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通信信道分类有哪些?无线信道基本知识要掌握

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在上节的通信系统模型中已经提到过信道(channel)。信道连接发送端和接收端的通信设备,并将信号从发送端传送到接收端。
 
按照传输媒体区分,信道可以分为两大类:无线信道和有线信道。无线信道利用电磁波在空间中的传播来传输信号,而有线信道则需利用人造的传输媒体来传输信号。广播电台就是利用无线信道传输节目给收音机的;而传统的固定电话则是用有线信道(电话线)作为传输媒体的。
 
光也是一种电磁波,它可以在空间传播,也可以在导光的媒体中传输。所以上述两大类信道的分类也适用于光信号。导光的媒体有波导(wave guide)和光纤(optical fiber)等。光纤是目前光通信系统中广泛应用的传输媒体。
 
信道中的噪声对于信号传输的影响,是一种有源干扰。而信道传输特性不良可以看作是一种无源干扰。在本节中将重点介绍信道特性,包括噪声,及其对于信号传输的影响。
 
无线信道
 
在无线信道中信号的传输是利用电磁波(electromagnetic wave)在空间的传播来实现的。电磁波是英国数学家麦克斯韦(J.C.Maxwell)于1864年根据法拉第(M.Faraday)的实验在理论上作出预言的。后来由德国物理学家赫兹(H.Hertz)在1886~1888年间用实验证明了麦克斯韦的预言。
 
此后,电磁波在空间的传播被广泛地用来作为通信的手段。原则上,任何频率的电磁波都可以产生。但是,电磁波的发射和接收是用天线进行的。为了有效地发射或接收电磁波,要求天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10。
 
因此,频率过低,波长过长,则天线难于实现。例如,若电磁波的频率等于1000 Hz,则其波长等于300 km。这时,要求天线的尺寸大于30 km!所以,通常用于通信的电磁波频率都比较高。在实用中,将电磁波的频率划分为若干频段(frequency band),如表1.4.1所示。此外,通常把1~300GHz的频段称为微波(microwave)频段,并将微波频段细分为若干个频段,如表1.4.2所示。
 
频段划分 

说明:kHz=103Hz,MHz=106Hz,GHz=109Hz,THz=1012Hz,mm=10-3m,μm=10-6m表1.4.2 微波频段的划分

微波频段的划分

说明:① Ka~G频段是毫米波段。② 微波频段的划分和代表字母,一些组织有各自的规定,但区别不大。此表中引用的是IEEE的规定。

 
 
由于电磁波的传播没有国界,所以为了在国际上保持良好的电磁环境,避免不同通信系统间的干扰,由国际电信联盟(ITU)负责定期召开世界无线电通信大会WRC(The World Radiocommunication Conference),制订有关频率使用的国际协议。
 
各个国家在此国际协议的基础上也分别制订本国的无线电频率使用规则。我国的无线电频率规划和管理工作目前由工信部无线电管理局负责。除了在外层空间两个飞船的无线电收发信机之间的电磁波传播为自由空间(free space)传播外,在无线电收发信机之间的电磁波传播总是受到地面和(或)大气层的影响。根据通信距离、频率和位置的不同,电磁波的传播可以分为视线传播、地波和天波(或称电离层反射波)三种。
 
频率较低(大约2 MHz以下)的电磁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,地波传播距离可超过数百或数千千米(见图1.4.1)。 图1.4.1 地波传播


地波传播

频率较高(大约在2~30 MHz之间)的电磁波能够被电离层反射。电离层位于地面上约60~400 km之间。它是因太阳的紫外线和宇宙射线辐射使大气电离的结果。白天的强烈阳光使大气电离产生D、E、F1、F2层等多个电离层,夜晚D层和F1层消失,只剩下E层和F2层。D层最低,距地面大约在60~80 km的高度。它对于电磁波主要产生吸收或衰减作用,并且衰减随电磁波的频率增高而减小。
 
所以,只有较高频率的电磁波能够穿过D层,并由高层电离层向下反射。E层距地面大约100~120 km。它的电离浓度在白天很大,能够反射电磁波。晚上D层消失。F层的高度大约在150~400 km。它在白天分离为F1和F2两层,F1层的高度在200 km,F2层的高度在250~400 km,晚上合并为一层。反射高频电磁波的主要是F层。换句说,高频信号主要是依靠F层做远程通信。根据地球半径和F层的高度不难估算出,电磁波经过F层的一次反射最大可以达到约4000 km的距离。
 
但是,经过反射的电磁波到达地面后可以被地面再次反射,并再次由F层反射。这样经过多次反射,电磁波可以传播10 000 km以上(见图1.4.2)。
 
利用电离层反射的传播方式称为天波传播。由图1.4.2可见,电离层反射波到达地面的区域可能是不连续的,图中用粗线表示的地面是电磁波可以到达的区域,其中在发射天线附近的地区是地波覆盖的范围,而在电磁波不能到达的其他区域称为寂静区。具体就先讲到这里。相关通信知识可查询其它资料。
 
天波传播
 


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