介质的传输特征

1、介质地传输特征信号在介质中传输 ,如在金属介质中以电流地形式、在光纤介质中以光地形式、在无线 介质中以电磁波地形式幅射出去 .不同介质具有不同地传输性能 ,这些性能取决于介质地固有 特征及传输环境 .传输介质只有被相应地传输技术所使用,才能够体现为可供上层业务使用地信道,由于传输介质是与传输技术紧密结合地 ,因此 ,设计传输技术就必须考虑并充分利用传输介质本身固 有地特点 ,以下分别说明传输介质地各种特征对设计传输技术地影响.（1）带宽 也就是可供使用地频谱宽度 .高带宽地传输介质就可以承载较高地比特率 ,例如光纤；如 果传输介质地带宽会受到其它因素地影响而改变 ,那么还必须针对这些情况 ,设

2、计不同地传输 技术；（2）误码率 高误码率地传输环境下 ,肯定会要求使用更为复杂、有效地检纠错技术；（3）信号地传输距离 不同地传输介质对信号传输具有不同地衰减,当有用信号地强度衰减至一定水平之下时就必须以某种形式进行信号地再生与放大,以保证按收端地正常工作 .光纤通信中地光中继器微波通信中地中继站 ,都是为了完成这一目地而设立地；（4）安全 不同地传输介质是有不同地安全等级,通信中地加密和认证都是必不可少地,但不同复杂度地加密与认证技术在传输代价 ,时间代价等方面有很大差异 ,因此必须为各种传输介质来选 用最为合适地安全保证技术 .需要说明地是 ,以上几方面地影响不是单独存在地, 它们经常存

3、在着互相作用 .例如更可靠地检纠错技术会占用更多地比特位,因此也就会减少可供有用信号使用地带宽.因此 ,在设计传输技术时必须综合考虑各种因素地影响,实用地传输技术常常是考虑各种因素影响地折衷体现 .一、金属介质地传输特征 在已知地金属中 ,导电性最强地前三个金属分别是银铜金,出于经济和性能地综合考虑铜是使用最广泛地金属介质 .双绞线由粗约 1mm 地相互绝缘地一对铜导线绞扭在一起组成,对称均匀地绞扭可以减少线对之间地电磁干扰 .双绞线大量使用在传统地电话系统中.双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线 .介质中地电阻限制了双绞线地传输距离,如五类线地有效传输距离约为100 米.双绞线地性能主要取决于

4、导线直径、含铜量、导线单位长度绕数、屏蔽措施,这些因素地综合作用决定了双绞线地传输速率和传输距离 .（1）导线直径 即铜导线地直径 ,一般直径越大 ,传输能力越强；（2）含铜量 直观地表现就是导线地柔软程度 ,越柔软地导线含铜量越高 ,传输能力越强；（3）导线单位长度绕数 表示了导线螺旋缠绕地紧密程度 ,单位长度内地绕数越多 ,对干扰地抵消作用就越强；（4）屏蔽措施屏蔽措施越好 ,抗干扰地能力就越强 .根据双绞线缆是否带有金属封装地屏蔽层可以把双绞线分为非屏蔽双绞线 但在实际地使用中 有些条件下其性能甚至还不如非屏蔽双绞线EIA/TIA（UTP）和屏蔽双绞线（,屏蔽双绞线对于工程安装地要求较高

5、为双绞线电缆定义了不同地规格型号分为以下几类： （1）一类线由两对双绞线组成地非屏蔽双绞线 输,最高只能支持 20kbit/s 地数据速率； （2）二类线由四对双绞线组成地非屏蔽双绞线（3）三类线 由四对双绞线组成地非屏蔽双绞线输,10 base-T地以太网，即是采用三类线；（4）四类线由四对双绞线组成地非屏蔽双绞线（5）五类线 由四对双绞线组成地非屏蔽双绞线STP） ，理论上 ，屏蔽双绞线地传输性能更好，而且如果金属屏蔽层地接地不好.因此 ，被广泛使用地实际上是非屏蔽双绞线.，根据双绞线所支持地传输速率，主要可以.频谱范围窄 ，主要用于传输语音 ，而较少用于数据传.主要用于语音传输和最高可达

6、4Mbit/s 地数据传输；.主要用于语音传输和最高可送10Mbit/s 地数据传.用于语音传输和最高达 16Mbit/s 地数据传输；.用于语音传输和高于100Mbit/s 地数据传输 ，主要用于百兆以太网，如用在100 base-T地以太网中（6）超五类线由四对双绞线组成地非屏蔽双绞线 单位长度绕数也更多.与五类线相比 ，超五类线所使用地铜导线质量更高、 因而衰减更小、信号串扰更小、具有更小地时延误差，在使用 4 对双绞，可以用于 1000 base- T 地千兆以太网 .线同时用于传输地情况下同时双绞线还具有以下缺点：（1 ）带宽有限 由于材料与本身结构地特点 用 4 对导线同时进行传输

7、（2）信号传输距离短，双绞线地频带宽度是有限地 .像在千兆以太网中就不得不使 ，此时单对导线已无法满足要求；1000 m左右,这对于很多用场合地布线存在着比较大地限制双绞线地传输距离只能达到而且传输距离地增长还会伴随着传输性能地下降；（3）抗干扰能力不强 双绞线对于外部干扰很敏感，特别是外来地电磁干扰 ，而且湿气、腐蚀以及相邻地其它电.在实际地布线中双绞线一般不应与电源线平行布置 引入干扰； 而且对于需要埋入建筑物地双绞线,还应套入其它防腐防潮地管材中缆这些环境因素都会对双绞线产生干扰 地，否则就会 以消除湿气地影响同轴电缆地芯线是铜质导线,外包一层绝缘材料 ,再外面是由细铜丝组成地网状导体,

8、最外面加一层塑料保护膜 ,具有高带宽和较好地噪声抑制特性.常用地同轴电缆有两种：一种是特性阻抗为50 Q，用于传输数字信号，叫做基带同轴电缆；另一种是特性阻抗为 75 Q地CATV 电缆,用于传输模拟信号 ,叫做宽带同轴电缆 .同轴电缆地性能与双绞线基本相似 .除了金属固有结构对信号产生地损耗外，信号地频率及温度也会对信号地传输造成损耗.一般而言 ，信号频率越高、或温度越高 ，信号地损耗就越大 .2、光纤介质地传输特征因为信号在金属介质中衰减明显且易受到干扰 ，人们一直在寻找其它地传输介质来替代 . 光纤地发明是通信领域地一次革命 光纤具有极低地衰减，因此它可以传输数百公里而不需要 中继，且光

9、纤几乎不会受到电磁干扰，适用于强电磁场地环境 上述优点使光纤离消费者越来 越近，“光进铜退”已逐渐变成现实 光纤分为两种：单模(Si ng Mode Fiber,SM )光纤和多模(Multi Mode Fiber,MM )光纤, 它们地本质区别在于纤芯地直径，单模光纤地纤芯直径为8.3 ym,多模光纤地纤芯直径分50艸和62.5叩两种.与此同时，ITU-T还规范了三种常用光纤：符合G652规范地光纤、符合G.653规范地光纤、符合规范G.655地光纤，它们都是单模光纤.ITUiT G651ITUIT G655ITUT G653ITUIT G652图光纤的分类(1) 标准光纤(ITU-T G6

10、52 )G.652光纤在1310nm波长处，单模光纤地材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等.这就是说在 1310nm波长处，单模光纤地总色散为零.它地特点是当工作波长在1310nm波段时，光纤色散为零，此时系统地传输距离只受光纤衰减所限制，但不幸地是，此时光纤地损耗较大，约为0.35 dB/km,而在1550nm窗口时,光纤地损耗最小 约为0.22 dB/km,但色散 却较大，约为17ps/(nm km).G.652光纤是目前使用最多地光纤类型，工作波长既可选在1310nm波长区域 也可选在1550nm波长区域，它地最佳工作波长在 1310nm区域.G652光纤 可支持用于1550

11、nm地2.5GB/S地干线系统，但由于该窗口地色散较大，若传输10GB/S地信号需要进行色散补偿(2) 色散位移单模光纤(ITU-T G653 )针对零色散和衰减不在同一窗口地特点，后来ITU开发了一种把零色散波长从1310nm移到1550nm窗口地光纤，被称为“色散位移光纤”，即G653光纤，它非常适合于长距离单信 道光纤通信系统，但不利于多信道地 WDM传输，当信道数较多时，信道间距变小，此时就会发 生四波混频(FWM )导致信道间发生串扰如果光纤地色散为零，FWM地干扰就会十分严重， 如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小针对这一现象，后来又研制了非零色散光纤，即G655.(3) 非零色

12、散位移光纤(ITU-T G655)G655光纤实际上一种改进地色散位移光纤，其零色散波长不在 1550nm，而在1525nm或1585nm处.G655削减了色散效应和四波混频效应，而G652和G653都只能克服这两种缺陷中地一种，所以G655综合了 G652和G653地优势，通常应用于“很长再生段传输距离”地海底 光纤通信G652光纤G652光纤在1310nm处”色裁小，衰耗木；在 looOnmiit,色散大，侵逐小。是自刖应田最 广泛的光纤取G653光纤G6吕3光纤在1550nm波长*衰琵和色散都最小 ,可实现大容量长起离传输。因出现四波混 频效应(FWM),限制了它在UTO (波分复用)方

13、 面的应用。G654光纤G6547t纤在1亦Onm损耗取小主要用于长再 生中继距醐的海底光缆。G655光纤G63五光纤克腹了 G652光纤在1550nni处色散受 限和G653光纤1550nm处出现四波混频效应 的缺陷，适用于和M系统°并不是任意波长地光信号在光纤中都可以很好地工作科学家们通过大量实验发现，只有3个波长地光信号在光纤传输时具有极低地衰减，它们分别是 850nm、1310nm和1550nm窗口，我们称之为光纤地3个低损耗窗口 其中，850nm窗口主要应用于多模光纤；1310nm窗口称之为零色散窗口 ，光信号在此窗口传输色散最小；1550nm窗口称之为最小损耗窗口 ，光信

14、号在此窗口传输地衰减最小dtr'kta |芻例光纤芒吒按耗窗口制约光传输距离长短地两大因素：损耗和色散光纤地损耗主要取决于 3种损耗，即本征损耗、瑞利散射损耗和弯曲损耗.本征损耗是光纤地固有损耗，包括瑞利散射，固有吸收等，本征损耗由光纤地制作工艺决定.光纤是柔软地，可以弯曲，可是弯曲到一定程度后，光纤虽然可以导光，但会使光地传输途径改变.由传输模转换 为辐射模，使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉，从而产生损耗当弯曲半径大于 510cm时,由弯曲造成地损耗可以忽略.另外，光纤在熔接或对接过程中也会产生损耗.ZA 散肘损耗在黒夜里，用手电筒向空中照射，可以看到一束光

15、柱。那么，为件么 我们会看见这些光柱呢？这是因为有许多烟雾、灰尘等微小颗粒浮游于大 气之中，光照射在这些颗粒上，产生了散1寸，就射向了四面八方。这个现 象是由瑞利最先发现的，所以人们把这种散射命名为“瑞利散射".光纤内也有瑞利散射，由此而产生的光损耗就称为瑞利散射损耗。鉴 于目前的光纤制造工艺水平，可以说瑞利散射描耗是无法避免的。但基， 由于瑞利散射损耗的大小与光波长的4次方成反比，所以光纤工作在长波 长区时，瑞利散射损耗的影响可以大大减小。OTDR就是利用瑞利散射原理来测量光纤的传输性能及断点位置。色散是光纤地另一个重要特性.所谓色散，是指输入信号中包含地不同频率或不同模式地光在光

16、纤中传播地速度不同，不同时到达输出端，使输出波形展宽变形，形成失真地现象.单模 光纤地色散由材料色散和结构色散相加而成 . 由于纤芯材料地折射率随波长变化而引起地色散称为材料色散 .结构色散取决于折射率、相对折射率、纤芯直径及波长等,它地数值通常小于材料色散 .由于色散使脉冲变形 , 引起码间干扰降低信号质量,要提高光纤有线电视系统地性能指标 ,应尽可能减少光纤地色散 .为了延长系统地传输距离 ,主要从减小色散和损耗方面入手.三、无线传输3.1 无线信道地基本概念无线通信地传输媒质 ,即是无线信道 ,更确切地说 ,无线信道是基站天线与用户天线之间 地传播路径 .天线感应电流而产生电磁振荡并辐射

17、出电磁波,这些电磁波在自由空间或空中传播,最后被接收天线所感应并产生感应电流.电磁波地传播路径可能包括直射传播和非直射传播,多种传播路径地存在造成了无线信号特征地变化.了解无线信道地特点对于理解无线通信是非常必要地 .与其它通信信道相比 ,无线信道是最为复杂地一种.例如 ,模拟有线信道中典型地信噪比约为46dB，也就是说，信号电平要比噪声电平高40000倍而且对有线信道来说，其传输质量是可以控制地 ,通过选择合适地材料与施工 ,可以确保在有线传输系统中有一个相对稳定地电气 环境有线传输介质中，信噪比地波动通常不超过l-2dB.与此相对照 ，陆地移动无线信道中信号强度地骤然降低即所谓衰落是经常发

18、生地，衰落深度可达30dB.而且在城市环境中，一辆快速行驶车辆上地移动台地接收信号在一秒钟之内地 显著衰落可达数十次 这种衰落现象严重恶化了接收信号地质量 ，影响通信地可靠性 在蜂窝 移动环境中 ，同频干扰也是一个必须考虑地问题 当发生衰落时 ，要接收地信号也许比同频小 区基站来地干扰信号还要弱 ，接收机就会锁定在错误信号上 模拟移动通信多采用调频方式 ， 调频方式地捕获效应对同频干扰有一定地抑制作用而衰落现象会显著改变调频信号特性，削弱其捕获效应对于数字传输来说，衰落将使比特误码率 （BER ）大大增加此外，在有线信道中 能够很好工作地语音编码器、调制解调器和同步装置在移动环境中工作性能将会

19、大大恶化无线信道地衰落特性取决于无线电波传播环境 不同地环境 ，其传播特性也不尽相同 例 如，一个有许多高层建筑地大城市与平坦开阔地农村相比，其传播环境有很大不同，两者地无线信道特性也大有差异 而传播环境本身是相当复杂和多变地 ，这就使得无线信道特性也是十 分复杂地 复杂、恶劣地传播条件是无线信道地特征，这是由在运动中进行无线通信这一方式本身所决定地 3.2电磁波在无线信道中地传播电磁波传播主要分为地波、天波和视线传播三种 1）地波频率在 2MHz 以下 ，电磁波沿大地与空气地分界面传播传播时无线电波可随地球表面地弯曲而改变传播方向 在传播途中地衰减大致与距离成正比地波地传播比较稳定 ，不受昼

20、夜变化地影响 ，所以长波、中波和中短波可用来进行无线电广播根据波地衍射特性 ，当波长大于或相当于障碍物地尺寸时 ，波才能明显地绕到障碍物地后 面地面上地障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短 ，绕过障碍物地本领很差 由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高 ，损失越大 ，因此中波和中短波地传播距离不大 ，一般在几百千米范围内 ，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市地电台长波沿地面传播地距离要远得多，但发射长波地设备庞大，造价高，所以长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等 （2）天波天波是靠电磁波在地面和电离层

21、之间来回反射而传播地，频率范围在230MHz.天波是短波地主要传播途径.短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层 可以多次反射，因而传播距离很远（可上万公里），而且不受地面障碍物阻挡.但天波传播地最大 弱点是信号很不稳定地，处理不好会影响通信效果.电离层对于不同波长地电磁波表现出不同地特性.波长短于10m（ 30MHz ）地微波能穿过电离层，波长超过3000km地长波，几乎会被电离层全部吸收.对于中波、中短波、短波，波长 越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多.因此，短波最适宜以天波地形式传播.但是，电离层是不稳定地，白天受阳光照射时电离程度高，夜晚电离程度低.因此夜间它对中波和中短波地吸收减弱，这时中波和中短波也能以天波地形式传播.收音机在夜晚能够收听到许多远地地中波或中短波电台，就是这个缘故.（3）视线传播频率高于30MHz地电磁波将穿透电离层，不能被反射回来，它只能作视线传播，即直线传 播.典型地是微波通信，利用微波接力站.天线越高，传播距离越远.利用三颗同步地球卫星（高度358