第六部分(1) 传输介质

1、l本章研究:什么是传输介质？三种重要的有向传输介质l双绞线 （广泛用于楼内布线）l同轴电缆 （已成昨日黄花，目前主要用于有线电视）l光纤（广泛用于楼间布线和长途传输）无线通信用的传输介质（无向介质）7.1 有向介质有向介质 Guided Transmission Media7.2 无向介质无向介质 Unguided Transmission MediaTransmission mediuml通信系统中发送设备与接收设备之间的物理线路。l通信系统以电磁能形式的信号传输数据。l电磁能通过传输介质传播，实现了数据的传送。P 124 图 7.1Classes of Transmission Media

2、P 124 图 7.2双绞线同轴电缆光 缆有向介质无屏蔽双绞线（四对线芯）Effect of Noise on Parallel Linesl如果两条导线互相平行，离噪声源（如电动机）近的导线中产生的噪声电平就会比另一条导线中的更高，从而导致负载不平衡以及信号损益。l导线绞合并不保证一定能消除噪声，但是能显著减弱它的影响。l“双绞”可以减少相邻导线的电磁干扰。 UTP and STP cables双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类，差别在于双绞线内是否有一层金属隔离膜。STP内有一层金属隔离膜，在数据传输时可减少电磁干扰，稳定性较高，价格比UTP贵。UTP内没有这层

3、金属隔离膜，稳定性较差，但价格相对来说便宜多了。无屏蔽双绞线的种类无屏蔽双绞线的种类Categories of UTPl1类线 用于0.1 Mbps传输 (适用于语音/低速传输 ) l2类线 用于2 Mbps传输 (适用于语音/低速传输 )l3类线 用于10 Mbps传输 (4芯,10 Mbps以太网电缆)l4类线 用于20 Mbps传输l5类线 用于100 Mbps传输 (8芯)l超5类线 用于125 Mbps传输 (8芯,最常用的网络电缆)l6类线 用于200 Mbps传输l7类线 用于600 Mbps传输电缆上通常印有类别标志,如 cat 5 或category 5 (5类线)标准规定计

4、算机网络用的双绞线(UTP)，每根长度不宜超过100米。广泛用于楼内布线参见P126 表 7.1UTP连接件连接件UTP ConnectorsP126 图7.5RJ-45 connector (crystal connector)UTP连接件(RJ-45)，俗称“水晶头”。l衰减测量:每英里分贝数l频率超过100 kHz时衰减剧增P126 图7.6P127 图7.7铜铜芯芯内护套内护套绝绝缘缘层层金属屏蔽层金属屏蔽层外护外护套套屏蔽层（铜网或铜箔）也是传导体的一部分，以形成完整的回路广泛使用的同轴电缆有两种：一种为50(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比) 同轴电缆，用于数字信号的传输，即基

5、带同轴电缆；另一种为75同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。（参见P127 表 7.2） 基带传输型基带传输型(主要用于早期的主要用于早期的10 Mbps低速局域网低速局域网) 50 RG-11（粗缆，10mm） RG-58 （细缆，5mm） 93 RG62 频带传输型频带传输型(主要模拟传输主要模拟传输) 75 RG-59 (有线电视)终接器(Terminator) 又称为”终端电阻”BNC -同轴电缆接插件P127 图7.8BNC接头接头T型连接器型连接器带带BNC接头的接头的同轴电缆同轴电缆 安装在同轴电缆线路的两端，用于吸收信号能量。l带链的（接地）l不带链的3类16 M

6、Hz5类 100 MHz超5类 100 MHz6类 200 MHz7类 600 MHz500 MHzl频率超过10 kHz时衰减剧增l尽管同轴电缆带宽更大，但信号减弱很快P128 图7.8l曾经广泛用于模拟电话网络、有线电视网络和传统的低速（10 Mbps)以太局域网。l电话网络中大部分已被光缆取代。l有线电视网络中也大部分被光缆取代，一般仅入户线仍使用同轴电缆。l计算机局域网中已被数据速率达100 Mbps的双绞线全面取代。l光纤通信是目前发展最快的一种通信技术。l 光是一种电磁能。它在真空中的传播速度可达30万千米/秒。光的传播速度与它通过的介质密度有关。密度越大，传播速度越低。l 光在单

7、一密度的介质中以直线形式传播。l 如果通过某一介质的光束突然进入另一种密度不同的介质，它的传播速度会突然改变，导致光束传播方向也随之改变（折射或反射）。 P128 图图 7.10 光从高密度介质射到低密度介质时的情况光从高密度介质射到低密度介质时的情况l光纤是一种透光性极好的玻璃或塑料纤维，可以最小损耗将光束从一端传送到另一端。l光纤起着某种“光导管”的作用。它将光纤一端进来的光束引导到另一端。光源可以是一个发光二极管（LED），也可以是一个激光器。l光源发出了一连串“亮”、“灭”形式的光脉冲。在光纤的接收端有一个光敏接收器，可以将光脉冲转换回由数字“1”和“0”组成的原信号形式。l 相比其他

8、传输媒介，光纤最主要的优点是低损耗、高带宽和高抗干扰性。 (参见P131 ”应用”)l 一对光纤可以有160个长途通信通道，每个通道的带宽可达10 Gpbs (甚至高达 20 Gbps)，且传输质量极好。l 测试表明，当数据速率为420 Mbps且距离为119 km无中继器时，其误码率仅为10-8。光纤利用全反射使光线在通道内定向传输光纤利用全反射使光线在通道内定向传输。光纤中心是玻璃或塑料的纤芯，外面填充着密度相对较小的玻璃或塑料材料（包层）。两种材料的密度差异必须达到能够使纤芯中的光线只能反射回来而不能折射入包层的程度。信息被编码与一束以一系列开关状态来代表 0 和 1 的光线形式。P12

9、9 图7.11P130 图7.14 光纤为圆柱状，由3个同心部分组成纤芯、包层和封套，每一路光纤包括两根，一根接收，一根发送。光纤包层有用于保护芯线和将光反射回玻璃导体内的镀层，然后封装坚韧的“凯夫拉尔凯夫拉尔”（制造防弹衣的材料）封套，最后再用聚氯乙稀等材料制作的外套层封装。P129 图7.12P129 图7.13l 多模光纤是指在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤。即多条入射角度不同的光线可以同时在一条光纤反射式地传播。l 多模光纤根据折射率的分布特性，可分为l渐变型（graded-index）l阶跃型（step-index）l折射率为阶跃型，其折射率在整个光纤直径方向为常量。l

10、同样距离下，入射角较小的光束需要更多的反射，所以经过的路程更长。这种路程差意味着到达时间有所不同。当光束在接收端重新组合时，所生成的信号就会畸变。l折射率为渐变型的光纤，其折射率随光纤芯径变化（中心处为0）。l具有变化的密度，其芯材中心密度最高，向外逐渐变小，在边界处最小。密度的不断变化使得光线逐渐弯曲成一条曲线，这样每隔一定间距不同的光线就会相交。把接收装置精心放置在这些相交处，就可以获得高精度的重组信号。由于突变型多模光纤传输时光信号畸变较大，故常用渐变型多模光纤，其主要规格有： - 50 m(纤芯直径)/125 m(包层直径) - 62.5 m(纤芯直径)/125 m(包层直径) - 1

11、00 m(纤芯直径)/140 m(包层直径）多模光纤对准要求不太严格，弯曲时损耗不太灵敏，被推荐应用于所有的建筑物综合布线系统。 支持100 Mbps传输率/1.52 km和1000 Mbps传输率/300m范围的LAN。计算机网络一般使用62.5 m多模光纤。l使用折射率突变型光纤。其芯径被减少到某个波长级，这样只有一个角度即“模式”的光纤可以通过：轴心光线。于是所有光线都能“同时”到达，并能无失真地重新组合，通常用于长距离的传输。l单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大，折射率为突变型，光线沿其中心直线传输，故光信号的损耗很小，离散也很小，传输

12、距离大大高于多模光纤。l常用规格为7.0 m（纤芯直径）/125 m（包层直径），衰减小，适合远程传送，但需用昂贵的注入式激光二极管作光源。l多模光纤和单模光纤的线路造价相当l但多模光纤的光端设备价格低廉l能用多模不用单模 (根据传输距离选择)标 准光纤类型最大距离100 Base-FX百兆位基带62.5/125 微米多模(美国标准)2千米8,9,10/125 微米单模15或 40千米1000 Base-SX千兆位基带(短波)50/125 微米多模(欧洲标准)500 米62.5/125 微米多模220 米1000 Base-LX千兆位基带(长波)50/125 微米多模550 米62.5/125

13、 微米多模 550 米8,9,10/125微米单模 5千米光缆不易分支，所以一般适用于点到点的连接。光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，必须成对使用，一个用于输入，一个用于输出。每一条光纤电缆的连接都需要小心地磨光光端头，通过电烧烤或化学工艺与光学接口连在一起。整个安装过程，必须确保光通道没有被阻塞，也不能将光纤拉得太紧或形成直角。光缆弯曲时容许的最小曲率半径应不小于光缆外径的1520倍。一般来说，多芯光纤并不直接连接到计算机的网卡上，而是连接到一种叫做光端器的设备上。这时就需要使用一种俗称“光纤跳线”的专用连接线，连接光端器和计算机上的网卡。光纤跳线也是光纤，一根光纤跳线中只

14、含有一根光纤，只能进行单向的数据传输。一般连接一台计算机需要两根光纤软跳线，一根发送数据，一根接收数据。 接头连接 将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗10%到20%的光(典型衰减为1dB)，但是便于系统重新配置。机械接合 将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中，然后钳起来。其操作需要专业人员进行，光的损耗约为10%。熔合连接 形成的光纤和单根光纤差不多是相同的，损耗最小(典型衰减0.01 0.03 dB)。光纤熔接机光纤熔接机 有两种类型，皆为施加电压便可发射光束的半导体装置。(发光二极管) 价廉，工作温度范围较大，工作寿命较长，但只能发射发散的光线，只在短距离内使用。 (注入式

15、激光二极管) 根据激光原理工作，光线具有高度集中性，高效高数据速率长距离lSC型型 - 推插式lST型型 卡式(旋合式)lMT-RJ型型 小型光纤连接器，端口密度比传统的连接器多一倍 ，适用于高速率数据网络。P131 图7.15l光纤的衰减曲线比双绞线和同轴电缆平坦得多。l所以使用光纤时，只需很少的中继器。l目前主要用于楼间布线和长途通信。P131 图7.16P132 图7.17P132 图7.18P133 图7.19l3 MHz 1 GHzl广播FM（调频）/AM（调幅）频段lUHF (特高频)/VHF(甚高频) 电视频段l大多具有全向性信号向所有方向传播可以被许多天线所接收l可穿透墙体，传

16、输距离很长l几乎整个波段受政府机构管制l多用于多播通信，如收音机、电视以及寻呼系统。l用来发射或收集电磁波的电导体(系统)l发送由发射器生成无线电频率能量转换为电磁波通过天线电磁波发射到周围空间l接收电磁波传到天线上将无线电波转换为电能馈送给接收机l有些天线既用于发送也用于接收P133 图7.20l1 300 GHzl高方向性波束（单向）l点对点视线传播l传播方式地面微波卫星微波Figure 7.21P134 图7.21(喋形天线喋形天线)(喇叭天线喇叭天线)波导波导焦点焦点l用于地面微波和卫星微波通信l为了实现长途传输，需要使用一组微波中继站。而点对点的微波链路连成一线，就可满足所需的传输距

17、离。l天线：抛物面碟状（直径约3米）l电磁波被聚焦成波束l视距传输l用于长途通信l高频率带来高数据率l天线间的最大间距： 式中 d = 天线间距（千米） h =天线高度（米） K= 调整系统 (K = 4/3 , 经验值)l长途电信服务长途电信服务比同轴电缆使用的放大器或转发器少 (每10100 km一个), 但要求在视距内传输用于语音和电视传输l点对点的短距传输点对点的短距传输（建筑区内）闭路电视局域网间的数据链路l卫星是一个微波接力站l卫星从一个频段接收信号，将其放大或再生后，从另一个频段发送出去。l要求位于同步轨道上高度 35,784kml电视广播传输l长途电话传输l专用商业网络当卫星高度在距赤道35863千米的上空时，卫星绕地址旋转一周的时间与地球自转周期保持一致。l300