通信原理：无线信道与有线信道详解
通信原理：无线信道与有线信道详解
导读：本文详细介绍了通信原理中的信道概念，特别是无线信道和有线信道的分类和特点。文章内容较为专业，适合对通信原理有一定了解的读者。
信道是指以传输媒质为基础的信号通道，其功能是将信号从发送端传送到接收端。可分为狭义信道和广义信道，本章主要讨论狭义信道。
狭义信道就是指传输媒质本身，因此按照传输媒质不同，又可分为有线信道和无线信道。有线信道利用人造的、能传导电或光信号的媒体来传输信号；无线信道利用电磁波在空间中的传播来传输信号。
- 其他分类：
按输入输出信号种类： 连续信道、离散信道
按传输媒质（狭义）： 无线信道、有线信道
按信道特性： 恒参信道、随参信道
按有无记忆性： 有记忆信道、无记忆信道
按有无衰落： 无失真信道、衰落信道
按传输信号的种类： 低通信道、带通信道
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。原则上，任何频率的电磁波都能产生，但为了有效发射或接收电磁波，要求天线尺寸不小于电磁波波长的1/10，因此用于通信的电磁波频率都比较高。
对于电磁波，随着传播距离增加，其强度不断衰弱。这里考虑一种最简单的情况，即电磁波的传播没有任何障碍空间（例如：吸收、反射、折射、绕射等），称之为电磁波在自由空间传播。
地波（ground wave）
指频率较低（约2MHz以下）的电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播，其有一定的绕射能力，能够传输数百千米或数千千米。
天波（sky wave）
指频率较高（2MHz~30MHz）的电磁波，即高频电磁波通过电离层的反射进行传播（通过多次传播可达10000km以上）。
由上图可知，经电离层反射后的电磁波到达地面后的区域是不连续的，图中非粗线部分称为寂静区。
视线传播（line of sight）
频率高于30MHz的电磁波会穿透电离层，不能被反射回来；并且其绕射能力也很小。因此这类电磁波只能像光波一样作视线传播。
为了能增大其在地面上的传输距离，最简单的办法就是提升天线的高度从而增大视线距离。
- 天线高度h、传播距离d、天线距离D之间的关系：
其中r为地球半径（约6370km）。 - 增加视线传播的方法：
无线电中续（微波中续） 优点：容量大、传输质量稳定
卫星通信（卫星中续） 优点：覆盖范围广、传输距离远、传输质量稳定、通信容量大。缺点：传输延时大、信号衰减大、造价高
平流层通信 与卫星通信比：费用低廉、延时时间小、容量大（目前的主流研究方向）
散射传播
由于传输媒质的不均匀，使电磁波的传播产生向许多方向散射的现象。散射现象具有强方向性，主要集中于前方，故称之为前向散射。
【注意】由于散射信号的能量分散于许多方向，故接收点散射信号的强度比反射信号强度要小得多。
- 3种散射：
电离层散射 发生在30MHz60MHz的电磁波上，由于电离层不均匀产生散射。4000MHz的电磁波上，由于对流层不均匀产生散射。
对流层散射 发生在100MHz
流星余迹散射 流星经过大气层时产生电离余迹使电磁波散射，发生在30MHz~100MHz的电磁波上。
有线信道
传输电信号的有线信道
主要有3种：明线、对称电缆、同轴电缆。
明线 导电裸线或带绝缘层的导线 传输损耗低，但易受天气和环境影响，对外界噪声敏感。
对称电缆 由若干对芯线(双导线)放在一根保护套内制造成 损耗大。性能较稳定
同轴电缆 同轴的两个导体（金属导体、金属编织网）组成 抗干扰强、成本高
传输光信号的有线信道
传输光信号的有线信道是光导纤维，简称光纤。具体如下：