通信導論傳輸介質

關于通信導論傳輸介質第二章傳輸介質2.1傳輸介質的基本概念2.2雙絞線2.3同軸電纜2.4無線信道2.5微波2.6光纖第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.1傳輸介質的基本概念（1）2.1.1傳輸介質傳輸介質是連接通信設備的媒介，是通信設備之間的物理通道，是信號的實際載體。傳輸介質的多樣性源于通信環(huán)境和業(yè)務的多樣性。2.1.2傳輸介質的分類有線、無線3類常見的傳輸介質電纜：非屏蔽雙絞線UTP，屏蔽雙絞線STP，同軸電纜Cable無線：可見光、微波、紅外線等等光纖：單模光纖、多模光纖第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天傳輸介質和典型應用傳輸介質頻率范圍波長表示符號典型應用普通有線電纜、長波無線電3Hz~30kHz108~104米VLF長波電臺普通有線電纜、長波無線電30kHz~300kHz104~103米LF電話通信網中的用戶線路、長波電臺同軸電纜、中波無線電300kHz~3MHz103~102米MF調幅廣播電臺同軸電纜、短波無線電3MHz~30MHz102~10米HF有線電視網中的用戶線路同軸電纜、米波無線電30MHz~300MHz10~1米VHF調頻廣播電臺分米波無線電300MHz~3GHz100~10厘米UHF公共移動通信AMPS、GSM、CDMA厘米波無線電3GHz~30GHz10~1厘米SHF無線局域網802.11a/g、微波中繼通信、衛(wèi)星通信毫米波無線電30GHz~300GHz10~1毫米EHF衛(wèi)星通信、超寬帶（UWB）通信光纖、可見光、紅外光105~107GHz3×10-4~3×10-6米

光纖通信、短距紅外通信第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.1傳輸介質的基本概念（2）2.1.3傳輸介質與傳輸技術的設計根據傳輸介質的特性，傳輸介質的參數：（1）帶寬：可供使用的頻譜寬度；（2）誤碼率：單個比特差錯出現的概率；（3）信號傳輸距離：當信號在傳輸介質上傳播，信號強度會隨距離增加而衰減；當有用信號的強度衰減至一定水平時傳輸介質的長度就是介質的信號傳輸距離；（4）安全：不同的傳輸介質因其特性有不同的安全等級，在傳輸時就需要采用的通信加密與認證技術；為不同的傳輸介質需要選用適合的安全保證技術。第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2雙絞線第6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2雙絞線（1）2.2.1雙絞線概述1、定義：雙絞線是由一對帶有絕緣層的銅線，以螺旋的方式纏繞在一起制成的。雙絞線電纜通常由一對或多對雙絞線組成；雙絞線通常用于傳輸平衡信號。雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數據傳輸速度等方面均受到一定限制，但價格低廉。2、雙絞線的特征（1）導線直徑：銅導線的直徑，一般直徑越大，傳輸能力越強；（2）含銅量：直觀的表現就是導線的柔軟程度，越柔軟的導線含銅量越高，傳輸能力越強；（3）單位長度繞數：表示了導線螺旋纏繞的緊密程度，單位長度內的繞數越多，對干擾的抵消作用就越強；（4）屏蔽措施：屏蔽措施越好，抗干擾的能力就越強。國際電氣工業(yè)協會為雙絞線電纜的傳輸標準第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2雙絞線（2）非屏蔽雙絞線UTP和屏蔽雙絞線STP

雙絞線的分類：根據雙絞線所支持的傳輸速率分類：

（1）一類線：主要用于傳輸語音，不用于數據傳輸。（2）二類線：傳輸頻率為1MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數據傳輸（3）三類線:傳輸頻率為16MHz,用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數據傳輸，主要用于10base-T。（4）四類線:傳輸頻率為20MHz,用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數據傳輸

第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2雙絞線（3）（5）五類線：由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線。用于語音傳輸和高于100Mbit/s的數據傳輸，主要用于百兆以太網，100base-T的以太網中。通過顏色的組合來區(qū)分互相纏繞的雙絞線對；

（6）超5類：由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線。與五類線相比，超五類線所使用的銅導線質量更高、單位長度繞數也更多，因而衰減更小、信號串擾更小、具有更小的時延誤差；在使用4對雙絞線同時用于傳輸的情況下，可以用于1000base-T的千兆以太網。（7）六類線：傳輸頻率為1MHz～250MHz，提供了250MHZ的帶寬，適用于Gbps的應用。（8）七類線：提供600MHZ的帶寬。七類線是一種8芯屏蔽線，每對都有屏蔽層（一般為金屬箔屏蔽DINTEK），8根芯外還有一個屏蔽層（一般為金屬編織絲網屏蔽DINTEK），接口與現在的RJ-45不兼容。第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天五類線圖示線對色彩組合1藍白相間藍2黃（橙）白相間黃（橙）3綠白相間綠4褐（棕）白相間褐（棕）第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2雙絞線（4）雙絞線的優(yōu)：（1）低成本、易于安裝（2）應用廣泛雙絞線缺點：（3）帶寬有限（4）信號傳輸距離短（5）抗干擾能力不強

第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2雙絞線（5）雙絞線的應用

（1）ISDN綜合業(yè)務數字網用戶環(huán)路（2）xDSL(DigitalSubscriberLine)ADSL，HDSL,IDSL,SDSL,RADSL,VDSL（3）Ethernet以太網十兆/百兆/千兆以太網的主要傳輸介質都是雙絞線;十兆/百兆以太網使用了2對雙絞線，千兆以太網使用了4對雙絞線，一般的以太網線都包含4對雙絞線。部分以太網線也采用平行線或同軸電纜作為傳輸介質。

第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天雙絞線簡要說明雙絞線常見的有Cat.3（3類線），Cat.5（5類線）、Cat.5e（超5類線）、Cat.6（6類線），以及目前的Cat.6A（6A類線）、Cat.7（7類線）及Cat.8（8類線）等。Cat.1：傳輸最高速率為100kHz的語音信號，用作揚聲器電纜、門鈴電纜、報警器電纜等。不適用于網絡或數字語音用途。Cat.2：傳輸最高速率為4MHz的信號，用于模擬或數字信號，不適用于網絡用途。Cat.3：傳輸最高速率為16MHz的信號，用于10Base-T以太網或數字語音用途。Cat.4：傳輸最高速率為20MHz的信號，因其價格與五類相關無幾，但傳輸頻率低，所以很少使用。Cat.5：傳輸最高速率為100MHz的信號，使用廣泛。Cat.5e：傳輸最高速率為100MHz的信號，一種擁有比Cat.5更好性能的電纜，改善了諸多傳輸指標，支持雙工應用。Cat.6：傳輸最高速率為250MHz的信號。Cat.6A：超六類電纜，性能比六類很明顯提升。Cat.7：傳輸最高速率為600MHz的信號。Cat.8：為適應SOHO一族家庭辦公與公司之間的信息溝通而產生的電纜，一般為SSTP結構，每一對有屏蔽，多對絞合之后還有一總屏蔽，特點為使用長度短，一般不超過50m，通過它可以將電話、計算機、數據傳輸、圖像傳輸、圖像、衛(wèi)星傳輸（通訊）、普通電視、數字電視等信息、音頻、視頻信號的傳輸全部解決。稱為：寬帶傳輸的數據電纜。第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.3同軸電纜（1）2.3.1同軸電纜的概述同軸電纜由中心的銅質或鋁質的導體、中間的絕緣塑料層、金屬屏蔽層以及主要起保護作用的外套層組成。(銅導體、絕緣層、屏蔽層、外套)同軸電纜的銅導體要比雙絞線中的銅導體更粗，而接地的金屬屏蔽層則可以有效的提高抗干擾性能。因此，同軸電纜具有比雙絞線更高的傳輸帶寬。第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.3同軸電纜（2）常見的同軸電纜有兩種：一種是50歐姆阻抗的同軸電纜，用于數字傳輸，由于多用于基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜；另一種是75歐姆阻抗的同軸電纜，用于模擬傳輸，也被稱為寬帶同軸電纜。寬帶同軸電纜在使用中其帶寬可以被劃分為幾個范圍。通常每一個頻率范圍都攜帶著各自的編碼信息，這樣就可以在一根電纜上同時復用的傳輸多個數據流。第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天表2-3同軸電纜的常見規(guī)格規(guī)格類型阻抗描述RG-58U細纜50歐姆固體實心銅導線RG-58A/U細纜50歐姆絞合線RG-58C/U細纜50歐姆RG-58A/U的軍用版本RG-59CATV75歐姆寬帶同軸電纜，用于有線電視中RG-8粗纜50歐姆固體實心線，直徑約為0.4英寸RG-11粗纜50歐姆標準實心線，直徑約為0.4英寸第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.3同軸電纜（4）2.3.2同軸電纜的特點（1）可用頻帶寬：同軸電纜可供傳輸的頻譜寬度最高可達GHz，比雙絞線更適于提供視頻或是寬帶接入業(yè)務，也可以采用調制和復用技術來支持多信道傳輸；（2）抗干擾能力強，誤碼率低，但會受到屏蔽層接地質量的影響；（3）性能價格比高：同軸電纜的成本比要雙絞線高，但是它有明顯優(yōu)于雙絞線的傳輸性能，其性能價格比有一定的優(yōu)勢；（4）安裝較復雜：同軸電纜和雙絞線一樣，線纜都是制作好的，使用時根據需要截取相應的長度再做連接頭。由于同軸電纜中的銅導體粗，一般需要與連接件焊接相連；安裝比雙絞線復雜。2.3.3同軸電纜的應用（1）局域網（2）局間中繼線路（3）有線電視（CATV）系統的信號線（4）射頻信號線第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.4無線信道（1）2.4.1無線信道的基本概念無線通信的傳輸媒質——無線信道是基站天線與用戶天線之間的傳播路徑。

無線信道是最為復雜的一種通信信道：模擬有線信道中典型的信噪比約為46dB，信號電平要比噪聲電平高40000倍。有線傳輸介質中，信噪比的波動通常不超過l-2dB。陸地移動通信無線信道信號強度的驟然降低（衰落）經常發(fā)生，衰落深度可達30dB。無線信道的衰落特性取決于無線電波傳播環(huán)境。復雜、惡劣的傳播條件是無線信道的特征，運動中進行無線通信方式決定了無線傳播環(huán)境的復雜和多變，所以無線信道特性十分復雜。第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.4無線信道（2）2.4.2電磁波在無線信道中的傳播1、基本傳播機制（1）直射：無線信號在自由空間中的傳播；（2）反射：當電磁波遇到比波長大得多的物體時，就發(fā)生反射。反射一般在地球表面，建筑物、墻壁表面發(fā)生。（3）繞射：當電磁波被尖銳的物體邊緣阻擋時，會發(fā)生繞射；（4）散射：當電磁波遇到比波長小的物體，并且單位體積內這種障礙物的數量較多的時，會發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙的表面、小物體或其它不規(guī)則物體上，例如，樹葉、燈柱等會引起散射。第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.4無線信道（3）2、無線信道的指標多種傳播機制的存在使得任何一點接收到的無線信號都極少是經過直線傳播的原有信號。（1）傳播損耗：無線信號的損耗主要以下三種：①路徑損耗：由于電波的彌散特性造成的，反映了在公里級的空間距離內，接收信號電平的衰減，也稱大尺度衰落；②陰影衰落（慢衰落）：接收信號的場強在長時間內的緩慢變化，一般由于電波在傳播路徑上遇到由于障礙物的電磁場陰影區(qū)所引起的；③多徑衰落（快衰落）：接收信號場強在整個波長內迅速的隨機變化，一般主要由于多徑效應引起的。（2）傳播時延：包括傳播時延的平均值、傳播時延的最大值和傳播時延的統計特性等；（3）時延擴展：信號通過不同的路徑、沿不同的方向到達接收端會引起時延擴展，時延擴展是對信道色散效應的描述；（4）多普勒擴展：是一種由于多普勒頻移現象引起的衰落過程的頻率擴散，又稱時間選擇性衰落，是對信道時變效應的描述；（5）干擾：包括干擾的性質以及干擾的強度。第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.4無線信道（4）2.4.3無線信道的傳播模型1、構建無線信道模型傳播環(huán)境、傳播機理用戶臺的移動性，傳播參數隨時變化，引起接收場強、時延等參數的快速波動信號傳播特征、通信環(huán)境中的系統干擾各種不同條件下的無線信道模型。2、無線信道模型的分類無線信道模型一般可分為室內傳播模型和室外傳播模型，后者又可以分為宏蜂窩模型和微蜂窩模型。（1）室內傳播模型：室內傳播模型的主要特點是覆蓋范圍小、環(huán)境變動較大、不受氣候影響，但受建筑材料影響大。典型模型包括：對數距離路徑損耗模型、Ericsson多重斷點模型等；（2）室外宏蜂窩模型：當基站天線架設較高、覆蓋范圍較大時所使用的一類模型。實際使用中一般是幾種宏蜂窩模型結合使用來完成網絡規(guī)劃；（3）室外微蜂窩模型：當基站天線的架設高度在3~6m時，多使用室外微蜂窩模型；其描述的損耗可分為視距損耗與非視距損耗。第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天常見的信道傳播模型類型名稱特征備注室外宏蜂窩模型自由空間傳播模型在理想的、均勻的、各向同性的介質中傳播，不發(fā)生發(fā)射、折射、繞射、散射現象經驗模型平面大地傳播模型同時考慮了發(fā)射機與接收機之間的直接路徑和地面發(fā)射路徑經驗模型雜亂因子模型（ClutterFactorModel）利用頻率、地形、高度、方位等修正因子對平面大地傳播模型進行修正而得經驗模型奧村模型（Okumura-HataModel）主要針對城區(qū)傳播環(huán)境，具體又將城區(qū)環(huán)境分為開闊地、郊區(qū)、城區(qū)三種，適用于地形復雜區(qū)域經驗模型COST231-Hata模型主要針對中小城市環(huán)境經驗模型Lee模型特點是通過計算有效的基站天線高度，來描述地形的變化經驗模型IbrahimandParsons模型基于倫敦附近的一系列測試結果而獲得，并不針對通用預測模型經驗模型AllsebrookandParsons模型以對三個英國大城市的測量為基礎而建立的理論模型理論模型Ikegami模型通過使用描述建筑物高度、形狀、特征的詳細地圖，在發(fā)射機與接收機之間利用射線跟蹤法確定特定點的場強理論模型Walfisch-Bertoni模型考慮了屋頂和建筑物的影響，使用繞射來預測街道的平均信號場強理論模型COST231/Walfisch-Ikegami模型主要用于歐美都市環(huán)境下非視距傳播的預測理論模型室外微蜂窩模型雙斜率模型（Dual-SlopeEmpiricalModel）具有兩個不同的路徑損耗指數經驗模型雙線模型適用于理想化的、即相當開闊而不雜亂的微蜂窩環(huán)境，如公路理論模型遞歸模型（RecursiveModel）對于街道交叉口處可能發(fā)生的繞射或反射做了特殊處理理論模型特定地區(qū)射線模型（Site-specificRayModel）利用計算機處理特定地區(qū)的地理信息庫以及三維建筑物數據庫仿真模型室內傳播模型對數距離路徑損耗模型室內路徑損耗符合對數分布理論模型Ericsson多重斷點模型主要針對多層辦公室建筑經驗模型衰減因子模型主要考慮了建筑物類型的影響和阻擋物的影響經驗模型第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.4無線信道（5）3、如何構建傳播模型（1）理論分析：即用電磁場理論或統計理論分析電波在移動環(huán)境中的傳播特性，并用各種數學模型來描述無線信道。（2）現場實測：建立在大量實測數據和經驗公式的基礎之上，選取典型環(huán)境，進行電波傳播實測試驗。（3）計算機模擬：是近年來隨著計算機技術的發(fā)展新出現的研究方法。4、傳播模型的輸入參數模型的輸入參數主要有：自然地形特征、植被特征、天氣狀況、電磁噪聲狀況、天線高度（包括接收機和發(fā)射機的天線高度）、建筑物的分布、建筑物的平均高度、載波頻率、波長、收發(fā)天線之間的距離等。第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.4無線信道（6）2.4.4無線信道的特點（1）頻譜資源有限：可供通信用的無線頻譜從數十MHz到數十GHz，無線頻譜是國家嚴格管制使用的資源。特定的通信系統頻譜資源是非常有限的。隨著用戶數量增長，必須精心設計無線通信技術，高效使用有限的頻譜資源；（2）傳播環(huán)境復雜：電磁波在無線信道中存在多種傳播機制，使得接收端的信號處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，接收信號的幅度、頻率、相位等均可能處于不斷變化之中；（3）存在多種干擾：電磁波在一個開放環(huán)境之中傳播，各種工業(yè)或民用設備都會產生電磁波，相同頻率的有用信號的傳播就形成了干擾。射頻器件的非線性還會引入互調干擾，同一通信系統內不同信道間的隔離度不夠還會引入鄰道干擾。（4）網絡拓撲不斷的變化：無線通信產生的一個重要原因是用戶可以自由的移動。同一系統中不同位置的用戶或某一個用戶的移動，都會導致移動通信系統中產生不同的傳播路徑，信號在不同傳播路徑之間的干擾。自組織（ad-hoc）網絡，更具有接收機和發(fā)射機同時移動的特點，對無線信道產生新的影響。第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5微波（1）2.5.1

微波頻段的定義微波頻段被定義為1GHz到100GHz的范圍，也有定義認為微波頻段的上限為1000GHz2.5.2微波通信的特點:

（1）工作頻率高，可用的帶寬大（2）波長短，易于設計高增益天線（3）受天電干擾小（4）視距傳播（5）容易受天氣影響第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5微波（2）2.5.3地面視距信道微波傳輸的信道稱為地面視距信道，視距傳播模型主要考慮的因素包括大氣效應和地面效應。大氣效應主要包括吸收衰減、雨霧衰減和大氣折射；地面效應主要包括費涅爾效應和地面反射。（1）吸收衰減：主要發(fā)生在微波的高頻段，不同的大氣成分如水蒸汽、氧氣具有不同的吸收衰減，對12GHz以下的低頻段影響較??；（2）雨霧衰減：在10GHz以下頻段，雨霧衰減并不嚴重，一般只有幾dB；在10GHz以上頻段，雨霧衰減則大大增加。下雨衰減是限制高頻段微波傳播距離的主要因素，在暴雨天氣下出現的電視轉播中斷常是由此原因造成的；（3）大氣折射：由于空氣密度存在梯度而造成的微波傳播方向的改變；（4）費涅爾效應：微波傳播在遇到障礙物時產生的附加損耗；（5）地面反射：傳播過程中產生電平衰落的主要原因；（6）頻率選擇性衰落。第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5微波（3）2.5.4微波通信的主要應用（1）微波中繼通信微波中繼通信系統一般包含終端站和中繼站兩大類設備。它的站與站之間要求具有視距傳播條件，通過高度指向性天線來完成相互通信。中繼站上的天線依次將信號傳遞給相鄰的站點，這種傳遞不斷持續(xù)下去就可以實現視線被地表切斷的兩個站點間的傳輸

（2）多點分配業(yè)務（MDS）是一種固定無線接入技術，它包括由運營商設置的主站和位于用戶處的子站，可以提供數十MHz甚至數GHz的帶寬，這些帶寬由所有的用戶共享。MDS系統主要為個人用戶、寬帶小區(qū)和寫字樓等設施提供無線寬帶接入，它的特點是建網迅速，但資源分配不夠靈活。MDS包括覆蓋范圍較大的多信道多點分配業(yè)務（MMDS）和覆蓋范圍較小、但提供帶寬更為充足的本地多點分配業(yè)務（LMDS）。

第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天微波（4）多點分配業(yè)務系統第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5微波（5）（3）無線局域網：目前基于802.11系統標準的無線局域網也工作于微波頻段，其中802.11b工作于2.4GHz；802.11a/g工作于5.8GHz；第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5微波（6）（4）第4代移動通信系統：未來的移動通信系統要求達到數百MHz的帶寬，在頻譜資源十分緊張的800MHz、900MHz、2GHz等頻段通信是難以想象的。一個可行的解決方案即是使用目前頻譜資源相對寬松的微波頻段，特別是頻率較高的微波頻段。微波頻段的衰減較大，在非視距傳播時的性能較差，這還是一個有待于進一步研究的難點。第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5微波-衛(wèi)星（7）（5）衛(wèi)星通信：基本概念：以衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)微波信號，在多個地面站之間通信。按衛(wèi)星業(yè)務描述：固定衛(wèi)星業(yè)務FSS廣播衛(wèi)星業(yè)務BSS移動衛(wèi)星業(yè)務MSS按工作軌道分類：（1）同步軌道GEO（2）中軌道MEO（3）低軌道LEO第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5微波-衛(wèi)星（8）衛(wèi)星通信中使用的頻譜資源——波段：①C波段：6GHz/4GHz(上行/下行)C波段對于天氣的適應性較好，但C波段的工作頻率被地面微波系統所共享；②Ku波段：14GHz/11GHz，它的頻段并沒有被其它系統所使用，能夠提供一定的終端移動性支持，但更容易受到天氣因素的干擾；③Ka波段：30GHz/20GHz，可以提供更寬的頻譜供使用，Ka波段最容易受到天氣因素（如雨衰）的影響；④L波段：390MHz/1550MHz，受天氣影響最小，但可提供的頻帶寬度不足。第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5微波-衛(wèi)星（4）衛(wèi)星網絡分段:空間段控制段地面段衛(wèi)星通信的特點:（1）下行廣播，覆蓋范圍廣（2）工作頻帶寬（3）通信質量好（4）信號傳輸時延大（5）控制復雜第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.6光纖（1）2.6.1光纖通信的概念與基本原理激光，激光器具有亮度高、譜線窄、方向性好的特點，可以產生理想的光載波。利用可以導光的玻璃纖維——光纖進行長距離的光波傳輸。

光纖通信的定義：光纖通信是以光波為載頻，光導纖維為傳輸媒介的一種通信方式。光纖通信一般在發(fā)送方對信息的數字編碼進行強度調制，在接收端以直接檢波的方式來完成光/電變換。第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5光纖（2）2.6.2光纖的工作窗口1．工作窗口的定義石英光纖也具有光波通過的選擇特性，對特定波長的光波的傳輸損耗要明顯小于其它波長的光波，這些特定的波長就是光纖的工作窗口。

2．三個工作窗口（1）0.8~0.9μm，最低損耗2.5dB/km，采用石英多模光纖，主要應用于近距通信，目前在傳輸網中已很少使用；（2）1.31μm，最低損耗0.27dB/km，采用石英單模光纖，目前已獲得大規(guī)模應用；（3）1.55μm，最低損耗0.16dB/km，采用石英單模適當色散光纖。目前主要用于長距離傳輸系統，如跨海光纜等。第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5光纖（3）2.6.3光纖的相關概念1．光在光纖中的傳播光在空氣中沿直線傳播，光射向鏡面時會發(fā)生反射，從一種介質進入另一種介質時，會發(fā)生折射。當光從折射率大的介質進入折射率小的介質時，如果入射角大于臨界值就會發(fā)生全反射。如果在玻璃纖維外包裹一定的材料，就可以由全反射來保證光波只在玻璃纖維中傳播，這即是光導纖維的工作原理。

2．光纖的結構實用的光纖是比人的頭發(fā)絲稍粗的玻璃絲，通信用光纖的外徑一般為125~140μm。一般光纖由纖芯和包層組成，纖芯完成信號的傳輸，包層與纖芯的折射率不同，將光信號封閉在纖芯中傳輸并起到保護纖芯的作用。工程中一般將多條光纖固定在一起構成光纜。第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天圖2-7光纖的結構圖2-8四芯光纜剖面示意圖第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5光纖（4）3．光纖的分類（1）根據光纖橫截面上折射率的不同，可以分為階躍型光纖和漸變型光纖，階躍型光纖的纖芯和包層間的折射率分別是一個常數，在纖芯和包層的交界面，折射率呈階梯型突變。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小，在纖芯與包層交界處減小為包層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線；（2）按傳輸模式分：分為單模光纖（SingleModeFiber）和多模光纖（MultiModeFiber）。光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發(fā)生全發(fā)射，從而可以在光纖中傳播，即稱為一個模式。當光纖直徑較大時，可以允許光以多個入射角射入并傳播，此時就稱為多模光纖；當直徑較小時，只允許一個方向的光通過，就稱單模光纖。由于多模光纖會產生干擾、干涉等復雜問題，在帶寬、容量上均不如單模光纖。實際通信中應用的光纖絕大多數是單模光纖。（3）按照制造光纖所用的材料分：可以分為石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖和氟化物光纖。第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5光纖（5）單模光纖又可以按照最佳傳輸頻率窗口分為：常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。常規(guī)型單模光纖是將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1.31μm，相關國際標準為ITU-TG.652。色散位移型單模光纖是將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上，如：1.31μm和1.55μm，相關國際標準為ITU-TG.653。第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5光纖（6）4．光纖的損耗（1）損耗：當光波通過光纖后，光的強度會被衰減，這說明光纖中存在某種物質或是由于某種原因阻擋光波信號通過，這就形成了光纖的傳輸損耗。（2）固有損耗和附加損耗：根據引起損耗的原因，可以把損耗分為固有損耗和附加損耗。

（3）吸收損耗：制造光纖的材料會在一定程度上吸收光能，材料中的