北京邮电大学 计算机学院网络技术导论 第二章 课件

1、2021-7-271通 信 导 论张 冬 梅()北京邮电大学计算机科学与技术学院2021-7-272第二章 传输介质2021-7-273主要内容n2.1 传输介质的基本概念n2.2 双绞线n2.3 同轴电缆n2.4 微波与卫星n2.5 光纤2021-7-2742.1 传输介质的基本概念n传输介质提供通信设备之间的物理通道，是信息传输的实际载体n传输介质的多样性：源于通信环境和业务的多样性2021-7-275传输介质的基本概念(续)n传输介质的分类n有线n双绞线n同轴电缆n光纤n无线n地面微波n卫星n红外等2021-7-276传输介质的基本概念(续)n选择传输介质的标准n传输特性：带宽、抗干扰性

2、、距离n传播时延和响应时间n安全性n机械强度n物理尺寸n成本2021-7-277传输介质的基本概念(续)n有线传输介质的特点n带宽资源丰富，使用频率不受管制n保密性好n抗干扰能力强n安装工期长2021-7-2782.2 双绞线n2.2.1 双绞线概述n2.2.2 双绞线的特点n2.2.3 双绞线的应用2021-7-2792.2.1 双绞线概述n双绞线的定义：一对带有屏蔽层的铜线以螺旋的方式缠绕在一起，一般由多对这样的双绞线构成电缆。n通过螺旋式的布线来消除干扰，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。2021-7-27102.2.1 双绞线概述(续)n区分双绞线类型的特征n导

3、线直径n含铜量n单位长度绕数n屏蔽措施2021-7-27112.2.1 双绞线概述(续)n双绞线的类型n屏蔽双绞线STPn非屏蔽双绞线UTPn1类n2类n3类n4类n5类n超5类等2021-7-27122.2.2 双绞线的特点n优点n成本低，易于安装n应用广泛n缺点n带宽有限n信号传输距离短n抗干扰能力不强2021-7-27132.2.3 双绞线的应用n电话传输系统中的用户线n用户环路，4KHz（模拟）nISDN（数字）nxDSL（数字）n数据通信系统中n以太网2021-7-27142.3 同轴电缆n2.3.1 概述n2.3.2 特点n2.3.3 应用2021-7-27152.3.1 同轴电缆

4、概述n同轴电缆的结构n铜导体n绝缘层n屏蔽层（返回路径）n外套n分类n基带同轴电缆：50欧姆阻抗，用于数字传输n宽带同轴电缆：75欧姆阻抗，用于模拟传输2021-7-27162.3.2 同轴电缆的特点可用频带宽：可达数Ghz抗干扰能力强较大的传输距离安装成本高、不容易移动2021-7-27172.3.3 同轴电缆的应用n长途电话传输，局间中继线路：E1n有线电视广播：CATVn局域网n计算机系统之间的短期连接2021-7-27182.4 无线信道n2.4.1 无线信道的基本概念n2.4.2 电磁波在无线信道中的传播2021-7-27192.4.1 无线信道的基本概念n无线信道的定义：无线通信中

5、基站天线与用户天线之间的传播路径n无线通信的特点：由于远比有线通信恶劣和多变的无线传播环境，需要深入研究信道的特点以及对信道的使用方式n天线：用来发射电磁能量或者接收电磁能量的电导体或电导体系统2021-7-27202.4.2 电磁波在无线信道的传播n基本传播机制n直射n反射n绕射n散射2021-7-2721补充：无线电波的几种传播方式n无线电波的几种传播方式n表面波传播n天波传播n空间波传播n散射传播n外层空间传播2021-7-2722表面波传播n表面波传播指电波沿着地球表面传播的情况n影响电波传播的因素n地面吸收n绕射问题n电波频率越高，传输损耗越大n适合：中、长波和部分短波的传播2021

6、-7-2723天波传播n天波传播是指利用电离层的反射传播电波的情况n电离层：分布在地球周围的大气层中，从60km以上的电离区域n电离层的特性n色散性n吸收性：电离层吸收电波的能量n电波频率越低，传输损耗越大2021-7-2724空间波传播n空间波传播指在视线范围内或经过地面反射来传播电波的情况n在大气低层传输，有时受低空大气层的影响n传输的特性：直达波和反射波的合成n适合：移动通信中，电波主要以空间波的形式传播2021-7-2725散射传播n散射传播指利用大气层中的不均匀体对电波的散射来传播电波的情况n传输的特性n传输距离可达300-800kmn传输损耗大n适合：无法建立微波中继站的地区202

7、1-7-2726外层空间传播n外层空间传播指电波穿过低空大气层和电离层到达外层空间的传播n传输的特性：近似真空传输，特性稳定，传输损耗小n适合：卫星、宇宙探测2021-7-2727补充：各个波段的传播特点n长波传播（波长1000米以上）n以表面波传播为主n受电离层影响小，传播稳定n对其他信号干扰强，受天电干扰n中波传播（波长100-1000米）n以表面波或天波形式传播n受电离层影响n主要用于无线广播2021-7-2728补充：各个波段的传播特点（续）n短波传播（波长10-100米）n以表面波和天波传播n利用电离层的反射可以进行远距离无线通信n超短波和微波传播（波长10米以下）n以空间波、散射波

8、和外层空间波传播n频带宽，应用广n主要用于无线广播2021-7-2729多径传播n多径传播 指在接收端收到的信号是经过多次反射、经过多个不同路径传送的信号组成的n多径衰落 经过多径传播的信号若同相则相加，若反相则抵消，由此造成接收端信号幅度变化的现象称为多径衰落或瑞利衰落n阴影衰落 移动台接收信号的场强中值随着地区位置改变出现较慢的变化，这种变化称为慢衰落或阴影衰落2021-7-2730信道衰落n信道衰落 随时间的推移，接收信号强度的起伏称为信道衰落n信道衰落的原因n接收机的移动n周围环境的变化n信道衰落的种类n快衰落：多径衰落n慢衰落 ：阴影衰落2021-7-2731多普勒效应n背景n184

9、2年Christian Doppler首先提出这一理论n内容：声波频率在声源移向观察着时变高，在声源远离观察着时变低n多普勒效应适用于所有类型的波n对移动通信系统的影响：移动过程中频率偏移n当移动台移向基站时，频率变高；n当移动台远离基站时，频率变低2021-7-2732n距离损耗n时延扩展：多径传播造成信号时延扩展n多径衰落：移动台移动造成接收信号的瞬时值出现快速衰落n阴影衰落：移动台接收信号的场强值随着地区位置改变出现较慢的变化n多普勒效应：移动台的移动性造成频率偏移2021-7-2733无线信道的特点n频谱资源有限n传播环境复杂n存在多种干扰n网络拓扑多变2021-7-27342.4.4

10、 微波n微波频段：1Ghz到100Ghzn微波中继放大器之间的距离取决于传输的频率n微波在视线范围内传播2021-7-2735n微波的优点n足够的带宽n波长短n受天电干扰小2021-7-2736n微波的缺点n视线范围传播n对环境因素敏感n需要频带使用许可n潜在的环境限制2021-7-2737n微波的应用n微波中继通信n多点分配业务MDS（LMDS）n无线局域网 n第四代移动通信系统2021-7-27382.4.5 卫星通信的概念n卫星通信是利用卫星作为中继站，转发微波信号，实现两个或多个地球站间的通信 2021-7-2739卫星的频带卫星频率分配涉及的两个频带上行链路：地面站到卫星下行链路：卫

11、星到地面站卫星通信使用的频谱资源C波段Ku波段Ka波段L波段2021-7-2740卫星通信的优、缺点n卫星的优点n远程接入n覆盖范围广n对地球拓扑不敏感n成本和距离关系小n高带宽2021-7-2741n卫星的缺点n初装成本高nGEO系统传输时延较大n环境干扰问题n需要许可证n某些区域内分配受限制n自然现象造成影响2021-7-27422.4.6 无线电波与红外线n无线电波n一般为全向性的n3kHz-300GHzn红外线n视距范围传播n与微波区别：无法穿透墙体，不存在频率分配问题 2021-7-27432.5 光纤n2.5.1 概述n2.5.2 光纤部件n2.5.3 光纤的优点和缺点n2.5.4

12、 光纤的应用2021-7-27442.5.1 概述n19501960年，Charles Kao提出制造光纤的设想,1966年7月高锟发表文章指明了光纤的研究方向n1970年,美国康宁公司首次研制成达到实用水平的光纤 2021-7-27452.5.2 光纤的工作窗口n工作窗口的定义 光纤对特定波长的光波的传输损耗明显要小于其他波长的光波，这些特定的波长就是光纤的工作窗口n三个工作窗口n0.8-0.9mn1.31mn1.55m2021-7-27462.5.3 光纤的相关概念n光缆的工作原理n光在空气中沿直线传播；n光从一种介质进入另一种介质会发生折射；n如果入射角大于临界值会发生全发射；n因此，在玻璃纤维外包裹一定的材料，利用全反射保证光波只在玻璃纤维中传播2021-7-27472.5.3 光纤的相关概念(续)n光纤的结构n玻璃纤维(信号的传输)n包层(将光信号封闭在纤芯中)n涂覆层n光缆：将多条光纤固定在一起构成2021-7-27482.5.3 光纤的相关概念(续)n光纤的分类n单模光纤和多模光纤n模式：光纤中的一个特定的入射角对应一个模式n光纤的损耗n光波通过光纤后，光的强度会被衰减，这就形成了光纤的传输损耗。损耗是影响光纤传输距离的重要因素。2021-7-27492.5.3