲音的頻率成分2．什么是數(shù)字信號？

數(shù)字信號是在一段時(shí)間內(nèi)送一個(gè)符號，它在時(shí)間上是不連續(xù)的。而且每個(gè)符號只能取一定的值，即在取值上也是不連續(xù)的。

數(shù)字信號在傳輸上有很多優(yōu)點(diǎn)，最主要的是它的抗干擾性強(qiáng)。由于它是以1、0兩種狀態(tài)傳輸?shù)?，在接收端只要正確地判斷是“1”或者是“0”，就等于完全取消了干擾。

§1.2通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)一、通信系統(tǒng)圖1-4通信系統(tǒng)示意圖

圖1-5通信系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)

二、通信網(wǎng)（電信網(wǎng)）

1．通信網(wǎng)的概念

由多個(gè)用戶構(gòu)成的通信系統(tǒng)體系就稱為通信網(wǎng)。通信網(wǎng)實(shí)質(zhì)上由用戶終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備和相應(yīng)的信令、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)等軟件構(gòu)成。通常把圖1-6（a）的連接方式成為直達(dá)方式。這種通信網(wǎng)需要的傳輸系統(tǒng)較多。若有n個(gè)用戶就須要有n（n-1）/2個(gè)傳輸系統(tǒng)，通信線路的利用率很低,很不經(jīng)濟(jì)。

圖1－6（b）是在多用戶點(diǎn)地區(qū)內(nèi)選擇了一個(gè)中心地點(diǎn)G作為轉(zhuǎn)接中心，由它來轉(zhuǎn)接用戶點(diǎn)之間的通信，只需要六套比較短的傳輸線路，就能完成用戶點(diǎn)之間的連接，線路利用率較直達(dá)式得到了提高。其缺點(diǎn)是，所有通路都必須經(jīng)中心轉(zhuǎn)接，沒有其它路由可供迂回接續(xù)。一旦轉(zhuǎn)接中心發(fā)生障礙，將會使整個(gè)通信系統(tǒng)陷于停頓。

圖1-6多用戶通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1-7長途電信網(wǎng)

2．長途電信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)——我國長途電信網(wǎng)采用四級匯接輻射制，這種四級匯接輻射制結(jié)構(gòu)叫基干路由網(wǎng)。第一級為首都和省間中心(大區(qū)中心)，省間中心是匯接一個(gè)大區(qū)內(nèi)各省(自治區(qū))之間的通信中心。各省間中心(包括首都)采用直達(dá)方式。首都和某些省間中心除了是國內(nèi)長途電信網(wǎng)的重要匯接中心外，還是與國外進(jìn)行國際通信的匯接中心。第二級為省中心，是匯接一省(自治區(qū))內(nèi)各地區(qū)之間的通信中心。一般設(shè)在省會所在地，較大的省還可以在省區(qū)某一地點(diǎn)建立一個(gè)匯接中心(稱做相當(dāng)省中心)。第三級為縣間中心，是在省內(nèi)選擇幾個(gè)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)建立的匯接點(diǎn)，匯接幾個(gè)縣之間的通信，一般設(shè)在專區(qū)所在地。第四級為縣中心，是匯接一個(gè)縣內(nèi)各城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)之間的通信中心，一般設(shè)在縣人民政府所在地。

圖1-8六次轉(zhuǎn)接示意圖3．本地電信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

本地電信網(wǎng)是指同一長途編號區(qū)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，是由若干個(gè)端局，或由若干個(gè)端局和匯接局、局間中繼線、長市中繼線、用戶線、用戶交換機(jī)及用戶終端等所組成的電信網(wǎng)。

本地電信網(wǎng)兩種基本形式

:城市及其郊區(qū)組成的稱為市內(nèi)電信網(wǎng)；縣城及其農(nóng)村組成的稱為農(nóng)村電信網(wǎng)。

（1）市內(nèi)電信網(wǎng)的構(gòu)成兩個(gè)用戶間的通話是經(jīng)過用戶線和電話局交換設(shè)備來完成的。兩電話局之間，電話局與長途電話局之間，則由長市中繼線相連接，從而構(gòu)成了市內(nèi)電信網(wǎng)。

圖1-9市內(nèi)電信網(wǎng)（2）農(nóng)村電信網(wǎng)的構(gòu)成

我國農(nóng)村電信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，一般采用以縣局為中心的一級匯接通信網(wǎng)，或者一、二級匯接通信網(wǎng)的形式，如圖1-10所示。

圖1-10農(nóng)村電信網(wǎng)

§1.3信號傳輸?shù)拿劫|(zhì)

電信號的傳輸實(shí)質(zhì)上是電磁波的傳播。電磁波的傳播方式或傳輸?shù)拿劫|(zhì)有兩種：一種是在自由空間傳播，通常叫無線電波的傳播，其能量比較分散，傳輸效率較低；另一種是沿導(dǎo)線傳播，由于電磁波的能量大部分集中在導(dǎo)線周圍，其傳輸效率較高。自由空間傳輸電信號的方式稱為無線通信，沿導(dǎo)線傳輸電信號的方式稱為有線通信。

（a）架空明線

（b）對稱市話電纜

（c）同軸電纜

圖1-11通信線路

（d）光纖結(jié)構(gòu)

纖芯

包層涂覆層階躍型漸變型

圖1-11通信線路

一、架空明線

架空明線是利用金屬裸線，架設(shè)在電線桿上的一種通信線路。它主要由電桿、線條、線擔(dān)、隔電子，拉線等組成。其缺點(diǎn)是，由于架空明線暴露在大自然環(huán)境中，故其電磁場為“開放式”的。當(dāng)傳輸信號頻率較高時(shí)，具有一定的輻射性，使線路衰耗增大。所以，一般用來開通12路載波電話，傳輸頻率為150KHZ。通常用于專網(wǎng)通信。

二、對稱電纜（平行雙導(dǎo)線）

對稱市話電纜是由若干扭絞成對（或組）的導(dǎo)電芯線加絕緣層組合而成的纜芯，外面再包裹護(hù)層的一個(gè)整體。導(dǎo)電芯線必須具有良好的導(dǎo)電性，柔軟性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。目前，最常用的是軟銅線，也有采用半硬鋁線。常用的線徑：0.32、0.4、0.5、0.6和0.8mm的軟銅線；絕緣層是為保證芯線之間和芯線與護(hù)層之間具有良好的絕緣性能，在每根導(dǎo)線外包裹絕緣紙帶，或聚苯乙烯、或聚烯烴塑料層。三、同軸電纜

同軸電纜又稱為同軸回路，屬于不對稱的結(jié)構(gòu)。這種線對是由內(nèi)、外導(dǎo)體和絕緣介質(zhì)三部分組成。內(nèi)導(dǎo)體必須是圓柱形，具有良好的導(dǎo)電率、足夠的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，所以都采用單根硬拉銅線。外導(dǎo)體的導(dǎo)電率、柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)與內(nèi)導(dǎo)體相同，全長需要保持完整的圓柱形，構(gòu)成管形的銅帶厚度和有關(guān)成型尺寸，都應(yīng)符合制造公差要求。主要用在中繼線、天饋線和有線電視系統(tǒng)中的饋線等。

四、光纖光纜

光纜是由光纖、加強(qiáng)件和外護(hù)層構(gòu)成。而光纖是由纖芯、包層和涂敷層組成。如圖1-11（d）。纖芯由石英等制成，折射率通常用n1表示，它是光波的主要通道。包層也由石英等制成，其折射率為n2，且n1>n2，其作用是構(gòu)成全內(nèi)反射的條件。涂敷層由聚乙烯等制成，其作用增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度。

五、金屬波導(dǎo)

波導(dǎo)指的是“用來導(dǎo)引電磁波，使它按人們意圖向某個(gè)方向傳輸?shù)脑O(shè)備”。金屬波導(dǎo)是一種用金屬制成的中空的柱狀導(dǎo)體。由于電磁波是在由金屬壁所圍住的柱形空間內(nèi)，沿著波導(dǎo)所規(guī)定的方向前進(jìn)，所以又叫作閉波導(dǎo)。金屬波導(dǎo)的種類較多。按截面形狀劃分時(shí)有：矩形波導(dǎo)、圓柱形波導(dǎo)等。金屬波導(dǎo)是厘米波段廣為采用的傳輸線，一般作為天饋線使用。

圖1-12金屬波導(dǎo)§1.4傳輸單位和傳輸電平一、傳輸單位

為了衡量傳輸過程中的衰減（損耗）或增益，常用分貝（dB值）作傳輸中信號功率變化的計(jì)量單位（或信號功率大小的計(jì)量單位

dBm），即傳輸單位,功率變化的dB數(shù)可以由下式給出:

dB數(shù)=10lgP2/P1

P2為某部件的輸出功率,P1為某部件的輸入功率。

二、傳輸電平

目前國際上通用的傳輸單位為有兩種，一為分貝（用dB表示），一為奈培（用NP表示）。傳輸電平就是用分貝或奈培這樣的傳輸計(jì)量單位來表示信號大小或強(qiáng)弱的，也就是說，電平高意味著信號強(qiáng)、功率大、電壓高、電流大，電平低則相反。這是傳輸當(dāng)中的一個(gè)很重要的參數(shù)。

所謂某點(diǎn)的電平，就是指該點(diǎn)的功率（或電壓、電流）與基準(zhǔn)功率（或基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流）之比的對數(shù)值。

電平的表示方法：1．以常用對數(shù)表示

當(dāng)取常用對數(shù)時(shí)，其單位為分貝，以dB表示。以功率進(jìn)行計(jì)算時(shí)稱為功率電平：

(1.1)以電壓進(jìn)行計(jì)算時(shí)稱為電壓電平：

(1.2)以電流進(jìn)行計(jì)算時(shí)稱為電流電平:(1.3)

上式中的P0、UO、IO分別表示基準(zhǔn)功率、基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電流。P1、U1、I1分別表示被測點(diǎn)的功率、電壓和電流值。

2．以自然對數(shù)表示

當(dāng)取自然對數(shù)時(shí)，電平的單位為奈培（簡稱為奈），以NP表示。功率電平：(1.4)電壓電平：(1.5)電流電平：

(1.6)3．奈培和分貝之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

設(shè)LP=1NP,則由式(1.4)知

,這個(gè)功率比如用常用對數(shù)表示則是以上分析說明:1NP=8.686dB(1.7)1dB=1/8.686=0.115NP

三、絕對電平

1.絕對功率電平

由于基準(zhǔn)值取的不同，電平又分為絕對電平和相對電平。先介紹絕對電平。絕對功率電平的基準(zhǔn)功率取的是到1mw。因此某一點(diǎn)的絕對功率電平可以表示為：或

(1.8)2．絕對電壓電平絕對電壓電平的基準(zhǔn)電壓是根據(jù)在600歐阻抗上獲得1mw基準(zhǔn)功率來確定的。

因此某點(diǎn)的絕對電壓電平可表示為:

或

(1.9)

3．絕對電流電平同理，絕對電流電平的基準(zhǔn)電流也是根據(jù)在600歐阻抗上獲得lmw基準(zhǔn)功率確定的。

所以某一點(diǎn)的絕對電流電平可表示為：或（1.10）例子某載波機(jī)送到外線端的信號功率為66.3mw，求外線端的絕對功率電平是多少？解:

4.正電平、負(fù)電平和零電平的意義以功率電平為例:定義

。當(dāng)P1＝P0時(shí)，電平是零，其含義是該點(diǎn)的功率等于基準(zhǔn)功率。當(dāng)P1＜P0時(shí),電平是負(fù)值,其含義是該點(diǎn)的功率小于基準(zhǔn)功率。當(dāng)

P1＞P0時(shí),電平是正值,其含義是該點(diǎn)的功率大于基準(zhǔn)功率。對于絕對功率電平來說，因?yàn)榛鶞?zhǔn)功率是lmw，所以當(dāng)P1＞lmw時(shí)電平是正值，當(dāng)P1=lmw時(shí)電平是零值，當(dāng)P1