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文章目錄
- 1 導(dǎo)引型傳輸媒體
- 1.1 雙絞線
- 1.2 同軸電纜
- 1.3 光纜
- 2 非導(dǎo)引型傳輸媒體
- 2.1 無線電微波通信
- 2.2 多徑效應(yīng)
- 2.3 衛(wèi)星通信
- 2.4 無線局域網(wǎng)
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)。