第二章传输介质

缺点:是其传输特性与频率相关：低频信号穿越障碍能力强， 但传输衰耗大；高频信号趋向于沿直线传输，但容易在障碍 物处形成反射，并且天气对高频信号的影响大于低频信号。
电离层
地球表面 地球表面
(a)地波传播
(b)天波传播
高频无线电波传播途径
2) 微波
微波指频段范围在300 MHz～30 GHz的电磁波，因为其波 长在毫米范围内，所以产生了微波这一术语。 微波信号的主要特征是在空间沿直线传播，因而它只能在 视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在80 km范 围内。微波的主要缺点是信号易受环境的影响(如降雨、薄雾、 烟雾、灰尘等)，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易 衰减。卫星通信可认为是微波通信的一种特殊形式。
• •四类
• •五类
•
• •各种
• •各种
•4/16 Mb/s•令牌环网 •
•4/16 Mb/ •s•令牌环网、 •1 •0/100 Base •• -T • •网等
T1和E1是物理连接技术，T1是美 国标准，1.544M，E1是欧洲标准， 2.048M，我国的专线一般都是E1， 然后根据用户的需要再划信道分配 （以64K为单位）。比如PPP的 DDN线路以及frame-relay的线路 等都可以使用他们
(7)基带传输
基带信号(Baseband Signal) ：是指信源发出的没有经过调制（进行频 谱搬移和变换）的原始电信号。 基带信号（包括模拟基带信号和数字基带 信号）的传输方法有基带传输和频带传输 （又称载波传输、调制传输）两种。
基带传输:将基带信号直接送往信道中传
输的传输方式；
如在某些有线信道中，特别是传输距离不太远 的情况下，可以让基带信号直接进行传输。 基带传输是一种最基本的数据传输方式。线路 设备简单，信道利用率低。
双绞线 有线介质 同轴电缆
传 输 介 质
无线介质
光
纤
无线电
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）模拟信号和数字 信号均可传
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图2.2 双绞线的构成
（3）什么是信号带宽
信号包含的频率成分的范围称为频谱， 而信号的带宽就是频谱的绝对宽度。由于信 号所携带的能量并不是在其频谱上均匀分布 的，因此又引入了有效带宽的概念，它指包 含信号主要能量的那一部分带宽。如不加说 明，带宽通常均指有效带宽。
（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 。
外套
包层
纤芯 小于临界角的光线将被外 套吸收 入射角 反射角
图2.4 光纤的物理结构
石英光纤
玻璃光纤
塑料光纤
石英光纤 最为实用
光纤系统的工作频率分布在10^14～10^15Hz范围内，属于
近红外区，其潜在带宽是巨大的。目前10 Tb/s/100 km的实验系 统已试验成功，通过密集波分复用(DWDM)在一根光纤上实现 40 Gb/s/200 km传输的实际系统已经在电信网上广泛使用。 体积小、重量轻。 低衰减、抗干扰能力强。传输范围达到6-8km
传输媒体 双绞线 50同轴电缆 75同轴电缆 光纤 短波 性能(抗 价格 应用 干扰性) 10-1000Mb/s 几--十几 km 可以 低 模拟/数字传输 10Mb/s 3km 内 较好 略 高 于 基带数字信号 双绞线 500--750MHz 100km 较好 较高 模拟传输电视、 数据及音频 几-几十 Gb/s 30km 以上 很好 较高 远距离传输 <50MHz 全球 较差 较低 远程低速通信 速率或频宽 传输距离 50--100km/ 中继站 好 很好 中等 远程通信
高速率的传输条件下的城域网和长途网中均采用1550 nm
波长。
4．无线介质
何谓无线电通信 通信就是在一点准确或近似地再现另一点所选择 的消息—香农。 这个再现的过程包括一个最重要的环节：即 承载信息的载波。 无线电通信是指利用无线电波作载波传递各种消 息的各种通信方式的总称。
0 f (Hz) 10

2.同轴电缆

支持点到点和多点通信；
传输距离几km到几十千米； 目前主要应用于CATV和光纤同轴混合接入网 ；
3．光纤
光纤是一种同轴性结构，由纤芯、包层和外 套三个同轴部分组成，其中纤芯、包层由两 种折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全 反射可以使光信号在纤芯中传输, 包层的折射 率略小于纤芯，以形成光波导效应，防止光 信号外溢。
频带传输:将基带信号对载波进行调制后，以 载波传输的传输方式。 比如在无线信道和光信道中，基带信号则必须 经过调制，以载波传输的方式在信道中传输。
宽带传输
将信道分成多个子信道，分别传送音频、 视频和数字信号，称为宽带传输。宽带是比音 频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。 使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系 统。其通过借助频带传输，可以将链路容量分 解成两个或更多的信道，每个信道可以携带不 同的信号，这就是宽带传输。如CATV
复用 — 多个信息源共享一个公共信道 为何要复用？线路成本
共享信道 MUX DEMUX
复用器
解复用器
多路复用技术
多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理
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；
在无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外
层空间进行传输，大气或外层空间并不对信号本身进行制
导。无线传输常用的电磁波段主要有无线电、微波、红外 线等。
地面微波接力 4-6GHz 卫星
50MHz/ 转 发 上万 km 器 x 20
与 距 离 远程/洲际通信 无关
小结（本节重点）
双绞线(UTP和STP)、同轴电缆、光纤
的使用特点 单模光纤和多模光纤的使用特点 无线通信常用的传输介质与使用特点
2.2 多 路 复 用
－什么是多路复用（Multiplexing）
光纤
包层
外部保护层
Leabharlann Baidu
单模光纤
外部保护层 包层 光纤 包层 外部保护层
多模光纤
在光脉冲信号传输的过程中，所使用的波长与传输速
率、信号衰减之间有着密切的关系。通常采用的光脉冲信
号的波长集中在某些波长范围附近，这些波长范围习惯上 又称为窗口，目前常用的有850 nm、1310 nm和1550 nm为 中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具有最优 的传输特性。在局域网中较常采用850 nm，而在长距离和
光纤
海事 调幅 无线电 无线电 波段
电视
LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
图2.4 电磁波频谱及其在通信中的应用
1) 无线电
无线电又称广播频率(RF: Radio Frequency), 其工作频率 范围在几十兆赫兹到200兆赫兹左右。 优点:易于产生，能够长距离传输，能轻易地穿越建筑物，并 且其传播是全向的，非常适合于广播通信。
光纤分为多模光纤(MMF)和单模光纤(SMF)两种基本类 型。多模光纤主要用于短距低速传输，比如接入网和局域网， 一般传输距离应小于2 km。
单模光纤的纤芯直径非常小，通常为4～10 μm, 在任何 时候，单模光纤只允许光信号以一种模式通过纤芯。目前长 途传输主要采用单模光纤。在ITU-T的最新建议G.652、 G.653、G654、G.655中对单模光纤进行了详细的定义和规范。
2.同轴电缆：
同轴电缆由一根实心的铜质线作为内导体、一个空心的 铜质圆形薄皮作为外导体，内外导体之间由塑料绝缘材 料隔离，外导体之外再被覆聚氯乙烯或其它绝缘材料， 外导体以内导体为同心轴，所以称为同轴电缆。
特点：抗干扰性能很强。
50Ω的同轴电缆：局域网基带传输。传输带宽为1～20M 传输距离1～1.2km 75Ω的同轴电缆：闭路电视系统（CATV）。频分多路复用50个 信道。支持的带宽：300～450MHz。距离：100km
（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
－ 连通特性：允许点－点或多点连接
－ 地理范围：传送介质的最大传输距离
－ 抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干 扰对传输数据影响的能力 － 相对价格：包括器件费用、安装与维护
36,000 公里
地球
3) 红外线 红外线指1012～1014Hz范围的电磁波信号。与微波相
比，红外线最大的缺点是不能穿越固体物质，因而它主要
用于短距离、小范围内的设备之间的通信。 红外线通信目前主要用于家电产品的远程遥控，便携 式计算机通信接口等。
电信领域使用的电磁波的频谱
各种常用传输媒体的比较
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
• •典型应用 •E1/T1 •10 Base •• -T •、令牌环网、
• •类别 • •三类
• •规格•AWG •22•和•24 •
• •性能 •16 MHz • •20 MHz • •100 MHz • • •网等
（6）传输介质的选择
可以用传输介质的有效传输距离和带宽 来衡量其质量，其中传输距离与带宽成反比， 同时带宽越宽，成本越高。而在数字传输中， 具有一定带宽的传输介质的最大传输速率与 信号的调制方式也紧密相关。另一方面，不 同的传输介质都有自己独特的传输特性，因 此传输介质的选择，应从性能、成本、适用 场合等方面综合考虑。
2.1 传 输 介 质
2.1.1 基本概念
(1) 什么是传输介质
所谓传输介质，是指传输信号的物理通信线路。 任何数据在实际传输时都会被转换成电信号或光信 号的形式在传输介质中传输，数据能否成功传输则 依赖于两个因素：被传输信号本身的质量和传输介 质的特性。
（2）什么是信道带宽
所谓信道，就是信号传输的通道；一般的通信系 统包括了信源编码、信道编码、调制解调、物理信道； 从信源编码到信源解码这一系列过程都可以认为是广 义信道；狭义的信道仅仅指物理信道，即传输介质和 媒介；物理信道的带宽由传输介质决定；广义信道带 宽（即系统带宽，通信理论中通常所指的信道带宽） 指进入物理信道前允许的最大信号基带频谱宽度（最 大信号带宽），这是由系统所决定的。
102
104
106 无线电
108
1010
1012
1014
1016
1018
1020
1022
1024 射线
微波
红外线 可见光 紫外线
X射线
4 f (Hz) 10
105 双绞线
106
107
同轴电缆
108
109
1010
1011 1012
1013
1014
1015
1016
卫星 地面微波 调频 移动 无线电无线电
双绞线主要分成两类：
非屏蔽(UTP：Unshielded Twisted Pair)和屏蔽(STP： Shielded Twisted Pair )。屏蔽双绞线除了应用在IBM的令 牌环网中以外，其他领域并无太多应用。目前电话用户线 和局域网中都使用非屏蔽双绞线，例如普通电话线多采用 24号UTP。常用UTP的性能如表2.1所示。
地面微波接力
地面站之间的直视线路
两个地面站之间传送距离： 50 -100 km
微波传送塔
地球
地球同步卫星(对地静止)
与地面站位置相对固定 使用3个卫星可覆盖全球 一个卫星使用12－20个转发器， 每个转发器频宽36－50MHz 地面站大量使用甚小孔径地球 站VSAT 传输延迟时间长(270ms)