电信传输理论-罐装知识

CH1-传输通信的基本概念

5 block系统模型

• source、transmitter、Transmission system、receiver、destination

Telecommunication 的定义

• a transmission of signals in a long distance

奈培和分贝

$$dB:10log(\frac{P_2}{P_1}); Np=\frac{1}{2}ln(\frac{P_2}{P_1})$$

Np=8.686dB

CH2-数据传输

传输损伤

传输损伤来自

• 衰减（Attenuation）和传输失真（Attenuation distortion）
• 延迟失真（Delay distortion）
• 噪声（Noise）

其中噪声可以细分为：

• 热噪声 thermal noise；$N=kTB$,玻尔兹曼常$k=1.38\times10^{-23}J/K$
• 互调噪声 intermediation noise
• 串扰 crosstalk
• 冲击噪声 impulse noise

信道容量

• 奈奎斯特带宽$R_B=2B$
• 香农公式$C=Blog_2(1+SNR)$

$E_b/N_0$的两种表达式

• 与信号功率S相关：$S_{dBW}-10log(R)+228.6dBW-10logT$. （其中R为比特率，T为开尔文温度）
• 与频谱效率C/B相关：$E_b/N_0=\frac{B}{C}\cdot(2^{C/B}-1)$

CH3-传输介质

光纤的传输窗口

850nm，1310nm，1550nm

天线相关

• 天线增益：$G=\frac{4\pi A_e}{\lambda^2}=\frac{4\pi f^2A_e}{c^2}$
• 波长频率和光速的关系：$f\lambda=c$
• 真空中光速$c=3\times10^8m/s$
• 全向单位增益天线的$A_e=\frac{\lambda^2}{4\pi}$
• 抛物面天线的$A_e=0.56A$
• 抛物面天线简化的增益：$G=\frac{7A}{\lambda^2}$

LoS传输

• 大气散射后的传输距离：$3.57\sqrt{Kh}$，其中K经验值$\frac{4}{3}$
• 两天线间传输距离：$3.57(\sqrt{Kh_1}\sqrt{Kh_2})$

自由空间传播损耗

$$L_{dB}=-20log(\lambda)+20log(d)+21.98, (\lambda,d单位均为m)$$ $$L_{dB}=20log(f)+20log(d)-147.56, (f单位为Hz，d单位为m)$$

CH5-金属传输线

• 传输线特性参数公式总结

  相移常数

  • 定义式：$\beta=\frac{2\pi}{\lambda}$
  • 理想传输线，R=G=0时：$\beta = \omega\sqrt{LC}$
  • 无无失真传输线，$R/L=G/C$，且高频下：$\beta =j \omega \sqrt {LC}(rad/km)$

  传输常数

  • 定义式：$\gamma=\alpha+j\beta$
  • 与传输线特征关联：$\gamma=\sqrt{(R+j\omega L)(G+j\omega C)}$
  • 理想传输线，R=G=0时：$\gamma=j\beta=j\omega\sqrt{LC}$
  • 无失真传输线，$R/L=G/C$或高频下：$\gamma \approx \frac {1}{2} \frac {CR+GL}{\sqrt {LC}} +
    j\omega \sqrt {LC}$

  特征阻抗$Z_0$

  • 定义式：$Z_0=\frac{V_x}{I_x}=\sqrt{\frac{R+j\omega L}{G+j\omega C}}$
  • 无失真传输线或理想传输线下：$Z_0=\sqrt{\frac{L}{C}}$

  衰减常数

  • 定义式：间隔单位距离的$V_1$和$V_2$, $V_1/V_2=e^{\alpha}$
  • 理想传输线，R=G=0时：无衰减，$\alpha=0$
  • 无失真传输线，$R/L=G/C$或高频下：$\alpha =( \frac {R}{2} \sqrt {\frac {C}{L}} + \frac {G}{2} \sqrt {\frac {L}{C}} )(Np/km)$

  相速度

  • 定义式：$v_p=\frac{\omega}{\beta}=f\lambda$
  • 理想传输线下：$v_p=\omega/\beta =\frac{1}{\sqrt{LC}}$

  群速度

  • 定义式：$v_g=\frac{d\omega}{d\beta}$
  • 理想传输线下：$v_g=\frac{d\omega}{d\beta}=\frac{1}{\sqrt{LC}}$

反射公式

电压反射系数（voltage reflection coefficient）

• 定义式：$\rho=\frac{V_r}{V_i}=\frac{I_r}{I_i}$($V_r,I_r$分别表示反射电压电流，$V_i,I_i$分别表示前进电压电流)
• 与 传输线特征阻抗$Z_0$ 和 负载阻抗$Z_L$ 的关系：$\rho=\frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}$
• 回波损耗：$Return\ loss=20\log_{10}(\rho)$

电压驻波比（Voltage standing wave ratio）

• $S=\frac{1+|\rho|}{1-|\rho|}$
• $|\rho|=\frac{S-1}{S+1}$

CH6-光传输线

光反射折射和NA

• 入射角与出射角和折射率的关系：$n_1sin(\theta_i)=n_2\sin(\theta_r)$

• 全反射临界角：$sin\theta_c=\frac{n_2}{n_1}$
• Numerical Aperture (NA)：$NA=n_0sin(\phi_i)=\sqrt{n_1^2-n_2^2}$

光纤的传输损耗来源

光纤传输色散来源

• 模式色散（多模主要） mode dispersion
• 材料色散（单模主要）material dispersion
• 波导色散 waveguide dispersion
• 偏振色散 polarization dispersion