1、 1 % 大連理工大學出版社 地址：大連市軟件園路80號 發行E-mail : 新世紀高職高專教材編審委員會 組編 主編：于寶明 王鈞銘 國家精品課程配套教材 “十二五”職業教育國家規劃教材 2 第 二 章 信 號 與 通 道 信號的性質可以在時域和頻域兩種情形下分析。在時域分析信號時,我們看到的就 是信號幅度隨時間而變化的情形,也就是信號波形。在第1章中,我們提到信號可以分為 數字信號和模擬信號,這就是在時域對信號進行考察的結果。但在通信領域,我們更多地 是在頻域對信號進行分析。 信號的電量在頻率軸上的分布關系稱為信號的頻譜(FrequencySpectrum)

2、。一個 已知波形的信號可以通過數學分析(傅里葉級數或傅里葉變換)計算出其頻譜,也可以用 頻譜分析儀去測出它的頻譜。 2.1 信號的頻譜 3 第 二 章 信 號 與 通 道2.1 信號的頻譜 4 第 二 章 信 號 與 通 道2.1 信號的頻譜 5 第 二 章 信 號 與 通 道 信號在信道中傳輸時會受到信道傳輸特性的影響。有些信道的傳輸特性基本上是不 隨時間變化的,稱為恒參信道。恒參信道對信號傳輸的影響相當于一個低通或帶通濾波 器,它會造成信號的衰減、延遲和線性失真。也有一些信道,其傳輸特性隨時間做較快的 變化,稱為隨參信道。隨參信道對信號傳輸的影響比較復雜,通常傳輸的質量也比較差。 另外,信

3、號在信道傳輸過程中無一例外地會受到各種干擾,導致混雜在信號中的噪聲 增加。不同的信道對干擾的抵御能力是不同的,一般來說,有線信道的干擾會小一些,而無 線信道的干擾會大一些。 2.2 常用信道及其特性 6 第 二 章 信 號 與 通 道 所謂雙絞線(TwistedWire),就是一對絞合在一起的相互絕緣的導線,如圖所示。 2.2 常用信道及其特性 2.2.1 雙絞線電話信道 7 第 二 章 信 號 與 通 道 同軸電纜(CoaxialCable)的頻帶寬度要比雙絞 線寬得多,其上限頻率一般可達到幾百兆赫以上,視 線徑和傳輸距離而定。它的衰減與頻率的平方根 成正比,因此在遠距離傳輸和寬帶工作時仍需

4、要用 到均衡器。同軸電纜目前主要用于本地網(LAN)、 有線電視(CATV)和海底電纜通信中。 2.2 常用信道及其特性 2.2.2 同軸電纜信道 8 第 二 章 信 號 與 通 道 1.光纖的基本結構 光導纖維(OpticalFiber)是由高純度的石英玻 璃制成的。裸光纖由纖芯、包層和保護套三部分 組成,如圖所示。 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 9 第 二 章 信 號 與 通 道 纖芯和包層的主要成分是二氧化硅,非常脆弱,容易折斷。所以在包層外面加上強度較 大的保護套,可以承受較大的沖擊,保護光纖。 光纖一般以光波的傳輸模式分類,主要有兩類:多模(Multi灢Mode

5、)光纖和單模 (SingleMode)光纖。 (1)多模光纖 多模光纖是一種傳輸多個光波模式的光纖。多模光纖適用于幾十Mbit/s到100Mbit/s 的碼元速率,最大無中繼傳輸距離是10km100km。 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 10 第 二 章 信 號 與 通 道2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 11 第 二 章 信 號 與 通 道 (2)單模光纖 單模光纖只能傳輸光的基模,不存在模間時延差,因而具有比多模光纖大得多的帶寬,如 所示。單模光纖主要用于傳送距離很長的主干線及國際長途通信系統,速率為幾個Gbit/s。 由于價格的下降以及對比特傳輸率要

6、求的不斷提高,單模光纖也被用于原來使用多模光纖 的系統。 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 12 第 二 章 信 號 與 通 道 2.光纜 前面所述的光纖稱為裸光纖,它由石英玻璃制成,比頭發絲還細,強度很差,不能滿足工程 安裝的要求。因此在光纖的拉制生產過程中還需要經過預涂覆、套塑和成纜等工序,最終 形成光纜。 光纜的結構必須能夠保護每一條光纖不會因為敷設、安裝而損壞。 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 13 第 二 章 信 號 與 通 道 3.光纖的連接 光纖的連接有兩種情況:一種是永久性連接,類似于電線電纜中的焊接;另一種是活動連 接,類似于插頭與插座的

7、連接。 光纖的連接必須滿足以下幾點要求: (1)插入損耗要小 (2)接頭要保證有足夠的機械強度 (3)密封 (4)方便操作 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 14 第 二 章 信 號 與 通 道 4.永久連接 (1)坍陷套管連接法 這種方法需用一根具有比被接光纖的軟化點溫度低的玻璃套管,其內孔徑略大于光纖芯 的外徑。 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 15 第 二 章 信 號 與 通 道 (2)電弧熔接法 電弧熔接法是將光纖兩個端頭的 芯線緊密接觸,然后用高壓電弧對其 加熱,使兩端頭表面熔化而連接 。 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 16

8、 第 二 章 信 號 與 通 道 5.活動連接 活動光纖連接器通常由下述三部分組成: (1)光纖端接元件,保護和定位光纖端面; (2)對準規,定位光纖端接元件,使其耦合最佳; (3)連接器外殼,保護光學元件不受環境的影響,將對準規和光纖端接元件固定在應有 的位置,并端接光纜護套和應變元件。 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 17 第 二 章 信 號 與 通 道 5.活動連接 2.2 常用信道及其特性 2.2.3 光導纖維信道 18 第 二 章 信 號 與 通 道 無線信道包含了從發送端到接收端之間的無線空間,以天線作為信道的接口設備,如圖 所示。 2.2 常用信道及其特性 2

9、.2.4 無線信道 19 第 二 章 信 號 與 通 道 1.電磁波 2.2 常用信道及其特性 2.2.4 無線信道 20 第 二 章 信 號 與 通 道 (1)波前 波前可以定義為電磁波從源點向四面八方輻射時, 所有同相位點組成的平面。如果一個電磁波在自由空 間從一個點到四面八方是均勻的,就會產生一個球形 波前,這個源被稱為全向點源。 2.2 常用信道及其特性 2.2.4 無線信道 21 第 二 章 信 號 與 通 道 (2)反射 2.2 常用信道及其特性 2.2.4 無線信道 22 第 二 章 信 號 與 通 道 (3)折射 折射是電磁波傳播與光的傳播類似的另一種現象。 當電磁波在兩種不同

10、介質密度的介質中傳播時就會發 生折射。 2.2 常用信道及其特性 2.2.4 無線信道 23 第 二 章 信 號 與 通 道 (4)衍射 衍射是波在直線傳播時繞過障礙物的一種現象。 2.2 常用信道及其特性 2.2.4 無線信道 24 第 二 章 信 號 與 通 道 2.電磁波的傳播模式 電磁波從發射機天線到接收機天線的傳播主要有地面波、空間波和天波三種模式,在 同一個無線電發送與接收系統中,這三個傳播模式可能兼而有之,只是由于所選擇的天線不 同、工作頻率不同等原因,三者中以其中一種作為主要的傳播模式。下面將要討論,無線電 波的傳播特性主要取決于無線電波的頻率。 2.2 常用信道及其特性 2.

11、2.4 無線信道 25 第 二 章 信 號 與 通 道 (1)地面波傳播 地面波是指沿地球表面傳播的無線電波,也稱為地表面波。 2.2 常用信道及其特性 2.2.4 無線信道 26 第 二 章 信 號 與 通 道 (2)空間波傳播 空間波有兩種形式,一種是直射波,另一種是地面反射波 2.2 常用信道及其特性 2.2.4 無線信道 27 第 二 章 信 號 與 通 道 (3)天波傳播 天波傳播是遠距離通信的常用方式。 2.2 常用信道及其特性 2.2.4 無線信道 28 第 二 章 信 號 與 通 道 當一個信號從發送設備注入信道中進行傳輸時,有幾種現象必然會發生:首先,信號從一 地傳到另一地需

12、要時間,因此會產生傳播時延(PropagationDelay)。其次,由于信號能量會 向四面八方擴散或受到傳播介質的損耗,因此接收端獲得的信號電平可能會遠小于發送端 輸出的電平,這種現象稱為衰減(Attenuation)。如果一個信號的各個頻率分量都受到相同 比例的衰減,信號波形的形狀就不會發生變化,僅僅是信號的大小變化而已。 2.3 信號在信道中的傳輸 29 第 二 章 信 號 與 通 道2.3 信號在信道中的傳輸 2.3.1 衰減 30 第 二 章 信 號 與 通 道2.3 信號在信道中的傳輸 2.3.1 衰減 31 第 二 章 信 號 與 通 道 當一個正弦信號通過一個線性的信道時,正弦

13、波的幅度會衰減,還會有相移(時延),但仍 然是相同頻率的正弦波。現有的信道絕大多數可以看作是線性信道,因此信號在其中傳輸 時不會出現非線性失真,不會產生新的頻率成分。 實際的信號有一定的頻帶寬度,可以看作是由多個正弦分量組成的,如果信道對不同頻 率的正弦分量表現出不同的衰減量和時延,這樣的信號在信道中傳輸時不可避免地會產生 失真。這種失真不會產生新的頻率成分, 稱為線性失真(LinearDistortion)。 2.3 信號在信道中的傳輸 2.3.2 失真 32 第 二 章 信 號 與 通 道2.3 信號在信道中的傳輸 2.3.2 失真 33 第 二 章 信 號 與 通 道2.3 信號在信道中的傳輸 2.3.2 失真 34 第 二 章 信 號 與 通 道 噪聲(Noise)是電量的隨機波動,它會使信號受到影響。信號在信道中傳輸時,來自信道 和傳輸設備的各種噪聲都會疊加到信號上。 2.3 信號在信道中的傳輸 2.3.3 噪聲與