第二章传输介质.ppt

2.1传输介质，2.1.1基本概念(1)什么是传输介质所谓的传输介质是指传输信号的物理通信线路。任何数据都将被转换成电信号或光信号，以便在实际传输过程中在传输介质中传输。数据能否成功传输取决于两个因素：传输信号本身的质量和传输介质的特性。(2)什么是信道带宽所谓的信道是传输信号的信道；通用通信系统包括信源编码、信道编码、调制和解调以及物理信道。从信源编码到信源解码的过程可以看作是广义信道。窄信道仅指物理信道，即传输介质和媒介；物理信道的带宽由传输介质决定。广义信道带宽(即通信理论中通常所指的系统带宽)是指进入物理信道之前允许的最大信号基带频谱宽度(最大信号带宽)，由系统决定。(3)信号的带宽是什么信号中包含的频率成分的范围称为频谱，信号的带宽是频谱的绝对宽度。由于信号携带的能量不是均匀分布在其频谱上的，因此引入了有效带宽的概念，有效带宽是指包含信号主要能量的带宽部分。除非另有说明，带宽通常指有效带宽。(4)信道速率、传输速率和带宽之间有什么关系可以用香农公式和奈奎斯特准则来确定。第一种解释常用于传播理论研究。计算机网络中的信道带宽通常指的是传输速率。(5)传输介质的特性-物理特性：传输介质的物理结构描述-传输特性：传输介质允许传输数字或模拟信号，以及调制技术、传输容量和传输频率范围等。-连接特性：允许的点到点或多点连接-地理范围：传输介质的最大传输距离-抗干扰：传输介质防止噪声和电磁干扰影响传输数据的能力-相对价格：包括设备成本、安装和维护，(6)传输介质的选择可以通过传输介质的有效传输距离和带宽来衡量，其中传输距离与带宽成反比，带宽越宽，成本越高。在数字传输中，具有一定带宽的传输介质的最大传输速率也与信号的调制方式密切相关。另一方面，不同的传输介质有其独特的传输特性，因此传输介质的选择应从性能、成本和适用场合等方面综合考虑。(7)基带传输，基带信号：指信号源发送的原始电信号，不经过调制(频谱移动和转换)。基带信号(包括模拟基带信号和数字基带信号)的传输方式包括基带传输和频带传输(也称为载波传输和调制传输)。基带传输：是一种直接将基带信号发送到信道进行传输的传输模式。例如，在一些有线信道中，特别是当传输距离不太远时，基带信号可以直接传输。基带传输是一种基本的数据传输方式。线路设备简单，通道利用率低。频带传输：将基带信号调制成载波，然后通过载波传输调制信号。例如，在无线信道和光信道中，基带信号必须通过载波传输在信道中进行调制和传输。宽带传输将信道分成多个子信道，分别传输音频、视频和数字信号，称为宽带传输。宽带是比音频带宽更宽的频带，包括大部分电磁波谱。使用这种宽带传输的系统称为宽带传输系统。它可以通过频带传输将链路容量分解成两个或多个信道，每个信道可以承载不同的信号，这就是宽带传输。例如，有线电视，无线传输中常用的电磁波段主要包括无线电、微波、红外等。2.1.2传输介质、有线介质、无线介质、双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、微波、红外线、传输介质，1。双绞线是指由一对绞合在一起的绝缘铜线组成的物理通信链路。为了减少导线间的低频干扰，主要采用双绞线，双绞线越近，抗干扰能力越好。图2.1双绞线的物理结构和传输特性：(1)串扰会随着频率的增加而增加，抗干扰能力差。它通常用作电话用户线和局域网传输媒介。局域网内的传输速率可达100兆/秒，但很难用于宽带通信和长距离传输线路。(2)模拟信号和数字信号都可以传输。图2.2双绞线的组成。双绞线主要分为两类：非屏蔽双绞线(UTP:非屏蔽双绞线)和屏蔽双绞线(屏蔽双绞线)。屏蔽双绞线除了IBM的令牌环网之外，并没有广泛应用于其他领域。目前，无屏蔽双绞线用于电话用户线和局域网。例如，24 UTP常用于普通电话线。常用UTP的性能如表2.1所示。表2.1常用、10带宽基数字基带传输T型双绞线5类和3类都可以，3类更合适，T1和E1是物理连接技术，T1是美国标准，1.544米，E1是欧洲标准，2.048米，我国的专线一般是E1，然后根据用户需要进行信道分配(64K单位)。例如，可以使用公私伙伴关系DDN线路和帧中继线路。同轴电缆：同轴电缆由作为内导体的实心铜线和作为外导体的空心铜圆形薄皮组成。内外导体由塑料绝缘材料隔开。聚氯乙烯或其他绝缘材料涂在外导体外面。外导体的内导体是同心轴，所以称为同轴电缆。特点：抗干扰能力强。50同轴电缆：局域网基带传输。传输带宽1 20m，传输距离1 1.2公里75的同轴电缆：闭路电视系统(CATV)。频分复用50通道。支持的带宽：300 450兆赫。距离：100公里，支持点对点和多点通信。传输距离是几公里到几十公里。目前，它主要应用于有线电视和光纤同轴混合接入网。同轴电缆，光纤，图2.4光纤的物理结构，光纤是一种同轴结构，它由三个同轴部分组成：纤芯、包层和护套，其中纤芯和包层由两种折射率不同的玻璃材料制成。光信号可以通过光的全反射在纤芯中传输，包层的折射率略小于纤芯的折射率，形成光波导效应，防止光信号溢出。应时光纤、玻璃光纤、塑料光纤和应时光纤是最实用的。光纤系统的工作频率在10 14 10 15赫兹之间，属于近红外区，潜在带宽很大。目前，10Tb/s/100km的实验系统已经成功测试，通过密集波分复用(DWDM)在光纤上实现40 TB/s/200 km传输的实际系统已经在电信网络中得到广泛应用。体积小，重量轻。衰减低，抗干扰能力强。传输距离可达6-8公里，光纤分为两种基本类型：多模光纤(MMF)和单模光纤(SMF)。多模光纤主要用于短程和低速传输，如接入网和局域网。一般来说，传输距离应该小于2公里。单模光纤的纤芯直径很小，通常为4 10 m。在任何时候，单模光纤只允许光信号以一种模式通过纤芯。目前，单模光纤主要用于长距离传输。在ITU-T的最新建议G652、G653、G654和G654中，对单模光纤进行了详细的定义和规定。单模光纤、多模光纤在光脉冲信号传输过程中，所使用的波长与传输速率和信噪比密切相关无线媒体，无线电通信的意思是在某一点上准确或近似地再现选定的信息香农。这个复制过程包括一个最重要的环节：携带信息的载波。无线电通信是指以无线电波为载体传输各种信息的各种通信方式。图2.4电磁波谱及其在通信中的应用1)无线电也称为射频，其工作频率范围从几十兆赫到大约200兆赫。优点：易于产生，可远距离传输，可轻松穿越建筑物，其传输是全向的，非常适合广播通信。的缺点是它的传输特性与频率有关：低频信号穿越障碍物的能力很强，但传输衰减很大；高频信号往往沿直线传播，但在障碍物处容易形成反射，天气对高频信号的影响大于低频信号。2)微波指的是频率范围在300兆赫到300赫兹之间的电磁波，因为它的波长在毫米范围内，所以术语微波是产生的。微波信号的主要特点是在空间沿直线传播，因此只能在视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在80公里以内。微波的主要缺点是信号容易受到环境(如雨、雾、烟、灰尘等)的影响。)，频率越高，影响越大，高频信号也容易衰减。卫星通信可以被认为是微波通信的一种特殊形式。一、地面微波中继站、地球同步卫星(地球同步卫星)，相对于地面站的固定位置使用3颗卫星可以覆盖世界一颗卫星使用12-20个转发器，每个转发器带宽36-50兆赫地面站使用VSAT传输时延时间长(270毫秒)，3)红外线是指1012 1014赫兹的电磁波信号。与微波相比，红外线最大的缺点是不能穿过固体物质，所以它主要用于近距离和小范围设备之间的通信。目前，红外通信主要用于家用电器的远程控制、便携式计算机通信接口等。电信领域使用的电磁波频谱，各种常见传输介质的比较，概述(本节重点介绍)，双绞线(UTP和STP)、同轴电缆、光纤的使用特性，单模光纤和多模光纤的使用特性，常用传输介质和无线通信的使用特性，2.2多路复用，什么是多路复用，多路复用-为什么多个信息源要共享一个用于多路复用的公共信道？线路成本、复用技术、复用技术是将多个信号组合在一个物理信道上进行传输，然后在接收端使用专用设备分离各种信号。这允许多个信号共享物理信道资源。复用技术包括：频分复用(FDM)时分复用(时分复用)波分复用(WDM)。根据信号在传输介质上的复用方式，传输系统分为：基带传输系统、频分复用传输系统、时分复用传输系统、波分复用传输系统、2.2.1基带传输系统和在传输介质上直接传输基带信号的系统。例如，计算机局域网，(1)FDMFDM的基本原理是一种多路复用技术，利用传输介质的带宽高于单通道信号的特性，通过高频载波信号调制多通道信号，然后在同一介质上传输。为了防止信号之间的相互干扰，需要将每个信号调制到不同的载波频带上，并且在每个频带之间应该保持一定的间隔，使得每个信号可以通过占据相同介质的不同频带而被复用。2.2.2频分复用传输系统，频分复用带宽分配示例，A，FDM复用过程示例，FDM解复用过程E在FDM电话通信系统中，这五个组可以组成一个超级组，也可以组成一个复用度较高的主组。FDM分层复用，(2)FDM的特点和优势：易于实现，技术成熟，可以充分利用信道带宽。缺点：传输模拟信号，需要模拟调制解调设备，成本高，体积大。由于集成困难，运行稳定性不高。目前，FDM技术主要用于电话和有线电视系统。在光纤介质上，这种方法通常称为波分复用。(1)时分复用技术的原理时分复用技术是一种在脉冲编码调制(脉冲解调)后将模拟信号转换成数字信号，然后进行时分复用的技术。这是一种数字复用技术。在时分复用中，多个信号以时分方式共享一个传输介质，并且每个信号在其自己的时间片中占据传输介质的整个带宽。主要的国际时分复用标准是北美使用的T载波模式。主群信号T1每帧有24个时隙，速率为1.544兆比特/秒；ITU标准E载波模式，主群信号E1每帧有32个时隙，速率为2.048兆比特/秒，两者相同，语音信号采样频率为8000赫兹，因此每帧持续时间为125微秒，脉冲编码调制：一种模拟信号数字化方法，2.2.3时分复用传输系统，时分复用最适合数字信号传输，时分复用工作原理示例，图2.6时分复用原理图(a)时分复用信道划分；(2)时分复用系统的原理图，(2)时分复用的特点与频分复用传输系统相比，时分复用传输系统可以利用数字技术的所有优势：低误码率、安全性好、数字电路集成度高、带宽利用率高。它已经成为传输系统的主流技术。目前，主要有两种时分数字传输系统：准同步数字体系分组数据传输系统和同步数字体系分组数据传输系统。它的主要缺点是通信双方的时隙必须严格保持同步。T1信道广泛用于北美和日本的电话系统。每秒8，000个样本(帧)，总共24个信号，每个信号8位(包括1位控制)，每个帧1个同步位。数据传输速率：193 * 8000=1.544兆位/秒，T1信道传输速率：1.544兆位/秒，时分多路复用(T1，T2，T3，T4)，E1信道，在北美和日本以外使用，包括中国。每秒8，000个样本(帧)，总共32个信号通道(包括2个信号同步通道)，每个信号通道8位，每个帧1个同步位。速率为：8*32*8000=2.048Mbps，30个语音数据通道和2个控制通道。(1)WDM原理：目前单模光纤的传输速率可以达到2.5 Gb/s，如果采用色散补偿技术来解决光纤传输中的色散问题(指光脉冲中不同频率成分的不同传输速率造成的信号失真现象)，单模光纤的传输速率可以达到10Gb/s，这是目前单载波光信号传输的极限值。2.2.4波分复用传输系统，波分复用(WDM)是光的频分复用。不同的信息源使用不同波长的光波来传输数据。每一个光波通过一个棱镜(或衍射光栅)形成一个光束在光纤主干道上传输。在接收端，相同的设备用于分离每个光