通信導論-第二講 傳輸介質

2023/2/71通信導論張冬梅(zhangdm@)北京郵電大學計算機科學與技術學院2023/2/72第二章傳輸介質2023/2/73主要內容2.1傳輸介質的基本概念2.2雙絞線2.3同軸電纜2.4微波與衛(wèi)星2.5光纖2023/2/742.1傳輸介質的基本概念傳輸介質提供通信設備之間的物理通道，是信息傳輸?shù)膶嶋H載體傳輸介質的多樣性：源于通信環(huán)境和業(yè)務的多樣性2023/2/75傳輸介質的基本概念(續(xù))傳輸介質的分類有線雙絞線同軸電纜光纖無線地面微波衛(wèi)星紅外等2023/2/76傳輸介質的基本概念(續(xù))選擇傳輸介質的標準傳輸特性：帶寬、抗干擾性、距離傳播時延和響應時間安全性機械強度物理尺寸成本2023/2/77傳輸介質的基本概念(續(xù))有線傳輸介質的特點帶寬資源豐富，使用頻率不受管制保密性好抗干擾能力強安裝工期長2023/2/782.2雙絞線2.2.1雙絞線概述2.2.2雙絞線的特點2.2.3雙絞線的應用2023/2/792.2.1雙絞線概述雙絞線的定義：一對帶有屏蔽層的銅線以螺旋的方式纏繞在一起，一般由多對這樣的雙絞線構成電纜。

通過螺旋式的布線來消除干擾，每一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消。2023/2/7102.2.1雙絞線概述(續(xù))區(qū)分雙絞線類型的特征導線直徑含銅量單位長度繞數(shù)屏蔽措施2023/2/7112.2.1雙絞線概述(續(xù))雙絞線的類型屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線UTP1類2類3類4類5類超5類等2023/2/7122.2.2雙絞線的特點優(yōu)點成本低，易于安裝應用廣泛缺點帶寬有限信號傳輸距離短抗干擾能力不強2023/2/7132.2.3雙絞線的應用電話傳輸系統(tǒng)中的用戶線用戶環(huán)路，4KHz（模擬）ISDN（數(shù)字）xDSL（數(shù)字）數(shù)據通信系統(tǒng)中以太網2023/2/7142.3同軸電纜2.3.1概述2.3.2特點2.3.3應用2023/2/7152.3.1同軸電纜概述同軸電纜的結構銅導體絕緣層屏蔽層（返回路徑）外套分類基帶同軸電纜：50歐姆阻抗，用于數(shù)字傳輸寬帶同軸電纜：75歐姆阻抗，用于模擬傳輸2023/2/7162.3.2同軸電纜的特點可用頻帶寬：可達數(shù)Ghz抗干擾能力強較大的傳輸距離安裝成本高、不容易移動2023/2/7172.3.3同軸電纜的應用長途電話傳輸，局間中繼線路：E1有線電視廣播：CATV局域網計算機系統(tǒng)之間的短期連接2023/2/7182.4無線信道2.4.1無線信道的基本概念2.4.2電磁波在無線信道中的傳播2023/2/7192.4.1無線信道的基本概念無線信道的定義：無線通信中基站天線與用戶天線之間的傳播路徑無線通信的特點：由于遠比有線通信惡劣和多變的無線傳播環(huán)境，需要深入研究信道的特點以及對信道的使用方式天線：用來發(fā)射電磁能量或者接收電磁能量的電導體或電導體系統(tǒng)2023/2/7202.4.2電磁波在無線信道的傳播基本傳播機制直射反射繞射散射2023/2/721補充：無線電波的幾種傳播方式無線電波的幾種傳播方式表面波傳播天波傳播空間波傳播散射傳播外層空間傳播2023/2/722表面波傳播表面波傳播指電波沿著地球表面?zhèn)鞑サ那闆r影響電波傳播的因素地面吸收繞射問題電波頻率越高，傳輸損耗越大適合：中、長波和部分短波的傳播2023/2/723天波傳播天波傳播是指利用電離層的反射傳播電波的情況電離層：分布在地球周圍的大氣層中，從60km以上的電離區(qū)域電離層的特性色散性吸收性：電離層吸收電波的能量電波頻率越低，傳輸損耗越大2023/2/724空間波傳播空間波傳播指在視線范圍內或經過地面反射來傳播電波的情況在大氣低層傳輸，有時受低空大氣層的影響傳輸?shù)奶匦裕褐边_波和反射波的合成適合：移動通信中，電波主要以空間波的形式傳播2023/2/725散射傳播散射傳播指利用大氣層中的不均勻體對電波的散射來傳播電波的情況傳輸?shù)奶匦詡鬏斁嚯x可達300-800km傳輸損耗大適合：無法建立微波中繼站的地區(qū)2023/2/726外層空間傳播外層空間傳播指電波穿過低空大氣層和電離層到達外層空間的傳播傳輸?shù)奶匦裕航普婵諅鬏敚匦苑€(wěn)定，傳輸損耗小適合：衛(wèi)星、宇宙探測2023/2/727補充：各個波段的傳播特點長波傳播（波長1000米以上）以表面波傳播為主受電離層影響小，傳播穩(wěn)定對其他信號干擾強，受天電干擾中波傳播（波長100-1000米）以表面波或天波形式傳播受電離層影響主要用于無線廣播2023/2/728補充：各個波段的傳播特點（續(xù)）短波傳播（波長10-100米）以表面波和天波傳播利用電離層的反射可以進行遠距離無線通信超短波和微波傳播（波長10米以下）以空間波、散射波和外層空間波傳播頻帶寬，應用廣主要用于無線廣播2023/2/729多徑傳播多徑傳播指在接收端收到的信號是經過多次反射、經過多個不同路徑傳送的信號組成的多徑衰落

經過多徑傳播的信號若同相則相加，若反相則抵消，由此造成接收端信號幅度變化的現(xiàn)象稱為多徑衰落或瑞利衰落陰影衰落

移動臺接收信號的場強中值隨著地區(qū)位置改變出現(xiàn)較慢的變化，這種變化稱為慢衰落或陰影衰落2023/2/730信道衰落信道衰落隨時間的推移，接收信號強度的起伏稱為信道衰落信道衰落的原因接收機的移動周圍環(huán)境的變化信道衰落的種類快衰落：多徑衰落慢衰落

：陰影衰落2023/2/731多普勒效應背景1842年ChristianDoppler首先提出這一理論內容：聲波頻率在聲源移向觀察著時變高，在聲源遠離觀察著時變低多普勒效應適用于所有類型的波對移動通信系統(tǒng)的影響：移動過程中頻率偏移當移動臺移向基站時，頻率變高；當移動臺遠離基站時，頻率變低2023/2/732距離損耗時延擴展：多徑傳播造成信號時延擴展多徑衰落：移動臺移動造成接收信號的瞬時值出現(xiàn)快速衰落陰影衰落：移動臺接收信號的場強值隨著地區(qū)位置改變出現(xiàn)較慢的變化多普勒效應：移動臺的移動性造成頻率偏移2023/2/733無線信道的特點頻譜資源有限傳播環(huán)境復雜存在多種干擾網絡拓撲多變2023/2/7342.4.4微波微波頻段：1Ghz到100Ghz微波中繼放大器之間的距離取決于傳輸?shù)念l率微波在視線范圍內傳播2023/2/735微波的優(yōu)點足夠的帶寬波長短受天電干擾小2023/2/736微波的缺點視線范圍傳播對環(huán)境因素敏感需要頻帶使用許可潛在的環(huán)境限制2023/2/737微波的應用微波中繼通信多點分配業(yè)務MDS（LMDS）無線局域網第四代移動通信系統(tǒng)2023/2/7382.4.5衛(wèi)星通信的概念衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星作為中繼站，轉發(fā)微波信號，實現(xiàn)兩個或多個地球站間的通信

2023/2/739衛(wèi)星的頻帶衛(wèi)星頻率分配涉及的兩個頻帶上行鏈路：地面站到衛(wèi)星下行鏈路：衛(wèi)星到地面站衛(wèi)星通信使用的頻譜資源C波段Ku波段Ka波段L波段2023/2/740衛(wèi)星通信的優(yōu)、缺點衛(wèi)星的優(yōu)點遠程接入覆蓋范圍廣對地球拓撲不敏感成本和距離關系小高帶寬2023/2/741衛(wèi)星的缺點初裝成本高GEO系統(tǒng)傳輸時延較大環(huán)境干擾問題需要許可證某些區(qū)域內分配受限制自然現(xiàn)象造成影響2023/2/7422.4.6無線電波與紅外線無線電波一般為全向性的3kHz-300GHz紅外線視距范圍傳播與微波區(qū)別：無法穿透墻體，不存在頻率分配問題2023/2/7432.5光纖2.5.1概述2.5.2光纖部件2.5.3光纖的優(yōu)點和缺點2.5.4光纖的應用2023/2/7442.5.1概述1950—1960年，CharlesKao提出制造光纖的設想,1966年7月高錕發(fā)表文章指明了光纖的研究方向1970年,美國康寧公司首次研制成達到實用水平的光纖2023/2/7452.5.2光纖的工作窗口工作窗口的定義

光纖對特定波長的光波的傳輸損耗明顯要小于其他波長的光波，這些特定的波長就是光纖的工作窗口三個工作窗口0.8-0.9μm1.31μm1.55μm2023/2/7462.5.3光纖的相關概念光纜的工作原理光在空氣中沿直線傳播；光從一種介質進入另一種介質會發(fā)生折射；如果入射角大于臨界值會發(fā)生全發(fā)射；因此，在玻璃纖維外包裹一定的材料，利用全反射保證光波只在玻璃纖維中傳播2023/2/7472.5.3光纖的相關概念(續(xù))光纖的結構玻璃纖維(信號的傳輸)包層(將光信號封閉在纖芯中)涂覆層光纜：將多條光纖固定在一起構成2023/2/7482.5.3光纖的相關概念(續(xù))光纖的分類單模光纖和多模光纖模式：光纖中的一個特定的入射角對應一個模式光纖的損耗光波通過光纖后，光的強度會被衰減，這就形成了光纖的傳輸損耗。損耗是影響光纖傳輸距離的重要因素。2023/2/7492.5.3