2.3 物理层下面的传输媒体

• 传输媒体是数据传输系统中在发送器和接收器之间的
  
  物理通路
  
  。
• 两大类：
  • 导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播。
  • 非导体型传输媒体：指自由空间。非导引型传输媒体中电磁波的传输常称为
    
    无线传输
    
    。

电信领域使用的电磁波的频谱：

2.3.1 导引型传输媒体

(1) 双绞线

• 最古老但又最常用的传输媒体
• 把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法==绞合(twist)==起来就构成了双绞线。
• 绞合度越高，可用的数据传输率越高。
• 2大类：
  • 无屏蔽双绞线 UTP
    • 无屏蔽层。
    • 价格较便宜。
  • 屏蔽双绞线 STP
    • 带屏蔽层。
    • 都必须有接地线。

屏蔽双绞线 STP

• x/UTP：对整条双绞线电缆进行屏蔽。
  • F/UTP（F=Foiled）:表明采用金属编织层进行屏蔽。
  • S/UTP（S=braid Screen）:表明采用金属编织层进行
  • SF/UTP：
  • FTP或U/FTP：
  • F/FTP：
  • S/FTP：
    
    

双绞线标准 EIA/TIA-568

无论是哪种类别的双绞线，衰减都随频率的升高而增大。

双绞线的最高速率还与数字信号的编码方法有很大的关系。

2.同轴电缆

• 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（也可以是单股的）以及保护塑料外层所组成。
  
  
• 具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。

3.光缆

• 光纤是光纤通信的传输媒体。通过传递光脉冲来进行通信。
• 其传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。
• ==发送端：==要有光源，在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。
  • 光源：发光二极管，半导体激光器等。
• ==接收端：==要有光检测器，利用光电二极管做成，在检测到光脉冲时还原出电脉冲。
  
  

光纤在纤芯中的传播

光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角。如果入射角足够大，就会出现全反射，光也就沿着光纤传输下去。

多模光纤与单模光纤

• 多模光纤
  • 可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。
  • 光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，只适合于近距离传输。
• 单模光纤
  • 其直径减小到只有一个光的波长（几个微米），可使光线一直向前传播，而
    
    不会产生多次反射
    
    。
  • 制造成本较高，但衰耗较小。
  • 光源要使用昂贵的半导体激光器，不能使用较便宜的发光二极管。
    
    

光纤通信中使用的光波的波段

• 常用的三个波段的中心：
  • 850 nm,
  • 1300 nm,
  • 1550 nm.
• 所有这三个波段都具有25000~30000GHz的带宽，通信容量非常大。
  
  

光缆

• 必须将光纤做成很结实的光缆。
  • 数十至数百根光纤，
  • 加强芯和填充物，
  • 必要时还可放入远供电源线，
  • 最后加上包带层和外护套。
• 使抗拉强度达到几公斤，完全可以满足工程施工的强度要求。
  
  

光纤的优点

1. 通信容量非常大
2. 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
3. 抗雷电和电磁干扰性能好。
4. 无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。
5. 体积小，重量轻。

现在已经非常广泛地应用在计算机网络、电信网络和有线电视网络的主干网络中。

2.3.2 非导引型传输媒体

• 利用无线电波在自由空间的传播可较快地实现多种通信，因此将自由空间称为“非导引型传输媒体”。
• 无线传输所使用的频段很广：LF~THF（30kHz ~ 3000 GHz）
  
  

无线电微波通信

• 占有特殊重要地位
• 微波频率范围：
  • 300 MHz ~ 300GHz （波长1m ~ 1mm）。
  • 主要使用：2 ~ 40 GHz。
• 在空间主要是直线传播。
  • 地球表面：传播距离受到限制，一般只有 50 km左右。
  • 100m 高的天线塔：传播距离可增大到100km。

多径效应

• 基站发出的信号可以经过多个障碍物的数次反射，从多条路径、按不同时间等达接收方。多条路径的信号叠加后一般都会产生很大的失真，这就是所谓的多径效应。
  
  

误码率（即比特错误率）

不能大于

可容许的范围

• 对于给定的调制方式和数据率，信噪比越大，误码率就越低。
• 对于同样的信噪比，具有更高数据率的调制技术的误码率也更高。
• 如果用户在进行通信时不断改变自己的地理位置，就会引起无线信道特性的改变因而信噪比和误码率都会发生变化。
  
  

远距离微波通信：微博接力

• 微博接力：中继站把前一站送来的信号
  
  放大后再发送
  
  到下一站。
  
  
• 主要特点：
  1. 微波波段频率很高，频段范围很宽，其通信信道的容量很大。
  2. 工业干扰和天电干扰对微波通信的危害小，微波传输质量较高。
  3. 与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快，易于实施。
• 主要缺点：
  1. 相邻站之间必须直视（常称为视距 LOS （Line Of Sight））,不能有障碍物，存在多径效应。
  2. 有时会受到恶劣气候的影响。
  3. 与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。
  4. 对大量中继站的使用和维护要耗费较多的人力和物力。

卫星通信

• 通信容量大、通信距离远、通信比较稳定、通信费用与通信距离无关。
• 但传播时延较大：在250 ~ 300ms之间。

请注意：“卫星信道的

传播时延

较大”并不等于“用卫星信道传送数据的时延较大”。

• 保密性相对较差。造价较高。
  
  
  
  

无线局域网使用的ISM频段

• **无线局域网：**使用无线信道的计算机局域网。
• **无线电频段：**通常必须得到无线电频谱管理机构的
  
  许可证。
  
• **ISM频段：**可以自由使用。