第八章传输介质

第八章传输介质第8章传输介质传输介质是指在通信过程中发送方和接收方之间的物理通路，数据通信中采用的传输介质可分为有线和无线两大类。在有线介质中信号被限制在介质中，而不离开介质（少量泄露除外）。一对电缆、同轴电缆、波导管或光缆都是常用的有线介质；移动通信、微波通信、红外通信以及激光通信的信号载体都属于无线传输介质。8.1有线介质8.1.1双绞线双绞线是两根绝缘导线互相绞结在一起的一种通用传输介质，它可减少线间的电磁干扰，适用于模拟和数据通信。双绞线有两种常见类型—屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。前者是用细金属包裹每个线对的一类电缆，可在一定程度上抵抗电磁干扰。在局域网刚刚出现时，主要采用STP电缆。目前局域网中大多数使用的是UTP，因为UTP电缆的价格比STP电缆便宜得多。8.1有线介质8.1.1双绞线双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为了减少信号传输中串扰及电磁干扰（EMI）影响的程度，通常将这些线按一定的密度互相缠绕在一起。双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主要应用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短距离的信息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，这时就要使用中继器（Repeater）来放大信号和再生波形。双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，所以得到广泛的使用。在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为非屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）。8.1有线介质8.1.1双绞线1.UTPUTP电缆是目前最常用的远程传输介质。一对双绞线包含两根导线（通常是铜的），每根导线都包裹有不同颜色的塑料绝缘外皮，以便于区分。图8.1所示为一根有4对双绞线的电缆。UTP的优点是价格低廉、使用简单以及易于安装，但不适于在噪声大、电磁干扰强的恶劣环境中使用。8.1有线介质8.1.1双绞线图8.1一根4对双绞线的UTP电缆8.1有线介质8.1.1双绞线1.UTP1991年，美国电子工业协会EIA和电信工业协会TIA发布了一个标准EIA/TIA-568，该标准规定了用于室内传送数据的非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线的标准。随着局域网上数据传输速率的不断提高，EIA/TIA在1995年将布线标准更新为EIA/TIA-568-A，此标准规定了5个种类的UTP(从1类线到5类线)，后来又发展了超过5类线。对传送数据来说，最常用的UTP是5类线和超5类线，以后还会不断更新。8.1有线介质8.1.1双绞线其中：（1）1类线：主要用于传输语音（1类标准主要用于20世纪80年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。（2）2类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mb/s的数据传输，常见于使用4Mb/s规范令牌传递协议的旧的令牌网。（3）3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10Mb/s的数据传输，主要用于10Base-T,如图8.2（a）所示。8.1有线介质8.1.1双绞线（4）4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16Mb/s的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10Base-T/100Base-T。（5）5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100Mb/s的数据传输，主要用于100Base-T和10Base-T网络，是最常用的以太网电缆，如图8.2（b）所示。8.1有线介质8.1.1双绞线8.1有线介质8.1.1双绞线用UTP连接网络设备最常用的方式是通过类似电话插口的咬接式插头（UTP连接器）连接。UTP连接器可以是阴性的（插座）或阳性的（插头）。阳性插头插入阴性插座并通过一个压式弹簧（称为作键）固定在一起。电缆中的每根导线都和连接器中的一个传导头（或针）相连。这类插头中最常用的是8针的，每个都与4对双绞线中的一根导线相连。8.1有线介质8.1.1双绞线2.STP（屏蔽双绞线）STP是在每对导线外都有一层金属箔或网络，这层金属包装使电磁噪声无法进入。同时也可消除来自另一条线路（或信道）的串扰。串扰现象有时会出现在电话通话中，即在背景音中听到其他人的声音。STP也是用和UTP一样的连接器，但屏蔽层必须接地。在价格方面，STP比UPT要高，但具有良好的噪声屏蔽作用。8.1有线介质8.1.2同轴电缆为使电话业务更经济，必须将多个话音信号放在一条信道上传送。这一需求促进了同轴电缆的发展。由于金属线对的实际频率限制在1MHz左右，因此必须利用其他方法实现。同轴电缆是由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及塑料保护外层组成的，如图8.3所示。因为两个导体拥有公共的轴心，所以称为同轴电缆。当频率超过约100kHz时，自屏蔽层工作良好。但在较低的频率时，电流的“表面深度”与外部导体的厚度不相上下，屏蔽开始失效。同轴电缆的抗损耗能力与频率的平方根成正比，这使得同轴电缆通常可用于2000MHz以上的频率，甚至有线型号可用于10000MHz以上。8.1有线介质8.1.2同轴电缆图8.3同轴电缆的结构外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体8.1有线介质8.1.2同轴电缆同轴电缆按特性阻抗数值的不同，可分为两类：（1）50Ω同轴电缆：这种同轴电缆用于数字传输系统，传送基带数字信号，所以50Ω同轴电缆又称为基带同轴电缆，最高传输速率可达10Mb/s。这种电缆按直径又可分为细同轴电缆（直径为0.5mm，简称细缆）、粗同轴电缆（直径为10mm，简称粗缆）。在传送基带数字信号时，可以采用不同的编码方法，在计算机通信中采用曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。8.1有线介质8.1.2同轴电缆（2）75Ω同轴电缆：这种同轴电缆用于模拟传输系统，在宽带局域网中传输速率可达50Mb/s，它是有线电视系统CATV中的标准传输电缆。在这种电缆上传送的信号采用频分复用的宽带信号，所以75Ω同轴电缆又称为宽带同轴电缆。8.1有线介质8.1.3波导管如果传送频率足够高，信号的电磁成分可以穿越自由空间，而不需要固态导体。但是，为避免干扰以及信号散射所造成的损耗，并且能够按照要求的路线传送信号，有时需要将这种电磁波封闭在一种称为波导管的受限介质中。通常，波导管用在2000MHz到110000MHz的频率间，用于将微波发送器和接收器与其无线相连。波导管被干燥的空气或氮气密封，以排除波导管内的湿气，因为湿气会消弱微波。老式的波导管由矩形的交叉部件组成，但现在实际上采用的方法是把波导管制成环状。波导管仍用作高能、高频信号的导体，但在新型系统中则采用光缆。8.1有线介质

8.1.4光纤到目前为止，我们讨论的都是以电流形式传送信号的导体电缆。光纤是由玻璃或塑料制成的并以光波形式传输信号的。为了便于理解光纤，首先介绍一下光的自然属性。1.光的自然属性光是一种电磁能量，它在真空中传输最快，可达到300000km/s。光速依赖于它所穿越的传输介质的密度，密度越高，速度越低。（1）折射：在均匀物质中光以直线形式传播，当在一种物质中传播的光纤突然进入到另一种物质（具有更高或更低密度）时，其速度会发生突然的改变，光线改变了方向，这一变化称为折射。8.1有线介质8.1.4光纤折射光线发生的角度变化取决于介质密度的变化。当一束光线从低密度介质传播到高密度介质中时，入射角I比折射角R大，如图8.4（a）所示；当光线从高密度介质传播到低密度介质时，入射角I比折射角R小，如图8.4（b）所示。光纤技术正是利用了图8.4（b）所示的特性控制光线在光纤信道中的传播。8.1有线介质8.1.4光纤图8.4光的折射8.1有线介质8.1.4光纤（2）全角反射：当一束光线从高密度介质传播到低密度介质时，逐渐增加入射角的角度，随着入射角的增大，折射角也随之增大。当到达某一点时，入射角的变化将使折射角增加至90°，即此时的折射光线变成了完全的水平光线了。这一点的入射角称为全角反射，如图8.5所示。8.1有线介质8.1.4光纤图8.5光的全角发射8.1有线介质8.1.4光纤（3）反射：当入射角大于全反射角时，将出现一种新的现象，称为反射（也可称为全反射，因为在折射的同时也总有一部分光线发生了反射），如图8.6所示。当发生反射时，光线不会再进入低密度的介质中了。此时，入射角等于反射角。光纤利用全反射原理使光线在信道内定向传输，光纤中心是玻璃或塑料的芯材，外面填充着密度相对较小的玻璃或塑料材料。两种材料的密度差异必须使芯材中的光线只能反射回来而不是折射入填充材料。8.1有线介质8.1.4光纤图8.6光的反射8.1有线介质8.1.4光纤2.光缆的组成光缆的3个主要部分是核心（芯材和填充材料）、保护层和外套，如图8.7所示。其中芯材由纯净的玻璃或塑料材料制成，并且在大小和形状上完全符合规格。材料中的化学杂质，甚至信道大小和形状上的微小差异，都会改变反射角度从而导致信号的扭曲。填充材料包裹着芯材，它也是玻璃或材料的，但其密度要比芯材部分的密度低。在大多数情况下，光纤外有一层保护层以防潮。最后，整根光纤用一个外套包裹起来。外套可以采用多种材料，包括特富龙涂层、塑料涂层、纤维涂层、金属管和金属网格。每种材料都有其自身的特点。例如，塑料材料轻便且价格低廉，但是强度不够。金属材料强度大但成本高。材料的选择取决于光纤的安装地点。8.1有线介质8.1.4光纤图8.7光缆的组成8.1有线介质3.光纤的光源光线如何进入光纤呢？必须在光纤的一端放置一个光源，例如发光二极管（LED）或是激光。两者都是电荷响应装置，能够产生光波脉冲，通常接近于红外线的频率1014THz。激光能够产生非常纯净的狭窄光束。同时，又有更高的电能输出，因此它的光将比LED产生的光波传播得更远。LED产生的是包含许多波长的集中性较差的光，但它的价格比较便宜，而且通常使用寿命较长。激光一般用于长途通信中需要高数据速率的场合，例如在长途电话线中。光源发射出短而快速脉冲的光波，以各种不同的角度进入核心介质。以小于临界角的角度撞击在芯材和填充材料的边界面上的光线被全部地反射回来。因为反射的角度不变，所以光线将再次被全部反射回芯材中。结果光线在边界面之间不断反弹而沿着芯材介质不断向前传播。最后，光线穿过芯材介质，并被一个传感器检测到。以大于临界角的角度撞击边界面的光线将部分地折射进入填充材料，并被保护层吸收，这就防止了光线由于外泄而被其他邻近的光纤所吸收。8.1有线介质4.光纤的类型光线沿着核心介质传播还存在另一个潜在的问题。如果核心介质相当厚（与光的波长相比而言），那么光就可以从许多位置，以各种不同的角度进入介质。有些光基本上是沿着核心介质的中线传播的，但有些光线将以不同的角度撞击边界面。电磁波的理论（特别是麦克斯韦尔等式）告诉我们：某些反射光将互相干扰。因此，光将以有线的角度再光纤中不断反射并向前传播。每一个角度都定义了一条路径或一种模式。以这种方式传输光波的光纤称为步率多模光纤（StepIndexMultimodeFiber），如图8.8所示。8.1有线介质4.光纤的类型图8.8步率（阶跃）多模光纤8.1有线介质4.光纤的类型角度（与水平线的夹角）大的光来回反射的频率比角度小的光高，经过的距离也较长。因此，它们到达光纤另一端就需要多一点的时间，这种现象称为模式散布（ModalDispersion）。这就好像许多人沿着走廊赛跑，有些人沿中线跑，而那些蒙着眼睛的人则在墙壁间来回乱撞。不用想也能知道谁将

赢得比赛。8.1有线介质4.光纤的类型如果光纤太长的话，模式散布将成为一个问题。从一个脉冲产生出来的光波（反射角度较小）将有可能最终追上前一个脉冲所产生的光波（反射角度较大），从而消除两者的时间间隔。传感器检测到的将不再是光波的脉冲，而是一个持续稳定的光流。这样，脉冲中的所有编码信息都将丢失。解决模式散布问题的办法之一是使用级率多模光纤（Graded-IndexMultimodeFiber），如图8.9所示。它利用了与光的速度决定它经过的介质这一事实有关的另一个现象：经过媒体的光密度越小，光的速度肯定越快。级率多模光纤同样由核心、保护层和外套构成。区别在于芯材和填充材料间的边界面没有明确定义。8.1有线介质4.光纤的类型图8.9级率（渐变型）多模光纤8.1有线介质4.光纤的类型也就是说，从芯材放射状地向外移动，材料的光密度逐渐变小。因此，当光线放射状地向外传播时，它将逐渐向中心弯曲，最后被反射回来。因为经过的介质具有较小的光密度，所以光的速度也较快。最后的结果就是尽管有些光线的传播距离较长，但它们的传播速度较快，这样模式散布的现象就减少了。处理模式散布的另一种办法就是消除它。怎么消除呢？刚才已经提到光波以有线的模式向前传播。模式的具体数目取决于核心介质的直径以及光的波长。特别需要指出的是，减少核心直径将降低光线撞击边界面的角度数目。因此模式的数目也就减少了。如果把直径减小到一定程度，光纤内将只有以唯一一种模式传播的光速，这就是所谓的单模光纤（Single-ModeFiber），如图8.10所示。8.1有线介质4.光纤的类型图8.10单模光纤8.1有线介质5.光纤的优点光纤的优势体现在以下几个方面：（1）与金属线对和同轴电缆相比，光纤的低传输损耗使中继器之间的距离大大增加。一个没有中继器的光纤系统能够在75英里（121km）范围内每秒传输数吉比特（Gb/s），而错误率只有高质量同轴电缆的几分之一。（2）由于光纤的传输的是光纤，因而其工作频率是光的频率。目前，用于单模光纤的传输波长是1.2μm，相当于频率约为800THz（800万亿赫兹）。这一频率从使短距离的数据传输率达到20000Mb/s。8.1有线介质5.光纤的优点光纤的优势体现在以下几个方面：（3）光缆不辐射能量，也不导电，也没有电感。光缆中不存在串扰以及光干扰的影响，也不会有线路在“接头处”感应耦合导致的安全问题，（4）因为光缆是传输光能量的，因而可以再大多数危险的地方通过。例如炼油厂、谷物升降机以及类似的地点，这些地方不允许使用电缆，可能存在潜在的危险。（5）光缆比相同容量的金属电缆体积小、重量轻且价格便宜。在光缆中提供几根未用的光纤作为备用或为将来的业务量增长做准备，既经济又灵活。8.1有线介质5.光纤的优点当前正使用的一个标准光纤系统是美国电话电报公司的FT3光波系统，该系统能够同时支持80000路双向语音通话。该系统采用的光缆直径为1/2英寸，包含144根光纤。每对光纤的工作速率为90Mb/s，因而总的数据率大约为6000Mb/s。系统为每一根主用光纤提供一路备用光纤，且在主用光纤中的信号无效时能自动切换到备用光纤。8.2无线介质无线介质是指不使用物理导体传输电磁波，而是将信号通过空气（在较少情况下是水）广播出去，从而使任何一个具有接收能力的设备都可以接收到。8.2.1无线电波段分配磁波中用于无线电通信的部分被分成8个波段，每个波段都由政府机构管理。这些波段级别从甚低频（VLF）到极高频（EHF），如图8.11所示。8.2无线介质8.2.1无线电波段分配图8.11电磁波谱8.2无线介质8.2.2无线电的传播无线电波通过5种不同的传播方式进行传输：地表传播、对流层传播、电离层传播、视线传播和空间传播。无线电技术将大气层分为两层：对流层和电离层。对流层是离地面大约30英里（48km）的大气层并充满空气。云、风、气温变化以及天气现象通常都发生在对流层，喷气机也飞行在这一层；电离层是在对流层之上而在太空以下的大气层。它高于平时我们所说的大气层，并充满电离子。8.2无线介质8.2.2无线电的传播1）地表传播无线电的传播通过大气的最低层进行，紧靠地球表面。由于信号位于最低频段，因此信号从发射天线向各个方向发出后，就会沿着地球表面呈曲线传播。传播距离取决于信号的能量。能量越大，传播越远。地表传播可在海水中发生，如图8.12（a）所示。8.2无线介质8.2.2无线电的传播1）地表传播图8.12地表传播和电离层传播8.2无线介质8.2.2无线电的传播2）对流层传播对流层传播分为两种方式。信号以直线方式从一根天线发送到另一根天线，也可以一定角度向对流层的较高层广播，然后反射回地面。第一种方式要求接收方和发送方在视线所及的范围内，并受到地球表面曲度和天然高度的限制。第二种方式可以传播更远的距离。3）电离层传播高频无线电波向上发射到电离层并由该层反射回地面。对流层和电离层间的密度差异使所有电波都先折射在反射回地面，因此可以较低的能量传播较远的距离，如图8.12(b)。8.2无线介质8.2.2无线电的传播4）视线传播甚高频无线电波直接从一根天线直接传播到另一根天线，天线必须是有向的且是相向的。天线之间要么距离足够短，要么高度足够高，才能避免地表曲面影响直线传播。视线传播实际上并不可能，因为无线电波的传输并不能完全聚焦。电波不仅会前后传播，同时也会上下传播，并且能与地面或大气层发生反射。反射波到达接收天线总是比直接传播到达得慢，因此可能导致接收信号遭到破坏。8.2无线介质8.2.2无线电的传播5）空间传播空间传播采用卫星中继代替大气折射。轨道卫星接收一个广播信号，然后重新将信号广播给地面接收者。本质上，卫星传输是有中继站（卫星）的视线传播。卫星离地面的距离使它能像一台非常高的天线一样工作，从而极大地拓展了信号的可达范围。8.2无线介质8.2.3微波通信微波传输一般发生在两个地面站之间。微波传输的两个特性限制了它的使用范围。首先，微波是直线传播的，它无法像某些低频波那样沿着地球的曲面传播。其次，大气条件和固体物将妨碍微波的传播。信号的覆盖范围在很大程度上依赖于天线的高度，天线越高，信号传输的距离越远。例如，微波无法穿越建筑物。典型的做法是将天线安装在塔顶，而塔建立在山顶上。8.2无线介质8.2.3微波通信微波通信一次只能向一个方向传播，因此对于类似电话这种双向传输而言则需要两个频率才能实现。每个频率用于一个方向上的微波传输。每种频率的信号都需要有独立的发送器和接收器。通常，将两种设备集成到一个收发器中，从而使单根天线可以处理两种频率和功能。（双工器）8.2无线介质8.2.3微波通信1.转发器为了延长微波传输的距离，可以在每个天线上安装一个转发器，负责将天线接收到的信号转发到下一个天线，如图8.13所示。根据信号频率和天线安装环境的不同，对转发器之间的距离的要求也有所不同。转发器可以原来的频率转发信号（同频转发），也可以一个新的频率转发信号（异频转发）。8.2无线介质8.2.3微波通信1.转发器地球地面站之间的直视线路微波传送塔8.2无线介质8.2.3微波通信1.转发器图8.13微波传输8.2无线介质8.2.3微波通信2.天线在微波通信中，经常使用抛物柱面碟状天线和角状天线两种。抛物柱面碟状天线应用了几何教学中一个众所周知的事实。假设有一条抛物线，作一直线垂直于其顶点的切线，这就是对称线。所有平行于对称线的直线从曲线上反射回来之后，将相交于一个公共点，这个点称为焦点，如图8.14所示。抛物柱面碟状天线实际上并不是一个接收器，它只是一个反射器。因为它有一个抛物面的外形，所以接收的信号被反射后将聚于焦点上。把真正的接收器安装在焦点的位置，就可以接收到精确的信号。通过这种方式，可以比单点形天线恢复更多的信号。8.2无线介质8.2.3微波通信2.天线图8.14抛物面蝶状天线图8.15角状天线8.2无线介质8.2.3微波通信2.天线角状天线包含一根称为波导（Waveguide）的圆柱形管，负责引导微波，并把它们直接传送到一个凹面反射器中，如图8.15所示。反射器的外形设计使得微波经过反射后成为一条狭窄的波束。波束穿越一段没有障碍物的区域，最后由另一天线接收。8.2无线介质8.2.4卫星通信卫星通信可以看作是微波通信的一种，基本原理和微波通信的一样，只不过它的中继站是绕地球轨道运行的卫星，如图8.16所示。因为以卫星作为超高天线和转发器，虽然在卫星传输中信号仍然是沿直线传播的，但地球曲面引起的距离限制被大大地削弱，使信号只需一次反射就可以跨越陆地与海洋。8.2无线介质8.2.4卫星通信卫星通信提供了地球上任何地点间的通信能力，这一优势可以为世界上不发达地区在不需投入巨资敷设地面基础设施的条件下提供高质量的通信服务。当然卫星本身的造价十分昂贵，但租用卫星的一些时段或频率则相对便宜。卫星通信的应用十分广泛，包括电话、电视、新闻服务、天气预报以及军事用途等。8.2无线介质8.2.4卫星通信1.地球同步卫星视线传播要求发送和接收天线在任何时刻都可以互相锁定对方的位置，因此轨道运行速度大于或小于地球自转速度的卫星只在一小段时间内满足上述要求。为保证通信的持续性，卫星必须与地球同步运行，使得在地面上看卫星就如同固定在天空中的某一点一样，这种卫星称为地球同步卫星。8.2无线介质8.2.4卫星通信1.地球同步卫星因为轨道的运行速度由轨道距离地面的高度决定，所以只有一条轨道与地球同步，这条轨道位于赤道平面，大约距离地面22000英里（35406km）。但是一颗同步卫星不可能覆盖整个地球。在同步轨道上至少需要三颗等距离的同步卫星才能提供全球通信服务，其中的每一颗都在赤道上方的同步轨道上并且与其他两颗呈角，如图8.17所示。8.2无线介质8.2.4卫星通信1.地球同步卫星图8.17位于赤道上的地球同步轨道卫星地球地面站地面站8.2无线介质8.2.4卫星通信2.卫星通信的频带卫星通信所占据的是千兆赫频段。每颗卫星使用两个波段，分别用于发送和接收。从地面向卫星的传输称为上行，从卫星到地面的传输称为下行。表8.1所示为卫星常用波段和频率。8.2无线介质8.2.4卫星通信2.卫星通信的频带表8.1卫星波段和频率8.2无线介质8.2.4卫星通信3.低轨人造卫星

地球同步卫星特别适用于广播类型的传输。蝶形卫星天线可以瞄准空中某个固定点，按照需要收发信号。但低轨道人造卫星（LowEarthOrbitSatellite）确实具备某些地球同步卫星所没有的优点。诸如军事侦察等应用要求卫星不保持固定的位置。较低的轨道也允许卫星相对于地球表面移动，从而扫描地表上的不同区域。LEO卫星对火箭动力的要求也比较低，而且在NASA的预先安排下，也可以由航天飞机将卫星发射到轨道上。由于信号需要传送的距离缩小了，卫星的能量需求也就减少了。然而，在全球通信领域，LEO卫星仍没有得到广泛的应用，因为卫星并不总是位于地面发射机和接收器的信号范围内。不过，这种情况正在改变。理论上，只要轨道上有足够数量的LEO卫星，就能够实现通信。8.2无线介质8.2.4卫星通信3.低轨人造卫星

图8.18对此做了说明。如果一个低轨道上存在足够的卫星，它们都将相对于地面运动。例如，在图8.18（a）中，一个地面站和卫星A建立了通信。因为卫星A位于低轨道上，所以它必须一边移动，一边和地面站保持联系。同样地，最终卫星将落下地平线，这使得它在绕地球旋转并出现在相反方向的地平线上以前不可能和地面站直接进行通信。然而，不必等待卫星Ａ，低轨道上还有另一颗卫星（Ｂ）。两颗卫星的相对位置必须保证当A落下地平线时，B刚好从另一条地平线上升起。它能够恢复A和地面站中断了的通信。当B最后落下地平线时，将会有另一颗卫星接替它的工作。8.2无线介质8.2.4卫星通信3.低轨人造卫星图8.18地面站与LEO卫星之间的通信8.2无线介质8.2.4卫星通信3.低轨人造卫星

如果存在足够数量的LEO卫星，那么总会有一颗卫星能够和该地面站实现通信；而且，地球上的任意一点，包括最荒凉的地方，都将位于某一颗LEO卫星的信号接收范围之内。因此，地球上的任意两点就能够像图8.19所示那样连接起来。其中的一个站点（图8.19中的站点X）与距离最近的可用LEO卫星通信。绕轨道运转的LEO卫星彼此遵循着一个相互交换信息的协议。该协议允许A的信息被转播到离站点y最近的LEO卫星上，然后再由下行链路到达站点y。8.2无线介质8.2.4卫星通信3.低轨人造卫星图8.19任意两个站点之间使用LEO实现通信8.2无线介质8.2.5蜂窝电话蜂窝式移动电话（CellularTelephone）也称为车载电话（CarTelephone）或蜂窝式无绳电话（CellularRadio），是在两个移动设备之间或者在一个移动单元和固定单元之间建立的稳定的通信。服务提供者必须对呼叫方从一条信道的有效区域移动到另一条信道的有效区域，而把信号从原来的信道转发到另一条信道。术语蜂窝是指一个地理区域为了实现通信被划分的方式，所划分的每个单元都有一根由基站控制的天线。每个基站由移动电话交换局（MTSO）控制，并负责连接到电话系统。8.2无线介质8.2.5蜂窝电话蜂窝单元之间的分界线并不像图8.20所示的那么明确。当靠近蜂窝单元的边界线时，移动电话潜在地位于多个单元范围内。每个基站都会持续地发送信号，因此移动电话可以通过检测哪一个信号最强来确定最近的基站。当移动电话打出一个电话时，它与最近的基站进行通信，如图8.21所示。接着该基站与MTSO联系，后者能够与常规的电话系统交换数据。8.2无线介质8.2.5蜂窝电话图8.20蜂窝式网络8.2无线介质8.2.5蜂窝电话图8.21蜂窝式电话通信8.2无线介质8.2.5蜂窝电话蜂窝单元的大小并不是固定的，可以根据区域内人口的增加而缩小。典型蜂窝单元的半径是1英里到12英里（1.6km到19km）。人口密度小的区域需要更多数量的蜂窝单元以满足流量的需求。每个蜂窝单元的传输能量都保持在低水平以免干扰其他单元。8.3传输衰减信号在通过传输介质的过程中将出现减损，即信号在介质的始端与终端不一致，发送与接收的内容不一致。通常，减损包括衰减、失真和噪声3种类型。8.3传输衰减8.3.1衰减衰减是指能量的损失。当一个简单信号或复合信号通过传输介质时，介质电阻导致信号能量损失，引起携带电信号的导线发热，信号的部分能量转变为热能，为了补偿能量损失，可利用放大器放大信号，如图8.22所示。度量两个信号相当强度或一个信号在两个不同点强度变化的单位是分贝（dB）。注意，若一个信号衰减，则分贝是负值；若一个信号放大，则分贝是正值。8.3传输衰减8.3.1衰减图8.22衰减8.3传输衰减8.3.2失真失真是指信号变形。对于由多种频率合成的复合信号，由于每个信号分量通过传输介