第四章 传输媒体

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,数据与计算机通信,第四章 传输媒体,传输介质,在动物世界沟通的渠道有 触摸，声音，视觉，和气味。,电鳗甚至使用电脉冲,。,乌鸦也有很多的表情,。,通过结合声音 ，,竖立的羽毛图案,和身体姿势,乌鸦清楚地沟通,，,因此,有经验的观察者可以识别愤怒，情感，渴望，好奇，贪玩，打架，勇气，和沮丧,Mind of the Raven, Bernd Heinrich,概述,导向媒体,导线,/,光纤,非导向媒体,无线,数据通信的特点以及通信质量取决于传输媒体的性质及信号的特点,对于非导向媒体,发送天线生成的信号带宽比媒体自身的特点更重要,对于导向媒体,媒体更加重要,主要考虑数据速率和传输距离,设计因素,带宽,信号带宽越宽，数据率越高,传输损伤,例,.,衰减,干扰,接收器的数量,接收器越多带来的衰减越多,电磁波频谱,导向媒体传输特性,频率范围,典型衰减,典型时延,转发器间距,双绞线,(,有负载,),0 to 3.5 kHz,0.2 dB/km 1 kHz,50 s/km,2 km,双绞线,(,多对线,),0 to 1 MHz,0.7 dB/km 1 kHz,5 s/km,2 km,同轴电缆,0 to 500 MHz,7 dB/km 10 MHz,4 s/km,1 to 9 km,光纤,186 to 370 THz,0.2 to 0.5 dB/km,5 s/km,40 km,双绞线,双绞线,传输特性,模拟传输,每,5-6km,需要一个放大器,数字传输,可以用于模拟或数字信号,每,2-3km,需要一个转发器,距离限制,带宽限制,(1MHz),数据率限制,(100MHz),易受干扰和噪声 影响,无屏蔽与屏蔽传输,无屏蔽双绞线,(UTP),普通电话线,价格便宜,易于安装,易遭受外部电磁干扰,屏蔽双绞线,(STP),用金属网罩或护皮将双绞线屏蔽起来，以减少干扰,较昂贵,是不不方便,(,厚,重,),各种类别,如,EIA-568,近端串扰,来自一对导体的信号在另一对导体上发生耦合现象,发生在被传输的信号进入链路时被同一端的接收导体耦合返回,即,.,近端发送的信号被近端接收线收到,同轴电缆,同轴电缆,-,传输特性,频率特性优越,性能受衰减和噪声的影响,模拟信号,每隔几千米需要放大器,频率越高，间隔越密,有效频谱可延伸至,500MHz,数字信号,每隔一千米需要转发器,数据率越高间隔越密,光纤,光纤,-,优点,容量更大,几百个,Gbps,的数据传输率,体积更小，重量更轻,衰减更小,隔绝电磁场,转发器的间距更远,光纤,-,传输特性,通过完全内部反射来传输信号编码的光束,频率操作范围大约在,10,14,到,10,15,Hz,之间,可以使用多种不同的光源,可以使用多种不同的光源,(LED),更便宜，工作温度范围较宽，使用寿命长,注入激光二极管,(ILD),效率更高，支持较高的数据率,波长，类型和数据速率有关,光纤传输模式,导向媒体中的衰减,无线传输频率,2GHz - 40GHz,微波,高方向性,点对点,卫星,30MHz - 1GHz,全向,广播电台,3 x 10,11,- 2 x 10,14,红外,特定区域,天线,发射电磁能量或者收集电磁能量的电导体或电导体系统,发送天线,发送器的电能量,被天线转换成电磁能量,发射到周围环境,接收天线,碰撞天线的电磁能量,被转换成电能量,并输送到接收器,同一个天线能够且常既用于发送也用于接收,无线传播模式,向所有方向发射能量,在各个方向上的性能不同,可以从天线的发射曲线上看出,各向天线,(,理论上,),是空间的一个点,均等的向所有方向辐射能量,发射曲线是以天线为中心的圆,抛物反射面天线,天线增益,天线方向性的度量,在特定方向上的输出功率与由完美的全向天线在任意方向上产生的功率之比,用分贝表示,(dB),某特定方向上的发射功率增强，代价是其他方向上功率减小,天线的有效面积与天线的物理大小和形状有关,与增益有关,地面微波,用于长途电信服务,和点对点短距离传输,需要更少的放大器但是要求视距内传输,用抛物面天线将电磁波汇聚成细波束，以便实现接收天线的视距传输,传输频率范围,1-40GHz,频率越高，可能的带宽越宽,主要损耗来自衰减,距离，降雨,还有干扰,卫星微波,卫星实际上是微波接力站,从一个频段接收传输信号，放大或再生信号，并将其从另一个频段发送出去,例,.,上行,5.925-6.425 GHz &,下行,3.7-4.2 GHz,一般需要它相对于地球位置是恒定的,当卫星高度在知道上,35,784km,可实现周期匹配,至少,3-4,的间隔,应用,电视广播,长途电话传输,专用商业网络,全球定位,点对点链路,广播链路,广播无线电,频率范围在,3kHz,到,300GHz,使用广播无线电, 30MHz - 1GHz,广播,FM,频段,UHF,和,VHF,电视频段,全向性的,依然需要视距传输,受到多径干扰,来自地面,水,或其它物体,红外线,使用收发器调制出不相干的红外线光,直接传输,(,或反射,),无法穿透墙体,没有必要取得使用许可,应用,电视遥控器,地波传播,天波传播,视距传播,折射,电磁波的速度是电磁波途经媒体之密度的函数,真空中传播速度约为,3 x 10,8,m/s,在不同密度的媒体中电磁波速度发生变化,折射率指数 （折射率）是,sin(,入射角,)/sin(,折射角,),随波长变化,在一种折射率逐渐变化的媒体移动时，信号出现连续的一次性的方向改变,大气的折射率随高度增加而减少,在靠近地表处传播的速度比海拔高的地方慢,结果得到的是慢慢向地球弯曲的无线电波,视距传输,自由空间损耗,信号随着距离越来越远而消失,大气吸收,水蒸汽和氧气的吸收,多径,信号经过多个障碍的反射,折射,无线电波经大气层传播时会产生弯曲,自由空间损耗,多经干扰,总结,研究数据传输的问题,频率，频谱和带宽,模拟与数字信号,传输损伤,