通信导论-第二讲 传输介质

2023/2/71通信导论张冬梅(zhangdm@)北京邮电大学计算机科学与技术学院2023/2/72第二章传输介质2023/2/73主要内容2.1传输介质的基本概念2.2双绞线2.3同轴电缆2.4微波与卫星2.5光纤2023/2/742.1传输介质的基本概念传输介质提供通信设备之间的物理通道，是信息传输的实际载体传输介质的多样性：源于通信环境和业务的多样性2023/2/75传输介质的基本概念(续)传输介质的分类有线双绞线同轴电缆光纤无线地面微波卫星红外等2023/2/76传输介质的基本概念(续)选择传输介质的标准传输特性：带宽、抗干扰性、距离传播时延和响应时间安全性机械强度物理尺寸成本2023/2/77传输介质的基本概念(续)有线传输介质的特点带宽资源丰富，使用频率不受管制保密性好抗干扰能力强安装工期长2023/2/782.2双绞线2.2.1双绞线概述2.2.2双绞线的特点2.2.3双绞线的应用2023/2/792.2.1双绞线概述双绞线的定义：一对带有屏蔽层的铜线以螺旋的方式缠绕在一起，一般由多对这样的双绞线构成电缆。

通过螺旋式的布线来消除干扰，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。2023/2/7102.2.1双绞线概述(续)区分双绞线类型的特征导线直径含铜量单位长度绕数屏蔽措施2023/2/7112.2.1双绞线概述(续)双绞线的类型屏蔽双绞线STP非屏蔽双绞线UTP1类2类3类4类5类超5类等2023/2/7122.2.2双绞线的特点优点成本低，易于安装应用广泛缺点带宽有限信号传输距离短抗干扰能力不强2023/2/7132.2.3双绞线的应用电话传输系统中的用户线用户环路，4KHz（模拟）ISDN（数字）xDSL（数字）数据通信系统中以太网2023/2/7142.3同轴电缆2.3.1概述2.3.2特点2.3.3应用2023/2/7152.3.1同轴电缆概述同轴电缆的结构铜导体绝缘层屏蔽层（返回路径）外套分类基带同轴电缆：50欧姆阻抗，用于数字传输宽带同轴电缆：75欧姆阻抗，用于模拟传输2023/2/7162.3.2同轴电缆的特点可用频带宽：可达数Ghz抗干扰能力强较大的传输距离安装成本高、不容易移动2023/2/7172.3.3同轴电缆的应用长途电话传输，局间中继线路：E1有线电视广播：CATV局域网计算机系统之间的短期连接2023/2/7182.4无线信道2.4.1无线信道的基本概念2.4.2电磁波在无线信道中的传播2023/2/7192.4.1无线信道的基本概念无线信道的定义：无线通信中基站天线与用户天线之间的传播路径无线通信的特点：由于远比有线通信恶劣和多变的无线传播环境，需要深入研究信道的特点以及对信道的使用方式天线：用来发射电磁能量或者接收电磁能量的电导体或电导体系统2023/2/7202.4.2电磁波在无线信道的传播基本传播机制直射反射绕射散射2023/2/721补充：无线电波的几种传播方式无线电波的几种传播方式表面波传播天波传播空间波传播散射传播外层空间传播2023/2/722表面波传播表面波传播指电波沿着地球表面传播的情况影响电波传播的因素地面吸收绕射问题电波频率越高，传输损耗越大适合：中、长波和部分短波的传播2023/2/723天波传播天波传播是指利用电离层的反射传播电波的情况电离层：分布在地球周围的大气层中，从60km以上的电离区域电离层的特性色散性吸收性：电离层吸收电波的能量电波频率越低，传输损耗越大2023/2/724空间波传播空间波传播指在视线范围内或经过地面反射来传播电波的情况在大气低层传输，有时受低空大气层的影响传输的特性：直达波和反射波的合成适合：移动通信中，电波主要以空间波的形式传播2023/2/725散射传播散射传播指利用大气层中的不均匀体对电波的散射来传播电波的情况传输的特性传输距离可达300-800km传输损耗大适合：无法建立微波中继站的地区2023/2/726外层空间传播外层空间传播指电波穿过低空大气层和电离层到达外层空间的传播传输的特性：近似真空传输，特性稳定，传输损耗小适合：卫星、宇宙探测2023/2/727补充：各个波段的传播特点长波传播（波长1000米以上）以表面波传播为主受电离层影响小，传播稳定对其他信号干扰强，受天电干扰中波传播（波长100-1000米）以表面波或天波形式传播受电离层影响主要用于无线广播2023/2/728补充：各个波段的传播特点（续）短波传播（波长10-100米）以表面波和天波传播利用电离层的反射可以进行远距离无线通信超短波和微波传播（波长10米以下）以空间波、散射波和外层空间波传播频带宽，应用广主要用于无线广播2023/2/729多径传播多径传播指在接收端收到的信号是经过多次反射、经过多个不同路径传送的信号组成的多径衰落

经过多径传播的信号若同相则相加，若反相则抵消，由此造成接收端信号幅度变化的现象称为多径衰落或瑞利衰落阴影衰落

移动台接收信号的场强中值随着地区位置改变出现较慢的变化，这种变化称为慢衰落或阴影衰落2023/2/730信道衰落信道衰落随时间的推移，接收信号强度的起伏称为信道衰落信道衰落的原因接收机的移动周围环境的变化信道衰落的种类快衰落：多径衰落慢衰落

：阴影衰落2023/2/731多普勒效应背景1842年ChristianDoppler首先提出这一理论内容：声波频率在声源移向观察着时变高，在声源远离观察着时变低多普勒效应适用于所有类型的波对移动通信系统的影响：移动过程中频率偏移当移动台移向基站时，频率变高；当移动台远离基站时，频率变低2023/2/732距离损耗时延扩展：多径传播造成信号时延扩展多径衰落：移动台移动造成接收信号的瞬时值出现快速衰落阴影衰落：移动台接收信号的场强值随着地区位置改变出现较慢的变化多普勒效应：移动台的移动性造成频率偏移2023/2/733无线信道的特点频谱资源有限传播环境复杂存在多种干扰网络拓扑多变2023/2/7342.4.4微波微波频段：1Ghz到100Ghz微波中继放大器之间的距离取决于传输的频率微波在视线范围内传播2023/2/735微波的优点足够的带宽波长短受天电干扰小2023/2/736微波的缺点视线范围传播对环境因素敏感需要频带使用许可潜在的环境限制2023/2/737微波的应用微波中继通信多点分配业务MDS（LMDS）无线局域网第四代移动通信系统2023/2/7382.4.5卫星通信的概念卫星通信是利用卫星作为中继站，转发微波信号，实现两个或多个地球站间的通信

2023/2/739卫星的频带卫星频率分配涉及的两个频带上行链路：地面站到卫星下行链路：卫星到地面站卫星通信使用的频谱资源C波段Ku波段Ka波段L波段2023/2/740卫星通信的优、缺点卫星的优点远程接入覆盖范围广对地球拓扑不敏感成本和距离关系小高带宽2023/2/741卫星的缺点初装成本高GEO系统传输时延较大环境干扰问题需要许可证某些区域内分配受限制自然现象造成影响2023/2/7422.4.6无线电波与红外线无线电波一般为全向性的3kHz-300GHz红外线视距范围传播与微波区别：无法穿透墙体，不存在频率分配问题2023/2/7432.5光纤2.5.1概述2.5.2光纤部件2.5.3光纤的优点和缺点2.5.4光纤的应用2023/2/7442.5.1概述1950—1960年，CharlesKao提出制造光纤的设想,1966年7月高锟发表文章指明了光纤的研究方向1970年,美国康宁公司首次研制成达到实用水平的光纤2023/2/7452.5.2光纤的工作窗口工作窗口的定义

光纤对特定波长的光波的传输损耗明显要小于其他波长的光波，这些特定的波长就是光纤的工作窗口三个工作窗口0.8-0.9μm1.31μm1.55μm2023/2/7462.5.3光纤的相关概念光缆的工作原理光在空气中沿直线传播；光从一种介质进入另一种介质会发生折射；如果入射角大于临界值会发生全发射；因此，在玻璃纤维外包裹一定的材料，利用全反射保证光波只在玻璃纤维中传播2023/2/7472.5.3光纤的相关概念(续)光纤的结构玻璃纤维(信号的传输)包层(将光信号封闭在纤芯中)涂覆层光缆：将多条光纤固定在一起构成2023/2/7482.5.3光纤的相关概念(续)光纤的分类单模光纤和多模光纤模式：光纤中的一个特定的入射角对应一个模式光纤的损耗光波通过光纤后，光的强度会被衰减，这就形成了光纤的传输损耗。损耗是影响光纤传输距离的重要因素。2023/2/7492.5.3