信息的傳輸與通信技術 課件 第1-3章 概述、世界通技術、高速公路

現代智能控制實用技術叢書

ModernintelligentcontrolpracticaltechnogySeries信息的傳輸與通信技術信息的傳輸與通信技術簡介

《現代智能控制實用技術叢書》共分為四本，其內容按照信號傳輸的鏈條編寫：

傳感器

調制與解調

信息的傳輸與通信技術

智能控制技術的應用

本書系統(tǒng)地對信息傳輸與現代通信技術的密切關系、通信技術的發(fā)展簡史，現代通信技術的特點和發(fā)展趨勢進行了介紹；

簡述了世界通用的有線通信的載波技術、無線通信的微波接力通信的基本概念、基本原理，以及各類通信系統(tǒng)的組成、特點、優(yōu)勢、不足及適用領域。信息的傳輸與通信技術簡介

本書還對現代通信技術的“高速公路”，即光導纖維通信、５Ｇ通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術，以及近距離小容量的通信手段———無線保真（ＷｉＦｉ）、藍牙和可見光通信技術進行原理、功能及應用的闡述。

對未來的通信技術，即量子通信技術的概況進行介紹，并預測量子通信技術將在計算機技術、通信傳輸技術、衛(wèi)星通信技術等方面應用的可期待前景。

本書可作為大專院?；蚋叩仍盒Ｖ悄芸刂祁愊嚓P專業(yè)的參考書籍，也可供從事智能控制信息的傳輸方面的設計、制造、應用領域工作的工程技術人員作為參考資料。

信息的傳輸與通信技術叢書序

自動控制、智能控制、智慧控制是相對ＡＩ控制技術的普遍話題。在當今的生產、生活和科學實驗中具有重要的作用。

在控制技術中離不開將甲地的信息傳送到乙地，以便遠程監(jiān)測（遙測）、視頻顯示和數據記錄（遙信）、狀況或數據調節(jié)（遙調）和智能控制（遙控），統(tǒng)稱為智能控制的四遙工程。

信息是物理現象、過程或系統(tǒng)所固有的。信息本身不是物質，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質和能量。

而信號則是信息的某種表現形式，是傳輸信息的載體。信號是物理性的，并且隨時間而變化，這是信號的本質所在。

在無線電通信中，電磁波信號承載著各種各樣的信息。所以信號是有能量的物質，它描述了物理量的變化過程，在數學上，信號可以表示為關于一個或幾個獨立變量的函數，也可以表示隨時間或空間變化的圖形。

信息的傳輸與通信技術叢書序

實際的信號中往往包含著多種信息成分，其中有些是我們關心的有用信息，有些是我們不關心的噪聲或冗余信息。傳感器的作用就是把未知的被測信息轉化為可觀察的信號，提取所研究對象的有關信息，將原始信息轉換成信號。將有效信息轉換成便于傳輸的信號，或將信號放大，或將較低頻率的原始信息“調制”到較高頻率的信號；滿足遠距離傳輸的要求，或將原始模擬信息處理為數字信號等。這就是智能控制發(fā)送部分的“職責”———信息的收集與調制。然后，將調制后的信號置于所選取的傳輸通道上進行傳輸，使調制后的信號傳輸至信宿端———乙地在乙地接收到經傳輸線路傳送來的信號后，然后進行調制器的反向操作“解調”。即將高頻信號或數字信號還原成原始信息。

信息的傳輸與通信技術叢書序

原始信息通過揚聲器器（還原的音Ⅳ頻信號）、顯示器（還原的圖像或視頻信號）、打（還原的計算結果）或進行力學、電磁學、光學、聲學等轉換，對原始信息控制目的物進行作用，從而達到智能控制的目的。本套叢書就是對智能控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的一些關鍵技術的原理、特性、基本計算公式和方法、基本結構的組成、各個部分參數的選取，以及主要應用場合及其優(yōu)勢和不足等問題進行討論和分析。本套叢書則沿著“有效信息的取得”、“有效信息的調制”、“調制信號的傳輸“、“調制信號的解調”以及“智能控制系統(tǒng)的舉例應用”這一線索展開，對比較典型的智能控制系統(tǒng)，應用于實踐的設計計算及控制的邏輯關系進行舉例論述。本套叢書雖然經歷了十多年的知識積累，但仍然覺得時間倉促，加之水平有限，錯誤與疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。編撰者

蘇遵惠

信息的傳輸與通信技術

叢書序

前言第一章簡說通信技術與信息傳輸第三節(jié)現代通信技術特點第五節(jié)網絡通信技術的發(fā)展第二章世界通用的通信技術

第二節(jié)有線通信的載波通信技術

第三節(jié)微波接力通信和衛(wèi)星微波

通信第三章通信技術的“高速公路”第二節(jié)無線通信的第五代移動通信技術——５Ｇ

第三節(jié)近距離小容量無線通信技術——無線保真通信、藍牙通信、可見光通信第四節(jié)有線通信的光導纖維通信技術

第四章通信技術的綜合應用———脈沖碼編調制的可見光通信系統(tǒng)第五章未來的量子通信技術

第一節(jié)量子通信技術

第二節(jié)量子計算機的工作原理附錄附錄Ａ名詞術語及解釋附錄Ｂ相關技術標準參考文獻重點目錄

信息的傳輸與通信技術正文第一章簡說通信技術與信息傳輸第一節(jié)通信技術概述第二節(jié)通信技術的發(fā)展簡史第三節(jié)現代通信技術特點第四節(jié)通信技術的發(fā)展趨勢第五節(jié)網絡通信技術的發(fā)展第六節(jié)通信技術的社會作用

信息的傳輸與通信技術正文第一節(jié)

通信技術概述

通信技術的定義

通信技術是指將信息從一個地點傳送到另一個地點所采取的方法和措施。通信技術是電子技術極其重要的組成部分，先后由人體傳遞信息通信，簡易信號通信、發(fā)展到有線通信和無線通信，直至未來的量子通信技術。

通信技術與信息傳輸

通信技術原理清晰，技術成熟，使用廣泛，發(fā)展快速，并已建立了完善的體系。

智能控制、智慧控制技術中的信息傳輸，具有多種傳輸方式、傳輸內容和傳輸手段供信息傳輸選擇和使用。

可見，通信技術為成熟的、系統(tǒng)的、能夠滿足信息傳輸需要的、不斷發(fā)展和提高的技術，而信息傳輸是通信技術在自動控制中的應用，二者為密不可分，且互為相輔相成的關系。

信息的傳輸與通信技術正文第二節(jié)

通信技術的發(fā)展簡史

近代通信產生于1835年

其標志為莫爾斯（S.F.Morse）發(fā)明了電報;1876年貝爾（A.G.Bell）發(fā)明了電話機;1878年人工電話交換機出現1912年美國Emerson公司制造出世界上第一臺收音機1925年英國人約翰.貝德發(fā)明了世界上第一臺電視機

20世紀30年代控制論、信息論等理論形成。

近50年間，通信技術包括了數據傳輸信道的發(fā)展、數據傳輸技術的

發(fā)展和20世紀80年代后的多方向發(fā)展。

信息的傳輸與通信技術正文第二節(jié)

通信技術的發(fā)展簡史

數據傳輸信道的發(fā)展包括同軸電纜、雙絞線、光纖、越洋海底電纜、微波信道、短波信道、無線通信和衛(wèi)星通信等數據傳輸技術的發(fā)展包括基帶傳輸!、頻帶傳輸及調制技術、同步技術、多路復用技術、數據交換技術、編碼/譯碼技術、加密技術、差錯控制技術和數據通信網絡、通信成套設備、通信協(xié)議等的快速發(fā)展。20世紀80年代以后，電報發(fā)展為用戶電報和智能電報

電話發(fā)展為自動電話、程控電話、可視圖文電話和IP電話,同時出現了移動無線通信、多媒體技術和數字電視等多種通信技術。

信息的傳輸與通信技術正文第二節(jié)

通信技術的發(fā)展簡史

近年來，以計算機為核心的信息通信技術（InformationandCommunicatiorisTechnology,ICT）憑借網絡飛速發(fā)展%滲透到社會生活的各個領域,ICT不同于世界通用的通信技術,其字面意思為信息通信技術,實際上為信息通信技術的廣義擴展。ICT產生的背景是行業(yè)間的融合,以及復雜的信息形式和龐大的交換量,特別是信息社會的強烈訴求。

ICT作為信息通信技術的表述更能準確地反映支撐信息社會發(fā)展的通信方式,同時也反映了電信事業(yè)在信息時代自身職能和使命的演進$

信息的傳輸與通信技術正文第三節(jié)

現代通信技術特點

一、通信數字化

模擬通信向數字通信的轉化。

通信數字化可以使信息傳遞更為準確可靠，抗干擾性與保密性強$，數字信息便于處理、存儲和交換，通信設備便于集成化、固態(tài)化和小型化，適合多種通信形式，使通信信道達到最佳運行狀態(tài)二、通信容量大現代通信容量大，在各種通信系統(tǒng)中，光纖通信更能反映這個特點。光纖通信的容量為電器通信容量的10億倍以上

信息的傳輸與通信技術正文第三節(jié)

現代通信技術特點

三、通信網絡系統(tǒng)化現代通信形成了由各種通信方式組成的網絡系統(tǒng)。

通信網絡是由終端設備、交換設備、信息處理、信號轉換設備及傳輸線路構成的。

網絡化的宗旨是共享功能與共享信息，提高信息利用率。

網絡系統(tǒng)包括：局部地區(qū)網、分布式網、遠程信息的傳輸與通信技術網分組交換網、綜合業(yè)務數字網等。

采用網絡互聯(lián)等技術將各種網絡連接起來，進一步擴大信息傳遞的范圍。

信息的傳輸與通信技術正文第三節(jié)

現代通信技術特點

四、通信計算機化通信技術與計算機技術的結合使通信與信息處理融為一體，表現為終端設備與計算機相結合，產生了智能化的多功能電話機。與此同時，與計算機相結合的數字程控交換機的推廣應用，特別是利用通信衛(wèi)星進行計算機通信是近年來計算機通信的一個重要方面，也是我國計算機通信發(fā)展的一個極有潛力的途徑。

信息的傳輸與通信技術正文第三節(jié)

現代通信技術特點

現代通信技術的發(fā)展，已經或正在促使通信進入一些新的領域：1）通信衛(wèi)星減少了時間和地理距離給通信費用帶來的限制；2）綜合業(yè)務通信網的結構，對于話音、數據和圖像以及視頻信號等各種信息媒介，在傳輸和交換上取得了綜合性作用；3）采用衛(wèi)星直接廣播和光纖入戶取代電纜電視傳送手段；4）國家經營的全國通信網和企業(yè)經營的事務網將并行發(fā)展，相互補充5）人機通信和信息機器之間通信的占比正在增加；6）立即通信和存儲轉發(fā)通信、即時通信和定時通信、透明通信和增值通信等正在被開發(fā)使用。

信息的傳輸與通信技術正文第四節(jié)

通信技術的發(fā)展趨勢

1、融合趨勢融合將成為下一代通信技術發(fā)展的主旋律，隨著網絡應用加速向網際互聯(lián)協(xié)議（InternetProtocol，IP）匯聚,網絡將逐漸向著IP業(yè)務最佳的分組化網絡的方向演進和融合,下一代網絡將是電信網絡與互聯(lián)網的融合和發(fā)展.

融合將體現在語言與數據、傳輸與交換、電路與分組、有線與無線、移動與無線局域網、管理與控制、電信與計算機、集中與分布、電域與光域等多個方面。

信息的傳輸與通信技術正文第四節(jié)

通信技術的發(fā)展趨勢

2、交換技術的分組交換隨著從語音向數據的轉移，則傳統(tǒng)的電路交換技術將逐步轉向分組交換技術。特別是以無連接IP技術為基礎的整個電信新框架將是一個發(fā)展趨勢。從電路交換向分組交換的轉變,同時從電路交換網到分組化網絡將是一個較長時期的漸進過程,采用具有開放式體系架構和標準接口,實現呼叫控制與媒體層和業(yè)務層分離的軟交換將是完成這一平滑過渡任務的關鍵！

信息的傳輸與通信技術正文第四節(jié)

通信技術的發(fā)展趨勢

3、傳輸技術向光互聯(lián)網轉變光波分復用（WDM）技術的出現和發(fā)展為電信網提供了巨大的容量和低廉的傳輸成本，有力地支撐著上層業(yè)務和應用的發(fā)展。但是,點對點WDM系統(tǒng)只提供了原始的傳輸帶寬，需要有靈活的網絡結點才能實現高效的組網能力?，F代“自動交換光網絡（ASON）”的出現，吸取了IP網的智能化經驗,有效解決了IP層與光網層的融合問題,代表了下一代光網絡的研究方向。

信息的傳輸與通信技術正文第四節(jié)

通信技術的發(fā)展趨勢

4、接入技術的寬帶化光波面對核心網和用戶側帶寬的快速增長，而接入網則成為全網帶寬的最后瓶頸。接入網的寬帶化和IP化將成為本世紀初接入網發(fā)展的主要大趨勢。有線接入除發(fā)展數字用戶線路和以太網等寬帶接入技術外，以以太無源網絡（EthernetPassiveOpticalNetwork,EPON）為代表的寬帶光接入技術以及城域以太網技術將成為主要的研究方向和應用重點。無線接入技術方面，具有更高速率、頻譜效率和智能的新一代帶寬移動通信技術“5G”將成為新的發(fā)展方向。

信息的傳輸與通信技術正文第四節(jié)

通信技術的發(fā)展趨勢

5、無線技術向更高頻譜發(fā)展無線傳輸技術從3G/4G向更高頻譜發(fā)展，從單一無線環(huán)境到通用無線環(huán)境轉變。無線傳輸作為個人通信的重要手段，盡管第4代（4G）能提供Mbit/s量級的傳輸速率，但遠遠不能滿足未來個人通信的要求。具有高數據率、高頻譜利用率、高速傳輸、極低延時和延時一致性、靈活業(yè)務支撐能力的無線移動通信系統(tǒng)（5G）可將無線通信的傳輸容量和速率提高數十倍甚至數百倍。同時根據各種接入技術的特點，構建分層無縫隙全覆蓋整合系統(tǒng)，形成“通用無線電環(huán)境”，并實現各個系統(tǒng)之間的互通，將是通往未來無線與移動通信系統(tǒng)的必然途徑。

信息的傳輸與通信技術正文第五節(jié)

網絡通信技術的發(fā)展

網絡通信技術發(fā)展的基本方向是開放、集成、融合、高性能、智能化和移動性。通信網絡正逐步朝著高速、寬帶、大容量、多媒體、數字化、多平臺、多業(yè)務、多協(xié)議、無縫連接、安全可靠和保證質量的新一代網絡演進，同時充分考慮固定與移動的融合。1、開放體系“開放”是指開放的體系結構、開放的接口標準，使各種異構系統(tǒng)便于互聯(lián)和高度的互操作性。其關鍵是標準化問題。

信息的傳輸與通信技術正文第五節(jié)

網絡通信技術的發(fā)展

2、服務與應用的集成“集成”表現在各種服務與多種媒體應用的高度集成上。在同一個網絡上，允許各種信息傳遞，既能提供單點傳輸，也能提供多點投遞；既能提供盡力而為的無特殊服務質量要求的信息傳遞，也能提供有一定時延和差錯要求的確保服務質量的實時傳遞。3、網絡的高性能“高性能”在于網絡應提供高速的傳輸、高效的協(xié)議處理和高品質的網絡服務；應具有可縮放功能，即能夠接納增長的用戶數目，而不降低網絡的性能；能高速、低延時地傳送用戶信息；按照應用要求來分配資源；具有靈活的網絡組織和管理。

信息的傳輸與通信技術正文第五節(jié)

網絡通信技術的發(fā)展

4、多方面的融合“融合”將成為網絡通信發(fā)展的“主旋律”。融合體現在“話音與數據”、“傳輸與交換”、“電路與分組”、“有線與無線”、“移動與固定”、“管理與控制”、“電信與計算機”、“集中與分布”、“電域與光域”等多個方面。5、網絡和傳輸的智能化“智能化”在網絡的傳輸和處理上能向用戶提供更為方便、友好的應用接口；在路由選擇、擁塞控制和網絡管理等方面應有更強的主動性。尤其是主動網絡（AN，ActiveNetwork）的研究，使網絡內計算能動態(tài)地變化，該變化可以是“用戶指定”或“應用指定”，且用戶數據可以利用這些計算。

信息的傳輸與通信技術正文第五節(jié)

網絡通信技術的發(fā)展

6、移動技術的不斷發(fā)展移動技術向5G、甚至更高頻譜的制式發(fā)展是社會發(fā)展的需求，也是科技發(fā)展的必然。從單一移動環(huán)境向通用移動環(huán)境發(fā)展是通信技術的必由之路。盡管4G能夠提供較高量級的傳輸速率，但遠遠不能滿足未來個人通信日益提升的要求。具有高數據率、高頻譜利用率、低發(fā)射功率、低延時傳輸、靈活業(yè)務的5G將無線通信的傳輸容量和速率大幅度地提高。構建分層的無縫隙全覆蓋的整合系統(tǒng)，形成通用無線環(huán)境，并實現各個系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，將是通往未來無線與移動通信系統(tǒng)的必然途徑。

信息的傳輸與通信技術正文第四節(jié)

通信技術的發(fā)展趨勢

1、融合趨勢融合將成為下一代通信技術發(fā)展的主旋律，隨著網絡應用加速向網際互聯(lián)協(xié)議（InternetProtocol，IP）匯聚,網絡將逐漸向著IP業(yè)務最佳的分組化網絡的方向演進和融合,下一代網絡將是電信網絡與互聯(lián)網的融合和發(fā)展.

融合將體現在語言與數據、傳輸與交換、電路與分組、有線與無線、移動與無線局域網、管理與控制、電信與計算機、集中與分布、電域與光域等多個方面。

信息的傳輸與通信技術正文第六節(jié)

通信技術的社會作用

通信是現代社會的神經系統(tǒng)，通信產業(yè)是國民經濟的基礎結構和先行產業(yè)。通信技術是隨社會和人類的需要而發(fā)展起來的；反過來又對社會的發(fā)展起著巨大的推動作用。通信技術為國民經濟發(fā)展的“加速器”和社會效益的“倍增器”，現代通信技術是改變人們生活方式的“催化劑”，是信息時代和信息社會的生命線。

信息的傳輸與通信技術正文第六節(jié)

通信技術的社會作用

1、對其他產業(yè)的促進作用作為國民經濟的重要基礎產業(yè)的通信產業(yè)，通信產業(yè)可以帶動國民經濟各個部門的發(fā)展，而產生巨大的經濟效益。日本在1995年建成的高級通信網總投資為800～1200億美元，由此誘發(fā)國民經濟所產生的經濟效益可達到4000億美元，其增長系數為3.3～5。美國哈迪博士研究了50多個發(fā)達、發(fā)展中國家的電話普及率與其所引起的國民經濟增長的關系為：如果前5年電話普及率提高1%，則后7年人均國民生產總值可提高3%?？傊?，通信產業(yè)和通信事業(yè)對于國民經濟各個產業(yè)部門，如交通、能源、航空、鐵道、水利、金融、廣播電視等的發(fā)展有著重要的促進作用。

信息的傳輸與通信技術正文第六節(jié)

通信技術的社會作用

2、促進資源和資金的周轉通信事業(yè)的發(fā)展能夠縮短時間和空間的跨度，加快資源和資金周轉。通信技術可以提高各種設備的運營效率和能力，尤其在當代，經濟關系的國際化、數據交換的全球化，使發(fā)達國家可以通過國際互連的數據通信網讓資金周游世界。如美國、日本等國的某些財團利用利用東半球和西半球的時間差，通過通信手段調撥資金，讓資金在24小時內都能充分發(fā)揮作用。

信息的傳輸與通信技術正文第六節(jié)

通信技術的社會作用

3、減少人員流動和實物流通總量通信事業(yè)的發(fā)展能夠明顯地緩和交通運輸的壓力，大大減少人員的流動和實物的流通總量，節(jié)約能源消耗。利用通信技術手段可以替代出差、外出聯(lián)系和信息的獲取。據統(tǒng)計在中國由此每天節(jié)約的能源是當日用量的7%，同時還減少了廢氣和噪聲的污染，保護了生態(tài)環(huán)境。4、實現數據庫資源的共享通信事業(yè)可實現數據庫等資源的共享，為經濟發(fā)展提供更加簡捷的通道。在信息社會里，信息不僅是資源，而且也是資本，是產品。通過數據通信網絡及與數據庫相連的計算機通信終端，科研院所和大小企業(yè)能迅速得到有價值的數據資料，為科研和生產的決策服務。

信息的傳輸與通信技術正文第六節(jié)

通信技術的社會作用

5、促進勞動生產力和工作效率的提高通信技術促進勞動生產力和工作效率的顯著提高是顯而易見的。據報道，法國巴黎最新設計的服裝資料通過因特網，只需1分鐘便在中國廣州的計算機上顯示出來，再不到1個小時，這種最新設計的服裝便可以展示在商店的櫥窗內?？梢娡ㄐ偶夹g使生產效率和工作效率提高到驚人的地步。據美國對201種行業(yè)的440種職業(yè)調查統(tǒng)計，信息產業(yè)創(chuàng)造的價值占美國國民經濟的48%。

信息的傳輸與通信技術正文第六節(jié)

通信技術的社會作用

6、通過計算機技術實現“電子信息戰(zhàn)”通信技術與計算機技術的結合，使現代戰(zhàn)爭成為“現代電子信息戰(zhàn)”。通信技術已成為現代信息戰(zhàn)爭取得勝利的關鍵因素。1991年的海灣戰(zhàn)爭就是電子信息戰(zhàn)爭的雛形。過去的戰(zhàn)爭以硝煙彌漫，以飛機、坦克為核心，以摧毀對方的肉體和設備來戰(zhàn)勝對方；而現代、特別是將來的戰(zhàn)爭，將悄然無聲，戰(zhàn)場上是以計算機通信為核心，以摧毀對方的“神經中樞”系統(tǒng)而奪取戰(zhàn)爭勝利，成為雙方在通信技術和計算機技術等高技術方面發(fā)展水平的較量。

信息的傳輸與通信技術正文第六節(jié)

通信技術的社會作用

7、改變著人類傳統(tǒng)的生活方式通信技術的發(fā)展正在改變人類傳統(tǒng)的生活方式?，F代社會信息交流已成為人們日常生活中不可缺少的“必需品”。隨著信息網絡發(fā)展，上網又成為人們獲取和交流信息的重要方式之一；“家庭辦公”、“電子貨幣”已成為當今時尚；“遠程教育”、“遠程醫(yī)療”也蓬勃興起.......這一切正在改變人類的生活方式，使人們的生活更加豐富多彩。

8、促進便捷靈活的工作生產平臺形成現代通信技術的發(fā)展為政府機關、企事業(yè)單位提供了快速高效、便捷靈活的工作生產平臺。

信息的傳輸與通信技術正文第六節(jié)

通信技術的社會作用

總之，在信息社會中，人類的行為、觀念和生活、學習、工作都將發(fā)生深刻的變化。通信作為信息社會的生命線將成為現代社會的“神經系統(tǒng)”。日新月異的通信技術和各種各樣的通信手段、通信終端與我們每個人息息相關。了解通信技術的形成與發(fā)展，熟悉通信方式的原理和應用，認識現代通信工具的特點與功能，將會對提高人們的學習、工作和生活質量產生極為積極的作用，也是人們步入信息時代，適應人類進步和社會發(fā)展的必要準備。

信息的傳輸與通信技術正文第二章

世界通用的通用技術

現代智能控制實用技術叢書

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現代智能控制實用技術叢書

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《現代智能控制實用技術叢書》共分為四本，其內容按照信號傳輸的鏈條編寫：

傳感器

調制與解調

信息的傳輸與通信技術

智能控制技術的應用

本書系統(tǒng)地對信息傳輸與現代通信技術的密切關系、通信技術的發(fā)展簡史，現代通信技術的特點和發(fā)展趨勢進行了介紹；

簡述了世界通用的有線通信的載波技術、無線通信的微波接力通信的基本概念、基本原理，以及各類通信系統(tǒng)的組成、特點、優(yōu)勢、不足及適用領域。信息的傳輸與通信技術簡介

本書還對現代通信技術的“高速公路”，即光導纖維通信、５Ｇ通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術，以及近距離小容量的通信手段———無線保真（ＷｉＦｉ）、藍牙和可見光通信技術進行原理、功能及應用的闡述。

對未來的通信技術，即量子通信技術的概況進行介紹，并預測量子通信技術將在計算機技術、通信傳輸技術、衛(wèi)星通信技術等方面應用的可期待前景。

本書可作為大專院?；蚋叩仍盒Ｖ悄芸刂祁愊嚓P專業(yè)的參考書籍，也可供從事智能控制信息的傳輸方面的設計、制造、應用領域工作的工程技術人員作為參考資料。

信息的傳輸與通信技術叢書序

自動控制、智能控制、智慧控制是相對ＡＩ控制技術的普遍話題。在當今的生產、生活和科學實驗中具有重要的作用。

在控制技術中離不開將甲地的信息傳送到乙地，以便遠程監(jiān)測（遙測）、視頻顯示和數據記錄（遙信）、狀況或數據調節(jié)（遙調）和智能控制（遙控），統(tǒng)稱為智能控制的四遙工程。

信息是物理現象、過程或系統(tǒng)所固有的。信息本身不是物質，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質和能量。

而信號則是信息的某種表現形式，是傳輸信息的載體。信號是物理性的，并且隨時間而變化，這是信號的本質所在。

在無線電通信中，電磁波信號承載著各種各樣的信息。所以信號是有能量的物質，它描述了物理量的變化過程，在數學上，信號可以表示為關于一個或幾個獨立變量的函數，也可以表示隨時間或空間變化的圖形。

信息的傳輸與通信技術叢書序

實際的信號中往往包含著多種信息成分，其中有些是我們關心的有用信息，有些是我們不關心的噪聲或冗余信息。傳感器的作用就是把未知的被測信息轉化為可觀察的信號，提取所研究對象的有關信息，將原始信息轉換成信號。將有效信息轉換成便于傳輸的信號，或將信號放大，或將較低頻率的原始信息“調制”到較高頻率的信號；滿足遠距離傳輸的要求，或將原始模擬信息處理為數字信號等。這就是智能控制發(fā)送部分的“職責”———信息的收集與調制。然后，將調制后的信號置于所選取的傳輸通道上進行傳輸，使調制后的信號傳輸至信宿端———乙地在乙地接收到經傳輸線路傳送來的信號后，然后進行調制器的反向操作“解調”。即將高頻信號或數字信號還原成原始信息。

信息的傳輸與通信技術叢書序

原始信息通過揚聲器器（還原的音Ⅳ頻信號）、顯示器（還原的圖像或視頻信號）、打（還原的計算結果）或進行力學、電磁學、光學、聲學等轉換，對原始信息控制目的物進行作用，從而達到智能控制的目的。本套叢書就是對智能控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的一些關鍵技術的原理、特性、基本計算公式和方法、基本結構的組成、各個部分參數的選取，以及主要應用場合及其優(yōu)勢和不足等問題進行討論和分析。本套叢書則沿著“有效信息的取得”、“有效信息的調制”、“調制信號的傳輸“、“調制信號的解調”以及“智能控制系統(tǒng)的舉例應用”這一線索展開，對比較典型的智能控制系統(tǒng)，應用于實踐的設計計算及控制的邏輯關系進行舉例論述。本套叢書雖然經歷了十多年的知識積累，但仍然覺得時間倉促，加之水平有限，錯誤與疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。編撰者

蘇遵惠

信息的傳輸與通信技術

叢書序

前言第一章簡說通信技術與信息傳輸第三節(jié)現代通信技術特點第五節(jié)網絡通信技術的發(fā)展第二章世界通用的通信技術

第二節(jié)有線通信的載波通信技術

第三節(jié)微波接力通信和衛(wèi)星微波

通信第三章通信技術的“高速公路”第二節(jié)無線通信的第五代移動通信技術——５Ｇ

第三節(jié)近距離小容量無線通信技術——無線保真通信、藍牙通信、可見光通信第四節(jié)有線通信的光導纖維通信技術

第四章通信技術的綜合應用———脈沖碼編調制的可見光通信系統(tǒng)第五章未來的量子通信技術

第一節(jié)量子通信技術

第二節(jié)量子計算機的工作原理附錄附錄Ａ名詞術語及解釋附錄Ｂ相關技術標準參考文獻重點目錄

信息的傳輸與通信技術正文第二章世界通用的通信技術第一節(jié)我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程第二節(jié)有線通信的載波通信技術

一、載波通信技術

二、電力線載波通信第三節(jié)微波接力通信和衛(wèi)星微波通信一、微波接力通信二、衛(wèi)星微波通信技術

信息的傳輸與通信技術正文第一節(jié)

我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程

我國的通信發(fā)展歷程，是從無到有，從簡到新，從單一到類型齊全，從人工到自動，直至立于世界通信之林的過程。由于我國地域遼闊，農村占比很大，城市與鄉(xiāng)村、東部與中西部、平原與山區(qū)差別很大，因之，通信事業(yè)也經歷了幾次大的變革。

一、農村從無到實線通信階段在50年代到60年代。所謂“實線”通信，即采用一般的鐵絲為傳輸載體，以手搖磁石電話機為終端收發(fā)設備，以人工總機為轉接設備的最原始的通信系統(tǒng)。

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我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程

二、從“實線”通信到載波通信階段“實線”通信傳輸距離短，受干擾大，線路少等弊端。大約從60年代開始，我國進入到載波通信階段。即采用“單路載波”，使通話線路增加1倍；采用“三路載波”，使通話線路增加3倍；遠距離采用“12路載波”，使通話線路大幅度增加。60年代后，出現了“24路載波”和高次群載波，逐步建成了我國大城市之間的“大通路”載波系統(tǒng)。同時，架空電纜、大通路電纜出現，加上載波通信技術，加上縣城至省城、大城市之間的微波通信相繼建設，使我國的通信事業(yè)有了較大的改觀。

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我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程

三、從“電線”到“通信電纜”

通信電纜通信，即是利用電纜作為傳輸媒質的有線通信。通常采用復用技術實現電話、電報、圖像、數據等的多路通信。電纜通信又分為對稱電纜和同軸電纜，對稱電纜和同軸電纜都是通信電纜，兩者之間有什么區(qū)別？

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我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程

1、對稱通信線纜

對稱通信電纜：由二根對稱排列的導線組成通信回路，分高頻和低頻兩種。高頻通信電纜：最高傳輸頻率可達800千赫，在一個回路中可開通180路電話；

低頻通信電纜：最高傳輸頻率一般小于252千赫，一個回路中可開通60路電話。

弊端：電磁場呈開放狀態(tài)，在高頻時回路的衰減和損耗較大，回路間相互干擾和外界干擾都較大，難于提高傳輸頻率和容量。

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我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程

1、對稱通信線纜

長途對稱通信電纜：由不同數量和不同絕緣結構的四線組構成。

常用形式有：有星絞組、復對絞等。

線間絕緣：采用紙帶絕緣、紙繩（紙帶和紙繩）絕緣、聚乙烯繩帶絕緣、聚苯乙烯繩帶絕緣和泡沫聚乙烯絕緣等多種。

高頻長途對稱通信電纜：傳輸頻率高，對電纜的結構性能要求較高。一般采用繩－帶絕緣的星絞四線組結構。絕緣材料常用聚苯乙烯、聚乙烯。紙帶紙繩絕緣。

一般用于252千赫以下的低頻對稱通信電纜。用于城市市話。在還沒有“光纖入戶”的條件下，從區(qū)域配話箱至用戶終端的“最后一公里”使用。

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我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程

2、同軸線纜

結構：由二根相互絕緣的同軸心的內外導體組成通信回路（同軸對），再由一個或多個同軸電纜對絞合而成。將在同一軸線上的內、外兩根導體組成回路，外導體包圍著內導體，同時兩者絕緣。

型號：（根據尺寸劃分，內導體直徑d和外導體直徑D值：d/D）

微同軸電纜：0.6mm/2mm、0.9mm/3.2mm等，

小同軸電纜：d/D=1.2mm/4.4mm等，

中同軸電纜：d/D=2.6mm/9.5mm等，

大同軸電纜：d/D=5mm/18mm、11mm/41mm等。

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我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程

2、同軸線纜

用途：同軸電纜多用作長途通信干線，開通多路載波通信或傳輸電視節(jié)目，也用作高效率的數據信息傳輸。

優(yōu)點：同軸對中兩導體完全同心，在外導體以外不存在電磁場。傳輸信號的衰減以及各同軸對之間的相互干擾小，抗外界干擾的性能也高于對稱電纜。

傳輸頻率：可達10～100兆赫以上。

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我國的通信事業(yè)及其發(fā)展歷程

四、光導纖維通信的興起國民經濟的發(fā)展對通信技術提出了更高的要求，自1966年光纖通信技術發(fā)明后，國際上經過了18年的研究與探索，我國于1982年建成了全世界第一套光纖通信實用系統(tǒng)，在武漢“武昌至漢口”的市話分局間的中繼線路開通使用。標示了一個新的通信時代的到來。

五、無線通信領域在無線通信領域，從“2G”到“5G”，到無線通訊網絡系統(tǒng)及其多種短距離、小容量通信手段的研發(fā)及實用成功，使無線通信技術從傳統(tǒng)的“微波通信”成為一株枝葉繁茂、花果累累的通信之樹。同時，因數字通信理論和實用技術的日新月異，自90年代開始，通信領域已從模擬通信階段發(fā)展到數字通信階段。

信息的傳輸與通信技術正文第二節(jié)有線通信的載波通信技術

一、載波通信技術（一）載波通信技術概述載波通信(Carriercommunication)是基于頻分復用技術的電話多路通信體制，屬于經典模擬通信的制式。其一路電話的信號頻譜被限制在300~3400Hz的范圍;因保護性的頻率間隔，一路電話所占的頻帶寬度為4KHz。根據實用信道的頻帶寬度，就可以在一個信道的頻帶寬度內復用不同路數的電話信號。例如，架空明線信道典型地可以復用12路電話信號，對稱電纜信道典型地可以復用60路電話信號，中同軸電纜信道則可以復用數千路電話信號等等。

而通信技術正在走向數字化，數字光纖通信、數字衛(wèi)星通信和數字微波通信系統(tǒng)占有越來越大的比重，模擬的載波通信系統(tǒng)日益收縮。但在一定時期內，載波通信在支線和農村地區(qū)仍然會繼續(xù)發(fā)揮作用。

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有線通信的載波通信技術

（二）載波通信分類

載波通信據傳輸媒介不同，載波通信可分為明線載波通信、對稱電纜載波通信、小同軸電纜載波通信、中同軸電纜載波通信、海底電纜載波通信及電力線載波通信等。

明線載波通信：有單路、3路、12路載波機；

對稱電纜載波通信：有3路、12路、60路、120路和480路載波機；

小同軸電纜載波通信：有300路、960路、2,700路和3,600路載波機；

中同軸電纜載波通信：主要有1,800路、3,600路和10,800路載波機等。

多路載波結構圖見書本P12《圖2-1

多路載波通信結構示意圖》

所示。

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有線通信的載波通信技術

（三）載波通信的組成

載波通信系統(tǒng)由終端機、增音機和傳輸線路三個主要部分組成。

（1）載波終端機

包括發(fā)送部分和接收部分。

發(fā)送部分：每一調制級都有調制器、濾波器、放大器和載頻源。它把各路音頻信號調制到預定頻帶位置上，取出有用邊帶并放大到規(guī)定電平。

接收部分：是發(fā)送的逆過程。終端機的輸入端還有二/四線設備和信號設備，用以使二線制用戶線與四線制收發(fā)支路連接，并對信號（如響鈴信號）進行轉換。

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有線通信的載波通信技術

(2)載波增音機

載波系統(tǒng)在進行長距離傳輸時,需要在線路上分段增音,以補償線路衰耗并均衡其衰耗-頻率特性。

增音機包括線路放大器和均衡器，通常還有自動電平調節(jié)設備，調節(jié)增益以補償和均衡線路衰耗的變化。（3）載波的傳輸線路利用明線、對稱電纜和同軸電纜等傳輸信號。

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有線通信的載波通信技術

二、電力線載波通信

（一）電力線載波通信概述電力線載波通信（PowerlineCarrier，PLC）是電力系統(tǒng)特有的通信方式。指利用現有電力線，通過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術。其最大特點是不需要重新架設網絡，只要在同一變壓器供電內，通過電力線，就能進行數據傳遞。其系統(tǒng)結構示意圖見圖2-2所示。

信息的傳輸與通信技術正文

第二節(jié)

有線通信的載波通信技術

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有線通信的載波通信技術

（二）電力線載波通信的優(yōu)點1、不需要重新架設網絡，只要在同一變壓器供電內，通過電力線，

就能進行數據傳遞。無疑成為了解決智能家居數據傳輸的最佳方案之一。因為數據僅在家庭范圍中傳輸，遠程對家電的控制也能通過傳統(tǒng)網絡先連接到個人計算機，然后再控制家電,PLC調制/解調模塊的成本也遠低于無線模塊;2、相對于其他無線通信技術傳輸速度較快。

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有線通信的載波通信技術

（三）電力線載波通信的缺點1、配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區(qū)域范圍內傳送；2、三相電力線間有很大的信號損失（10～30dB），通信距離很近時,不同相間可能會收到信號.所以，一般電力載波信號只能在單相電力線上傳送；3、不同信號耦合方式對電力載波信號損失不同，耦合方式有線-地耦合和線-中線耦合，兩種耦合方式相比，線-地耦合載波信號少損失十幾dB但線-地耦合方式不是所有地區(qū)電力系統(tǒng)都適用。

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有線通信的載波通信技術

（三）電力線載波通信的缺點（續(xù)）4、電力線的交流電本身固有50Hz和60Hz脈沖干擾，其周期為20ms和16.7ms,在每一個交流周期中會出現兩次峰值的脈沖干擾，即電力線上有固定的100Hz或120Hz脈沖干擾，干擾時間約為2ms，干擾必須加以處理。

有一種利用波形過零點的瞬時數據傳輸方法，但由于過零點時間很短，實際應用中與交流波形的同步不大好控制，而現代通信數據每幀比較長，所以在要求抗干擾能力很高的場合，PLC系統(tǒng)難以應用；

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有線通信的載波通信技術

（三）電力線載波通信的缺點（續(xù)）5、當電力線上負荷很大時，線路阻抗可達1Ω以上，造成對載波信號的高削減。實際應用中，當電力線空載時，點對點載波信號可傳輸到幾千米，但當電力線上負荷很大時，就只能傳輸幾十米的距離。電力線載波通信系統(tǒng)一種主控端接口電路和一種受控端接口電路分別見本書

P16中圖2-3電力載波通信系統(tǒng)一種主控端接口電路圖和圖2-4電力載波通信系統(tǒng)一種受控端接口電路圖

。

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有線通信的載波通信技術

（四）電力線載波通信的發(fā)展機遇

雖然技術問題最終都能被解決，但從國內寬帶網建設的速度，留給PLC的時間和空間越來越窄，2000年以來大規(guī)模推出的數字用戶線路（ADSL）、光纖通信（FibreCommunication）、無線網絡（WirelessNetwork）等多種寬帶接入業(yè)務，留給電力線通信（PLC）的應用，除了遠程抄表上應用外，已沒有了多少空間。電力線通信調制解調器（電力貓）是將把網絡信號調制到電線上，利用電力線路解決網絡布線問題的設備。作為第三代網絡傳輸科技設備，電力貓則以其獨特優(yōu)勢風靡全球，

其工作原理就是：將信息進行高頻信號調制，然后利用電力傳輸；接收信息的電力貓再把信息從高頻信號中分解出來。從而，在不需要重新布線的基礎上實現上網打電話、觀看IPTV和使用監(jiān)控設備等多種應用。

隨著家庭智能系統(tǒng)這個話題的興起，也給PLC技術的應用帶來了一個新的舞臺。

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有線通信的載波通信技術

（五）電力線載波通信的應用領域電力線載波通信現在的應用領域，包括遠程抄表系統(tǒng)，路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)及工業(yè)智能化等。如各類的數據采集，在技術上不再是點對點通信的范疇，而是突出開放式網絡結構的概念，使每個控制節(jié)點（受控設備）組成網絡進行集中控制。

在電力載波應用上具有網絡協(xié)議的企業(yè)如國外的有Echelon公司的Lonworks網絡，國內的有凱星電子(KaiStar)電力載波遠程智能控制系統(tǒng)，瑞斯康公司(Risecomm)的瑞斯康智能控制網絡。他們的網絡協(xié)議都是根據國際標準協(xié)議EAI709.1,EAI709.2

所編寫。

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有線通信的載波通信技術

電力線載波通信應用案例

案例一——智能家居控制（SHC）其原理是將電力載波技術集成后嵌入到家庭各電器中，利用家庭現有的電力線作為載波通信媒介，實現智能設備之間的通信與控制。

案例二——遠程抄表系統(tǒng)(RMR)其系統(tǒng)功能特點為：遠程自動抄表；遠程控制電表拉/合閘；實時查詢用戶用電量；電表用量組抄或個別選擇抄讀；可與收費系統(tǒng)聯(lián)為一體；根據電網負載的峰谷時段分時段抄表及計費；控制非法竊電行為；減少人力成本及管理成本；自動保存抄讀的歷史數據，便于統(tǒng)計電表數據，分析用電規(guī)律，便于估計線損和由電表計量誤差引起的自損；便于配電系統(tǒng)評估、供電服務質量檢測和負荷管理。

信息的傳輸與通信技術正文第二節(jié)

有線通信的載波通信技術

電力線載波通信應用案例

案例三——遠程路燈監(jiān)控系統(tǒng)（RLSM）通過路燈照明系統(tǒng)的電力線，連成智能照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在保證道路安全的同時，實時控制照明亮度，可節(jié)省電能，并能延長燈具壽命以及降低運行、維護成本。該系統(tǒng)特點在于：全天候24小時自動監(jiān)控，監(jiān)控范圍可達數公里；加入自動路由功能后，監(jiān)控范圍成倍增加；檢測單燈工作狀態(tài)包括:工作電壓、工作電流、工作狀況（開關）、工作溫度等，還包括故障自動上報，故障或異常情況遠程向控制中心或值勤人員手機報警，并可與110等緊急呼救系統(tǒng)聯(lián)網工作。

案例四——電梯實現遠程呼梯電力載波系統(tǒng)可實現戶內智能呼梯、訪客智能派梯功能。

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微波接力通信和衛(wèi)星微波通信

一、微波接力通信

（一）微波接力通信概述（1）定義

微波接力通信（MicrowaverelayCommunication）是指利用300MHz以上頻段的電磁波，即分米波和厘米波（波長在1毫米至1米之間），在對流層的視距范圍內的傳播，進行無線電通信的一種方式。兩通信站之間的通信距離一般為50公里左右。利用這種通信方式進行長距離通信，必須建立一系列將接收到的信號加以變頻和放大的中繼站，接力式地傳輸到終端站。實際上“微波通信”也是“載波通信”的一種，只是其載波的頻率在高頻的微波頻段。我們將頻率高于300MHz的電磁波稱為微波。

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微波接力通信和衛(wèi)星微波通信

一、微波接力通信

（一）微波接力通信概述（2）無線通信電波的劃分無線通信按照電波傳輸距地面高度分為：地球表面波傳播、電離層天波傳播和外層空間傳播。見圖2-5所示。

一般的微波接力通信認為是地球表面波傳播；對于中波和短波（如廣播信號）的傳輸則為電離層天波傳播；而衛(wèi)星微波通信則為外層空間傳播。

圖2-5無線通信的劃分示意圖

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微波接力通信和衛(wèi)星微波通信

1）無線電波的頻段分類無線電波按照頻率從極低頻到極高頻共分為11個頻段，見表2-1。表2-1無線電波的頻段分類表

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微波接力通信和衛(wèi)星微波通信

2）在微波頻段又按照頻率范圍分為17個波段，微波通信波段劃分表見表2-2所示。

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微波接力通信和衛(wèi)星微波通信

（二）微波接力通信的基本原理和基本構成微波通信有“地-地微波接力通信”、“地-天衛(wèi)星微波通信”和“天-天衛(wèi)星微波通信”。而微波接力通信是指“地-地微波接力通信”。（1）視距傳播微波同光波一樣是直線傳播，要求兩個通信地點（兩個微波站）之間沒有阻擋，信號才能從空中傳到對方，即所謂的“視距傳播”。

微波接力通信示意圖見圖2-7所示

（b）系統(tǒng)結構示意圖圖2-7微波接力通信示意圖

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微波接力通信和衛(wèi)星微波通信

在使用微波的頻段方面，各國都是首先使用4GHz頻段。目前，世界各國的通信設備已使用的頻段有：

2、4、5、6、7、8、11、15、20GHz等頻段。我國的數字微波通信設備已使用的頻段有：

2、4、6、7、8、11GHz等頻段。頻率低的頻段電波傳播較穩(wěn)定，但其設備及元器件的尺寸也較大；

當天線口徑一定時，微波頻率越低，天線增益也越低。對微波頻率的選取應遵照CCIR的建議和各國無線電管理委員會的規(guī)定，經申請得到批準后才能進行設計、建立和使用。

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微波接力通信和衛(wèi)星微波通信

（2）微波接力通信的性能微波接力通信中的數字微波接力通信的特點可概括為微波、多路、接力三個特點。

1）微波指通信頻率是微波頻段，其包括分米波、厘米波和毫米波。微波頻段寬度是長波、中波、短波及特高頻幾個頻段總和的1000倍。微波頻率高，不會受到天空其他電波干擾和工業(yè)產生的電磁波干擾；太陽黑子的變化對微波也無影響；所以，微波接力通信的可靠性較高。因微波頻率高，故其天線尺寸較小，往往做成面式天線或鍋形天線，且天線增益較高，方向性很強。微波通信用拋物線天線實物圖如圖2-6所示。

圖2-6微波通信用拋物線天線實物圖

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3、

2）多路指微波通信不但總的頻段寬，傳輸容量大，而且其通信設備的通頻帶也可以做得很寬。例如，一個4000MHz的設備，其通頻帶按1%估算，可達40MHz。模擬微波的960路電話總頻譜約為4MHz帶寬?？梢?，一套微波收/發(fā)信設備理論上可傳輸的話路數為40MHz/4KHz=104，可見是相當多的。因數字信號占用帶寬較寬，所以數字微波通信設備在選擇適當的調制方式后，可傳輸的話路容量仍然是相當多。

3）接力因微波頻段的電磁波只能沿直線在視距范圍內傳播，通信距離一般為40～50km?？紤]到地球表面的彎曲，在進行傳輸時，就必須采用接力的傳播方式，發(fā)端信號經若干中間站多次轉發(fā)，才能到達收端。如圖3-6微波接力通信示意圖所示。

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3）接力因微波頻段的電磁波只能沿直線在視距范圍內傳播，通信距離一般為40～50km?？紤]到地球表面的彎曲，在進行傳輸時，就必須采用接力的傳播方式，發(fā)端信號經若干中間站多次轉發(fā)，才能到達收端。如圖2-8微波接力通信系統(tǒng)結構原理框圖所示。圖

圖2-8微波接力通信系統(tǒng)結構原理框圖

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（三）微波接力通信系統(tǒng)的特點1、基本特性其一，微波接力通信的通信容量大；其二，建設費用低；其三，不受地形限制，“有山則山頂，無山則鐵塔”；其四，抗災害性強；其五，能滿足各種電信業(yè)務（電話、廣播、傳真、電視、電報、數據）的信息傳輸質量要求。是通信網的重要組成部分。

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（三）微波接力通信系統(tǒng)的特點2、微波的穿透、反射、吸收特性對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等，微波就會被吸收，而使水和食物等自身發(fā)熱。而對金屬類和樓房之類的大型建筑，微波則難以通過，會產生反射波。3、選擇性的熱損耗：物質吸收微波的能力，主要由其介質損耗因數決定。介質損耗因數大的物質，對微波的吸收能力就強；介質損耗因數小的物質，吸收微波的能力也弱。如大雪暴雨、濃霧會對微波傳輸影響很大。

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4、受條件的制約