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  • 信道可分为
    2021-10-22 23:21:28

    信道是连接发送端和接收端的通信设备,其功能是将信号从发送端传送到接收端。

    按照传输媒质的不同,信道可以分为两大类:无线信道和有线信道。

    一、无线信道

    在无线信道中信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。根据通信距离、频率和位置不同,电磁波的传输主要分为地波、天波(或称为电离层反射波)和视线传播三种。

    地波传播:频率较低(约2MHz以下)的电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播,有一定的绕射能力。这种传播方式称为地波传播,在低频和甚低频段,地波能够传播超过数百千米或数千千米。

    天波传播:频率较高(2MHz~30MHz)的电磁波称为高频电磁波,能够被电离层反射,利用电离层反射的传播方式称为天波传播。

    视线传播:频率高于30MHz的电磁波将穿透电离层,不能被反射回来,它沿地面绕射的能力也很小。因此,它只能类似光波那样作视线传播。

    视线传播中,由于视线传输的距离有限,为了达到远距离通信的目的,可以采用微波中继、卫星中继和平流层通信的方法。

    除了以上三种传播方式外,电磁波还可以通过散射方式传播。散射传播和反射传播不同。无线电波的反射特性类似光波的镜面反射特性。而散射则是由于传播媒体的不均匀性,使电磁波的传播产生向许多方向折射的现象。散射具有强的方向性,散射的能量主要集中在前方,故称为前向散射。由于散射信号的能量分散于许多方向,所以接收点散射信号的强度比反射信号的强度要小的多。

    散射传播分为电离层散射、对流层散射和流星余迹散射三种。

    电离层散射:发生在30MHz~60MHz的电磁波上。由于电离层不均匀性,使其对在这一频段入射的电磁波产生散射。这种散射信号的强度与30MHz以下的电离层反射信号强度相比,要小的多,但仍然可以用于通信。

    对流层散射:由于对流层中的大气不均匀性产生。从地面至高约十余千米间的大气层称为对流层。对流层中的大气存在强烈的上下对流现象,使大气中形成不均匀的湍流。电磁波由于对流层中的这种大气不均匀性可以产生散射现象,是电磁波散射到接收点。

    流星余迹散射:由于流行经过大气层时产生的很强电离余迹使电磁波散射的现象。流星余迹的高度为80km~120km,余迹长度为15km~40km。流星余迹散射通信只能用低速存储、高速突发的断续方式传输数据。

    二、有线信道

    传输电信号的有线信道主要有三类,明线、对称电缆和同轴电缆。

    明线:平行架设在电线杆上的架空线路。它本身是导电裸线或带绝缘层的导线。

    对称电缆:由若干叫做芯线的双导线放在一起保护套内制造成的。为了减小各对导线之间的干扰,每一对导线都组成扭绞形状,成为双绞线。

    同轴电缆:由内外两根同心圆柱形导体构成,在这两根导体间用绝缘体隔离开。

    传输光信号的有线信道是光导纤维,简称光纤。光纤由折射率不同的两种导光介质(高纯度的石英玻璃)纤维制成。其内层称为纤芯,在纤芯外包有另一种折射率的介质,称为包层。由于纤芯的折射率n1比包层的折射率n2大,光波会在两层的边界处产生反射。经过多次反射,光波可以达到远距离传输。

    按折射率分可将光纤分为阶跃型光纤和梯度光纤;按模式分可将光纤分为多模光纤和单模光纤。

    按折射率分类

    阶跃型光纤:由于折射率在两种介质内是均匀不变的,仅在边界处发生突变,这种光纤称为阶跃型光纤。

    梯度光纤:光纤的纤芯折射率沿半径增大的方向逐渐减小,光波在这种光纤中传输路径是因折射而弯曲的,并到达远距离传输的目的。这种光纤就是梯度光纤。

    按模式分类

    多模光纤:光纤中有多条传播路径,这类光纤称为多模光纤。

    单模光纤:纤芯的直径较小,在7um~10um,包层的典型直径为125um。

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  • 信道的定义及分类

    千次阅读 2022-07-20 15:14:47
    ​ 狭义信道,按照传输媒质来划分,可以分为有线信道、无线信道和存储信道三类。 ​

    1.信道的分类

    1.1狭义信道的分类

    狭义信道,按照传输媒质来划分,可以分为有线信道无线信道存储信道三类。

    1.1.1有线信道

    有线信道以导线为传输媒质,信号沿导线进行传输,信号的能量集中在导线附近,因此传输效率高,但是部署不够灵活。这一类信道使用的传输媒质包括用电线传输电信号的架空明线电话线双绞线对称电缆同轴电缆等等,还有传输经过调制光脉冲信号的光导纤维

    1.1.2无线信道

    无线信道主要有以辐射无线电波为传输方式的无线电信道和在水下传播声波的水声信道等。

    无线电信号由发射机的天线辐射到整个自由空间上进行传播。不同频段的无线电波有不同的传播方式,主要有:

    • 地波传输地球电离层构成波导中长波长波甚长波可以在这天然波导内沿着地面传播并绕过地面的障碍物。长波可以应用于海事通信,中波调幅广播也利用了地波传输。
    • 天波传输短波超短波可以通过电离层形成的反射信道和对流层形成的散射信道进行传播。短波电台就利用了天波传输方式。天波传输的距离最大可以达到400千米左右。电离层和对流层的反射与散射,形成了从发射机到接收机的多条随时间变化的传播路径,电波信号经过这些路径在接收端形成相长或相消的叠加,使得接收信号的幅度和相位呈随机变化,这就是多径信道衰落,这种信道被称作衰落信道
    • 视距传输:对于超短波、微波等更高频率的电磁波,通常采用直接点对点的直线传输。由于波长很短,无法绕过障碍物,视距传输要求发射机与接收机之间没有物体阻碍。由于地球曲率的影响,视距传输的距离有限,最远传输距离 d 与发射天线距地面的高度 h 满足。如果要进行远距离传输,必须设立地面中继站卫星中继站进行接力传输,这就是微波视距中继和卫星中继传输。光信号的视距传输也属于此类。

     

    由于电磁波在水体中传输的损耗很大,在水下通常采用声波的水声信道进行传输。不同密度盐度的水层形成的反射折射作用和水下物体的散射作用,使得水声信道也是多径衰落信道。

    无线通信在自由空间(对于无线电信道来说是大气层和太空,对于水声信道来说是水体)上传播信号,因此能量分散、传输效率较低,并且很容易被他人截获,安全性差。但是,无线通信摆脱了对导线的依赖,因此具有有线通信所没有的高度灵活性。

    1.1.3存储信道

    在某种意义上,磁带光盘磁盘等数据存储媒质也可以被看作是一种通信信道。将数据写入存储媒质的过程即等效于发射机将信号传输到信道的过程,将数据从存储媒质读出的过程即等效于接收机从信道接收信号的过程。

    1.2广义信道的分类

     

    广义信道,按照其功能进行划分,可以分为调制信道编码信道两类。

    调制信道是指信号从调制器的输出端传输到解调器的输入端经过的部分。对于调制解调的研究者来说,信号在调制信道上经过的传输媒质和变换设备都对信号做出了某种形式的变换,研究者只关心这些变换的输入和输出的关系,并不关心实现这一系列变换的具体物理过程。这一系列变换的输入与输出之间的关系,通常用多端口时变网络作为调制信道的数学模型进行描述。

    编码信道是指数字信号由编码器输出端传输到译码器输入端经过的部分。对于编译码的研究者来说,编码器输出的数字串行经过编码信道上的一系列变换之后,在译码器的输入端成为另一组数字串行,研究者只关心这两组数字串行之间的变换关系,而并不关心这一系列变换发生的具体物理过程,甚至并不关心信号在调制信道上的具体变化。编码器输出的数字串行与到译码器输入的数字串行之间的关系,通常用多端口网络的转移概率作为编码信道的数学模型进行描述。

    2.信道的数学模型

    2.1调制信道模型

    调制信道模型描述的是调制信道的输出信号和输入信号之间的数学关系。调制信道、输入信号、输出信号存在以下特点:

    • 信道总具有输入信号端和输出信号。
    • 信道一般是线性的,即输入信号和对应的输出信号之间满足叠加原理
    • 信道是因果,即输入信号经过信道后,相应的输出信号的响应有延时。
    • 信道使通过的信号发生畸变,即输入信号经过信道后,相应的输出信号会发生衰减。
    • 信道中存在噪声,即使输入信号为零,输出信号仍然会具有一定功率

    因此,调制信道可以被描述为一个多端口线性系统。如果信号通过信道发生的畸变是时变的,那么这是一个线性时变系统,这样的信道被称作“随机参数信道”;如果畸变与时间无关,那么这是一个线性时不变系统,这种信道被称作“恒定参数信道”。

    调制信道的数学模型为:

     :线性时不变信道模型。

     其中是调制信道在时刻t的输入信号,即已调信号。是调制信道在时刻t的输出信号。是信道的冲激响应代表时延,表示在时刻t、延时为时信道对冲激函数的响应,描述了信道对输入信号的畸变和延时。*为卷积算子。是调制信道上存在的加性噪声,与输入信号无关,又被称为“加性干扰”。由于信道的线性性质,并且考虑信道噪声,就是通过由信道响应描述的调制信道的输出。调制信道可以同时有多个输入信号和多个输出信号,这时的矢量信号。

     :线性时变信道模型。

           使得调制信道的输出信号y(t)的幅度随着时间t发生变化,因此被称作“乘性干扰”。乘性干扰的函数,受到信道特性的影响通常随着时间随机变化,因此一般只能用随机过程描述其统计特性,这种信道被称作“随机参数信道”。不过也有信道的乘性干扰基本不随着时间变化,可以认为其为一常量,这种信道被称作“恒定参数信道”。由短波电离层反射、超短波及微波电离层散射、超短波视距绕射等媒质构成的调制信道属于随参信道。由架空明线、对称电缆、同轴电缆、光缆、微波视距传播、光波视距传播等媒质构成的调制信道属于恒参信道。

    :加性噪声信道模型。由同轴电缆、光纤等媒质构成的信道符合这一模型 

    是信道的加性噪声,它独立于输入信号,因此也独立于输出信号。即使信道的输入信号为零,信道仍然有来自噪声的量输出。加性噪声的来源主要有:电路内部的热噪声霰弹噪声,来自外部的宇宙噪声等等

    2.2编码信道模型

    数字通信将信息通过编码器以数量有限的码元表示。这些码元信号通过编码信道后,由于信道对信号的畸变和噪声干扰,在编码信道输出端由译码器重建的码元信号会发生错误。编码信道模型描述了编码信道的输入码元信号与输出码元信号之间变换的数学关系。

    编码信道模型描述了编码信道输入和输出码元信号之间的转移概率。设编码信道的使用码元集合为码本大小。编码器输出信号为,解码器的输出信号为。则转移概率就描述了输入信号经过编码信道之后被检测为的概率。

     

     

     

     

     

     

     

     

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  • 通信信道

    千次阅读 2019-07-23 21:49:40
    信道可以分为有线信道和无线信道两种。信道会受到干扰的影响,信道中的干扰可以分为有源干扰和无源干扰两种。信道的研究主要关注信道的传输和噪声特性及其对信号传输的影响。信道的影响主要包括:衰减、失真、噪声三...

    一、信道:是指信号传输的通道,它的性质决定了系统所能传输的信息容量和所能提供的传输质量。信道可以分为有线信道无线信道两种。信道会受到干扰的影响,信道中的干扰可以分为有源干扰无源干扰两种。信道的研究主要关注信道的传输和噪声特性及其对信号传输的影响。信道的影响主要包括:衰减失真噪声三部分,因此可以采用放大均衡滤波等措施来减小信道对信号传输的不利影响。

    有线信道包括:双绞线、同轴电缆、光纤等。

    无线信道包括:电磁波(光波)。


    二、无线电磁波:无线电波的传播方式:地波传播电离层反射传播(天波传播)视线传播散射传播等。

    (1)、地波传播:频率在2MHz以下的电磁波主要传播方式,电磁波波长较长,具有绕射能力,能弯曲地沿着地球表面传播。调幅广播主要就是采用这种传播方式。地波传播性能稳定,但是距离受限,且传播频率越高,损耗就越大,传输距离就越短。

    (2)、天波传播:频率在2~30MHz波段的电磁波主要传播方式,电磁波到达电离层,能量被反射吸收,反射回地球的能量实现电波的传播。天波传播可以以较低的能量进行远程通信,是短波的主要传播方式。天波传播的电磁波频率越高,电离层吸收的能量就越少,反射能量就越多;但电磁波的频率过高(大于30MHz),将穿透电离层不能反射回任何能量。

    (3)、视线传播:频率高于30MHz的电磁波主要传播方式,此时电磁波的频率较高,地面波衰减很大,天波又会穿透电离层,因此只能采用视线传播(直线传播)方式。视线传播主要用于超短波及微波通信领域。视线传播的天线一般需要架设在建筑物、高塔或山顶上,以最大化直线传播覆盖范围。


    三、信道的数学模型:主要包括调制信道模型编码信道模型两种。

    (1)、调制信道模型:

    (2)、编码信道模型:

     

     

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  •  信道可分为有线信道和无线信道。  有线信道:如双绞线、电缆、光纤、波导等;  无线信道:自由空间提供的各种频段或波长的电磁波传播通道。  信号在信道内传输,会受到来自信道的各种各样的干扰。干扰大体...
  • 数字信道与模拟信道

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    如果根据信道中传输的信号类型来分,则物理信道可分为模拟信道和数字信道。模拟信道传输模拟信号,如调幅或调频波;数字信道直接传输二进制脉冲信号。 数字信道不能直接传输模拟信号,模拟信道也不能直接传输数字...

    如果根据信道中传输的信号类型来分,则物理信道可分为模拟信道和数字信道。模拟信道传输模拟信号,如调幅或调频波;数字信道直接传输二进制脉冲信号。

    数字信道不能直接传输模拟信号,模拟信道也不能直接传输数字信号 。不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输:模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal),例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波),或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示;数字数据则采用数字信号(Digital Signal),例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1,用恒定的负电压表示二进制数0),或光脉冲来表示。 当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时,电磁波本身既是信号载体,同时作为传输介质;而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时,它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。 当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时,一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来,才能将信号从一个节点传到另一个节点。

    普通电话线是针对语音通话而设计的模拟信道,适用于传输模拟信号。但是计算机产生的是离散脉冲表示的数字信号,因此要利用电话交换网实现计算机的数字脉冲信号的传输,就必须首先将数字脉冲信号转换成模拟信号。将发送端数字脉冲信号转换成模拟信号的过程称为调制(Modulation);将接收端模拟信号还原成数字脉冲信号的过程称为解调(Demodulation)。将调制和解调两种功能结合在一起的设备称为调制解调器(Modem)

    在通信网的发展初期,所有的通信信道都是模拟信道。但由于数字技术的高速发展,数字信道可提供更高的通信服务质量,因此,过去建造的模拟信道正在被数字信道所代替。现在计算机通信所使用的通信信道在主干线路上已基本是数字信道。​

    不同类型的信道具有不同的特性和使用方式,模拟信道传输的是连续变化的、具有周期性的正弦波信号;而数字信道传输的是不连续的、离散的二进制脉冲信号(对称的方波波形)。模拟信号和数字信号之间可以相互转换:模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号,即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值,例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级,实用中常采取24位或30位编码;数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。

    数字信道占用信道频带较宽。一路模拟电话的频带为4kHz带宽,一路数字电话约占64kHz,这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展(可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率),数字电话的带宽问题已不是主要问题了

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  • 信道的简单分类

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