各種傳輸媒體的特性及其應(yīng)用比較

1、各種傳輸媒體的特性及其應(yīng)用比較作者王博、莫堯萍摘要：傳輸介質(zhì)是通信中實(shí)際傳送信息的媒體。按傳輸介質(zhì)的性質(zhì)不同，一般通信中常用的通信方式有：有線(xiàn)通信，光纖通信，無(wú)線(xiàn)通信和衛(wèi)星通信四種。不同的通信方式及通信介質(zhì)有其自身的特點(diǎn)及使用范圍。關(guān)鍵詞：傳輸介質(zhì)，有線(xiàn)通信，光纖通信，無(wú)線(xiàn)通信，衛(wèi)星通信。目錄：一.有線(xiàn)通信1架空明線(xiàn)2雙絞線(xiàn)3. 同軸電纜4光纖通信二.無(wú)線(xiàn)通信1.地面微波接力通信2.衛(wèi)星通信下面將簡(jiǎn)要介紹各種介質(zhì)的不同特性及其應(yīng)用：一. 有線(xiàn)通信 有線(xiàn)通信介質(zhì)包括架空明線(xiàn)，雙絞線(xiàn)，同軸電纜，光纜等。1. 架空明線(xiàn)架空明線(xiàn)是一種最早發(fā)展和使用的傳輸介質(zhì)，它的通信容量較小而且很容易受外界干擾，線(xiàn)路

2、損耗也大，但是設(shè)備技術(shù)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，因此目前在通信線(xiàn)路中仍占有一定比例，早期使用的長(zhǎng)途電話(huà)線(xiàn)就是架空明線(xiàn)。2. 雙絞線(xiàn)雙絞線(xiàn)也稱(chēng)為雙扭線(xiàn)，是最古老但又最常用的傳輸媒體。把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線(xiàn)并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合起來(lái)（這樣做是為了減少相鄰的導(dǎo)線(xiàn)的電磁干擾）而構(gòu)成雙絞線(xiàn)，局域網(wǎng)中的雙絞線(xiàn)是將四對(duì)雙絞線(xiàn)封裝在絕緣外套中的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線(xiàn)電纜分為非屏蔽雙絞線(xiàn)（UTP: Unshielded Twisted Pair）和屏蔽雙絞線(xiàn)（STP：Shielded Twisted Pair）兩大類(lèi)。其中非屏蔽雙絞線(xiàn)易彎曲、易安裝，具有阻燃性，布線(xiàn)靈活，而屏蔽雙絞線(xiàn)價(jià)格高，安裝困難，需連結(jié)器，

3、抗干擾性好。按傳輸質(zhì)量雙絞線(xiàn)分為1類(lèi)到5類(lèi)，局域網(wǎng)中常用的為3類(lèi)，4類(lèi)和5類(lèi)雙絞線(xiàn)。3類(lèi)線(xiàn)用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸；4類(lèi)線(xiàn)用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸；5類(lèi)線(xiàn)用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)速度的不斷提高，近來(lái)又出現(xiàn)了超5類(lèi)和6類(lèi)雙絞線(xiàn)，其中6類(lèi)雙絞線(xiàn)可滿(mǎn)足最新的千兆以太網(wǎng)的高速應(yīng)用，可望在不久的將來(lái)被國(guó)際電氣工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在用雙絞線(xiàn)聯(lián)起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)中，由于存在信號(hào)衰減，因此每網(wǎng)段最多不能超過(guò)100米，接4個(gè)中繼器后最長(zhǎng)可達(dá)到500米，因而也限制了它較大范圍的使用。在現(xiàn)代家庭通信網(wǎng)絡(luò)中，雙絞線(xiàn)又是必

4、不可少的一部分，在這里介紹一下雙絞線(xiàn)及其接頭的制作：由于網(wǎng)卡使用的是RJ-45接頭方式，所以要用雙絞線(xiàn)來(lái)進(jìn)行連接，雙絞線(xiàn)共有8根線(xiàn)頭，如果是多臺(tái)微機(jī)通過(guò)集線(xiàn)器進(jìn)行連接，其線(xiàn)頭按顏色進(jìn)行排列為：橙白，橙，綠白，藍(lán)，藍(lán)白，綠，棕白，棕（如果只有兩臺(tái)微機(jī)，只需用網(wǎng)線(xiàn)直接連接兩網(wǎng)卡即可，但其接線(xiàn)方法則有所變化：要把線(xiàn)頭的1、3交換，2、6交換，兩頭依次為橙白，橙，綠白，藍(lán)，藍(lán)白，綠，棕白，棕，另一頭是綠白，綠，橙白，藍(lán)，藍(lán)白，橙，棕白，棕）。然后兩頭分別用專(zhuān)用鉗子把RJ-45卡子頭夾好，一頭插在微機(jī)的網(wǎng)卡上，另一頭插在集線(xiàn)器的任意接口上。3. 同軸電纜同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線(xiàn)，絕緣層，網(wǎng)狀編制的外導(dǎo)體

5、屏蔽層及保護(hù)塑料外層組成,內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體構(gòu)成一組線(xiàn)對(duì)。由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾性。此外，由于它比雙絞線(xiàn)有優(yōu)越的頻率特性，現(xiàn)已被廣泛用于較高速率和較高頻率的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中。通常按特性阻抗值的不同，將同軸電纜分為兩大類(lèi)：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。基帶同軸電纜用于傳輸離散的基帶數(shù)字信號(hào)，用這種同軸電纜可以將10Mb/S的基帶數(shù)字信號(hào)傳送1千米到1.2千米，因此被廣泛用于局域網(wǎng)中。寬帶同軸電纜常用于傳輸模擬信號(hào)，是公用天線(xiàn)電視系統(tǒng)CATV中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜，利用頻分多路復(fù)用技術(shù)，一條同軸電纜可以同時(shí)發(fā)送一萬(wàn)多個(gè)相互獨(dú)立的話(huà)音信道上的信息。但在傳送數(shù)字信號(hào)時(shí)，必須將數(shù)字信號(hào)用調(diào)制

6、器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，在寬帶同軸電纜上傳送。同軸電纜又可分為細(xì)纜和粗纜兩大類(lèi)，細(xì)纜使用較普遍，主要用于總線(xiàn)形網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)。細(xì)纜兩端裝BNC頭，可連接在網(wǎng)卡的T形頭上。細(xì)纜每段干線(xiàn)最大長(zhǎng)度為185m，每段干線(xiàn)可接30臺(tái)計(jì)算機(jī)。若要拓寬網(wǎng)絡(luò)范圍則需加中繼器，最多加4個(gè)，最大傳輸距離可達(dá)925m。細(xì)纜安裝容易，造價(jià)低，但維護(hù)麻煩，中大型網(wǎng)一般不使用。粗纜每段干線(xiàn)最大長(zhǎng)度為500米,每段干線(xiàn)可接100臺(tái)計(jì)算機(jī)，最長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)范圍可達(dá)到2500米，收發(fā)器間最小2.5米,收發(fā)器電纜最長(zhǎng)50米。同軸電纜同雙絞線(xiàn)相比，價(jià)格較貴，但頻帶寬，傳輸數(shù)據(jù)速率高，傳輸距離大，抗干擾能力強(qiáng)，是用途廣泛的傳輸媒體。目前普遍用于長(zhǎng)距離的電

7、話(huà)或電報(bào)傳輸，有線(xiàn)電視，局域網(wǎng)絡(luò)和短距離系統(tǒng)連的通信線(xiàn)路（如主機(jī)和外設(shè)，終端的高速I(mǎi)/O通道的連接等）。4. 光纖通信光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖來(lái)進(jìn)行通信，而光導(dǎo)纖維是光纖通信的媒體。光導(dǎo)纖維（光纖）是一種能夠傳導(dǎo)光信號(hào)的極細(xì)(50m100m)而柔軟的介質(zhì)。常用的光纖材料有：超純二氧化硅、多成份玻璃纖維、塑料纖維。光纖的模截面為圓形，由纖芯、包層兩部分構(gòu)成，二者由兩種光學(xué)性能不同的介質(zhì)構(gòu)成。其中，纖芯為光通路；包層由多層反射玻璃纖維構(gòu)成，用來(lái)將光線(xiàn)反射到纖芯上。實(shí)用的光纜外部還須有一個(gè)保護(hù)層。每一纖芯及包層或緊或松地被外殼包裹著。在緊型結(jié)構(gòu)中，光纖被外層塑料殼完全包??；在松型結(jié)構(gòu)中，光

8、纖與保護(hù)殼之間有一層膠體或其他材料。無(wú)論哪一種結(jié)構(gòu)，外殼都是起著提供必要的光纜強(qiáng)度的作用，以防止光纖受外界溫度、彎曲、外拉等影響而折斷。從傳輸點(diǎn)模數(shù)來(lái)分，光纖可以分為單模和多模兩種傳輸方式，單模提供單條光通路；多模光纖，即發(fā)散為多路光波，每一路光波走一條通路。單模光纖因?yàn)樗p小而具有更大的容量，但是它的生產(chǎn)要比多模光纖昂貴。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，它必須成對(duì)出現(xiàn)，一個(gè)用于輸入，一個(gè)用于輸出，光纖兩端接到光學(xué)接口上。光纖與同軸電纜通信系統(tǒng)性能的比較：1. 光纖的傳輸系統(tǒng)比同軸電纜大的多，一般小同軸電纜的最大傳輸帶寬為20MHz左右，中同軸電纜的最大傳輸帶寬為60MHz

9、左右。而目前一般工程實(shí)用的梯度多模光纖和單模光纖的帶寬都比同軸電纜的帶寬大得多。表一為同軸電纜與目前國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家已工程實(shí)用的較先進(jìn)的光纖帶寬比較。色散Ps/Kmnm單模光纖最大帶寬（MHz,Km）最大帶寬（MHz）梯度多模光纖小同軸電纜中同軸電纜2060工作波長(zhǎng)（微米）10002000零色散波長(zhǎng)（微米）微米)17（1.55微米）從表中可知，從現(xiàn)在已工程實(shí)用化的光纖來(lái)說(shuō)，已不但能滿(mǎn)足目前電話(huà)、數(shù)據(jù)、文字和圖像等帶寬綜合業(yè)務(wù)信息的傳輸要求，而且還可以適應(yīng)預(yù)見(jiàn)的將來(lái)信息業(yè)務(wù)日益發(fā)展的需求，可以這樣說(shuō)，光纖是目前有線(xiàn)通信傳輸介質(zhì)中最良好的傳輸介質(zhì)，一但當(dāng)光纜敷設(shè)以后，通過(guò)頻分，時(shí)分和波分復(fù)用，傳輸容

10、量可以管用幾十年，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。2光纖的傳輸衰耗要比同軸電纜小的多，而且光纖的傳輸衰耗不像同軸電纜那樣隨頻率和溫度而變。所以光纖通信不需要同軸電纜通信那樣復(fù)雜的頻率和溫度均衡。這樣，光纖通信設(shè)備就可做得比較簡(jiǎn)單。表二為國(guó)際上先進(jìn)的，有代表性的光纖傳輸衰耗。最大傳輸衰耗（dB/Km）梯度多模光纖常規(guī)單模光纖色散移位單模光纖工作波長(zhǎng)（微米）0. 85零色散波長(zhǎng)（微米）0. 4（1.3微米）0.25（1.55微米）光纖通信的中繼間距比同軸電纜長(zhǎng)的多，長(zhǎng)途通信中中繼器數(shù)量的減少就使系統(tǒng)的可靠性得到較大的提高，這對(duì)于海底光纜通信和國(guó)防長(zhǎng)途通信具有特別重要的意義。3光纖的抗電磁干擾能力比同軸電纜

11、強(qiáng)的多，由于光纖是絕緣材料，只能導(dǎo)光而不能導(dǎo)電，所以，光纖不受電磁干擾。光纖的抗電磁干擾能力對(duì)現(xiàn)代通信網(wǎng)十分重要，既可以防止外部干擾信號(hào)的影響，又可以防止電磁波輻射而受到竊聽(tīng)，這樣就可大大的提高現(xiàn)代通信網(wǎng)的完全性和保密性。4光纖還有一項(xiàng)同軸電纜所沒(méi)有的獨(dú)特性能，即光纖可波分復(fù)用。目前光纖已有三個(gè)波長(zhǎng)區(qū)（0.85微米短波長(zhǎng)區(qū)，1.3微米和1.55微米兩個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)）。由于上述三個(gè)波區(qū)中的每一個(gè)波長(zhǎng)都有幾百兆赫以上的帶寬，所以一根光纖通過(guò)波分復(fù)用就可得到非常巨大的傳輸容量。從上面的這些光纖特性來(lái)看，光纖是現(xiàn)代有線(xiàn)通信最理想的傳輸介質(zhì)。以上介紹的幾種傳輸介質(zhì)都是有線(xiàn)傳輸介質(zhì)，但有線(xiàn)介質(zhì)不可能在任何時(shí)候

12、都滿(mǎn)足要求。例如，當(dāng)通信線(xiàn)路要通過(guò)某些建筑物、一座高山或一個(gè)島嶼時(shí)、施工挖掘、鋪設(shè)電纜往往是費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢(qián)，因而需要自由空間做通信介質(zhì)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信。這就是下面要介紹的無(wú)線(xiàn)通信和衛(wèi)星通信。二無(wú)線(xiàn)通信無(wú)線(xiàn)通信包括紅外通信，激光通信和微波通信。由于它們都是沿直線(xiàn)傳播的，有時(shí)也稱(chēng)它們?yōu)橐暰€(xiàn)媒體，因?yàn)檫@三種技術(shù)都需要在發(fā)送方面和接受方面有一條視線(xiàn)通路。紅外通信和激光通信將要傳輸?shù)男盘?hào)分別轉(zhuǎn)換成紅外光信號(hào)和激光信號(hào)，直接在空間傳播。微波的頻率范圍為300MHz300GHz，但主要是使用240GHz的頻率范圍，在自由空間主要是直線(xiàn)傳播。下面主要介紹微波通信的特點(diǎn)：由于微波會(huì)穿透電離層而進(jìn)入宇宙空間，因此微波

13、通信分為兩種主要方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。1. 地面微波接力通信由于微波在空間是以直線(xiàn)傳播的，而地球表面是曲面，微波在地面的傳播距離受到限制。為了增大直接傳播距離，而增大天線(xiàn)塔的高度，塔越高傳播距離。例如一般傳播距離為50km，但當(dāng)天線(xiàn)塔為100m時(shí)，距離可增大到100km。當(dāng)超過(guò)一定距離后，則需在一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信信道的兩個(gè)終端之間建立若干個(gè)中繼站。中繼站把前一端送來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后再發(fā)送到下一站，故稱(chēng)為微波接力通信。大多數(shù)長(zhǎng)途電話(huà)業(yè)務(wù)使用46GHz的頻率范圍，在這些頻率上越來(lái)越擠，所以其他較高的微波頻率也在使用。地面微波通信主要有以下特點(diǎn)：波段頻率高、傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、

14、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性較高，與同容量的光纖和長(zhǎng)度的電纜載波相比，建設(shè)投資少，見(jiàn)效快。但微波接力通信業(yè)也存在著如下的一些缺點(diǎn)：相鄰站點(diǎn)之間必須直視，不能有障礙物。有時(shí)一個(gè)天線(xiàn)發(fā)射出的信號(hào)也會(huì)分成幾條略有差別的路徑到達(dá)天線(xiàn)，因而造成失真。微波的傳播有時(shí)也會(huì)受到惡劣天氣的影響，與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差，對(duì)大量中繼的使用和維護(hù)要耗費(fèi)一定的人力和物力。2. 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信實(shí)質(zhì)上是在利用地球站之間利用位于36000km高空的人造同步地球衛(wèi)星作為中繼的一種微波接力通信。而通信衛(wèi)星就是在太空的無(wú)人職守的微波通信的中繼站。采用三個(gè)適當(dāng)配置的衛(wèi)星，即可覆蓋兩極音區(qū)以外的整個(gè)地球。和微波接力

15、通信相似，衛(wèi)星通信的頻帶較寬，通信容量較大，信號(hào)改變干擾小，通信比較穩(wěn)定，適合于衛(wèi)星通信的頻段是1GHz10GHz。目前常用的頻段是：37004200MHz(下行，衛(wèi)星-地球)59256425MHz(上行，地球-衛(wèi)星)72507750MHz（下行，衛(wèi)星-地球）79008400MHz（上行，地球-衛(wèi)星）每一段的帶寬都是500MHz，可同時(shí)傳輸幾千至一萬(wàn)路模擬話(huà)音信號(hào)。隨著業(yè)務(wù)兩的不斷增加，這一頻段已經(jīng)非常擁擠，因此現(xiàn)在也使用頻率更高的14/12Ghz的頻段。衛(wèi)星通信最大的優(yōu)點(diǎn)是：通信是“面覆蓋”式的，同步衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波能輻射到地球的1/3的區(qū)域，因而便于實(shí)現(xiàn)多址和移動(dòng)通信，也便于組成通信網(wǎng)。因