第二章-传输介质
合集下载
网络互连设备之网络传输介质
2 微波
微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电 波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米） 到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和 亚毫米波的统称。微波的基本性质通常呈现为穿透、 反射、吸收三个特性。
Home
3 激光
激光通信，是激光在大气空间传输的一种通信方式。激光大气通信的发送设备 主要由激光器（光源）、光调制器、光学发射天线（透镜）等组成；接收设备 主要由光学接收天线、光检测器等组成。 信息发送时，先转换成电信号，再由光调制器将其调制在激光器产生的激 光束上，经光学天线发射出去。信息接收时，光学接收天线将接收到的光信号 聚焦后，送至光检测器恢复成电信号，在还原为信息。
Home
3
光纤
光纤又称为光缆或光导纤维，由光导纤维纤芯、玻璃网层和能吸收光线的外壳组 成。是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。应用光 学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在 另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处 理。与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速 度快、传输距离大。主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。 具有不受外界电磁场的影响，无限制的带宽等特点，可以实现每秒几十兆位的数 据传送，尺寸小、重量轻，数据可传送几百千米，但价格昂贵。
Home
1
无线传输介质
无线电
无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波。无线电 技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术。无线电技术的原理在于，导体 中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无 线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导 体中产生电流。 通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的 目的。
通信导论传输介质
生反射。反射一般在地球表面，建筑物、墙壁表面发生。 （3）绕射：当电磁波被尖锐的物体边缘阻挡时，会发生
绕射； （4）散射：当电磁波遇到比波长小的物体，并且单位体
积内这种障碍物的数量较多的时，会发生散射。散射发生 在粗糙的表面、小物体或其它不规则物体上，例如，树叶、 灯柱等会引起散射。
18
2.4 无线信道（3）
20
类型
室外宏蜂窝 模型
室外微蜂窝 模型
室内传播模 型
名称 自由空间传播模型
平面大地传播模型
杂乱因子模型（Clutter Factor Model） 奥村模型（Okumura-Hata Model） COST 231-Hata模型 Lee模型
特征
备注
在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，不发生发射、 经验模型 折射、绕射、散射现象
第二章 传输介质
2.1 传输介质的基本概念 2.2 双绞线 2.3 同轴电缆 2.4 无线信道 2.5 微波 2.6 光纤
1
2.1 传输介质的基本概念（1）
2.1.1 传输介质
传输介质是连接通信设备的媒介，是通信设备之间 的物理通道，是信号的实际载体。
传输介质的多样性源于通信环境和业务的多样性。
（2）传播时延：包括传播时延的平均值、传播时延的最大值和 传播时延的统计特性等；
（3）时延扩展：信号通过不同的路径、沿不同的方向到达接收 端会引起时延扩展，时延扩展是对信道色散效应的描述；
（4）多普勒扩展：是一种由于多普勒频移现象引起的衰落过程 的频率扩散，又称时间选择性衰落，是对信道时变效应的描述；
2、无线信道的指标
多种传播机制的存在使得任何一点接收到的无线信号都极少是经 过直线传播的原有信号。
（1）传播损耗：无线信号的损耗主要以下三种： ① 路径损耗：由于电波的弥散特性造成的，反映了在公里级 的空间距离内，接收信号电平的衰减，也称大尺度衰落； ② 阴影衰落（慢衰落）：接收信号的场强在长时间内的缓慢 变化，一般由于电波在传播路径上遇到由于障碍物的电磁场 阴影区所引起的； ③ 多径衰落（快衰落）：接收信号场强在整个波长内迅速的 随机变化，一般主要由于多径效应引起的。
绕射； （4）散射：当电磁波遇到比波长小的物体，并且单位体
积内这种障碍物的数量较多的时，会发生散射。散射发生 在粗糙的表面、小物体或其它不规则物体上，例如，树叶、 灯柱等会引起散射。
18
2.4 无线信道（3）
20
类型
室外宏蜂窝 模型
室外微蜂窝 模型
室内传播模 型
名称 自由空间传播模型
平面大地传播模型
杂乱因子模型（Clutter Factor Model） 奥村模型（Okumura-Hata Model） COST 231-Hata模型 Lee模型
特征
备注
在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，不发生发射、 经验模型 折射、绕射、散射现象
第二章 传输介质
2.1 传输介质的基本概念 2.2 双绞线 2.3 同轴电缆 2.4 无线信道 2.5 微波 2.6 光纤
1
2.1 传输介质的基本概念（1）
2.1.1 传输介质
传输介质是连接通信设备的媒介，是通信设备之间 的物理通道，是信号的实际载体。
传输介质的多样性源于通信环境和业务的多样性。
（2）传播时延：包括传播时延的平均值、传播时延的最大值和 传播时延的统计特性等；
（3）时延扩展：信号通过不同的路径、沿不同的方向到达接收 端会引起时延扩展，时延扩展是对信道色散效应的描述；
（4）多普勒扩展：是一种由于多普勒频移现象引起的衰落过程 的频率扩散，又称时间选择性衰落，是对信道时变效应的描述；
2、无线信道的指标
多种传播机制的存在使得任何一点接收到的无线信号都极少是经 过直线传播的原有信号。
（1）传播损耗：无线信号的损耗主要以下三种： ① 路径损耗：由于电波的弥散特性造成的，反映了在公里级 的空间距离内，接收信号电平的衰减，也称大尺度衰落； ② 阴影衰落（慢衰落）：接收信号的场强在长时间内的缓慢 变化，一般由于电波在传播路径上遇到由于障碍物的电磁场 阴影区所引起的； ③ 多径衰落（快衰落）：接收信号场强在整个波长内迅速的 随机变化，一般主要由于多径效应引起的。
第2章 传输介质教材课程
图 2.2 4线对对绞电缆和25对大对数电缆
2020/8/2
8
综合布线
1、非屏蔽对绞线电缆UTP
第2章 传输介质
图 2.3 6类4对非屏蔽对绞线电缆
2020/8/2
9
综合布线
2、屏蔽对绞线电缆STP
第2章 传输介质
根据防护要求，对于屏蔽电缆可分为F/UTP(电缆金属箔屏蔽)、 U/FTP(线对金属箔屏蔽)、SF/UTP(电缆金属编织丝网加金属箔屏 蔽)、S/FTP(电缆金属箔编织网屏蔽加上线对金属箔屏蔽)几种结 构。这是按照《用户建筑综合布线》ISO/IEC 11801中推荐的方法
独立双层屏蔽对绞电缆(SSTP)三种形式。
图 2.5 FTP屏蔽对绞电缆
2020/8/2
11
综合布线
第2章 传输介质
图 2.6 SFTP屏蔽对绞电缆
图 2.7 SSTP屏蔽对绞电缆
2020/8/2
12
综合布线
第2章 传输介质
2．对绞电缆的分类
对绞电缆作为最常用的综合布线系统传输介质，有许多品种 类型，可以从不同的角度进行分类。 （1）按传输电气性能分 ①100Ω屏蔽电缆 ②100Ω非屏蔽电缆 （2）按缆线结构形式和应用场合分 对屏蔽对绞电缆和非屏蔽对绞电缆，按缆线结构形式和应用 场合又可分为垂直主干电缆、自承式电缆、加固自承式电缆、 架空电缆、直埋电缆等品种。
对绞电缆是由两根具有绝缘层的铜导线按一定密度螺旋 状互相绞缠在一起构成的线对。
图 2.1 对绞线电缆的基本结构
2020/8/2
6
综合布线
第2章 传输介质
对绞电缆的电导线是铜导体。铜导体采用美国线规尺寸系统，即AWG
（American Wire Gauge）标准，如表2.1所列。
第2章网络传输介质
2020/9/18
1.网卡上RJ-45接口的引脚功能 RJ-45连接器中共有8个引脚，但是在l0Base-T和100Base-T网络中，只用到 其中的4个引脚，即脚1、脚2、脚3和脚6，其余4个引脚（脚4、脚5、脚7和脚8） 被保留，未被使用。但是，在实际组网中，一般要求使用8芯（4对共8根）的双 绞线，而且每个引脚都要有对应的导线连接，这似乎有些浪费，但符合EIA／ TIA568布线标准。例如，早期的10Base-T网络多使用2芯（4根）的双绞线，在与 RJ-45连接器连接时只用到其中的脚1、脚2、脚3和脚6共4个引脚，而让剩余的4 个引脚空闲。这种接法虽然可以使网络导通，但不符合EIA／TIA的标准，当网络 升级到100Base-T时将无法满足通信要求，需要重新进行布线。表3.2列出了 10Base-T和100Base-T标准中每个引脚的功能。
3.1.1 双绞线的组成特点
双绞线中导线的颜色分别为白绿、绿、白橙、橙、白蓝、蓝、白棕、棕。在 双绞线电缆内，除了有导线对外，一般还有一根尼龙绳（抗拉纤维），用于增加 双绞线电缆的抗拉强度。在双绞线线缆的最外层，有一层塑料护套，用于保护内 部的导线。为什么双绞线中的每一对导线要进行相互扭绕呢?这是为了降低信号之 间的干扰，延长传输距离。图3.1是一根常用的双绞线的组成结构。
2020/9/18
3.1.2 双绞线的分类
根据结构、用途和性能的不同，双绞线一般有两种分类方法：一种按照结构 的不同可以分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线两大类；另一种是根据性能的不同可 以分为3类、4类、5类等不同的类型。
1、根据结构来分 根据结构的不同，双绞线可以分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（ STP）两大类。STP电缆的外面由一层金属材料包裹，以减小幅射，防止信息被 窃听，同时具有较高的数据传输率（5类STP在100m内可达到155Mbit／s，而 UTP只能达到100Mbit／s）。但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非 屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。 在STP中还有一种采用整体屏蔽的屏蔽双绞线，称为FTP。两者的区别是普通 STP中的每一根铜导线的外面都分别包裹有一层金属屏蔽层，而FTP则只在所有 绕对的外面包裹有一层金属屏蔽层。 与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线电缆外面只需一层绝缘胶皮，因而重量轻 、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线，所以在无特殊要求的网 络布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。 2、根据性能来分 根据性能的不同，非UTP可以分为3类、4类、5类、超5类、6类和7类七种 ；而STP只分为3类和5类两种。目前，最常见也是布线中最常用的是5类和超5类 双绞线。每一类的性能分别如下。
1.网卡上RJ-45接口的引脚功能 RJ-45连接器中共有8个引脚，但是在l0Base-T和100Base-T网络中，只用到 其中的4个引脚，即脚1、脚2、脚3和脚6，其余4个引脚（脚4、脚5、脚7和脚8） 被保留，未被使用。但是，在实际组网中，一般要求使用8芯（4对共8根）的双 绞线，而且每个引脚都要有对应的导线连接，这似乎有些浪费，但符合EIA／ TIA568布线标准。例如，早期的10Base-T网络多使用2芯（4根）的双绞线，在与 RJ-45连接器连接时只用到其中的脚1、脚2、脚3和脚6共4个引脚，而让剩余的4 个引脚空闲。这种接法虽然可以使网络导通，但不符合EIA／TIA的标准，当网络 升级到100Base-T时将无法满足通信要求，需要重新进行布线。表3.2列出了 10Base-T和100Base-T标准中每个引脚的功能。
3.1.1 双绞线的组成特点
双绞线中导线的颜色分别为白绿、绿、白橙、橙、白蓝、蓝、白棕、棕。在 双绞线电缆内，除了有导线对外，一般还有一根尼龙绳（抗拉纤维），用于增加 双绞线电缆的抗拉强度。在双绞线线缆的最外层，有一层塑料护套，用于保护内 部的导线。为什么双绞线中的每一对导线要进行相互扭绕呢?这是为了降低信号之 间的干扰，延长传输距离。图3.1是一根常用的双绞线的组成结构。
2020/9/18
3.1.2 双绞线的分类
根据结构、用途和性能的不同，双绞线一般有两种分类方法：一种按照结构 的不同可以分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线两大类；另一种是根据性能的不同可 以分为3类、4类、5类等不同的类型。
1、根据结构来分 根据结构的不同，双绞线可以分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（ STP）两大类。STP电缆的外面由一层金属材料包裹，以减小幅射，防止信息被 窃听，同时具有较高的数据传输率（5类STP在100m内可达到155Mbit／s，而 UTP只能达到100Mbit／s）。但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非 屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。 在STP中还有一种采用整体屏蔽的屏蔽双绞线，称为FTP。两者的区别是普通 STP中的每一根铜导线的外面都分别包裹有一层金属屏蔽层，而FTP则只在所有 绕对的外面包裹有一层金属屏蔽层。 与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线电缆外面只需一层绝缘胶皮，因而重量轻 、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线，所以在无特殊要求的网 络布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。 2、根据性能来分 根据性能的不同，非UTP可以分为3类、4类、5类、超5类、6类和7类七种 ；而STP只分为3类和5类两种。目前，最常见也是布线中最常用的是5类和超5类 双绞线。每一类的性能分别如下。
第2章 传输介质
12.05.2021
30
综合布线
第2章 传输介质
2．按光在光纤中的传输模式分类
按光纤中信号的传输模式，可分为多模光纤(Multi Mode Fiber， MMF)和单模光纤（Single Mode Fiber，SMF）两类。 “模式”其实就是光线的入射角。简单地说，在光纤的受光角内，以 某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯至包层交界面上产生全 反射的传播光线，就可称之为光的一个传输模式。 只允许传输一个基模的光纤就称为单模光纤。单模光纤纤芯很细，芯 径一般为8～10µm，单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。 多模光纤相对单模光纤直径要大得多，纤芯的外径是50或62.5µm， 可传输多种模式的光。
12.05.2021
22
综合布线
划分方法 用途
导体结构
类别 主干电缆 水平电缆 工作区缆线 设备 实心导体
绞合导体 铜皮导体电缆
第2章 传输介质
表 2.6 对绞电缆型式代码
代号 HSG HS HSQ HSB 省略
划分方法 绝缘材料
护套材料
类别 聚烯烃 聚氯乙烯 含氟聚合物 低烟无卤热塑性材料 聚氯乙烯
R
含氟聚合物
TR
低烟无卤热塑性材料
代号 Y V W Z V
W Z
绝缘型式
最高传输 速率
实心绝缘 泡沫实心皮绝缘 16MHz（3类电缆） 20MHz（4类电缆） 100MHz（5类电缆）
省略 P 3 4 5
总屏蔽 特征阻抗
有总屏蔽 无总屏蔽 100Ω 150Ω
P 省略 省略 150
12.05.2021
12.05.2021
18
综合布线
第2章 传输介质
《传输介质》课件
详细描述
同轴电缆常用于电视信号、网络信号等传输，特别是在需要较高传输质量和抗 干扰能力的场合。同轴电缆的传输距离较远，但成本较高，安装和维护相对复 杂。
光纤
总结词
光纤是一种传输介质，利用光的全反射原理传递信号，具有高速、高带宽、低损耗等特点。
详细描述
光纤广泛应用于长距离、高速数据传输领域，如互联网、电视信号等。光纤传输不受电磁干扰和雷电影响，传输 质量高，损耗低，能够支持更高的数据传输速率和更远的传输距离。光纤的制造和维护成本较高，需要专业的技 术和设备支持。
03 无线传输介质
无线电波
无线电波的传播方式
无线电波的应用
无线电波是通过空间传播的电磁波， 可以在自由空间中传播，也可以在导 电介质中传播。
无线电波广泛应用于通信、广播、电 视、雷达、导航、测向等领域。
无线电波的频段
无线电波的频段非常广泛，根据不同 的应用和频段，可以分为长波、中波 、短波、超短波和微波等。
双绞线广泛应用于电话线、局域网等场合，传输距离较短，但价格低廉，易于安 装和维护。常见的双绞线有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种，其中屏蔽双绞线具 有较好的抗干扰性能，适用于高速数据传输和干扰较大的场合。
同轴电缆
总结词
同轴电缆是一种结构特殊的传输介质，由内导体、绝缘层和外部的金属网组成 ，具有较好的抗干扰性能和传输质量。
《传输介质》课件
目录
Contents
• 传输介质概述 • 有线传输介质 • 无线传输介质 • 传输介质的选择 • 传输介质的发展趋势
01 传输介质概述
传输介质的定义
传输介质
指在网络中传输信息的物理通道 ，是实现网络连接的基础。
传输介质的作用
传输介质负责将数据从一个设备 传输到另一个设备，是实现网络 通信的重要环节。
同轴电缆常用于电视信号、网络信号等传输，特别是在需要较高传输质量和抗 干扰能力的场合。同轴电缆的传输距离较远，但成本较高，安装和维护相对复 杂。
光纤
总结词
光纤是一种传输介质，利用光的全反射原理传递信号，具有高速、高带宽、低损耗等特点。
详细描述
光纤广泛应用于长距离、高速数据传输领域，如互联网、电视信号等。光纤传输不受电磁干扰和雷电影响，传输 质量高，损耗低，能够支持更高的数据传输速率和更远的传输距离。光纤的制造和维护成本较高，需要专业的技 术和设备支持。
03 无线传输介质
无线电波
无线电波的传播方式
无线电波的应用
无线电波是通过空间传播的电磁波， 可以在自由空间中传播，也可以在导 电介质中传播。
无线电波广泛应用于通信、广播、电 视、雷达、导航、测向等领域。
无线电波的频段
无线电波的频段非常广泛，根据不同 的应用和频段，可以分为长波、中波 、短波、超短波和微波等。
双绞线广泛应用于电话线、局域网等场合，传输距离较短，但价格低廉，易于安 装和维护。常见的双绞线有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种，其中屏蔽双绞线具 有较好的抗干扰性能，适用于高速数据传输和干扰较大的场合。
同轴电缆
总结词
同轴电缆是一种结构特殊的传输介质，由内导体、绝缘层和外部的金属网组成 ，具有较好的抗干扰性能和传输质量。
《传输介质》课件
目录
Contents
• 传输介质概述 • 有线传输介质 • 无线传输介质 • 传输介质的选择 • 传输介质的发展趋势
01 传输介质概述
传输介质的定义
传输介质
指在网络中传输信息的物理通道 ，是实现网络连接的基础。
传输介质的作用
传输介质负责将数据从一个设备 传输到另一个设备，是实现网络 通信的重要环节。
第2章网络传输介质
2．同轴电缆
同轴电缆是计算机网络中较早出现的一类传输介质，目前使用的越来越 少。同轴电缆使用硬铜线作为芯材来传输信号，在其外部包裹着一层绝 缘材料。在这层绝缘材料之外用密织的网状金属导体环绕作为屏蔽层， 网外再覆盖一层保护性材料，因此同轴电缆有很好的抗电磁干扰的性能。 计算机网络中经常使用的同轴电缆根据以用需求分为细同轴电缆（简称 细缆或10Base2）和粗同轴电缆（简称粗缆或10Base5）。除此之外还有 用于有线电视系统中使用的同轴电缆，主要用于传递模拟信号。
• 2.4.3传输介质
1．双绞线
双绞线(TP:Twisted Pairwire)是局域网中最常用的一种传输介质。双绞 线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。
图2-17 非屏蔽双绞线（中间是起加强作用的抗拉纤维）
双绞线级可以传递模拟信号也可以传递模拟信号。EIA/TIA为双绞线电缆定 义了五种不同质量的型号。计算机网络中使用第三、四、五类。这五种型 号如下： 第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电 话线缆），不用于数据传输。 第二类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数 据传输，常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。 第三类：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。该电缆的传 输频率为16MHz,用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输， 主要用于10base-T。 第四类：该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率 16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。 第五类：该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频 率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主 要用于100base-T和10base-T网络，这是目前计算机网络中主要使用的 双绞线类型。 ○除了此上双绞线类型以外，近年还出现了超五类和六类非屏蔽双绞 线。与五类双绞线相比超五类双绞线的衰减和串扰更小，可以提供好的网 络基础。
第二章传输介质
（4）什么是信道速率
传输速率和带宽的关系可以由香农 公式和Nyquist准则确定。
在通信理论研究中多用第一种解释， 在计算机网络中信道带宽常常指传输速
率。
（5）传输介质的特性 － 物理特性：对传输介质物理结构的描述 － 传输特性：传输介质允许传送数字或模
拟信号，以及调制技术、传送容量与传送的 频率范围等
•类别• •三类• •四类• •五类•
•
表2.1 常用UTP的性能
10－带宽 base－数字基带传输 T－双绞线5类和3类
都可以,3类更合适
•规格•AWG• •性能•
•典型应用•
•22•和•24•
•16 MHz•
•E1/T1•、令牌环网、•10 Base••-T •网等•
•各种•
•20 MHz• •4/16 Mb/s•令牌环网•
双绞线
有线介质
同轴电缆
传
光纤
输 介
无线电
质
无线介质
微波
红外线
1．双绞线
双绞线是指由一对绝缘的铜导线扭绞在一起组成的一条物理 通信链路。采用双线扭绞的形式主要是为减少线间的低频干扰， 扭绞得越紧密抗干扰能力越好。
扭距
图2.1 双绞线的物理结构
传输特性：
（１）串音会随频率的 升高而增加，抗干扰能 力差，通常用作电话用 户线和局域网传输介质， 在局域网范围内传输速 率可达100 Mb/s，但其 很难用于宽带通信和长 途传输线路。
2.1.2 传输介质
传输介质分为有线介质和无线介质两大类，无论何种 情况，信号都是以电磁波的形式传输的。
在有线介质中，电磁波信号会沿着有形的固体介质传 输，有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；
第二讲 传输介质
传输介质提供通信设备之间的物理通道， 是信息传输的实际载体
传输介质的多样性：源于通信环境和业 务的多样性
2019/9/21
4
传输介质的基本概念(续)
传输介质的分类
有线
双绞线 同轴电缆 光纤
无线
地面微波 卫星 红外等
2019/9/21
5
传输介质的基本概念(续)
通信导论
张冬梅 (zhangdm@)
北京邮电大学计算机科学与技术学院
2019/9/21
1
第二章 传输介质
2019/9/21
2
主要内容
2.1 传输介质的基本概念 2.2 双绞线 2.3 同轴电缆 2.4 微波与卫星 2.5 光纤
2019/9/21
3
2.1 传输介质的基本概念
2019/9/21
31
2.5.1 概述
1950—1960年，Charles Kao提出制造光纤的 设想,1966年7月高锟发表文章指明了光纤的研 究方向
1970年,美国康宁公司首次研制成达到实用水 平的光纤
2019/9/21
32
2.5.2 光纤的工作窗口
工作窗口的定义
光纤对特定波长的光波的传输损耗明显要小于 其他波长的光波，这些特定的波长就是光纤的 工作窗口
以太网
2019/9/21
13
2.3 同轴电缆
2.3.1 概述 2.3.2 特点 2.3.3 应用
2019/9/21
14
2.3.1 同轴电缆概述
同轴电缆的结构
铜导体 绝缘层 屏蔽层（返回路径） 外套
分类
基带同轴电缆：50欧姆阻抗，用于数字传输 宽带同轴电缆：75欧姆阻抗，用于模拟传输
传输介质的多样性：源于通信环境和业 务的多样性
2019/9/21
4
传输介质的基本概念(续)
传输介质的分类
有线
双绞线 同轴电缆 光纤
无线
地面微波 卫星 红外等
2019/9/21
5
传输介质的基本概念(续)
通信导论
张冬梅 (zhangdm@)
北京邮电大学计算机科学与技术学院
2019/9/21
1
第二章 传输介质
2019/9/21
2
主要内容
2.1 传输介质的基本概念 2.2 双绞线 2.3 同轴电缆 2.4 微波与卫星 2.5 光纤
2019/9/21
3
2.1 传输介质的基本概念
2019/9/21
31
2.5.1 概述
1950—1960年，Charles Kao提出制造光纤的 设想,1966年7月高锟发表文章指明了光纤的研 究方向
1970年,美国康宁公司首次研制成达到实用水 平的光纤
2019/9/21
32
2.5.2 光纤的工作窗口
工作窗口的定义
光纤对特定波长的光波的传输损耗明显要小于 其他波长的光波，这些特定的波长就是光纤的 工作窗口
以太网
2019/9/21
13
2.3 同轴电缆
2.3.1 概述 2.3.2 特点 2.3.3 应用
2019/9/21
14
2.3.1 同轴电缆概述
同轴电缆的结构
铜导体 绝缘层 屏蔽层（返回路径） 外套
分类
基带同轴电缆：50欧姆阻抗，用于数字传输 宽带同轴电缆：75欧姆阻抗，用于模拟传输
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
32
微波通信的主要应用
微波的主要应用系统：
微波中继通信；
多点分配业务（LMDS/MMDS）； 无线局域网； 第四代移动通信系统。
主要应用场景：地形受限时的接入（有线网络
的补充）、长途中继通信、应急通信等。
33
卫星通信
Geostationary Satellite
Delay in one direction from earth station to earth station is 250ms (.25secs)
47
光纤的相关概念
光纤的结构
玻璃纤维(信号的传输)：外径一般为125140um； 包层(将光信号封闭在纤芯中) 涂覆层
光缆：将多条光纤固定在一起构成。
48
光纤的相关概念
光纤的分类（可以有不同的分类方式）
按照光纤横截面上折射率不同分类：阶跃型光纤/渐变型光纤。 按照传输模式分类：单模光纤/多模光纤；
20
无线信道
无线信道的基本概念 电磁波在无线信道中的传播 无线信道的传播模型 无线信道的特点
21
无线信道的基本概念
无线信道的定义：无线通信中基站天线 与用户天线之间的传播路径；
天线：用来发射电磁能量或者接收电磁能 量的电导体或电导体系统。
无线通信的特点：由于远比有线通信恶 劣和多变的无线传播环境，需要深入研 究信道的特点以及对信道的使用方式。
红外线
视距范围传播；
与微波区别：无法穿透墙体，不存在频率分 配问题。
42
2012-10-21
光纤
光纤通信的概念与基本原理 光纤的工作窗口 光纤的相关概念
光纤作为传输介质的主要特点
43
光纤通信的概念与基本原理
光纤通信的历史
1950—1960年，光纤之父Charles Kao提出制造光纤
16
同轴电缆
同轴电缆的概述 同轴电缆的特点 同轴电缆的应用
17
同轴电缆的概述
同轴电缆的结构
铜导体 绝缘塑料层 金属屏蔽层（返回路径） 外套层
分类
基带同轴电缆：50欧姆阻抗，用于数字传输 （基带传输） 宽带同轴电缆：75欧姆阻抗，用于模拟传输 （频率复用）
18
同轴电缆的特点
14
双绞线的特点
优点
成本低，易于安装 应用广泛（用户电话线、以太网） 带宽有限 信号传输距离短（1公里左右） 抗干扰能力不强（电磁干扰、电源线、潮 湿）
15
缺点
双绞线的应用
电话传输系统中的用户线
用户环路，4KHz（模拟） ISDN（数字） xDSL（数字） 以太网
数据通信系统中
有线通信与无线通信中的信号传赖．实际上都 是电磁波在不同介质中的传播过程； 本章介绍的传输媒介有双绞线、同轴电缆、无 线信道、微波信道、光纤等。
4
传输介质的分类
传输介质的分类
有线
双绞线（屏蔽/非屏蔽） 同轴电缆 光纤
5
Biblioteka 有线传输介质的特点
带宽资源丰富，使用频率不受管制 保密性好 抗干扰能力强 安装工期长 成本（电缆成本低/主要用于接入网、 光纤成本高/主要用于骨干网）
Modem
Modem
Digital Signal
29
微波频段的定义
微波频段：1Ghz到100Ghz，也有定义认 为微波频段的上限为1000GHz，实用的 微波通信系统工作上限一般为50GHz；
微波中继放大器之间的距离取决于传输的 频率；
微波在视线范围内传播。
30
微波频段的特点
微波的优点
25
常见的信道传播模型
26
无线信道的特点
频谱资源有限 传播环境复杂 存在多种干扰
网络拓扑多变
27
无线信道的微波频段
微波频段的定义 微波频段的特点 地面视距信道 微波通信的主要应用
28
微波通信
Analogue Microwave Radio Path
Digital Signal
卫星的应用
基本应用环境
陆地设备无法到达的远程通信；
点对多点通信； 应急通信系统。
典型系统
铱星系统；
国际海事卫星系统(Inmarsat)；
2012-10-21
全球星系统(Globalstar) 。
41
无线电波与红外线
无线电波
一般为全向性的；
3kHz-300GHz。
卫星通信使用的频谱资源
2012-10-21
36
卫星通信的特点
通信距离远, 通信成本与距离无关；
下行广播，覆盖范围广；
通信链路相对稳定(与地面无线通信链路比较)； 通信容量大，可提供较大的带宽和数据速率； 信号传输时延长、衰减大； 卫星设备管理和控制复杂。 成本高。
46
光纤的工作窗口
工作窗口的定义：光纤对特定波长的光波的传 输损耗明显要小于其他波长的光波，这些特定 的波长就是光纤的工作窗口。
三个工作窗口
0.8-0.9μm：石英多模光纤、近距离通信，目前 很少使用。 1.31μm：石英单模光纤、目前大规模应用。 1.55μm：石英单模光纤、长距离传输系统（跨 海光缆）
屏蔽双绞线STP 非屏蔽双绞线UTP
1类（两对，语音和低速数据20kbit/s） 2类（语音、4Mbit/s的数据） 3类（语音、10Mbit/s的数据、以太网） 4类（语音、16Mbit/s的数据） 5类（语音、100Mbit/s的数据） 超5类（1000Mbit/s的数据）
38
卫星通信的特点
卫星的优点
远程接入； 覆盖范围广； 对地球拓扑不敏感； 成本和距离的关系小； 高带宽。
39
卫星的缺点
初装成本高； GEO系统传输时延较大； 环境干扰问题； 需要许可证； 某些区域内分配受限制； 自然现象造成影响。
2012-10-21 40
模式：光纤中的一个特定的入射角对应一个模式，当光纤直径较 大时．可以允许光以多个入射角射人并传播．此时就称为多模光 纤：当光纤直径较小时，只允许一个方向的光通过，就称为单模 光纤。多模造成的干扰大，因此广泛采用的是单模光纤。
工作频率高，可用带宽大（几十兆赫兹）； 波长短，易于设计高增益的天线。 受天电干扰小（天电干扰、工业干扰和太阳黑子活 动基本不影响微波频段）。 视线范围传播； 对气候敏感（容易受天气影响，雷雨、空气凝结物 等都会引起反射，影响通信效果）； 需要频带使用许可。
31
微波的缺点
地面视距信道
微波传输的信道也被称为地面视距信道，主要 考虑的因素包括大气效应和地面效应。
22
无线信道的复杂性
无线信道的衰落特性取决于无线电波传播 环境，不同的环境，其传播特性也不尽相 同。
信号传输的信噪比相差大； 信道条件复杂，移动性不可控（变化大）； 衰落（陆地移动无线信道中信号强度的骤然 降低）； 同频干扰。
23
电磁波在无线信道中的传播
基本传播机制
直射：即无线信号在自由空间中的传播。 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生
的设想，2009年度获诺贝尔奖；
1970年,美国康宁公司首次研制成功达到实用水平的 光纤；
目前光纤传输技术已经达到数千公里无中继的先进 水平。
44
光纤通信的定义
光纤通信的定义：光纤通信是以光波为载频， 光导纤维为传输媒介的一种通信方式。
光纤通信一般在发送方对信息的数字编码进行
强度调制，在接收端以直接检波的方式来完成 光电变换。
吸收衰减：12GHz以上频段（水气、氧气吸收水分） 雨雾衰减：10GHZ以上频段，微波传输的主要影响 因素； 大气折射：是由于空气密度存在梯度而造成的微波 传播方向的改变。 费涅尔效应：描述了微波传播在遇到障碍物时产生 的附加损耗。 地面反射：是传播过程中产生电平衰落的主要原因。 频率选择性衰落。
通信导论
信息与通信工程学院
1
第二章 传输介质
传输介质的基本概念 双绞线 同轴电缆 无线信道 无线信道的微波频段 光纤
2
传输介质的基本概念
传输介质 传输介质的分类 传输介质与传输技术的设计
3
传输介质
传输介质提供通信设备之间的物理通道， 是信息传输的实际载体; 传输介质的多样性：源于通信环境和业 务的多样性;
实用的传输技术应考虑各种因素的影响进行 折衷。
10
双绞线
双绞线的概述
双绞线的特点
双绞线的应用
11
双绞线的概述
双绞线的定义：一对带有屏蔽层的铜线 以螺旋的方式缠绕在一起，一般由多对 这样的双绞线构成电缆。 传输平衡信号：两条导线同时传输信号， 其相位差为180o,外界的电磁干扰可以相 互抵消。 通过螺旋式的布线来消除干扰，每一根 导线在传输中辐射的电波会被另一根线 上发出的电波抵消。
微波通信的主要应用
微波的主要应用系统：
微波中继通信；
多点分配业务（LMDS/MMDS）； 无线局域网； 第四代移动通信系统。
主要应用场景：地形受限时的接入（有线网络
的补充）、长途中继通信、应急通信等。
33
卫星通信
Geostationary Satellite
Delay in one direction from earth station to earth station is 250ms (.25secs)
47
光纤的相关概念
光纤的结构
玻璃纤维(信号的传输)：外径一般为125140um； 包层(将光信号封闭在纤芯中) 涂覆层
光缆：将多条光纤固定在一起构成。
48
光纤的相关概念
光纤的分类（可以有不同的分类方式）
按照光纤横截面上折射率不同分类：阶跃型光纤/渐变型光纤。 按照传输模式分类：单模光纤/多模光纤；
20
无线信道
无线信道的基本概念 电磁波在无线信道中的传播 无线信道的传播模型 无线信道的特点
21
无线信道的基本概念
无线信道的定义：无线通信中基站天线 与用户天线之间的传播路径；
天线：用来发射电磁能量或者接收电磁能 量的电导体或电导体系统。
无线通信的特点：由于远比有线通信恶 劣和多变的无线传播环境，需要深入研 究信道的特点以及对信道的使用方式。
红外线
视距范围传播；
与微波区别：无法穿透墙体，不存在频率分 配问题。
42
2012-10-21
光纤
光纤通信的概念与基本原理 光纤的工作窗口 光纤的相关概念
光纤作为传输介质的主要特点
43
光纤通信的概念与基本原理
光纤通信的历史
1950—1960年，光纤之父Charles Kao提出制造光纤
16
同轴电缆
同轴电缆的概述 同轴电缆的特点 同轴电缆的应用
17
同轴电缆的概述
同轴电缆的结构
铜导体 绝缘塑料层 金属屏蔽层（返回路径） 外套层
分类
基带同轴电缆：50欧姆阻抗，用于数字传输 （基带传输） 宽带同轴电缆：75欧姆阻抗，用于模拟传输 （频率复用）
18
同轴电缆的特点
14
双绞线的特点
优点
成本低，易于安装 应用广泛（用户电话线、以太网） 带宽有限 信号传输距离短（1公里左右） 抗干扰能力不强（电磁干扰、电源线、潮 湿）
15
缺点
双绞线的应用
电话传输系统中的用户线
用户环路，4KHz（模拟） ISDN（数字） xDSL（数字） 以太网
数据通信系统中
有线通信与无线通信中的信号传赖．实际上都 是电磁波在不同介质中的传播过程； 本章介绍的传输媒介有双绞线、同轴电缆、无 线信道、微波信道、光纤等。
4
传输介质的分类
传输介质的分类
有线
双绞线（屏蔽/非屏蔽） 同轴电缆 光纤
5
Biblioteka 有线传输介质的特点
带宽资源丰富，使用频率不受管制 保密性好 抗干扰能力强 安装工期长 成本（电缆成本低/主要用于接入网、 光纤成本高/主要用于骨干网）
Modem
Modem
Digital Signal
29
微波频段的定义
微波频段：1Ghz到100Ghz，也有定义认 为微波频段的上限为1000GHz，实用的 微波通信系统工作上限一般为50GHz；
微波中继放大器之间的距离取决于传输的 频率；
微波在视线范围内传播。
30
微波频段的特点
微波的优点
25
常见的信道传播模型
26
无线信道的特点
频谱资源有限 传播环境复杂 存在多种干扰
网络拓扑多变
27
无线信道的微波频段
微波频段的定义 微波频段的特点 地面视距信道 微波通信的主要应用
28
微波通信
Analogue Microwave Radio Path
Digital Signal
卫星的应用
基本应用环境
陆地设备无法到达的远程通信；
点对多点通信； 应急通信系统。
典型系统
铱星系统；
国际海事卫星系统(Inmarsat)；
2012-10-21
全球星系统(Globalstar) 。
41
无线电波与红外线
无线电波
一般为全向性的；
3kHz-300GHz。
卫星通信使用的频谱资源
2012-10-21
36
卫星通信的特点
通信距离远, 通信成本与距离无关；
下行广播，覆盖范围广；
通信链路相对稳定(与地面无线通信链路比较)； 通信容量大，可提供较大的带宽和数据速率； 信号传输时延长、衰减大； 卫星设备管理和控制复杂。 成本高。
46
光纤的工作窗口
工作窗口的定义：光纤对特定波长的光波的传 输损耗明显要小于其他波长的光波，这些特定 的波长就是光纤的工作窗口。
三个工作窗口
0.8-0.9μm：石英多模光纤、近距离通信，目前 很少使用。 1.31μm：石英单模光纤、目前大规模应用。 1.55μm：石英单模光纤、长距离传输系统（跨 海光缆）
屏蔽双绞线STP 非屏蔽双绞线UTP
1类（两对，语音和低速数据20kbit/s） 2类（语音、4Mbit/s的数据） 3类（语音、10Mbit/s的数据、以太网） 4类（语音、16Mbit/s的数据） 5类（语音、100Mbit/s的数据） 超5类（1000Mbit/s的数据）
38
卫星通信的特点
卫星的优点
远程接入； 覆盖范围广； 对地球拓扑不敏感； 成本和距离的关系小； 高带宽。
39
卫星的缺点
初装成本高； GEO系统传输时延较大； 环境干扰问题； 需要许可证； 某些区域内分配受限制； 自然现象造成影响。
2012-10-21 40
模式：光纤中的一个特定的入射角对应一个模式，当光纤直径较 大时．可以允许光以多个入射角射人并传播．此时就称为多模光 纤：当光纤直径较小时，只允许一个方向的光通过，就称为单模 光纤。多模造成的干扰大，因此广泛采用的是单模光纤。
工作频率高，可用带宽大（几十兆赫兹）； 波长短，易于设计高增益的天线。 受天电干扰小（天电干扰、工业干扰和太阳黑子活 动基本不影响微波频段）。 视线范围传播； 对气候敏感（容易受天气影响，雷雨、空气凝结物 等都会引起反射，影响通信效果）； 需要频带使用许可。
31
微波的缺点
地面视距信道
微波传输的信道也被称为地面视距信道，主要 考虑的因素包括大气效应和地面效应。
22
无线信道的复杂性
无线信道的衰落特性取决于无线电波传播 环境，不同的环境，其传播特性也不尽相 同。
信号传输的信噪比相差大； 信道条件复杂，移动性不可控（变化大）； 衰落（陆地移动无线信道中信号强度的骤然 降低）； 同频干扰。
23
电磁波在无线信道中的传播
基本传播机制
直射：即无线信号在自由空间中的传播。 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生
的设想，2009年度获诺贝尔奖；
1970年,美国康宁公司首次研制成功达到实用水平的 光纤；
目前光纤传输技术已经达到数千公里无中继的先进 水平。
44
光纤通信的定义
光纤通信的定义：光纤通信是以光波为载频， 光导纤维为传输媒介的一种通信方式。
光纤通信一般在发送方对信息的数字编码进行
强度调制，在接收端以直接检波的方式来完成 光电变换。
吸收衰减：12GHz以上频段（水气、氧气吸收水分） 雨雾衰减：10GHZ以上频段，微波传输的主要影响 因素； 大气折射：是由于空气密度存在梯度而造成的微波 传播方向的改变。 费涅尔效应：描述了微波传播在遇到障碍物时产生 的附加损耗。 地面反射：是传播过程中产生电平衰落的主要原因。 频率选择性衰落。
通信导论
信息与通信工程学院
1
第二章 传输介质
传输介质的基本概念 双绞线 同轴电缆 无线信道 无线信道的微波频段 光纤
2
传输介质的基本概念
传输介质 传输介质的分类 传输介质与传输技术的设计
3
传输介质
传输介质提供通信设备之间的物理通道， 是信息传输的实际载体; 传输介质的多样性：源于通信环境和业 务的多样性;
实用的传输技术应考虑各种因素的影响进行 折衷。
10
双绞线
双绞线的概述
双绞线的特点
双绞线的应用
11
双绞线的概述
双绞线的定义：一对带有屏蔽层的铜线 以螺旋的方式缠绕在一起，一般由多对 这样的双绞线构成电缆。 传输平衡信号：两条导线同时传输信号， 其相位差为180o,外界的电磁干扰可以相 互抵消。 通过螺旋式的布线来消除干扰，每一根 导线在传输中辐射的电波会被另一根线 上发出的电波抵消。