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在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，傳輸媒體是發(fā)送器與接收器之間的物理通路，其作用至關(guān)重要。根據(jù)信號傳播的方式，傳輸媒體可分為導(dǎo)引型與非導(dǎo)引型兩大類。

1 導(dǎo)引型傳輸媒體

導(dǎo)引型傳輸媒體通過固體介質(zhì)（如銅線或光纖）導(dǎo)引電磁波傳播。在這類媒體中，最常見的有以下幾種：

1.1 雙絞線

①基本概念
雙絞線是最古老但仍被廣泛使用的傳輸媒體。它由兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線以規(guī)則的方法絞合而成。
絞合度越高，可用的數(shù)據(jù)傳輸率越高。

②分類
雙絞線可以分為兩大類：

• 無屏蔽雙絞線 (UTP)：沒有額外的屏蔽層，成本較低，適用于一般的應(yīng)用場景。

• 屏蔽雙絞線 (STP)：具有屏蔽層，可以有效減少電磁干擾，適用于對信號質(zhì)量要求更高的環(huán)境。

③雙絞線標(biāo)準(zhǔn)

無論是哪種類別的雙絞線，衰減都隨頻率的升高而增大。
雙絞線的最高速率還與數(shù)字信號的編碼方法有很大的關(guān)系。

1.2 同軸電纜

同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線（單股實(shí)心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層（也可以是單股的）以及保護(hù)塑料外層所組成。

同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。

1.3 光纜

①基本概念
光纖 ：用于傳輸光信號的細(xì)長透明介質(zhì)，通常由玻璃或塑料制成，可高效傳輸光信號，具有極低的損耗和高帶寬。

光纖的基本構(gòu)造包括：

• 纖芯：光線在此傳輸，具有較高的折射率。
• 包層：包圍在纖芯外部，具有較低的折射率，幫助光信號通過全反射原理保持在纖芯內(nèi)。

優(yōu)點(diǎn)：

• 通信容量非常大。
• 傳輸損耗小，中繼距離長，對遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)。
• 抗雷電和電磁干擾性能好。
• 無串音干擾，保密性好，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。
• 體積小，重量輕。

光纜：由多根光纖組成的集成結(jié)構(gòu)，通常還包含保護(hù)材料和其他組件，以確保光纖在各種環(huán)境下的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。光纜的設(shè)計通常包括：

• 光纖：多個光纖的集合。
• 護(hù)套：保護(hù)光纖免受物理損害、濕氣和溫度變化。
• 增強(qiáng)材料：如鋼絲或其他材料，用于增加強(qiáng)度和耐用性。

②光波在纖芯中的傳播
光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時，其折射角將大于入射角。如果入射角足夠大，就會出現(xiàn)全反射，光也就沿著光纖傳輸下去。

③分類
光纖可分為多模光纖和單模光纖：

• 多模光纖：
  • 可以存在多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。
  • 光脈沖在多模光纖中傳輸時會逐漸展寬，造成失真，只適合于近距離傳輸。
• 單模光纖：
  • 其直徑小到只有一個光的波長（幾個微米），可使光線一直向前傳播，而不會產(chǎn)生多次反射。
  • 制造成本較高，但衰耗較小。
  • 光源要使用昂貴的半導(dǎo)體激光器，不能使用較便宜的發(fā)光二極管

④光纖通信系統(tǒng)
基本的光纖通信系統(tǒng)主要由發(fā)送端和接收端組成。

• 發(fā)送端：要有光源（例如發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器），在電脈沖的作用下能產(chǎn)生出光脈沖。
• 接收端：要有光檢測器，利用光電二極管做成，在檢測到光脈沖時還原出電脈沖。

2 非導(dǎo)引型傳輸媒體

非導(dǎo)引型傳輸媒體通過無線電波在自由空間中傳播，實(shí)現(xiàn)多種通信形式。其頻段范圍從低頻到超高頻（30 kHz ~ 3000 GHz），涉及多個應(yīng)用場景。

2.1 無線電微波通信

①基本概念
無線電微波通信是一種利用無線電波進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)，主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離通信和數(shù)據(jù)傳輸。微波是指頻率在300 MHz到300 GHz之間的電磁波，具有較短的波長。無線電微波通信利用這一頻段的電磁波進(jìn)行信號傳輸，常用于電視廣播、衛(wèi)星通信、移動通信等。

②組成部分

a. 發(fā)送端

• 微波發(fā)射機(jī)：將原始電信號（如語音、視頻或數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換為微波信號，并通過天線發(fā)射出去。
• 調(diào)制器：對輸入信號進(jìn)行調(diào)制，以便適合微波傳播，例如使用幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）或相位調(diào)制（PM）。

b. 傳輸媒介

• 空間傳播：微波信號通過空氣傳播，可以直視傳播，也可以反射和折射，適合點(diǎn)對點(diǎn)的長距離傳輸。
• 微波鏈路：使用定向天線實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸，通常需要在發(fā)射和接收端之間保持視距。

c. 接收端

• 微波接收機(jī)：接收來自發(fā)射端的微波信號，并將其轉(zhuǎn)換回可用的電信號。
• 解調(diào)器：對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)原始信息。

③特點(diǎn)與應(yīng)用

• 高帶寬：微波頻段提供了較大的帶寬，適合高速數(shù)據(jù)傳輸。
• 抗干擾性強(qiáng)：微波信號能抵御一定程度的干擾。
• 廣泛應(yīng)用：常用于衛(wèi)星通信、無線網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)、電視廣播、移動通信等領(lǐng)域。

④注意事項

• 視距要求：微波通信通常需要發(fā)射和接收裝置之間有無遮擋物。
• 天氣影響：雨、雪等天氣條件可能會對微波信號造成衰減。

2.2 多徑效應(yīng)

①基本概念
多徑效應(yīng)是無線通信中常見的現(xiàn)象，主要是指信號在傳播過程中，由于反射、折射和散射等原因，產(chǎn)生多個相同信號的副本，這些副本通過不同的路徑到達(dá)接收端。這種現(xiàn)象會對信號的質(zhì)量和通信系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。

②產(chǎn)生原因

• 反射：信號遇到建筑物、地面或其他障礙物時，會反射回去。
• 折射：信號在穿越不同介質(zhì)（如空氣與水）時，其傳播速度和方向發(fā)生變化。
• 散射：信號碰到小障礙物或粗糙表面時，會向多個方向散射。

③影響

• 信號衰減：由于多條路徑傳播，信號的強(qiáng)度可能會因為相位差而相互抵消，導(dǎo)致接收到的信號變?nèi)酢?/li>
• 延遲擴(kuò)展：不同路徑的信號到達(dá)接收端的時間不同，造成信號波形的展寬。
• 失真：由于不同路徑信號的相位和幅度差異，可能會導(dǎo)致接收到的信號失真，影響數(shù)據(jù)的解碼和傳輸質(zhì)量。

④應(yīng)對措施

• 均衡技術(shù)：在接收端使用均衡器來補(bǔ)償多徑引起的信號失真。
• MIMO技術(shù)：多輸入多輸出技術(shù)通過使用多個發(fā)射和接收天線，增強(qiáng)信號的可靠性和帶寬。
• OFDM技術(shù)：正交頻分復(fù)用技術(shù)將信號分散在多個頻率上，可以有效抵御多徑干擾。

2.3 衛(wèi)星通信

①基本概念
衛(wèi)星通信是利用人造衛(wèi)星作為中繼站，進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｋ谌蚍秶鷥?nèi)提供了廣泛的通信服務(wù)，包括電視廣播、互聯(lián)網(wǎng)接入、電話通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?br />
②工作原理

• 信號發(fā)射：地面站通過天線將信號發(fā)射到軌道上的衛(wèi)星。
• 信號轉(zhuǎn)發(fā)：衛(wèi)星接收到信號后，將其處理并轉(zhuǎn)發(fā)回地面，通常通過不同頻率的信號頻道。
• 地面接收：另一地面站或用戶終端接收從衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回來的信號。

③衛(wèi)星類型

• 靜止衛(wèi)星（GEO）：位于赤道上空約35,786公里的軌道，衛(wèi)星與地面站保持相對靜止，適合電視廣播和寬帶服務(wù)。
• 中軌衛(wèi)星（MEO）：通常在2000到35,786公里之間，常用于導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS）。
• 低軌衛(wèi)星（LEO）：位于2000公里以下，具有較低的延遲，適合實(shí)時通信和寬帶服務(wù)，近年來被用于星鏈等項目。

④衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成

• 地面站：包括發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備，用于發(fā)送和接收信號。
• 衛(wèi)星：搭載轉(zhuǎn)發(fā)器和其他通信設(shè)備，負(fù)責(zé)信號的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。
• 終端用戶設(shè)備：如衛(wèi)星電話、衛(wèi)星寬帶調(diào)制解調(diào)器等，用于最終用戶的通信。

⑤優(yōu)勢

• 全球覆蓋：衛(wèi)星通信可以覆蓋偏遠(yuǎn)地區(qū)和海洋，提供普遍的服務(wù)。
• 高容量：能夠支持大量用戶同時進(jìn)行通信。
• 靈活性：可以快速部署和擴(kuò)展，適應(yīng)不同的通信需求。

⑥挑戰(zhàn)

• 信號延遲：尤其是靜止衛(wèi)星，由于其高度，信號傳輸延遲較大。
• 氣候影響：惡劣天氣可能會影響信號質(zhì)量，如雨衰現(xiàn)象。
• 成本高：衛(wèi)星的發(fā)射和維護(hù)成本較高。

七應(yīng)用領(lǐng)域

• 廣播電視：衛(wèi)星廣播是主要的電視節(jié)目分發(fā)方式之一。
• 互聯(lián)網(wǎng)接入：為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供寬帶服務(wù)。
• 軍事通信：用于增強(qiáng)軍事指揮和控制能力。
• 緊急通信：災(zāi)害恢復(fù)期間提供臨時通信支持。

2.4 無線局域網(wǎng)

①基本概念
無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，簡稱WLAN）是一種使用無線技術(shù)連接設(shè)備的局域網(wǎng)，廣泛應(yīng)用于家庭、辦公室和公共場所。

②工作原理

• 無線信號：WLAN通過無線電波傳輸數(shù)據(jù)，設(shè)備通過無線路由器或接入點(diǎn)（AP）進(jìn)行通信。
• 協(xié)議：常用的無線通信協(xié)議包括802.11系列（如802.11a/b/g/n/ac/ax），這些協(xié)議定義了不同的頻率、速度和覆蓋范圍。

③組成部分

• 無線路由器：負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)流量，連接互聯(lián)網(wǎng)并將信號發(fā)送到各個無線設(shè)備。
• 接入點(diǎn)（AP）：擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，通常用于大型場所。
• 終端設(shè)備：如智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等，可以連接到WLAN進(jìn)行上網(wǎng)。

④優(yōu)勢

• 靈活性：用戶可以在覆蓋區(qū)域內(nèi)自由移動，無需物理連接。
• 易于部署：相較于有線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置和維護(hù)更為簡單。
• 成本效益：減少了布線和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的成本。

⑤挑戰(zhàn)

• 信號干擾：其他無線設(shè)備或物理障礙物可能會影響信號質(zhì)量。
• 安全性：無線網(wǎng)絡(luò)容易受到未經(jīng)授權(quán)的訪問，需要采取加密措施（如WPA3）來保護(hù)數(shù)據(jù)安全。
• 帶寬限制：無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬通常低于有線網(wǎng)絡(luò)，可能會受到用戶數(shù)量和使用情況的影響。

⑥安全措施

• 加密協(xié)議：使用WPA3或WPA2等加密協(xié)議保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸。
• SSID隱藏：隱藏網(wǎng)絡(luò)名稱以增加安全性，減少被陌生設(shè)備掃描到的風(fēng)險。
• MAC地址過濾：限制可以連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，增強(qiáng)安全性。

⑦應(yīng)用領(lǐng)域

• 家庭網(wǎng)絡(luò)：連接個人設(shè)備，提供互聯(lián)網(wǎng)接入。
• 企業(yè)環(huán)境：支持員工在辦公區(qū)域內(nèi)的靈活工作。
• 公共熱點(diǎn)：如咖啡店、機(jī)場等地提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。