传输媒质(transmission medium)是指在传输系统中,借助电磁波能量载荷的信号由发端赖以传送到收端的媒质。
定义
传输媒质也称为传输介质或传输媒介,它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
传输媒质分类
传输媒质可以分为两大类,即导向传输媒质和非导向传输媒质。在导向传输媒质中,电磁波被导向沿着固体媒质(铜线或光纤)传播,而非导向传输媒质就是指自由空间,在非导向传输媒质中电磁波的传输常称为无线传输。
2.1 导向传输媒质
1. 双绞线
双绞线也称为双纽线,它是最古老但又是最常用的传输媒体。把两根相互绝缘的铜导线并排放在一起,然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。使用双绞线最多的地方就是到处都有的电话系统。几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。这段送用户电话机到交换机的双绞线称为用户线或用户环路。通常将一定数量的这种双绞线捆成电缆,在其外面包上护套。
模拟传输和数字传输都可以使用双绞线,其通信距离一般为几到十几公里。距离太长时就要加放大器以便将衰减了的信号放大到合适的数值(对于模拟传输),或者加上中继器以便将失真了的数字信号进行整形(对于数字传输)。导线越粗,其通信距离就越远,但导线的价格也越高。在数字传输时,若传输速率为每秒几个兆比特,则传输距离可达几公里。由于双绞线的价格便宜且性能也不错,因此使用十分广泛。
为了提高双绞线的抗电磁干扰能力,可以在双绞线的外面再加上一层用金属丝编织成的屏蔽层,这就是屏蔽双绞线,简称STP(Shielded Twisted Pair)。它的价格当然比无屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair)要贵一些。图1是无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线的示意图。
2. 同轴电缆
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(图2),由于外导体屏蔽层的作用,同轴电缆具有很好的抗干扰特性,被广泛用于传输较高速率的数据。
在局域网发展的初期曾广泛地使用同轴电缆作为传输媒质。但随着技术的进步,在局域网领域基本上都是采用双绞线作为传输媒质。目前同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。同轴电缆的带宽取决于电缆的质量,目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz。
3. 光缆
光纤通信就是利用光导纤维(简称光纤)传递光脉冲来进行通信。有光脉冲相当于1,而没有光脉冲相当于0。由于可见光的频率非常高,约为10MHz的量级,因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒质的带宽。
光纤是光纤通信的传输媒质,在发送端有光源,可以采用发光二极管或半导体激光器,它们在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。在接收端利用光电二极管构成光检测器,在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。
光纤按不同的性质可分为不同的种类可以分为以下几种:
(1)按传输点模数可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径小,工作在给定波长,只能以单一模式传输,传输频带带宽,传输含量大。多模光纤在给定工作波长可以以多个模式进行传输,与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。
(2)按折射率分类可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是常数,渐变式光纤纤芯随着半径的增大而增大。
光纤不仅具有通信容量非常大的优点,而且还有其他的一些特点:
(1)传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济;
(2)抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下极为重要;
(3)体积小,重量轻。这在现有电缆管道已拥塞不堪的情况下特别有利。
光纤与同轴电缆相比,光纤可以提供极宽的带宽和功率损耗小,传输距离长,传输率高,抗干扰能力强,是构建安全性网络的理想选择。但光纤也有一些缺点。这就是要将两根光纤精确地连接需要专用设备。目前光电接口还比较昂贵,但价格是在逐年下降的。
2.2 非导向传输媒质
当通信距离很远时,铺设电缆既昂贵又费时。这时候利用无线电波在自由空间的传播就可以较快地实现多种的通信。自由空间即为非导向传输媒质。
微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300MHZ-300GHZ,但主要是使用240GHZ的频率范围。微波在空间主要是直线传播。由于微波会空透电离层面进入宇宙空间,因此它不像短波那样可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。这样,微波通信就有两种主要的方式:即地面微波接力通信和卫星通信。
1. 微波接力通信
微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。其主要特点是:
(1)波波段频率很高,其频段落范围也很宽,因此其通信信道的容量很大;
(2)因为工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比微波频率低得多,对微波通信的危害比对短波和米波通信小得多,因而微波传输质量较高;
(3)微波接力通信的可靠性较高;
(4)微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信比较,建设投资少,风效快。
当然,微波接力通信也存在如下的一些缺点:
(1)相邻站之间必须直视,不能有障碍物。有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线,因而造成失真;
(2)微波的传输有时也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)对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。
2. 卫星通信 ( satellite communication)
卫星通信也是微波通信中的一种,其由卫星和地球站两部分组成。卫星在空中越中继站的作用,即把地球站发来的电磁波放大后再返送回另一地球站。地球站则是卫星系统与地面公众网的接口,地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路。由于静止卫星在赤道上空3600km,它绕地球一周时间与地球自转一致,从地面看上去如何静止一般,三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周,故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。
最适合卫星通信的频率是110GHZ频段,即微波频段。在微波频带整个通信卫星的工作频率约有500MHZ宽,为了便于放大和发射及减少高调干扰,一般在星空上设置若干转发器。卫星通信的主要特点有以下方面:
优点:
(1) 通信范围大,只要卫星发射的波束覆盖的范围均可实现通信。
(2) 易于实现广播和多地通信,能同时实现与方向多地点通信。
(3) 工作频带,通信容量大,适合多种业务传输。
(4) 建设速度快,且不易受阵地灾害影响。
(5) 通信质量好,电路和话务量可灵活调整。
缺点:
(1)于各地球站的天线仰角并不相同,因此,不管两个地球站之间的地面距离是多少(为7200KM),从一个地球站经卫星到另一个地球站的传播时延在250—300ms之间,这一点和其他通信有较大的差别。
(2)10GHZ以上频带受雨雪的影响。
(3)天线受太阳噪声的影响。
3. 激光通信 (laser communication)
20世纪90年代后期,随着全球接入网的发展,对固定天线应用的关注和对高速率的要求,无线是通信技术因有独到的优势,在固定无线宽带技术中能为宽带域的快速部署提供一种灵活的解决方案,得到了较大的关注。
相对于常用的数字微波,铜缆数字用户线,光纤等其他几种接入方式,无线光通信的主要优势有:
(1)良好的保密性。 由于激光的高指向性使它的发射光束极窄,方向性很好。通常激光束的发展角都在毫弧度,甚至主微弧度,因此具有数据传递极高的保密性。
(2)无微波频带的许可证。 因为无线通信的工作频段为350THZ,设备间无射频信号干扰,所以目前无需申请频率使用许可证。
(3)经营成本低。 由于无需进行昂贵的管道工程铺设和维护使得其造价仅是光纤的1/5。
(4)架设迅速。 无线光通信架设,组网速度快,只须在通信节点上几个设备安装,尤其适合作为光纤通信的应急故障后备及临时构造大容量的通信链路。
(5)透明传输协议。 对于任何传输协议均可容易的送加,电路和数据业务都可透明传输。
(6)信息容量大 光波作为信息载体可轻易传输高达10GB/S的数据,目前已经商用的无线激光设备最高速率达2.5GB/S。
劣势:
(1)天气影响通信质量。
(2)通信距离受限。
(3)只能在视距范围内建立链路。
(4)外因素可能使链路中断。
与传统的租用线路比较,无线光通信综合了光纤和微波的优点,根据最大优势(宽带宽)和最大劣势(短矩高)定位在城域接入网,交换机和移动基站等设备的连接,闭路监视系统,广播电视信号的单双工传输中使用,目前主要应用场合。
(1)对于特殊要求的线路进行冗余备份以及应急临时链路和意外恢复。
(2)提供室内外,临近局域网之间的互连互通。
(3)解决综合业务网(FSN)接入的“最后一公里时”。
(4)在不具备接入条件或带宽不足时提供高效的接入方案。
(5)用于移动通信隔离网基站与交换中心的互联。
(6)用于一些大型集会需要快速建立一些临时链路。用于现场通信的场合。
无线激光通信与微波技术相比,它具有调制速率高、频带宽、不占用频谱源的特点;与有线和光纤通信相比,它具有机动灵活,对市政建设影响较小,运行成本低、易于推广等优点。因此无线激光通信已成为通信家族中的一个新成员,它可应用于最后一公里网络接入、移动通信的基站互连,数据通信专线,企业单位内部网,需特殊保密的军事安全部门和其他不宜使用光纤连接及微波的通信,具有广阔的市场前景。
发展趋势
经过对各种媒质的比较得出对于有线传输网络来说,选用光纤来布线将是未来的发展趋势。而对于无线通信网络来说,由于激光的保密性好的特点,无疑将是无线通信的首选。