1、第二章 传输介质,讲授内容:2.1_2.5 讲授重点:2.2、2.4 讲授时间:2课时,2.1 物理层的基本概念,物理层的主要任务:确定与传输媒体接口的一些特性 机械特性:形状、尺寸、线数、排列等。 电气特性电缆的各条线上电压的范围。 功能特性 ：各线的功能及其上电平的电压表示的意义。 规程特性：不同功能的各种可能事件的出现顺序。,2.2 数据通信的基础知识,2.2.1 数据通信的基本理论,傅立叶变换:任何周期为的函数g(t)都可以分解为无限个正弦和余弦函数的合成，即：,对上式两边分别乘sin(2kft)和con(2kft),并对0T区间积分，即可得到n次谐波信号的振幅an和bn，最终信号的振
2、幅为这两个分量的平方和开方。 计算表明，一般高次谐波的振幅比低次谐波小,表明高次谐波的能量比较小。,2.2 数据通信的基础知识,只能通过一次谐波的情况,可见，信道能通过的谐波次数越高，信号在接收端还原的效果就越好，反之，则信号被还原的效果就越差直至不能被还原。,已知线路的截止频率情况下,与特定波特率相对应的高次谐波之间的关系为 n = 线路的截止频率传输数据的比特率,2.2 数据通信的基础知识,对于比特率为b,一个字符为bit组成的语音线路而言, n = 3000HZ/(b/8) = 24000/b,对于上述电话线路而言,当数据传输率高于38.4kb/s时，即使传输没有任何噪声，接收设备也不可
3、能获得二进制信号！,2.2 数据通信的基础知识,2.2.2 数据通信系统的模型,数据(data)传输信息的实体。 信号(signal)数据的电气或电磁的表现。 “模拟”(analogous)连续。 “数字”(digital)离散。 调制将数字数据转换为模拟信号的过程。 解调(编码):将模拟信号转换为数字数据的过程。,几个术语,模拟的和数字的数据、信号,单工通信,半双工通信,全双工通信,有关信号的几个基本概念,基带信号：将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示并传输。 宽带信号：基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 ？目的,基带信号和宽带信号,电信领域使用的电磁波的频谱,2.3
4、物理层下面的传输媒体,双绞线 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 50 同轴电缆 75 同轴电缆 光缆,2.3.1 导向传输媒体,铜线,聚氯乙烯 套层,屏蔽层,绝缘层,无屏蔽双绞线 UTP,屏蔽双绞线 STP,各种电缆,2.3.1 导向传输媒体,双绞线-UTP分类,2.3.1 导向传输媒体,双绞线 UTP的打线标准,双绞线 UTP的几个重要性能指标,a)近端串扰损耗(NEXT): 处于某侧的发送线对同侧相邻的另一对线通过电磁感应将产生耦合信号。近端串绕损耗NEXT 就是近端串扰值
5、和导致该串扰值的另一对线上的发送信号之差值。,b)回波损耗(RETURN Loss) : 是传输信号功率与由电缆阻抗异常导致的反射信号功率的差值。回波损耗值高意味着阻抗匹配良好和信号的传输功率与反射功率的差值大; 反之, 网络偶合器会将较强的反射信号误当成对方发射过来的信号接收, 从而造成数据错误。,该值越大,说明对相邻的另一对线上的信号影响就越小.(),测试实例说明,双绞线的优点： 无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间；重量轻、易弯曲、易安装；将串扰减至最小或加以消除；具有阻燃性；具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。,2.3.1 导向传输媒体,同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多股
6、绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是单股的)以及保护塑料外层所组成。,2.3.1 导向传输媒体,同轴电缆分类(直径): 细缆:近距离传输,使用BNC接头,T连接器 粗缆:500M以内传输,使用TAP夹板同轴电缆分类(电特性) 基带:阻抗50欧(RG-8 RG-58),计算机网络使用 宽带:阻抗75欧(RG-59),主要是电视网络使用,同轴电缆,折射角,入射角,包层 （低折射率的媒体）,包层 （低折射率的媒体）,纤芯 （高折射率的媒体）,包层,纤芯,光线在光纤中的折射,高折射率 (纤芯),低折射率 (包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,光纤的工作原理,场型(模式):光信号
7、在光纤中传递的状态 多模光纤: 当光纤的直径比光波的波长大得多时,只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角就可以产生全反射.因此,光纤中就会有许多入射角不同的光线以不同的场型传递,这样的光纤就是多模的(光纤直径与光源会聚性是关键) 单模光纤: 光纤直径小到只有一个光波长时,光纤像波导,光在其中直线传播,不发生发射,这样的光纤就是单模的,多模光纤与单模光纤,多模光纤与单模光纤,单模光波系统中使用基于激光器的发送器，而多模光波系统中则使用基于LED的发送器 光缆系统的测试：连通性、端-端损耗、收发功率和反射损耗,常见单模与多模光纤的参数: 单模: (8.3um 125um ) 多模:62.5u
8、m 125um50um 125um100um 140um,多模光纤与单模光纤,光纤的优缺点: 优点: 频带宽（单模可达3.3GHz）； 衰减较小，可以说在较长距离和范围内信号是一个常数； 不受电源冲击、电磁干扰和电源故障的影响，电磁绝缘性能好； 细、重量轻； 无光泄漏，抽头很难，因而保密性好。 中继器的间隔较大，因此可以减少整个通道中中继器的数目，以降低成本。根据贝尔实验室的测试，当数据的传输速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时，其误码率为108，可见其传输质量很好。 缺点:抽头问题和单向传输问题,多模光纤与单模光纤,光端设备: 光发送设备: 多模光纤使用的是1.31um的普通发光
9、二极管, 单模光纤使用激光二极管 光接受设备:光电转换器 由于光电二极管的响应时间一般为1ns，因此,单个光信道的数据传输速率在1Gbps内,多模光纤与单模光纤,1无线通信: 短波通信 信号频率100MHz; 靠电离层反射来实现通信; 数据速率低(每秒传几十至几百个比特) 微波通信 信号频率:300MHz300GHz，主要是240GHz; 直线传播; 地面微波接力通信、卫星通信,2.3.2 非导向传输媒体,地面微波接力通信要点： 直线传输地球表面是曲面传输距离受限（一般50km，采用100m天线塔，则距离可增大至100km） 远距离通信 建中继站。 其主要特点是： 1、微波波段频率很高，其频段
10、范围也很宽，因此其通信信道的容量很大； 2、因为工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比微波频率低得多，对微波通信的危害比对短波和米波通信小得多，因而微波传输质量较高； 3、与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快。,2.3.2 非导向传输媒体,微波接力通信缺点： 1、相邻站之间必须直视，不能有障碍物，有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真； 2、微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响； 3、与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；4、对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。,2.3.2 非导向传输媒体,卫星通信 位于3
11、6000KM高空的卫星作为中继器的一种微波接力通信； 通信卫星发出的电磁波覆盖地表面三分之一的面积； 数据传输率约为50Mbps。 国际上常用的为6/4GHz、 14/12GHz频段（备用）； 下行频段：3.74.2GHz、上行频段：5.9256.425GHz； 频宽都是500MHz，每一路信道容量约等于10万条话频线路； 发送与接收站间的传输延迟为240ms270ms，与距离无关。 卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。 卫星通信的另一特点就是具有较大的传播时延。,2.3.2 非导向传输媒体,地球同步卫星,同步卫星：在赤道上方约3600 Km地方，卫星的周期是23h59min4.09s. 低轨卫星（Motorola）视野小 主要的卫星波段: 波段 下行（GH） 上行（GH） 问题 C 3.74.2 5.9256.425 拥挤串扰 Ku 11.712.2 14.014.5 雨水 Ka 17.721.7 27.530.5 雨水及造价,卫星与微波,
