第六部分(1) 傳輸介質(zhì)

1、莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心 2009年2月l本章研究:什么是傳輸介質(zhì)？三種重要的有向傳輸介質(zhì)l雙絞線 （廣泛用于樓內(nèi)布線）l同軸電纜 （已成昨日黃花，目前主要用于有線電視）l光纖（廣泛用于樓間布線和長(zhǎng)途傳輸）無線通信用的傳輸介質(zhì)（無向介質(zhì)）7.1 有向介質(zhì)有向介質(zhì) Guided Transmission Media7.2 無向介質(zhì)無向介質(zhì) Unguided Transmission Medial通信系統(tǒng)中發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備之間的物理線路。l通信系統(tǒng)以電磁能形式的信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)。l電磁能通過傳輸介質(zhì)傳播，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳送。P 124 圖 7.1P 124 圖 7.2莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心 2009

2、年2月雙絞線同軸電纜光 纜有向介質(zhì)無屏蔽雙絞線（四對(duì)線芯）l如果兩條導(dǎo)線互相平行，離噪聲源（如電動(dòng)機(jī)）近的導(dǎo)線中產(chǎn)生的噪聲電平就會(huì)比另一條導(dǎo)線中的更高，從而導(dǎo)致負(fù)載不平衡以及信號(hào)損益。l導(dǎo)線絞合并不保證一定能消除噪聲，但是能顯著減弱它的影響。l“雙絞”可以減少相鄰導(dǎo)線的電磁干擾。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）兩大類，差別在于雙絞線內(nèi)是否有一層金屬隔離膜。STP內(nèi)有一層金屬隔離膜，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可減少電磁干擾，穩(wěn)定性較高，價(jià)格比UTP貴。UTP內(nèi)沒有這層金屬隔離膜，穩(wěn)定性較差，但價(jià)格相對(duì)來說便宜多了。l1類線 用于0.1 Mbps傳輸 (適用于語音/低速傳輸 ) l2類線

3、 用于2 Mbps傳輸 (適用于語音/低速傳輸 )l3類線 用于10 Mbps傳輸 (4芯,10 Mbps以太網(wǎng)電纜)l4類線 用于20 Mbps傳輸l5類線 用于100 Mbps傳輸 (8芯)l超5類線 用于125 Mbps傳輸 (8芯,最常用的網(wǎng)絡(luò)電纜)l6類線 用于200 Mbps傳輸l7類線 用于600 Mbps傳輸l電纜上通常印有類別標(biāo)志,如 cat 5 或category 5 (5類線)l標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用的雙絞線(UTP)，每根長(zhǎng)度不宜超過100米。廣泛用于樓內(nèi)布線參見P126 表 7.1P126 圖7.5RJ-45 connector (crystal connector)U

4、TP連接件(RJ-45)，俗稱“水晶頭”。l衰減測(cè)量:每英里分貝數(shù)l頻率超過100 kHz時(shí)衰減劇增P126 圖7.6P127 圖7.7銅銅芯芯內(nèi)護(hù)套內(nèi)護(hù)套絕絕緣層緣層金屬屏蔽層金屬屏蔽層外護(hù)外護(hù)套套屏蔽層（銅網(wǎng)或銅箔）也是傳導(dǎo)體的一部分，以形成完整的回路廣泛使用的同軸電纜有兩種：一種為50(指沿電纜導(dǎo)體各點(diǎn)的電磁電壓對(duì)電流之比) 同軸電纜，用于數(shù)字信號(hào)的傳輸，即基帶同軸電纜；另一種為75同軸電纜，用于寬帶模擬信號(hào)的傳輸，即寬帶同軸電纜。（參見P127 表 7.2） 基帶傳輸型基帶傳輸型(主要用于早期的主要用于早期的10 Mbps低速局域網(wǎng)低速局域網(wǎng)) 50 RG-11（粗纜，10mm） RG

5、-58 （細(xì)纜，5mm） 93 RG62 頻帶傳輸型頻帶傳輸型(主要模擬傳輸主要模擬傳輸) 75 RG-59 (有線電視)終接器(Terminator) 又稱為”終端電阻”BNC -同軸電纜接插件P127 圖7.8BNC接頭接頭T型連接器型連接器帶帶BNC接頭的接頭的同軸電纜同軸電纜 安裝在同軸電纜線路的兩端，用于吸收信號(hào)能量。l帶鏈的（接地）l不帶鏈的3類16 MHz5類 100 MHz超5類 100 MHz6類 200 MHz7類 600 MHz500 MHzl頻率超過10 kHz時(shí)衰減劇增l盡管同軸電纜帶寬更大，但信號(hào)減弱很快P128 圖7.8l曾經(jīng)廣泛用于模擬電話網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和傳

6、統(tǒng)的低速（10 Mbps)以太局域網(wǎng)。l電話網(wǎng)絡(luò)中大部分已被光纜取代。l有線電視網(wǎng)絡(luò)中也大部分被光纜取代，一般僅入戶線仍使用同軸電纜。l計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中已被數(shù)據(jù)速率達(dá)100 Mbps的雙絞線全面取代。l光纖通信是目前發(fā)展最快的一種通信技術(shù)。l 光是一種電磁能。它在真空中的傳播速度可達(dá)30萬千米/秒。光的傳播速度與它通過的介質(zhì)密度有關(guān)。密度越大，傳播速度越低。l 光在單一密度的介質(zhì)中以直線形式傳播。l 如果通過某一介質(zhì)的光束突然進(jìn)入另一種密度不同的介質(zhì)，它的傳播速度會(huì)突然改變，導(dǎo)致光束傳播方向也隨之改變（折射或反射）。P128 圖圖 7.10 光從高密度介質(zhì)射到低密度介質(zhì)時(shí)的情況光從高密度介質(zhì)射到

7、低密度介質(zhì)時(shí)的情況l光纖是一種透光性極好的玻璃或塑料纖維，可以最小損耗將光束從一端傳送到另一端。l光纖起著某種“光導(dǎo)管”的作用。它將光纖一端進(jìn)來的光束引導(dǎo)到另一端。光源可以是一個(gè)發(fā)光二極管（LED），也可以是一個(gè)激光器。l光源發(fā)出了一連串“亮”、“滅”形式的光脈沖。在光纖的接收端有一個(gè)光敏接收器，可以將光脈沖轉(zhuǎn)換回由數(shù)字“1”和“0”組成的原信號(hào)形式。l 相比其他傳輸媒介，光纖最主要的優(yōu)點(diǎn)是低損耗、高帶寬和高抗干擾性。 (參見P131 ”應(yīng)用”)l 一對(duì)光纖可以有160個(gè)長(zhǎng)途通信通道，每個(gè)通道的帶寬可達(dá)10 Gpbs (甚至高達(dá) 20 Gbps)，且傳輸質(zhì)量極好。l 測(cè)試表明，當(dāng)數(shù)據(jù)速率為42

8、0 Mbps且距離為119 km無中繼器時(shí)，其誤碼率僅為10-8。 光纖利用全反射使光線在通道內(nèi)定向傳輸光纖利用全反射使光線在通道內(nèi)定向傳輸。 光纖中心是玻璃或塑料的纖芯，外面填充著密度相對(duì)較小的玻璃或塑料材料（包層）。兩種材料的密度差異必須達(dá)到能夠使纖芯中的光線只能反射回來而不能折射入包層的程度。 信息被編碼與一束以一系列開關(guān)狀態(tài)來代表 0 和 1 的光線形式。P129 圖7.11P130 圖7.14光纖為圓柱狀，由3個(gè)同心部分組成纖芯、包層和封套，每一路光纖包括兩根，一根接收，一根發(fā)送。光纖包層有用于保護(hù)芯線和將光反射回玻璃導(dǎo)體內(nèi)的鍍層，然后封裝堅(jiān)韌的“凱夫拉爾凱夫拉爾”（制造防彈衣的材料

9、）封套，最后再用聚氯乙稀等材料制作的外套層封裝。P129 圖7.12P129 圖7.13l 多模光纖是指在給定的工作波長(zhǎng)上，能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸?shù)墓饫w。即多條入射角度不同的光線可以同時(shí)在一條光纖反射式地傳播。l 多模光纖根據(jù)折射率的分布特性，可分為l漸變型（graded-index）l階躍型（step-index）l折射率為階躍型，其折射率在整個(gè)光纖直徑方向?yàn)槌Ａ俊同樣距離下，入射角較小的光束需要更多的反射，所以經(jīng)過的路程更長(zhǎng)。這種路程差意味著到達(dá)時(shí)間有所不同。當(dāng)光束在接收端重新組合時(shí)，所生成的信號(hào)就會(huì)畸變。l折射率為漸變型的光纖，其折射率隨光纖芯徑變化（中心處為0）。l具有變化的密度，其芯

10、材中心密度最高，向外逐漸變小，在邊界處最小。密度的不斷變化使得光線逐漸彎曲成一條曲線，這樣每隔一定間距不同的光線就會(huì)相交。把接收裝置精心放置在這些相交處，就可以獲得高精度的重組信號(hào)。由于突變型多模光纖傳輸時(shí)光信號(hào)畸變較大，故常用漸變型多模光纖，其主要規(guī)格有： - 50 m(纖芯直徑)/125 m(包層直徑) - 62.5 m(纖芯直徑)/125 m(包層直徑) - 100 m(纖芯直徑)/140 m(包層直徑）多模光纖對(duì)準(zhǔn)要求不太嚴(yán)格，彎曲時(shí)損耗不太靈敏，被推薦應(yīng)用于所有的建筑物綜合布線系統(tǒng)。 支持100 Mbps傳輸率/1.52 km和1000 Mbps傳輸率/300m范圍的LAN。計(jì)算機(jī)網(wǎng)

11、絡(luò)一般使用62.5 m多模光纖。l使用折射率突變型光纖。其芯徑被減少到某個(gè)波長(zhǎng)級(jí)，這樣只有一個(gè)角度即“模式”的光纖可以通過：軸心光線。于是所有光線都能“同時(shí)”到達(dá)，并能無失真地重新組合，通常用于長(zhǎng)距離的傳輸。l單模光纖的纖芯直徑很小，在給定的工作波長(zhǎng)上只能以單一模式傳輸，傳輸頻帶寬，傳輸容量大，折射率為突變型，光線沿其中心直線傳輸，故光信號(hào)的損耗很小，離散也很小，傳輸距離大大高于多模光纖。l常用規(guī)格為7.0 m（纖芯直徑）/125 m（包層直徑），衰減小，適合遠(yuǎn)程傳送，但需用昂貴的注入式激光二極管作光源。l多模光纖和單模光纖的線路造價(jià)相當(dāng)l但多模光纖的光端設(shè)備價(jià)格低廉l能用多模不用單模 (根據(jù)

12、傳輸距離選擇)標(biāo) 準(zhǔn)光纖類型最大距離100 Base-FX百兆位基帶62.5/125 微米多模(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))2千米8,9,10/125 微米單模15或 40千米1000 Base-SX千兆位基帶(短波)50/125 微米多模(歐洲標(biāo)準(zhǔn))500 米62.5/125 微米多模220 米1000 Base-LX千兆位基帶(長(zhǎng)波)50/125 微米多模550 米62.5/125 微米多模 550 米8,9,10/125微米單模 5千米 光纜不易分支，所以一般適用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接。光纖在任何時(shí)間都只能單向傳輸，因此，要實(shí)行雙向通信，必須成對(duì)使用，一個(gè)用于輸入，一個(gè)用于輸出。 每一條光纖電纜的連接都需要小心地

13、磨光光端頭，通過電燒烤或化學(xué)工藝與光學(xué)接口連在一起。 整個(gè)安裝過程，必須確保光通道沒有被阻塞，也不能將光纖拉得太緊或形成直角。光纜彎曲時(shí)容許的最小曲率半徑應(yīng)不小于光纜外徑的1520倍。一般來說，多芯光纖并不直接連接到計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡上，而是連接到一種叫做光端器的設(shè)備上。這時(shí)就需要使用一種俗稱“光纖跳線”的專用連接線，連接光端器和計(jì)算機(jī)上的網(wǎng)卡。光纖跳線也是光纖，一根光纖跳線中只含有一根光纖，只能進(jìn)行單向的數(shù)據(jù)傳輸。一般連接一臺(tái)計(jì)算機(jī)需要兩根光纖軟跳線，一根發(fā)送數(shù)據(jù)，一根接收數(shù)據(jù)。 接頭連接 將它們接入連接頭并插入光纖插座。連接頭要損耗10%到20%的光(典型衰減為1dB)，但是便于系統(tǒng)重新配置。機(jī)

14、械接合 將兩根小心切割好的光纖的一端放在一個(gè)套管中，然后鉗起來。其操作需要專業(yè)人員進(jìn)行，光的損耗約為10%。熔合連接 形成的光纖和單根光纖差不多是相同的，損耗最小(典型衰減0.01 0.03 dB)。光纖熔接機(jī)光纖熔接機(jī) 有兩種類型，皆為施加電壓便可發(fā)射光束的半導(dǎo)體裝置。(發(fā)光二極管) 價(jià)廉，工作溫度范圍較大，工作壽命較長(zhǎng)，但只能發(fā)射發(fā)散的光線，只在短距離內(nèi)使用。 (注入式激光二極管) 根據(jù)激光原理工作，光線具有高度集中性，高效高數(shù)據(jù)速率長(zhǎng)距離lSC型型 - 推插式lST型型 卡式(旋合式)lMT-RJ型型 小型光纖連接器，端口密度比傳統(tǒng)的連接器多一倍 ，適用于高速率數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。P131 圖7.

15、15l光纖的衰減曲線比雙絞線和同軸電纜平坦得多。l所以使用光纖時(shí)，只需很少的中繼器。l目前主要用于樓間布線和長(zhǎng)途通信。P131 圖7.16莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心 2009年2月P132 圖7.17P132 圖7.18P133 圖7.19l3 MHz 1 GHzl廣播FM（調(diào)頻）/AM（調(diào)幅）頻段lUHF (特高頻)/VHF(甚高頻) 電視頻段l大多具有全向性信號(hào)向所有方向傳播可以被許多天線所接收l可穿透墻體，傳輸距離很長(zhǎng)l幾乎整個(gè)波段受政府機(jī)構(gòu)管制l多用于多播通信，如收音機(jī)、電視以及尋呼系統(tǒng)。l用來發(fā)射或收集電磁波的電導(dǎo)體(系統(tǒng))l發(fā)送由發(fā)射器生成無線電頻率能量轉(zhuǎn)換為電磁波通過天線電磁波發(fā)射

16、到周圍空間l接收電磁波傳到天線上將無線電波轉(zhuǎn)換為電能饋送給接收機(jī)l有些天線既用于發(fā)送也用于接收P133 圖7.20l1 300 GHzl高方向性波束（單向）l點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視線傳播l傳播方式地面微波衛(wèi)星微波Figure 7.21P134 圖7.21(喋形天線喋形天線)(喇叭天線喇叭天線)波導(dǎo)波導(dǎo)焦點(diǎn)焦點(diǎn)l用于地面微波和衛(wèi)星微波通信l為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途傳輸，需要使用一組微波中繼站。而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的微波鏈路連成一線，就可滿足所需的傳輸距離。l天線：拋物面碟狀（直徑約3米）l電磁波被聚焦成波束l視距傳輸l用于長(zhǎng)途通信l高頻率帶來高數(shù)據(jù)率l天線間的最大間距： 式中 d = 天線間距（千米） h =天線高度（米） K= 調(diào)整系統(tǒng) (K = 4/3 , 經(jīng)驗(yàn)值)l長(zhǎng)途電信服務(wù)長(zhǎng)途電信服務(wù)l比同軸電纜使用的放大器或轉(zhuǎn)發(fā)器少 (每10100 km一個(gè)), 但要求在視距內(nèi)傳輸l用于語音和電視傳輸l點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短距傳輸點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短距傳輸（建筑區(qū)內(nèi)）l閉路電視局域網(wǎng)間的數(shù)據(jù)鏈路l衛(wèi)星是一個(gè)微波接力站l衛(wèi)星從一個(gè)頻段接收信號(hào)，將其放大或再生后，從另一個(gè)頻段發(fā)送出去。l要求位于同步軌道上高度 35,784kml電視廣播傳輸l長(zhǎng)途電話傳輸l專用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)衛(wèi)星高度在距赤道35863千米的上空時(shí)，衛(wèi)星繞地址旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間與地球自轉(zhuǎn)周期保持一致。l300 GHz