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传输媒介

传输媒介是指信息传输所经由的空间或实体。  它是电信系统的组成部分,其作用是将发信设备所发出的信息传输至收信设备。信息在媒介中传输时的特性对于通信系统的构成、特征和通信质量有重要影响。

传输媒介是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。计算机网络中采用的传输媒体可分为有线和无线两大类.双绞线、 同轴电缆和光纤是常用的三种传输媒介。卫星通信、无线通信、红外通信、 激光通信以及微波通信的信息载体都属于无线传输媒介。 传输媒介的特性对网络数据通信质量有很大影响,这些特性是:
  1)物理特性:说明传输媒体的特征。
  2)传输特性:包括是使用模拟信号发送还是数字信号发送,调制技术、传输量及传输的频率范围。
  3)连通性:点到点或多点连接。
  4)地理范围:网上各点间的最大距离,能用在建筑物内、建筑物之间或扩展到整个城市。
  5)抗干扰性:防止噪音、干扰对数据传输影响的能力。
  6)相对价格:以元件、安装和维护的价格为基础。

信息传输所经由的空间或实体。它是电信系统的组成部分,其作用是将发信设备所发出的信息传输至收信设备。信息在媒介中传输时的特性对于通信系统的构成、特征和通信质量有重要影响。
  媒介对于电磁波传播有两方面的主要影响,一是由于传播时的扩散以及媒介物的吸收或反射,使能量减弱,表现为传输损耗。损耗的大小和随时间变化的情况是媒介的重要特性。二是在媒介中传播时产生失真。例如,由于信号中不同频率成分在媒介中传输速度不同(色散效应)而造成的失真,限制了媒介的传输频率范围;或由于空间存在多径效应而使接收信号失真甚至不稳定;或由于媒介中还有其他电磁波传播,其中有人为的、也有自然界的,造成对所需信号的干扰。这些都会使收到的信号不同于原来的信号,严重时不可辨认。

  按电磁波传播的方式,媒介可分为两大类:一类是收发信设备之间有导引电磁波的实体线路,如导线、同轴管、波导管或光导纤维等,电磁波沿线路传播,能量集中在导线附近或约束在导波的管内,这称为有线方式,其构成的信道称为有线信息;另一类是收发信设备之间无实体线路相连,利用电磁波在空间传播而传输信息,这称为无线方式,其构成的信道称为无线信道。

包括明线、电缆、波导、光缆等。它们传输稳定、干扰小,有较大的容量和较强的保密性。但是须敷设线缆,沿线路建设增音站以补偿线路损耗,投资大,建设时间长。因此,扩大系统容量、提高线路利用率和降低每个话路的成本,是有线通信的重要问题。有线线路有以下几种。
  架空明线  由一对或多对裸铜导线构成的通信线路。通常在30千赫以下提供三个双向载波话路,在30~150千赫之间提供12个双向载波话路。频率再高时,损耗和电磁辐射增加较快,频率超过150千赫只在少数情况下利用。长距离平行线对之间的相互串扰是用线对交叉技术来减弱的。电杆上所能架设的线对不多,所以明线系统容量不大,而且易受气候条件的影响。
  对称电缆  缆芯由一对或多对相互绝缘的金属导线组成,外护套由金属或其他复合材料制成。由于芯线对地对称,故称对称电缆。线对之间的串音是通过扭绞和平衡来减弱的。对称电缆多半是埋于地下而且有外护套屏蔽,因而电磁辐射小,抗干扰和保密性能优于明线。其中,有适用于音频通信的音频电缆和适用于载波通信的高频电缆。高频电缆中一对芯线可通60或 120个单向载波电话,其最高复用频率分别为252或552千赫。对最高频率的限制主要是串音,在无需考虑串音时,复用频率还可提高。
  同轴电缆  缆芯由若干个同轴管组成,同轴管则由相互绝缘的两导体同心套置而成。由于外导体在高频时的屏蔽作用,外来的电磁干扰和同轴管间的相互串扰已减弱到可以忽略的程度。同轴电缆可在很宽的频带内保证很高的通信质量,适于用作大容量系统的传输媒介。损耗近似按的规律变化,因此复用频率f越高,损耗就越大,增音段距离也越短。表列出两种规格的同轴电缆的系统容量和平均增音段距离。 更大的同轴电缆(如尺寸为3.7/13.5毫米)用得不多。另外还有专门用于数字传输系统的微同轴电缆(0.7/2.9毫米)。敷设在海底的电缆往往采用单管同轴结构,外部用钢丝铠装,根据需要可在内导体中装钢绞线以增加其抗拉强度。
  波导  能传送频率极高的电磁波的金属管。50年代末期,曾研制适宜用作长距离传输媒介的圆形波导,在频率为40~110吉赫时,其损耗低于5分贝/公里。因此,它可用来构成超大容量(几万至几十万话路)的毫米波波导通信系统。但是,波导的制作和敷设的要求极高,从而限制了这种传输系统的实用和发展。
  光导纤维和光缆  单色光可以携带的信息量极大,因此,从1960年发明激光以来,人们一直高度重视研究适于传输激光的媒介,其中最有成效的是用高纯度的石英玻璃纤维来导引光波。在单模光纤中,光波以单一的波型传输,色散失真较小,传输速率可超过10吉比/秒)。因此,单模光纤是极有希望的大容量或超大容量系统的传输媒介,但因它的芯径仅几微米,所以耦合和连接所要求的精度极高(见光纤通信)。
  无线信道 无线电通信已成为重要的通信手段。由于频谱资源是有限的,因此,开辟新波段以避免相互干扰是发展无线电通信的重要问题。从使用的波长来说,长的已扩到超长波、极长波;短的已缩至毫米波、亚毫米波,以至于光波。从利用的空间来说,也已发展到地下、水下以至外层空间。电磁波通过媒介的传播方式可分为地球表面传播、电离层反射传播和视距传播三种。

  电磁波沿地球表面传播也称地波。其传播能力一方面取决于电波沿地球曲面的绕射能力,包括绕过地面障碍物的能力;另一方面取决于地面对电波的吸收损耗。长波、超长波和极长波绕射能力强,吸收损耗小,从而沿地面传播的能力最强,可达几千以至几万公里。但是,频率范围窄,信道容量小,大气干扰较大,设备和天线庞大。频率越高,沿地面传播的能力越差。例如,短波用地波只能传播几十公里,至于微波,一般不使用地波(见地波传播)。
  电波沿地面传播时,部分能量传入地下或水下,可用以实现部分的地下或水下通信。波长越长,穿透能力越强,可以达到几米或几十米(见地下通信、水下通信)。
  电磁波经电离层反射传播  也称天波。电离层对长、中、短波均有反射作用,其中短波最适于利用天波传播,可以用较小的设备和天线实现远距离以至全球的通信。但是,短波的频带窄,容量不大。超短波和微波能穿出电离层,不能靠电离层反射传播。利用天波通信时,由于电离层的变化(如昼夜不同、四季不同、太阳黑子的变化等因素均会影响电离层)对电波传播影响极大,因而通信的稳定性较差(见电离层电波传播)。
  对流层中的不均匀气团对超短波和微波有散射作用,可用以实现数百公里的散射通信。但由于色散效应的限制,有效的传输带宽较窄,只能满足中小容量通信的需要(几十或几百个话路)。
  电磁波视距传播  从发信端经由空间媒介按直线传播到收信端。超短波和微波多用这种方式传播。若收、发信端均在地面时,传播距离限于直视范围,约几十公里。要实现远距离通信,必须建立若干个接力站,将信号按站依次传向远端,故称为接力通信(见微波接力通信)。虽然这种方式投资较大、机动性差,但其频率范围较中、短波宽得多,从而容量也大得多,而且传输比较稳定,所以发展很快。但在毫米波和亚毫米波波段,大气的温度和水汽含量变化影响已较显著,雨、雪也会造成严重衰减,对通信的稳定性有一定影响。
  若通信一端在地面,另一端在外层空间,构成地-空通信(见空间通信),则必须选择不被电离层反射而且雨、雾等吸收尚不严重的频率范围,即所谓地-空通信的“窗口”。



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