傳輸媒體
傳輸媒體(Transmission Medium) 也稱傳輸介質或傳輸媒介，它就是數據傳輸系統中在傳送器和接收器之間的物理通路。它可分為兩大類，即導向傳輸媒體和非導向傳輸媒體。在導向傳輸媒體中，電磁波被導向沿著固體媒體（銅線或光纖）傳播，而非導向傳輸媒體就是指自由空間，在非導向傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱為無線傳播。網路傳輸媒介的質量的好壞會影響數據傳輸的質量，包括速率、數據丟包等。
基本介紹
中文名：傳輸媒體外文名：Transmission Medium分類：通信套用：傳輸數據
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基本特性傳輸媒體是通信網路中傳送方和接收方之間的物理通路。計算機網路中採用的傳輸媒體可分為有線和無線兩大類。有線傳輸媒介主要有同軸電纜、雙絞線及光纜；無線傳輸媒介主要有微波、無線電、雷射和紅外線等。衛星通信、無線通信、紅外通信、雷射通信以及微波通信的信息載體都屬於無線傳輸媒體。傳輸媒體的特性對網路數據通信質量有很大影響。其特性有：1、物理特性說明傳輸媒體的特徵。2、傳輸特性包括是使用模擬信號傳送還是數位訊號傳送，調製技術、傳輸量及傳輸的頻率範圍。3、連通性點到點或多點連線。4、地理範圍網上各點間的最大距離，能用在建築物內、建築物之間或擴展到整個城市。5、抗干擾性防止噪音、干擾對數據傳輸影響的能力。6、相對價格以元件、安裝和維護的價格為基礎。有線傳輸媒介雙絞線收螺旋扭在一起的兩根絕緣導線組成。線對扭在一起可以減少相互間的輻射電磁干擾，雙絞線早就用在電話通信中模擬信號的傳輸，也可用於數據信號的傳輸，是最常用的傳輸媒體。⑴物理特性 雙絞線一般是銅質的，提供良好的傳導率。⑵傳輸特性 雙絞線既可以用於傳輸模擬信號也可以用於傳輸數位訊號。對於模擬信號來說，大約每5~6km需要一個放大器。對於數位訊號來說，每2~3km使用一個中繼器。雙絞線最常用於聲音的模擬傳輸，雖然語音的頻譜在20Hz--20MHz之間，但是進行可理解的語音傳輸所需要的頻寬卻窄得多，一條全雙工音頻通道的標準寬是300Hz--4KHz，即只要4KHz的頻寬。因而，在雙絞線上使用頻分多路復用技術可以進行多個音頻通道的多路復用。雙絞線頻寬268Hz， 在通道之間留適當的隔離，那么就可具有24 條間頻通道的容量。在使用數據機時，雙絞線作為模擬間頻通道也可傳輸數字數據。根據上前的數據機設計，使用移相鍵控法PSK，實用的速度達到9600kbps以上。在一條24通道的雙絞線上，總的數據傳輸率是230kbps。雙絞線上也可傳送數位訊號。使用T1線路的總數據傳輸率可達1.544Mbps。達到較高數據傳輸率是可能的，但與距離有關，新近制定標準的10BASE-T匯流排區域網路提供了通過無禁止雙絞線數據傳輸率為10Mbps，採用特殊技術可達100Mbps。⑶連通性 雙絞線既可以 用於點到點的連線，也可以用於多點的連線，作為一種多點媒體，雙絞線比同軸電纜的價格低，但性能差，而且只能把持很少幾個站，普遍用於點-點連線。⑷地理範圍 雙絞線可以很容易地在15km或更大範圍內提供數據傳輸，例如遠距離的中繼線。區域網路的雙絞線主要用於一個建築物內或幾個建築物內，在100kbps速率下傳輸距離可達1km。⑸抗干擾性 在低頻傳輸時，雙絞線的抗干擾性相當於或高於同軸電纜，但在超過10~100kHz時，同軸電纜就比雙絞線明顯優越。⑹價格 以每米2為計算，雙絞線比同軸電纜或光導纖維都要便宜得多。同軸電纜同軸電纜也象雙絞線那樣由一對導體組成，但它們的按"同軸"形式構成線對，最裡層是內芯，外包一層絕緣材料，外面再一層禁止層，最外面則是起保護作用的塑膠外套。內芯和禁止層構成一對導體。同軸電纜又分為基帶同軸電纜（阻抗50歐姆）和寬頻同軸電纜（阻抗75歐姆）。基帶同軸電纜用來直接傳輸數位訊號，寬頻同軸電纜用於頻分多路復用（FDM）的模擬信號傳送， 還用於不使用頻分多路復用的高速數位訊號傳送和模擬信號傳送。閉路電視所使用的CATV 電纜就是寬頻同軸電纜。同軸電纜⑴物理特性 單根同軸電纜的直徑約為1.02--2.54cm，可在較寬的頻率範圍內工作。⑵傳輸特性 50歐姆僅僅用於數字傳輸，並使用曼徹斯特編碼，數據傳輸率最高可達10Mbps。公用無線電視CATV電纜既可用於模擬信號傳送又可用於數位訊號傳送。對於模似信號頻率可達300--400Mbps。在CATV 電纜上用與無線電和電視廣播相同的方法自理模擬數據，例如視頻和聲頻。每個電視通道分配6MHz頻寬。每個無線電通道需要的頻寬要窄得多，因此在同軸電纜上使用頻分多路復用FDM技術可以支持大量的通道。⑶連通性 同軸電纜適用於點到點和多點連線。基帶50歐姆電纜可以支持數千台設備，在高數據傳輸率下（50Mbps）使用歐姆電纜時設備數目限制在20~30台。⑷地理範圍 典型基帶電纜的最大距離限制在幾公里，寬頻電纜可以達到幾十公里，取決於界模擬信號還是數位訊號.高速的數字傳輸或模擬傳輸（50Mbpds）限制在約1km的範圍內. 由於有較高的數據傳輸率，因此匯流排上信號間的物理距離非常小，這樣，只允許有非常小衰減或噪聲，否則數據就會出錯.⑸抗干擾性 同軸電纜的抗干擾性能比雙絞線強。⑹價格 安裝同軸電纜的費用比雙絞線貴，但比光導纖維便宜。光纖光纖是光導纖維的簡稱，它由能傳導光波的石英下班纖維，外加保護層構成。相對於金屬來說重量輕、體積（細）。用光纖來傳輸電信號時，在傳送端先要將其轉換成光信號，而在接收端又要由光檢波器瞠原成電信號。光源可以採用二種不同類型的發光管：發光二極體LED(Light-Emitting）和注入型雷射二極體ILD(Injection Laser Diode）。發光二極體LED是一種固態器件，電流通過時就發光，價格較便宜，它產生的是可見光，定向性較差，是通過在光纖石英玻璃媒體內不斷反射面向前傳播的。這種光纖稱為多模光纖(multimode fiber），注入型雷射二極體ILD也是一種固態器件，它根據雷射器原理進行工作，即激勵量子電子疚來產生一個窄帶的超輻射光束，產生的是雷射，由於雷射的定向性好， 它可沿著光導纖維傳播，減少了折射也減少了損耗，效率更高，也能傳播更長的距離，而且可以保持很高的數據傳輸率。但是雷射二極體要比LED 價格貴得多，這種光纖稱為單模光纖（Single mode fider）。光纖傳送信號過程在接收端用來把光波轉換為電能的檢波器是一個交電二極體。目前使用兩種固態器件：PIN檢波器和APD檢波器。PIM光電二極體是在二極體的P層和N 層之間增加一小段純（I）矽，雪崩光電二極體（APD）的外部特性和PIN類似，但是使用了較強電磁場。這兩種器件基本上是光電計數器。PIN的價格便宜，但是不如APD靈敏。對光載波的調製屬於移幅鍵控法ASK，也稱亮度調製(intensity modulation）。典型的做法是在給定的頻率下，以光的出現和消失來表示兩個二進制數字。發光二極體LED和注入型雷射二極體ILD的信號都可用這種方法調製，PIN和APD 檢波直接回響亮度調製。⑴物理特性 光計算機網路中均採用兩根光纖（一來一去）組成傳輸系統。按波長範圍（近紅外範圍內）可分為三種：0.85um波長區（0.8~0.9um），1.3um波長區（1.25~1.35um) 和1.55um波長區（1.53~1.58um）。不同的波長範圍光纖損耗特性也不同，其中0.85um工區為多模光纖通信方式，1.55um波長區為單模光纖通信方式工區為多模光纖.3um波長區有多模和單模兩種。光纖
⑵傳輸特性 光纖通過內部的全反射來傳輸一束經過編碼的光信號。內部的全反射可以的任何折射指數高於包層媒體折射指數的透明媒體中進行。實際上光纖作為頻率範圍從1014~1015Hz的波導管，這一範圍覆蓋了可見光譜和部分紅外光譜。從小角度進入纖維的光沿著纖維反射，其它光線則被吸收，光纖的數據傳輸率可達幾千，傳輸距離達幾十公里。上前一第光纖線路上只能傳輸一個載波，隨著技術進步，會出現實用的頻分多路復用或者時分多路復用。⑶連通性 光纖普遍用於點到點的鏈路。匯流排拓撲結構的實驗性多點系統建成，但是價格還太貴。原則上講，由於光纖功率損失小，衰減少的特性以及有較大的頻寬潛力，因此一段光纖能夠支持的分接頭數比雙絞線或同軸電纜多得多。⑷地理範圍 從上前的技術來看，可以 在6~8km的距離內不用中繼器傳輸。因此光纖適合於在幾個建築物之間通過點到點的鏈路連線區域網路。⑸抗干擾性 光纖具有不受電磁干擾或噪聲影響的獨有特徵，適宜在長距離內保持高數據傳輸率，而且能夠提供很好的安全性。⑹價格 以每米的價格和所需部件（傳送器、接收器、 連線器）比雙絞線和同軸電纜要貴 .但是雙絞線和同軸電纜的價格不大可能下降，但光纖的價格將隨著工程技術的進步會大大下降，使它能與同軸電纜的價格相競爭.由於光纖通信具有損耗低、頻頻寬、數據傳輸率高、抗電磁干擾強等特點，對高速率、距離較遠的區域網路也是很適用的。低價、可靠的傳送器為0.85um波長發光二極體LED，能支持40Mbps速率和1.5~2km範圍的區域網路.雷射二極體的傳送器成本較高，且不能滿足面萬小時壽命的要求。運行在0.85um波長的光二極體檢波器PIM也是低價的接收器.雪崩光二極體檢波器的信號增益比PIN大，但要用20~50伏的電源，而PIN 檢波器只需5伏電源。如果要達到更高速率和與之配套的光纖連線器的性能也是很重要的，要求每個連線器的連線損耗低於25dB，易於安裝、價格較低。無線傳輸媒介無線傳輸媒體都不需要架設或鋪埋電纜或光纖，而通過大氣傳輸， 上前有三種技術：微波、紅外線和激光。無線通信已廣泛套用於電話的領域構成蜂窩式無線電話攜帶型計算機的出現以及在軍事、野外等特殊場合下移動式通信連網的需要促進了數位化無線移動通信的發展現在已開始出現無線區域網路產品，能在一幢樓內提供快速、高性能的計算機連網技術。蜂窩式無線電話微小通信的載波頻率為2GHz到40GHz範圍，因為頻率很高，可同時傳送大量信息，如一個頻寬為2MHz的頻段可容納500條話音線路，用來傳輸數位訊號，可達若干Mbps。微小通信的工作頻率很高，與通常的無線電波不一樣，是沿直線傳播的，由於地球表面是曲面，微小在地面的傳播距離有限，直接傳播的距離與天線的高度有關，天線越高距離越遠，但超過一定距離後就要用中繼站來接力，另外兩種無線通信技術，紅外通信和雷射通信也象微波通信一樣，有很強的方向性，都是沿直線傳播的。這三種技術都需要在傳送方和接收方之間有一條視線（line-of-sight）通路，有時統稱這三者為視線媒體。不同的是紅外通信和雷射通信把要傳輸的信號分別轉換為紅外光倍和雷射信號，直接在空間傳播.這三種視線媒體由於都不需要鋪設電纜，對於連線不同建築物內的區域網路特別有用，這是因為很難在建築物之間架設電纜，不論在地下或用電線桿，特別的要穿越的空間屬於公共場所，例如要跨越公路時，會更加困難。而使用無線技術只需在每個建築物上安裝設備。這三種技術對環境氣候較為敏感，例如雨、霧和雷電。相對來說，微波對一般雨和霧的敏感度較低。
最後以對微波通信中特殊形式--衛星通信作介紹。衛星通信利用地球同步衛星作中繼來轉發微波信號，衛星通信可以克服地面微波通信距離的限制。一個同步衛星可以覆蓋地球的三分之一以上表面。三個這樣的衛星就可以覆蓋地球的人武部通信區域，這樣地球上的各個地面站之間都可互相通信了。由於衛星信道頻頻寬，也可彩頻分多路復用技術分為若干子信道，有些用於由地面站向衛星傳送（稱為上行信道），有些用於由衛星向地面轉發（稱為下行信道）. 衛星通信的優點是容量大，距離遠；缺點產傳播延遲時間長。從傳送站通過衛星轉發到接收站的傳播延遲時間要花270ms，但這個傳播延遲時間是和兩站點間的距離可以無關。這相對於地面電纜傳播延遲時間約6us/km來說，特別對於近距離的站點要相差幾個數量級。選擇傳輸媒體的選擇取決於許多因素，這些因素是：1.網路拓撲的結構，2.要支持實際需要所提出的通信容量。衛星通信3.可靠性要求。4.能承受的價格範圍。雙絞線的顯著特點的價格便宜，但與同軸電纜相比，其頻寬受到限制，對於在低通信容量的區域網路來說，雙絞線的性能價格比可能的最好的。同軸電纜的價格要比雙絞線貴一些，對於大多數的區域網路來說，需要連線較多設備而且通信容量相當大時可以選擇同軸電纜、價格合理。隨著通信網路廣泛彩數字傳輸技術，以得到高質量的傳輸性能，選用光纖作為傳輸媒體，比之於同軸電纜和雙絞線可以在一毓優點：頻頻寬、速度高、體積小、重量輕、衰減小，能電磁隔離，誤碼率低。因此，它在國際和輛長話傳輸中的地位日趨重要，並已廣泛用於高速數據通信網。隨著光纖通信技術的發展，成本的降低，光纖作為區域網路的傳輸媒體也得到普遍採用，光纖分布數據接口FDDI就是一例。攜帶型計算機在九二年代將有很大的發展和普及，由於可隨身攜帶，可移動的無線風的需求日益增加。無線數字網類似於蜂窩電話網，人們隨時隨地可將計算機接入網路，傳送和接收數據，但是，蜂窩網技術對數據傳輸來說還不能滿足需求.為了發展移動無線數字網，正在尋求新的技術，還同開發新的通信協定來適應移動的計算機入網。總之，移動的無線數字網的發展前景是十分樂觀的。
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