《通信原理,第十一讲
§ 3.2 恒参信道及其传输特性
恒参信道的信道特性不随时间变化或变化很缓慢。由架空明线、电缆、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。
一,恒参信道举例
a) 对称电缆
对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。 为了减小各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成扭绞状。电缆的传输损耗比较大，但其传输特性比较稳定，并且价格便宜、灵活、安装容易。
b) 同轴电缆
同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的导体，内导体是金属线，它们之间填充着介质。实际应用中同轴电缆的外导体是接地的，对外界干扰具有较好的屏蔽作用，所以同轴电缆抗电磁干扰性能较好。在有线电视网络中大量采用这种结构的同轴电缆。
为了增大容量，也可以将几根同轴电缆封装在一个大的保护套内，构成多芯同轴电缆，另外还可以装入一些二芯绞线对或四芯线组，作为传输控制信号用。
c) 微波中继信道
微波频段的频率范围一般在几百 MHz 至几十 GHz 范围,其传输特点是在自由空间沿视距传输。由于受地形和天线高度的限制，两点间的传输距离一般为
30km~50km，当长距离通信时，需要在中间建立多个中继站，如图 3-10 所示。
图 3-10 微波中继信道的构成
微波中继信道具有传输容量大,长途传输质量稳定,节约有色金属,投资少、
维护方便等优点。因此，被广泛用来传输多路电话及电视等。
d) 卫星中继信道
卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道。 若卫星运行轨道在赤道平面、离地面高度为 35780km 时，绕地球运行一周的时间恰为 24 小时与地球自转同步,这种卫星称为静止卫星。 不在静止轨道运行的卫星称为移动卫星。
若以静止卫星作为中继站,采用三个相差 120
0
的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域 (两极盲区除外 ),如图 3-12 所示。 若采用中,低轨道移动卫星，
则需要多颗卫星覆盖地球。所需卫星的个数与卫星轨道高度有关，轨道越低所需卫星数越多。
图 3-12 卫星中继信道示意图
卫星中继信道的主要特点是通信容量大、传输质量稳定、传输距离远、覆盖区域广等突出的优点。另外，由于卫星轨道离地面较远，信号衰减大，电波往返所需要的时间较长。卫星中继信道主要用来传输多路电话、电视和数据。
二,恒参信道特性
恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个线性时不变网络。
线性网络的传输特性可以用幅度频率特性和相位频率特性来表征。
a) 理想恒参信道特性
理想恒参信道就是理想的无失真传输信道，其等效的线性网络传输特性为
d
tj
eKH
ω
ω
=
0
)( (3.2-1)
其中
0
K 为传输系数，
d
t 为时间延迟，
0
)( KH =ω (3.2-2)
d
tωω? =)( (3.2-3)
信道的相频特性通常还采用群迟延 -频率特性来衡量，群迟延 -频率特性可以表示为
d
t
d
d
==
ω
ω?
ωτ
)(
)( (3.2-4)
理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延特性曲线如图 3-13 所示。
)(ωH )(ω? )(ωτ
ω ω
ω
0
K
d
tω
d
t
图 3-13 理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延 -频率特性
理想恒参信道的冲激响应为
)()(
0 d
ttKth?= δ (3.2-5)
若输入信号为 )(ts,则理想恒参信道的输出为
)()(
0 d
ttsKtr?= (3.2-6)
由此可见，理想恒参信道对信号传输的影响是
(1) 对信号在幅度上产生固定的衰减；
(2) 对信号在时间上产生固定的迟延。
这种情况也称信号是无失真传输。
由理想的恒参信道特性可知，在整 个频率范围其幅频特性为常数 (或在信号频带范围之内为常数 )，其相频特性为 ω 的线性函数 (或在信号频带范围之内为 ω
的线性函数 )。如果信道的幅度 -频率特性在信号频带范围之内不是常数，则会使信号产生幅度 -频率失真；如果信道的相位 -频率特性在信号频带范围之内不是 ω
的线性函数，则会使信号产生相位 -频率失真。
b) 幅度 -频率失真
幅度 -频率失真是由实际信道的幅度频率特性的不理想所引起的,这种失真又称为频率失真，属于线性失真。 CCITT M.1020 建议规定的衰减特性如图 3-14 所示。
图 3-14 典型音频电话信道的幅度衰减特性
信道的幅度 -频率特性不理想会使通过它的信 号波形产生失真，若在这种信道中传输数字信号，则会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠，造成码间干扰。
c) 相位 -频率失真
当信道的相位 -频率特性偏离线性关系时，将会使通过信道的信号产生相位 -
频率失真，属于线性失真。图 3-15 给出了一个典型的电话信道的相频特性和群迟延频率特性。 可以看出,相频特性和群迟延频率特性都偏离了理想特性的要求。
因此，会使信号产生严重的相频失真或群迟延失真。在话音传输中，由于人耳对相频失真不太敏感，因此相频失真对模拟话音传输影响不明显。如果传输数字信号，相频失真同样会引起码间干扰，特别当传输速率较高时，相频失真会引起严重的码间干扰，使误码率性能降低。
图 3-15 典型电话信道相频特性和群迟延频率特性
§ 3.2 恒参信道及其传输特性
恒参信道的信道特性不随时间变化或变化很缓慢。由架空明线、电缆、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。
一,恒参信道举例
a) 对称电缆
对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。 为了减小各线对之间的相互干扰，每一对线都拧成扭绞状。电缆的传输损耗比较大，但其传输特性比较稳定，并且价格便宜、灵活、安装容易。
b) 同轴电缆
同轴电缆由同轴的两个导体构成，外导体是一个圆柱形的导体，内导体是金属线，它们之间填充着介质。实际应用中同轴电缆的外导体是接地的，对外界干扰具有较好的屏蔽作用，所以同轴电缆抗电磁干扰性能较好。在有线电视网络中大量采用这种结构的同轴电缆。
为了增大容量，也可以将几根同轴电缆封装在一个大的保护套内，构成多芯同轴电缆，另外还可以装入一些二芯绞线对或四芯线组，作为传输控制信号用。
c) 微波中继信道
微波频段的频率范围一般在几百 MHz 至几十 GHz 范围,其传输特点是在自由空间沿视距传输。由于受地形和天线高度的限制，两点间的传输距离一般为
30km~50km，当长距离通信时，需要在中间建立多个中继站，如图 3-10 所示。
图 3-10 微波中继信道的构成
微波中继信道具有传输容量大,长途传输质量稳定,节约有色金属,投资少、
维护方便等优点。因此，被广泛用来传输多路电话及电视等。
d) 卫星中继信道
卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道。 若卫星运行轨道在赤道平面、离地面高度为 35780km 时，绕地球运行一周的时间恰为 24 小时与地球自转同步,这种卫星称为静止卫星。 不在静止轨道运行的卫星称为移动卫星。
若以静止卫星作为中继站,采用三个相差 120
0
的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域 (两极盲区除外 ),如图 3-12 所示。 若采用中,低轨道移动卫星，
则需要多颗卫星覆盖地球。所需卫星的个数与卫星轨道高度有关，轨道越低所需卫星数越多。
图 3-12 卫星中继信道示意图
卫星中继信道的主要特点是通信容量大、传输质量稳定、传输距离远、覆盖区域广等突出的优点。另外，由于卫星轨道离地面较远，信号衰减大，电波往返所需要的时间较长。卫星中继信道主要用来传输多路电话、电视和数据。
二,恒参信道特性
恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个线性时不变网络。
线性网络的传输特性可以用幅度频率特性和相位频率特性来表征。
a) 理想恒参信道特性
理想恒参信道就是理想的无失真传输信道，其等效的线性网络传输特性为
d
tj
eKH
ω
ω
=
0
)( (3.2-1)
其中
0
K 为传输系数，
d
t 为时间延迟，
0
)( KH =ω (3.2-2)
d
tωω? =)( (3.2-3)
信道的相频特性通常还采用群迟延 -频率特性来衡量，群迟延 -频率特性可以表示为
d
t
d
d
==
ω
ω?
ωτ
)(
)( (3.2-4)
理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延特性曲线如图 3-13 所示。
)(ωH )(ω? )(ωτ
ω ω
ω
0
K
d
tω
d
t
图 3-13 理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延 -频率特性
理想恒参信道的冲激响应为
)()(
0 d
ttKth?= δ (3.2-5)
若输入信号为 )(ts,则理想恒参信道的输出为
)()(
0 d
ttsKtr?= (3.2-6)
由此可见，理想恒参信道对信号传输的影响是
(1) 对信号在幅度上产生固定的衰减；
(2) 对信号在时间上产生固定的迟延。
这种情况也称信号是无失真传输。
由理想的恒参信道特性可知，在整 个频率范围其幅频特性为常数 (或在信号频带范围之内为常数 )，其相频特性为 ω 的线性函数 (或在信号频带范围之内为 ω
的线性函数 )。如果信道的幅度 -频率特性在信号频带范围之内不是常数，则会使信号产生幅度 -频率失真；如果信道的相位 -频率特性在信号频带范围之内不是 ω
的线性函数，则会使信号产生相位 -频率失真。
b) 幅度 -频率失真
幅度 -频率失真是由实际信道的幅度频率特性的不理想所引起的,这种失真又称为频率失真，属于线性失真。 CCITT M.1020 建议规定的衰减特性如图 3-14 所示。
图 3-14 典型音频电话信道的幅度衰减特性
信道的幅度 -频率特性不理想会使通过它的信 号波形产生失真，若在这种信道中传输数字信号，则会引起相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠，造成码间干扰。
c) 相位 -频率失真
当信道的相位 -频率特性偏离线性关系时，将会使通过信道的信号产生相位 -
频率失真，属于线性失真。图 3-15 给出了一个典型的电话信道的相频特性和群迟延频率特性。 可以看出,相频特性和群迟延频率特性都偏离了理想特性的要求。
因此，会使信号产生严重的相频失真或群迟延失真。在话音传输中，由于人耳对相频失真不太敏感，因此相频失真对模拟话音传输影响不明显。如果传输数字信号，相频失真同样会引起码间干扰，特别当传输速率较高时，相频失真会引起严重的码间干扰，使误码率性能降低。
图 3-15 典型电话信道相频特性和群迟延频率特性
