電信傳輸原理

1可編輯課件PPT主講教師唐宏Email：tangh@Mobile:151232556002可編輯課件PPT了解課程我以為……課程要點有線傳輸基本概念無線傳輸簡單應用3可編輯課件PPT考試30+70=100平時30%：作業(yè)+到課期末考試70%考試方法改革？？？4可編輯課件PPT課程內容5可編輯課件PPT學習參考書《電信傳輸原理及應用》胡慶.人民郵電出版社.2009《有線電信傳輸基礎》賈玉明.人郵出版1983.3《電信傳輸理論》高函教材1993.《新編電信傳輸理論》王明鑒.北郵出版1995.106可編輯課件PPT學習方法及要求聽講、思考、應用基本概念重點掌握推導過程需要理解相關圖表理解、分析與繪制自學提問課堂紀律到課手機7可編輯課件PPT第一章電信傳輸?shù)幕靖拍畋菊聝热萏嵋?.1電信傳輸系統(tǒng)模型§1.2信號傳輸?shù)拿劫|§1.3電信傳輸發(fā)展及廣泛應用§1.4傳輸特性和傳輸單位8可編輯課件PPT§1.1通信、電信及電信傳輸

1.1.1通信、電信及分類

人們互通信息（想法、意見、消息、情報等）的方式或過程就叫通信。從廣義上說，無論采用何種方法，使用何種傳輸媒質只要將信息從一地傳送到另一地，均可稱為通信。9可編輯課件PPT通信方式原始的通信方式烽火臺、驛站快馬接力擊鼓、鳴金、吹號信鴿旗語交談、手語10可編輯課件PPT遠距離傳輸時間長通常情況下傳送距離受限信息容量受限傳統(tǒng)方式的不足怎么解決？11可編輯課件PPT文字數(shù)據(jù)文字數(shù)據(jù)電信傳輸 利用電子技術實現(xiàn)傳送信息和交換信息的通信方式稱之為電信。引入電子技術12可編輯課件PPT現(xiàn)代的通信方式電話電報廣播電視傳真互聯(lián)網(wǎng)13可編輯課件PPT電信按傳輸媒質的分類：有線電信——在金屬導線、光纖等有形媒質上傳送信息的方式。無線電信——利用自由空間以電磁波形式傳送信息的方式。有線電信比無線電信的保密性強、受干擾的機會少，比較穩(wěn)定可靠。但建設費用大，靈活性差。14可編輯課件PPT1.1.2電信傳輸

含有信息的電信號的傳輸簡稱為電信傳輸。其傳輸實質就是電場或磁場的傳播，由電信傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)。電信傳輸系統(tǒng)包括了用戶之間的許多電氣設備和傳輸媒質（如金屬導線、光纖、自由空間等）。一個最簡單的傳輸系統(tǒng)，至少要由一個發(fā)送器（變換器），一個接收器（反變換器）和把它們連接起來的傳輸媒質組成。15可編輯課件PPT電話通信示意圖

16可編輯課件PPT電信傳輸?shù)幕救蝿瞻延脩舭l(fā)出的信息，以用戶滿意的質量傳送到對方用戶。需要研究如何高質量傳輸電信號的問題語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)等信息如何變?yōu)楸阌趥鬏數(shù)碾娦盘?？對于傳輸方式和傳輸質量有哪些要求？傳輸設備和部件的結構與特性如何？本課程主要研究在不同的傳輸系統(tǒng)中，電磁波的特點。17可編輯課件PPT1.1.3電信號的類型

按照電信號傳載信息的形式不同可分為：1.模擬信號幅度隨時間連續(xù)變化的信號。模擬通信——普通電話、傳真、電視。2.數(shù)字信號時間和幅度離散的信號。數(shù)據(jù)通信——計算機通信傳輸?shù)亩际菙?shù)字信號，如終端與主機，主機與主機之間的通信。18可編輯課件PPT19可編輯課件PPT1.1.4電信傳輸?shù)囊恍┨攸c

傳輸信號的多頻率模擬或數(shù)字均含豐富的頻率電信傳輸?shù)墓β使β市?，發(fā)送1mW，接收1uW電信傳輸?shù)男式涌谔幈匦枳杩蛊ヅ潆娦艂鬏斉c信號變換聲/電、光/電、模/數(shù)等20可編輯課件PPT1.1.5電信傳輸系統(tǒng)電信傳輸系統(tǒng)由發(fā)信終端設備、傳輸信道、交換設備、收信終端設備組成，稱通信系統(tǒng)。消息

消息

21可編輯課件PPT1.發(fā)信終端設備位于變換器端作用：把聲音、文字、圖象等信息借助于電子技術轉換成電信號的形式傳送給對方。

2.收信終端設備位于反變換器端作用：把電信號形式還原成聲音、文字、圖象。22可編輯課件PPT終端設備可分為用戶終端設備：以用戶線為傳輸信道的終端設備，從業(yè)務分為電話、數(shù)據(jù)、圖像終端設備。傳輸終端設備：以有線、無線媒質為信道，為用戶終端和業(yè)務網(wǎng)提供傳輸服務的電信終端。主要包括各種收發(fā)信設備以及復用設備。23可編輯課件PPT3.傳輸信道 市話電纜、同軸電纜、光纜、自由空間等是不同形式的傳輸信道。 主要功能是盡量減小信號在信道中傳輸時的功率損耗，減小因信號畸變和噪聲造成的干擾，使接收端獲得盡可能大的接收功率和信號信噪比。4.交換設備

用于為用戶群內各用戶終端按需提供傳輸信道的連接，并控制信號的流量、流向，以達到共用電信設備，提高設備利用率的目的。

24可編輯課件PPT電信傳輸系統(tǒng)一般結構

25可編輯課件PPT

由上可見，無論是電纜、光纖通信系統(tǒng)，還是微波、衛(wèi)星通信系統(tǒng)，它們的基本結構形式都很類似。不同通信系統(tǒng)之間的差異僅在于電信號載體（或傳輸媒質）和傳輸終端設備不同。不同的傳輸系統(tǒng)具有的獨特性能和差別也正是本課程討論的重點問題。26可編輯課件PPT§1.2

信號傳輸?shù)拿劫|電信號的傳輸實質上是電磁波的傳播，傳播方式因傳輸?shù)拿劫|不同可分為兩類：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；由自由空間傳輸電信號的方式稱為無線通信。另一種是沿導線傳播，由于電磁波的能量大部分集中在導線周圍，其傳輸效率較高。沿導線傳輸電信號的方式稱為有線通信。

27可編輯課件PPT有線通信的傳輸媒質：架空明線

對稱電纜（平行雙導線）

同軸電纜

光纖光纜

金屬波導

28可編輯課件PPT架空明線由導線、電桿、線擔、隔電子和拉線等組成直徑為3.0及2.5mm銅線,直徑7X1.8mm及7X1.5mm鋼心鋁絞線和直徑為4.0及3.0mm鋼線復用程度較低，一般早期用來開通12路載波電話，傳輸頻率為150KHZ，多用于專網(wǎng)通信，利用各種輸電線路實現(xiàn)載波通信29可編輯課件PPT市話對稱電纜

市話對稱電纜是由若干條扭絞成對（或組）的導電芯線加絕緣層組合而成的纜芯，外面再包裹護層的一個整體最常用的是軟銅線，也有采用半硬鋁線。常用的線徑：0.32、0.4、0.5、0.6和0.8mm的軟銅線主要用在市話用戶的電話線。30可編輯課件PPT同軸電纜同軸電纜又稱為同軸線對，屬于不對稱的結構。這種線對是由內、外導體和內、外導體之間的絕緣介質和外護層四部分組成大同軸電纜，內導體外徑5mm、外導體內徑18mm中同軸電纜，內導體外徑2.6mm、外導體內徑9.5mm小同軸電纜，內導體外徑1.3mm、外導體內徑4.4mm微同軸電纜，內導體外徑0.7mm，外導體內徑2.9mm31可編輯課件PPT光纖光纜是由光纖、加強件和外戶層構成。光纖是由纖芯、包層和涂敷層組成光纖作為傳輸線主要優(yōu)點是傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸損耗小、抗電磁場干擾能力強、線徑細、重量輕、資源豐富為各種通信系統(tǒng)傳輸廣泛使用32可編輯課件PPT金屬波導金屬波導是用金屬制成的中空的柱狀導體。由于電磁波是在由金屬壁所圍住的柱形空間內，沿著波導所規(guī)定的方向前進，所以又叫作閉波導

33可編輯課件PPT無線信道：34可編輯課件PPT電磁波段劃分圖35可編輯課件PPT根據(jù)使用無線電波頻率不同分為短波

=100～10m，f=3～30MHz，經(jīng)電離層的反射，通信距離達上萬千米。主要應用于應急、抗災中的電報、電話及數(shù)據(jù)通信。

超短波

=10～1m，f=30～300MHz，主要以直線視距方式傳輸，距離約50km，也可在對流層中進行數(shù)百千米超視距通信。主要用于無線尋呼、無繩電話、對講電話及超短波數(shù)字通信等。

微波

=1～0.001m，f=300MHz～300GHz，主要用于微波移動電話、地面微波接力通信、衛(wèi)星通信、對流層散射通信、空間通信等。36可編輯課件PPT1.3電信發(fā)展歷程1837年，英國庫克和惠斯通設計制造了第一個有線電報，且不斷加以改進，發(fā)報速度不斷提高。這種電報很快在鐵路通信中獲得了應用1837年，美國畫家莫爾斯發(fā)明了電報?！暗巍?、“達”和無聲表示的莫爾斯電碼及手工操作開閉電路的發(fā)報裝置。1876年，貝爾獲美國專利局授予的電話專利，并在1877年用硬雙銅線架設了電話線路，從此傳輸線開始了傳輸比電報信號頻率高得多的語音信號。37可編輯課件PPT1865年麥克斯韋提出電磁場理論；1876年亥維塞推導了電報方程；1893年湯姆遜、1897年瑞利推導波導中的電磁場1936年，貝爾實驗室的科學家做出了實驗波導線長為260m的青銅管，直徑12.5cm，信號波長為9cm。人們把1936年當作微波技術的開始年份。1948年美國建設了從紐約到波士頓的微波中繼線路，傳送480路電話和1路電視信號。1955年，完成從紐芬蘭到蘇格蘭海底越洋同軸電話電纜。38可編輯課件PPT1966年，英籍華人高錕提出可以從石英中提煉超純的細絲狀纖維，并用于光頻成為光波導。1977年，美國芝加哥建成第一條光纖通信線路，長度為6km。1988年建成了橫跨大西洋的海底光纜系統(tǒng)，采用的是單模光纖，總長達到19200km。39可編輯課件PPT在移動通信方面，1946年美國在圣路易斯城建立了世界上第一個公用汽車電話業(yè)務，頻率從150~450MHz。在衛(wèi)星通信方面，1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，1965年4月美國發(fā)射了第一顆商用衛(wèi)星。40可編輯課件PPT§1.4傳輸特性和傳輸單位電信號在各種媒質構成的信道上傳輸時都會因媒質本身存在漏電阻和分布電容等，使信號功率被逐步損失掉，通常把信號功率的損失稱為損耗或衰減。當信號傳輸一定距離后，需由傳輸信道沿途所設增音站或中繼器對衰減后的信號進行放大處理，補償傳輸過程帶來的衰耗為了衡量傳輸過程中的衰減（損耗）或增益大小，常用傳輸電平描述。

1.4.1傳輸特性41可編輯課件PPT增益 當信號經(jīng)過某一傳輸網(wǎng)絡，若輸出的信號功率Pout大于輸入端的信號功率Pin，則稱信號經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡時受到增益G或傳輸網(wǎng)絡對信號給予了放大。衰減 當信號經(jīng)過某一傳輸網(wǎng)絡，若輸出的信號功率Pout小于輸入端的信號功率Pin，則稱信號經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡時受到衰減A或傳輸網(wǎng)絡對信號給予了衰減

42可編輯課件PPT增益與衰減大小的衡量增益G和衰減A公式如下：43可編輯課件PPT帶寬帶寬是指在固定的時間內可傳輸?shù)男畔⑷萘?。傳輸線的帶寬表示的是在單位時間內從傳輸線某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。實際參與傳播的信號由許多頻率成分組成，而傳輸線的衰減是頻率的函數(shù)，故當不同頻率的信號經(jīng)過傳輸線時，其衰減不同，把傳輸線輸出不同頻率的功率的最大值降低一半所對應的頻率寬度，稱為該傳輸線的傳輸帶寬。44可編輯課件PPT在通信中信號的強弱往往用“電平”來表示，用電平表示信號的強弱能反映信號的實際傳輸效果。因為在傳輸語音信號時人的聽覺靈敏度不是和信號功率的變化成正比，而是和功率變化的對數(shù)成正比。例如，將功率為0.1mw的信號提高1mw。信號功率增大了10倍，但對人的聽覺來說，聲音響度是增大lg1/0.1=lg10=1倍。1.4.2傳輸單位與傳輸電平傳輸單位由來45可編輯課件PPT傳輸電平國際上通用的傳輸單位有兩種：分貝（用dB表示）奈培（用Np表示）46可編輯課件PPT電平dB(m)的含義

?

所謂某點的電平，就是指該點的功率（或電壓、電流）與基準功率（或基準電壓、基準電流）之比的對數(shù)值。由于對數(shù)有常用對數(shù)和自然對數(shù)之分，因此電平的表示方法也有兩種。

47可編輯課件PPT1.以常用對數(shù)表示時，

其單位為—分貝(dB)功率電平dB電壓電平dB電流電平dB48可編輯課件PPT2．以自然對數(shù)表示時,

其單位為—奈培(NP)功率電平：電壓電平：電流電平：

49可編輯課件PPT3.奈培和分貝之間的轉換關系設[LP]=1NP

更普適的證明請大家利用換底公示自行推導50可編輯課件PPT1.4.3絕對電平計算

絕對電平與相對電平不同的是:基準值為固定值而不是任意值.絕對功率電平的基準功率P0為1mw絕對電壓電平的基準電壓V0是根據(jù)在600歐電阻上獲得1mw基準功率來確定的。絕對電流電平的基準電流I0也是根據(jù)在600歐電阻上獲得1mw基準功率來確定的。51可編輯課件PPT1．絕對功率電平

相對于基準功率為1mw的某一點的功率電平稱為絕對功率電平dBm

某一點的絕對功率電平:52可編輯課件PPT2．絕對電壓電平相對于基準電壓U0為0.775V的某一點的電壓電平稱為絕對電壓電平dBV.某一點的絕對電壓電平:53可編輯課件PPT3．絕對電流電平

相對于基準電流I0為1.29×10-3A的某一點的電流電平稱為絕對電流電平dBi.某一點的絕對電流電平:54可編輯課件PPT例1-1：設某傳輸設備中測試點阻抗RX=600歐姆，若該點信號功率分別為0.1mw,1mw,10mw，試計算該點絕對功率電平值是多少？解:

55可編輯課件PPT4.正電平、負電平和零電平的意義

以功率電平為例:定義[LP]=10LgP1/P0

當P1＝P0時電平是零,其含義?

當P1＜P0時電平是負值,其含義?當P1＞P0時電平是正值,其含義?電平是零時,功率為零嗎?56可編輯課件PPT需指出的是基準功率是不變的,而基準電壓或基準電流則是根據(jù)在某一阻抗上所獲得的基準功率來確定的。當阻抗變化時，基準電壓或基準電流也要隨之而變化。57可編輯課件PPT5.絕對電平的修正值若被測點阻抗Rx≠600歐，測試點X的絕對功率電平為

此時，測試點的絕對功率電平在數(shù)值上等于測試點的絕對電壓電平＋修正值Kx。58可編輯課件PPT當測試點阻抗為600歐時，用電平表測出的該點絕對電壓電平值在數(shù)值上等于該點絕對功率電平值。設通信設備中某一點的阻抗為RX，則絕對功率電平:59可編輯課件PPT例1-2：設某測試點阻抗Rx分別為75Ω，150Ω，300Ω，則從電平表上讀出的絕對電壓電平值應加上多大修正值Kx才是測試點的絕對功率電平值？解：

用電平表上讀出的絕對電壓電平值必須分別加9dBm,6dBm,3dBm修正值后，在數(shù)值上才等于這點的絕對功率電平值。

60可編輯課件PPT1.4.4相對電平計算

如果以任選一點的功率、電壓和電流作為基準值，則所求得的某一點電平就稱為相對電平。

1.相對功率電平設P2為基準點的功率(輸入端)，P1為測量點的功率(輸出端),則兩點間的相對功率電平是：

61可編輯課件PPT2．相對電壓電平

設U2為基準點的電壓，U1為測量點的電壓，則兩點間相對電壓電平是:62可編輯課件PPT3．相對電流電平設I2為基準點的電流，I1為測量點的電流，則兩點間相對電流電平是:

63可編輯課件PPT4．絕對電平與相對電平的關系可見，兩點間的相對功率電平等于該兩點的絕對功率電平之差。這種關系對于電壓電平和電流電平都成立。64可編輯課件PPT小結通信的廣義定義：無論采用何種方法，使用何種傳輸媒質只要將信息從一地傳送到另一地，均可稱為通信。電信的定義：用電子技術來進行的傳送信息和交換信息通信方式。電信傳輸就是指含有信息的電信號的傳輸，簡稱為電信傳輸。電信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩種類型。因而，根據(jù)信號的形式，通信也