数字通信发展史.ppt

数字通信发展史孟利民
内容提要
1 数字通信系统的基本组成部分
2 通信信道及其特征
3 通信信道的数学建模
4 数字通信发展的回顾与展望
1 数字通信系统的基本组成部分
2 通信信道及其特征
通信信道:在发送机和接收机之间提供的连接。
有:明线、光纤、水声信道、自由空间、存贮信道等。
在信号通过任何信道传输中的一个共同的问题是加性噪声。加性噪声主要是热噪声。其他噪声和干扰源也许是系统外面引起的,例如:来自信道上其他用户的干扰。这样的噪声和干扰与期望的信号占有同频带时,可通过对发送信号和接收机中解调器的适当设计来使它们的影响最小。信号在信道上传输时可能会遇到其他类型损伤,有:信号衰减、幅度和相位失真、多径失真等。
功率和带宽的限制:可以通过增加发送信号功率的方法使噪声的影响最小。然而,设备和其他因素限制了发送信号的功率电平。另一个基本的限制是可用的信道带宽。带宽的限制通常是由于媒质以及发送机和接收机中组成器件和部件的物理限制产生的。这两种因素限制了在任何通信信道上能可靠传输的数据量。
2-1 有线信道
双绞线和同轴电缆是基本的导向电磁信道,它能够提供比较适度的带宽。用户—中心机房的电话线(几百KHz),同轴电缆的可用带宽是几兆赫兹(MHz)。
特性:幅度和相位都会发生失真,还受到加性噪声的恶化。双绞线信道还易受到来自物理邻近信道的串音干扰,必须采取措施补偿信道的幅度和相位失真。
左图为导向有线信道的频率范围
2-2 光纤信道
光纤提供的信道带宽比同轴电缆信道大几个数量级。可提供系列宽带服务。在光纤通信系统中,发送机或调制器是一个光源,或者是发光二极管(LED),或者是激光。光像光波一样通过光纤传播,并沿着传输路径被周期性放大以补偿信号衰减(在数字传输中,光由中继器检测和再生)。在接收机中,光的强度由光电二极管检测,它的输出电信号的变化直接与照射到光电二极管上的光的功率成正比。光纤信道中的噪声源是光电二极管和电子放大器。
可以预见,在新的世纪,光纤信道将代替电话网络中几乎所有的有线信道。
2-3 无线电磁信道
在无线通信系统中,电磁能是通过作为辐射器的天线耦合到传输媒质的。天线的物理尺寸和配置主要决定于运行的频率。为了获得有效的电磁能量的辐射,天线必须比波长的1/10更长。

自由空间中电磁波传播的模式:地波传播、天波传播、视线传播。在VLF和音频段,其波长超过10Km,地球相当于波导,特点:地波传播,用作导航,带宽较小。
左图为无线电磁信道的频率范围
(接下一页)
MF(~3MHz):主要用于AM广播,范围150Km,在MF频段,大气噪声、人为噪声和接收机的热噪声是主要干扰。天波传播是电离层对发送信号的反射形成的。电离层由位于地球表面之上的50Km~400Km范围中的带电粒子组成。
特点:在白昼,太阳使较低大气层加热,引起高度在120Km以下的电离层的形成,这些较低的层,特别是D层,吸收2MHz以下的频率,因此严重地限制了AM无线电广播的天波传播。然而,在夜晚,较低层的电离层中的电子密度急剧下降,而且白天发生的频率吸收现象明显减少。因此,功率强大的AM无线电广播电台能够通过无线层F层电离层传播很远的距离,F层电离层位于地球表面之上140Km~400Km范围之内。
2-3 无线电磁信道
在HF频段范围内,电磁波经由天波传播时,经常发生的问题是多径。信号多径将引起数字通信系统中的符号间干扰。而且,经由不同传播路径到达的各信号分量会相互削弱,导致信号衰落的现象。在夜晚,天波是主要的传播模式,HF频段的热噪声是大气噪声和热噪声的组合。在大约30 MHz之上的频率,即HF频段的边缘,就不存在天波电离层传播,然而,在30M~60MHz的频段,有可能进行电离层散射传播,这是由较低电离层信号散射引起的。也可利用在40MHz~300MHz频率范围内的对流层散射在几百英里的距离通信。对流层散射是由在10英里或更低高度大气层中的粒子引起的信号散射造成的。一般,电离层散射和对流层散射具有大的信号传播损耗,要求发射机功率大和比较大的天线。
LOS传播, Km,TV装在300Km高的塔上,覆盖范围为67Km
2-3 无线电磁信道
2-4 水声信道
数据由水下传感器发送到海洋表面。
表面深度, 以Hz为单位, 以m为单位。水声信道可以表征为多径信道,这是由于海洋表面和底部的信号反射的缘故。而且,除极低频率外,电磁波在水下不能长距离传播,在低频段的信号传输的延伸受到限制,因为它需要大的且功率强的发送机。