数据通信媒体

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2.6.1 双绞线

把两根互相绝缘的铜导线用规则的方法扭绞起来就构成了双绞线，如图2.24所示。互绞可以使线间及周围的电磁干扰最小。电话系统中使用双绞线较多，差不多所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。

图2.24  双绞线

双绞线用于模拟传输或数字传输，其通信距离一般为几千米到十几千米。对于模拟传输，当传输距离太长时要加放大器，以将衰减了的信号放大到合适的数值。对于数字传输则要加中继器，以将失真了的数字信号进行整形。导线越粗，其通信距离就越远 ,但造价也越高。

双绞线主要用于点到点的连接，如星形拓扑结构的局域网中，计算机与集线器之间常用双绞线来连接，但其长度不超过100米。双绞线也可用于多点连接。作为一种多点传输介质，它比同轴电缆的价格低，但性能要差一些。

双绞线按其是否有屏蔽，可分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。屏蔽双绞线是在一对双绞 线外面有金属筒缠绕，有的还在几对双绞线的外层用铜编织网包上，均用作屏蔽，最外层再 包上一层具有保护性的聚乙烯塑料。与无屏蔽双绞线相比，其误码率明显下降，约为 10^-6～10^-8,价格较贵。无屏蔽双绞线除少了屏蔽层外，其余均与屏蔽双绞线相同，抗干扰能力较差，误码率高达 10^-5～10^-6, 但因其价格便宜而且安装方便，故广泛用于电话系统和局域网中。

双绞线还可以按其电气特性进行分级或分类。电气工业协会/电信工业协会（EIA/TIA） 将其定义为7种型号。局域网中常用第5类和第6类双绞线，它们都为无屏蔽双绞线，均由 4对双绞线构成一条电缆。5类双绞线传输速率可达100Mbps, 常用于局域网100Base-T的数据传输或用作话音传输等。6类双绞线比5类双绞线有更好的传输特性，传输速率可达1000Mbps, 可用于100Base-T、1000Base-T等局域网中。7类双绞线也可用于1000Base-T、千兆以太网中。

2.6.2 同轴电缆

同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成，如图2.25所示。这种结构中的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来 防止外界电磁场干扰中心导体的信号，因而具有很好的抗干扰特性，被广泛用于较高速率的 数据传输。通常按特性阻抗数值的不同，将其分为基带同轴电缆（50W同轴电缆）和宽带同轴电缆（75W同轴电缆）。

       

图2.25  同轴电缆

基带同轴电缆的特性阻抗为50W,仅用于传输数字信号，并使用曼彻斯特编码方式和基 带传输方式，即直接把数字信号送到传输介质上，无需经过调制，故把这种电缆称为基带同 轴电缆。基带系统的优点是安装简单而且价格便宜，但基带数字方波信号在传输过程中容易 发生畸变和衰减，所以传输距离不能很长，一般在1km以内，典型的数据速率可达1OMbps。基带同轴电缆又有粗缆和细缆之分。粗缆抗干扰性能好，传输距离较远：细缆便宜，传输距离较近。局域网中，一般选用RG-8和RG-11型号的粗缆或RG-58型号的细缆。

宽带同轴电缆的特性阻抗为75W, 带宽可达300～500MHz, 用于传输模拟信号。它是公用天线电视系统CATV 中的标准传输电缆，目前在有线电视中广为采用。在这种电缆上传输的信号采用了频分多路复用的宽带信号，故75W同轴电缆又称为宽带同轴电缆。所谓宽带，在电话行业中是指带宽比一个标准话路，即4KHz更宽的频带，而在计算机通信中，泛指采用了频分多路复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。

2.6.3 光缆

光导纤维电缆，简称光缆，是网络传输介质中性能最好、应用前途广泛的一种。以金属导体为核心的传输介质，其所能传输的数字信号或模拟信号，都是电信号。而光纤则只能用 光脉冲形成的数字信号进行通信。有光脉冲相当于1,没有光脉冲相当于0。由于可见光的频率极高，约为108MHz的量级，因此光纤通信系统的传输带宽远大于目前其他各种传输媒体的带宽。http://www.woaidiannao.com/

图2.26  光纤剖面的示意图

光纤通常由极透明的石英玻璃拉成细丝作为纤芯，外面分别由包层、吸收外壳和防护层等构成，图2.26是一根光纤剖面的示意图。包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角，如图 2.27（a）所示。因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光也就沿着光纤向前传输。图 2.27(b)画出了光波在纤芯中传输的示意图。

图2.27  光线射入到光缆和包层界面时的情况

由于光纤非常细，连包层一起，其直径也不到0.2mm。故常将一至数百根光纤，再加上加强芯和填充物等构成一条光缆，就可大大提高其机械强度。必要时还可放入远供电源线。最后加上包带层和外护套，即可满足工程施工的强度要求。

典型的光纤传输系统的结构如图2.28所示。光纤发送端采用发光二极管（LED，light emitting diode）或注入型激光二极管（ILD，injection laser diode）两种光源。在接收端将光信号转换成电信号时使用光电二极管PIN检波器或APD检波器。这样即构成了一个单向传输系统。光载波调制方法采用振幅键控ASK调制方法，即亮度调制（Intensity Modulation）。光纤传输速率可达几千Mbps。目前投入使用的光纤在几千米范围内速率可达几百Mbps。在1km范围内，能以1000Mbps的速率发送数据，大功率的激光器可以驱动100km长的光纤而不带中继器。

图2.28  光缆传输系统结构示意图

光纤最普遍的连接方法是点到点方式，在某些实验系统中也采用多点连接方式。

光纤有许多优点：由于光纤的直径可小到10～100μm, 故体积小，重量轻，一千米长的一根光纤也只有几克重；光纤的传输频带非常宽，在1km内的频带可达1GHz以上，在3OKm 内的频带仍大于25MHz, 故通信容量大；光纤传输损耗小，通常在 6～8km 的距离内不使用中继器而可实现高速率数据传输，基本上没有什么衰耗，这一点也正是光纤通信得到飞速发展的关键原因；不受雷电和电磁干扰，这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要；无串音干扰，保密性好，也不容易被窃听或截取数据；误码率很低，可低于10^-10。而双绞线的误码率为10^-5～10^-6,基带同轴电缆为10^-7, 宽带同轴电缆为10^-9。计算机基础知识试题及答案

2.6.4 自由空间

无线传输介质指的是利用大气和外层空间作为传播电磁波的通路，但由于信号频谱和传输介质技术的不同，主要包括无线电、微波、卫星微波、红外等。各种无线传输介质对应的电磁波谱范围如图2.29所示。

图2.29  各种通信介质使用的电磁波谱范围

1. 微波信道和卫呈信道

（1）微波信道

这是计算机网络中最早使用的无线信道,Internet网的前身ARPANET中用于连接美国本土和夏威夷的信道即是微波信道，也是目前应用最多的无线信道。所用微波的频率范围为1～20GHz,既可传输模拟信号又可传输数字信号。但在实际的微波通信系统中，由于传输信号是以空间辐射的方式传输的，因此必须考虑发送/接收传输信号的天线的接收能力。根据天线理论可知，只有当辐射天线的尺寸大于信号波长的1/10时，信号才能有效地辐射。这就是说，假设用1米的天线，辐射频率至少需要30MHz。而我们要传输的模拟信号或数字信号的频率很低，这势必需要很大的天线，因此传输信号在以模拟通信或数字通信方式进行传输前，必须首先经过调制，将其频谱搬移到合适的频谱范围内，在以微波的形式辐射出去。

（2）卫星信道

为了增加微波的传输距离，应提高微波收发器或中继站的高度。当将微波中继站放在人造卫星上时，便形成了卫星通信系统，也即利用位于36000km高的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波通信。通信卫星则是在太空的无人值守的微波通信的中继站。卫星上的中继站接收从地面发来的信号后，加以放大整形再发回地面。一个同步卫星可以覆盖地球三分之一以上的地表，如图 2.28所示。这样利用三个相距120°的同步卫星便可覆盖全球的全部通信区域，通过卫星地面站可以实现地球上任意两点间的通信。卫星通信属于广播式通信，通信距离远，且通信费用与通信距离无关。这是卫星通信的最大特点。

2. 红外线信道和激光信道

（1）红外线信道

红外线可能是最新的无线传输介质，它利用红外线来传输信号。常见于电视机等家电中的红外线遥控器，在发送端设有红外线发送器，接收端有红外线接收器。发送器和接收器可任意安装在室内或室外，但需使它们处于视线范围内，即两者彼此都可看到对方，中间不允许有障碍物。红外线通信设备相对便宜，有一定的带宽。当光束传输速率为100kbps时，通信距离可大于16km，1.5Mbps的传输速率使通信距离降为1.6km。红外线通信只能传输数字信号。此外，红外线具有很强的方向性，故对于这类系统很难窃听、插入数据和进行干扰，但雨、雾和障碍物等环境干扰都会妨碍红外线的传播。

（2）激光信道

在空间传播的激光束可以调制成光脉冲以传输数据，和地面微波或红外线一样，可以在视野范围内安装两个彼此相对的激光发射器和接收器进行通信，如图2.30所示。激光通信与红外线通信一样是全数字的，不能传输模拟信号；激光也具有高度的方向性，从而难于窃听、插入数据及干扰；激光同样受环境的影响，特别当空气污染、下雨下雾、能见度很差时，可能使通信中断。通常激光束的传播距离不会很远，故只在短距离通信中使用。它与红外线通信不同之处在于，激光硬件会因发出少量射线而污染环境，故只有经过特许后方可安装，而红外线系统的安装则不必经过特许。