通信原理学习5-有线传输介质

传输介质

传输介质是通信系统中连接收发双方的物理通路,也是通信过程中消息传送的载体。传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两类。

有线传输介质

系统的传输性能和质量,不但与信号特性有关,还与传输介质的特性有关。当采用有线传输介质时,传输介质本身的特性对传输极限的影响极为重要。例如,传输介质本身的带宽就限制了通信系统的带宽。

1.双绞线

双绞线是由两根各自封装在彩色塑料皮内的铜线相互扭绞而成的,扭绞的目的是它们之间的干扰最小。多对双绞线外加保护套构成双绞线电缆,通过相邻线对间变换的扭绞长度，可使同一电缆内各线对间干扰最小。

双绞线的一种结构

相互扭绞的一对双绞线可作为一条通路,双绞线既可以于传输模拟信号,也可用以于传输数字信号。电话线就是双绞线的一种。双绞线的带宽取决于铜线的粗细和传输距离。用于传输模拟信号,每隔5km~6km需要一级放大；用于传输数字信号,每隔2km~3km就要用转发器转发一次。双绞线用作远程中继线时,最大传输距离为15km；用于局域网时,与集线器间的最大距离为100m。双绞线的抗干扰性能取决于双绞线电缆中相邻线对的扭绞长度及适当的屏蔽。

2.同轴电缆

同轴电缆是一种应用非常广泛的传输介质,其结构如图所示。它由内导体、外导体、绝缘层及外部保护层组成。其特性由内、外导体和绝缘层的电参数、机械尺寸等决定。

同轴电缆结构示意图

根据它的频率特性分为两类;基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆可用于数字数据信号的直接传输；宽带同轴电缆用于传输高频信号,利用频分多路复用技术可在一条同轴电缆上传送多路信号。

按照阻抗特性,同轴电缆又有50Ω阻抗和75Ω阻抗之分。 50Ω的基带同轴电缆只用于传输数字基带信号，数据速率可达10Mbit/s，用于局域网中,但目前基本上已被高质量的双绞线所替代。75Ω的宽带同轴电缆多用于无线电工程,用于传输模拟信号。基带同轴电缆的最大传输距离一般不超过几公里,而宽带同轴电缆的最大传输距离可达几十公里。由于同轴电缆比双绞线屏蔽性好,故其抗电磁干扰能力强,能在更高速率上传输更远的距离,维护使用也方便。

3.光纤

光纤是一种直径为2μm~125μm的、柔软的、能传导光波的介质,它可由玻璃或塑料制成,其中使用超高纯度石英玻璃制作的光纤具有很低的传输损耗。在折射率较高的纤芯外面,用折射率较低的包层包住,就可以构成一条光通道;外面再加一涂覆层,即构成一根光纤。

光纤结构

多根光纤放在同一保护套内,就构成多芯光缆,其截面如下图所示。光缆是目前有线传输介质中性能最好、最具发展前途的一种。

光缆结构

光纤通过内部全反射来传输光信号,其传输过程如图所示。由于纤芯的折射系数高于包层,因此,可使光波在纤芯与包层界面上产生全反射。以小角度进入光纤的光波沿纤芯以反射方式向前传播。

光纤传输过程

光纤分为多模光纤与单模光纤两类。所谓多模光纤是指允许一束光沿纤芯反射传播；而单模光纤是指仅允许单一波长的光沿纤芯直线传播,在其中不产生反射。单模光纡直径小,多模光纤直径大;单模光纤价格贵,多模光纤便宜。单模光纤频带宽,数据传输速率高,性能优于多模光纤。

光纤对数据的传输是利用光脉冲的有无来代表数据的“1”和“0”的。典型的光纤传输系统如下图所示。

光纤传输系统

在发送端,可用发光二极管或激光二极管将电流脉冲转换成光脉冲,然后耦合到光纤中进行传输。在接收端,利用光电二极管把光纤中传输来的光脉冲再转换为电脉冲信号,然后恢复出数据“0”和“1” 。纤具有尺寸小、重量轻、频带宽、损耗小、数据传输速率高、误码率低、安全保密性好等特点,因此是目前最有发展前途的有线传输介质。

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