光纤通信与无线通信133 (2)课件

1.3.3光纤通信与无线通信1.传输介质2.光纤通信3.无线通信1.3.3光纤通信与无线通信1.传输介质通信分为有线通信和无线通信通信中使用的传输介质有3类：一类为金属导体它利用电流传输信息；另一类是光导纤维它通过光波来传输信息；第三类是空间不需要物理连接，而是使用电磁波来传输信息。无线通信中使用电磁波来传递信息1.传输介质1.金属导体—双绞线通信中使用的金属导体主要有两种：双绞线和同轴电缆。双绞线(TP:TwistedPairwire)是综合布线工程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。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,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。双绞线可以用于传输模拟信号(如电话用户线)，也可以在距离不长时用于传输数字信号（计算机局域网）。双绞线分为屏蔽双绞线（STP)与非屏蔽双绞线(UTP)两大类3类UTP的传输速率为lOMb／s，质量更高些的5类UTP传输速率可达lOOMb／s。6类传输速率可达lOO0Mb／s双绞线价格便宜且安装方便。易受干扰、误码率高、传输距离有限1.传输介质金属导体—同轴电缆铜芯绝缘层屏蔽层保护套宽带同轴电缆（75Ω）：传输模拟信号常用的有线电视电缆，带宽可达300～400MHz，主要用于传输模拟电视信号，最大传输距离可达几公里甚至几十公里。计算机网络中，“宽带电缆”指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。同轴电缆特点：

良好的传输特性和屏蔽特性，可以构成大容量的载波通信系

统。用于主要传输干线。

一对小同轴管可提供数千个话路，

一对中同轴管可提供上万个话路，

多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量。

光纤通信1.3.3光纤通信与无线通信

传输介质：光纤（光缆）传输的信号：光信号（数字信号，有光脉冲相当于1，无光脉冲相当于0）传输速率：1Gb/s以上2.光纤通信(1)光纤结构与分类

1μm=10-6m光纤(光导纤维)通信是利用光纤传导光信号来进行通信的一种技术。材料：光纤由直径大约为10～100μm的细石英玻璃丝构成，透明、纤细，纤芯的芯径一般为50μm或62.5μm（多模）和8.3μm（单模）；性质：具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。结构：光纤由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成，通常为了保护光纤，包层外还往往覆盖一层塑料加以保护。即使形状发生弯

曲，光线也能很好地在其中传播。1.3.3光纤通信与无线通信光纤种类—多模光纤

多模：纤芯直径为50或62.5μm

光线沿着光纤以多种角度不断被包层反射而向前传播。（或者说可以存在许多条入射角不同的光线在一条光纤中传递，）这种光纤称为多模光纤。这里的多模意指反射角的多样性。

与单模光纤相比损耗较大、离散大、传输性能要差在10mbps及100mbps的以太网中，多模光纤最长可支持2000米的传输距离，距离近、速度低1km距离时速率可达1Gbps光源：发光二极管LED发出的光,波长：850nm或1300nm带宽：为50MHz～500MHz/Km1.3.3光纤通信与无线通信光波在纤芯中的传输原理当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此如果折射角足够大时，就会出现全反射。即光线碰到包层时就会折射回纤芯。重复此过程，光就沿着光纤传播下去。1.3.3光纤通信与无线通信光传输系统

光缆：多模光纤、单模光纤光源：发光二极管LED，发出的光的波长是850nm或1300nm

激光发射二极管ILD，发出的光的波长是

1500nm检测器：光电二极管1.3.3光纤通信与无线通信(2)光纤通信原理

对于长距离的光纤通信系统还需中继器，其作用是将经过长距离光纤衰减和畸变后的微弱光信号经放大、整形、再生成一定强度的光信号，继续送向前方以保证良好的通信质量。目前的中继器多采用光--电--光形式，即将接收到的光信号用光电检测器变换为电信号，经放大、整形、再生后再调制光源将电信号变换成光信号重新发出，而不是直接放大光信号。光波的频率为1014～1015Hz，波长为微米级，因此通信容量很大。目前一束光能携带几十个G的二进位信号，通过波分多路复用(WDM)技术还可达到更大的通信容量1.3.3光纤通信与无线通信(2)光纤通信原理—波分多路复用波分多路复用波分复用技术能在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增其原理如图1—22所示。其中发送端有N个发送单元，它们所发出的N个不同波长的光波通过复用器(称为合波器)合并起来，进入同一根光纤进行传输。到达接收端后，通过分路器(称为分波器)将它们分开，分别送到各自相应的光电检测器中，恢复出原始的信号。

1.3.3光纤通信与无线通信光纤通信的优点：传输频带宽，通信容量大抗雷电和电磁干干扰、抗辐射能力强保密性好，无串音干扰，不易被窃听或截取数据保密性好便于运输和铺设 传输损耗小，通讯距离长数据速率为420Mbps、距离为119km、无中继器时，误码

率为10-8。无中继器光纤通信的缺点：精确连接两根光纤比较困难1.3.3光纤通信与无线通信(4)全光网

光纤通信的瓶颈之一是光信号的传输距离。焦点在“信号放大”。用普通光纤网络传输信息时，每隔200km～500km需将光信号还原成电信号进行放大，然后再转换成光信号继续传输。昂贵的光/电和电/光转换抵消了超高速传输所带来的经济效益，增加成本；还使进一步提高带宽变得越来越困难。全光网AON（AllOpticalNetwork）的概念全光网是指光信息流在通信网络中的传输及交换时始终以光的形式存在，不需要经过光/电、电/光转换。全光网技术是光纤通讯领域的前沿技术，是21世纪真正的高速公路。1.3.3光纤通信与无线通信电磁波的种类与频率利用电磁波可以在空间自由传播的特性，通过模拟信号或数字信号使用电磁波调制后进行传输，实现远距离传输信息电磁波的种类与频率范围

无线电波: 104～1011(Hz) 中波： 0.3～3(MHz) 短波： 3～30(MHz) 超短波： 30～300(MHz)微波： 0.3～300(GHz)红外线： 1011～1014(Hz)可见光： 1014(Hz)紫外线： 1014～1016(Hz)

无线广播电视、通信通信1041051061071081091010101110121013101410151016

Hz双绞线同轴电缆AM广播FM广播和TV卫星地面微波光纤紫外线红外线可见光微波无线电波超短波中波短波1.3.3光纤通信与无线通信3无线通信无线电波可以按频率（或波长）分：中波、短波、超短波和微波。由于不同波段电磁波的传播特性各异，因此可以应用于不同的通信系统。

中波——沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。短波——地表电波会被地球吸收,电离层反射能力强，适用于环

球通信。

超短波和微波——绕射能力较差，在空间主要是直线传播,能穿

透电离层而进入宇宙空间,适用于视距或超

视距中继通信。

无线通信通过自由空间的电波去传递信息1.3.3光纤通信与无线通信无线电波的划分调调幅广播电台信号的频段与波段

MF（中频）/中波

HF（高频）/短波民用调频广播电台信号的频段与波段

VHF（甚高频）中频率在88～108MHz内电电视信号的频段与波段

VHF（甚高频）/米波*1.3.3光纤通信与无线通信电磁波在空间的传播特点甚长波,长波，中波能沿地球表面向不同方向传播（绕射能力强），容易穿过建筑物，适用于广播和海上通信。调幅广播使用中波波段。短波,超短波地表电波被地球吸收，电波依靠电离层（距地球100km～500km高度的带电粒子层）的反射传播，适用于环球通信。调幅广播使用短波波段,民用调频广播使用超短波波段。军方也使用这两个波段通信。1.3.3光纤通信与无线通信1微波通信微波：一种具有极高频率（300MHz～300GHz）的电磁波波长很短，通常为1米至1毫米。性质：

无绕射性电离层穿透性类光波性，直线传播，反射性1.3.3光纤通信与无线通信1微波通信微波通信无线通信的一种形式。

广泛用于长途电话、蜂窝电话、全数字高清晰度电视（HDTV）等的信号传输。1.3.3光纤通信与无线通信微波通信方式：地面微波接力通信卫星通信对流层散射通信通信卫星对流层不均匀体GB1.3.3光纤通信与无线通信微波接力通信优点：

容量大、可靠性高、建设费用低、抗灾能力强。容量大：采用模拟调频传输技术时，容量高达几千路电话，还可同

时传输高质量的彩色电视。采用数字微波传输技术后，容量更大、可靠性更高，对移

动通信，全数字HDTV传输等，起到了重要的作用。1.3.3光纤通信与无线通信2卫星通信通信卫星地面站1地面站2地球通信卫星工作原理：从地面站1发出的无线电信号，被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大、变频和功率放大，然后由卫星的通信天线把放大后的信号重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。

1.3.3光纤通信与无线通信中低轨道卫星通信中低轨道低于同步轨道，在这种轨道上运行的卫星运行周期小于地球自转一圈的周期，因此相对于地面是（向前）运动的，卫星天线覆盖的区域也小，地面天线必须随时跟踪卫星。优点：高度仅是同步轨道的二十分之一至八十分之一，路径损耗低很多，传播时延时也大大缩短，对于手持通信终端和话音通信非常有利。1.3.3光纤通信与无线通信同步轨道卫星通信卫星卫星卫星地球35800公里同步轨道卫星通信

赤道上方高度为35800公里的地方为地球同步轨道，卫星的运行周期与地球自转