傳輸媒質

傳輸媒質也稱為傳輸介質或傳輸媒介，它就是數據傳輸系統中在發送器和接收器之間的物理通路。

傳輸媒質可以分為兩大類，即導向傳輸媒質和非導向傳輸媒質。在導向傳輸媒質中，電磁波被導向沿着固體媒質（銅線或光纖）傳播，而非導向傳輸媒質就是指自由空間，在非導向傳輸媒質中電磁波的傳輸常稱為無線傳輸。

1. 雙絞線

雙絞線也稱為雙紐線，它是最古老但又是最常用的傳輸媒體。把兩根相互絕緣的銅導線並排放在一起，然後用規則的方法絞合起來就構成了雙絞線。絞合可減少對相鄰導線的電磁干擾。使用雙絞線最多的地方就是到處都有的電話系統。幾乎所有的電話都用雙絞線連接到電話交換機。這段送用户電話機到交換機的雙絞線稱為用户線或用户環路。通常將一定數量的這種雙絞線捆成電纜，在其外面包上護套。

模擬傳輸和數字傳輸都可以使用雙絞線，其通信距離一般為幾到十幾公里。距離太長時就要加放大器以便將衰減了的信號放大到合適的數值（對於模擬傳輸），或者加上中繼器以便將失真了的數字信號進行整形（對於數字傳輸）。導線越粗，其通信距離就越遠，但導線的價格也越高。在數字傳輸時，若傳輸速率為每秒幾個兆比特，則傳輸距離可達幾公里。由於雙絞線的價格便宜且性能也不錯，因此使用十分廣泛。

為了提高雙絞線的抗電磁干擾能力，可以在雙絞線的外面再加上一層用金屬絲編織成的屏蔽層，這就是屏蔽雙絞線，簡稱STP（Shielded Twisted Pair）。它的價格當然比無屏蔽雙絞線UTP（Unshielded Twisted Pair）要貴一些。圖1是無屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線的示意圖。

2. 同軸電纜

同軸電纜由內導體銅質芯線（單股實心線或多股絞合線）、絕緣層、網狀編織的外導體屏蔽層（也可以是單股的）以及保護塑料外層所組成（圖2），由於外導體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛用於傳輸較高速率的數據。

在局域網發展的初期曾廣泛地使用同軸電纜作為傳輸媒質。但隨着技術的進步，在局域網領域基本上都是採用雙絞線作為傳輸媒質。目前同軸電纜主要用在有線電視網的居民小區中。同軸電纜的帶寬取決於電纜的質量，目前高質量的同軸電纜的帶寬已接近1GHz。

3. 光纜

光纖通信就是利用光導纖維（簡稱光纖）傳遞光脈衝來進行通信。有光脈衝相當於1，而沒有光脈衝相當於0。由於可見光的頻率非常高，約為10­­MHz的量級，因此一個光纖通信系統的傳輸帶寬遠遠大於目前其他各種傳輸媒質的帶寬。

光纖是光纖通信的傳輸媒質，在發送端有光源，可以採用發光二極管或半導體激光器，它們在電脈衝的作用下能產生出光脈衝。在接收端利用光電二極管構成光檢測器，在檢測到光脈衝時可還原出電脈衝。

光纖按不同的性質可分為不同的種類可以分為以下幾種：

（1）按傳輸點模數可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑小，工作在給定波長，只能以單一模式傳輸，傳輸頻帶帶寬，傳輸含量大。多模光纖在給定工作波長可以以多個模式進行傳輸，與單模光纖相比，多模光纖的傳輸性能較差。

（2）按折射率分類可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護層的折射率都是常數，漸變式光纖纖芯隨着半徑的增大而增大。

光纖不僅具有通信容量非常大的優點，而且還有其他的一些特點：

（1）傳輸損耗小，中繼距離長，對遠距離傳輸特別經濟；

（2）抗雷電和電磁干擾性能好。這在有大電流脈衝干擾的環境下極為重要；

（3）體積小，重量輕。這在現有電纜管道已擁塞不堪的情況下特別有利。

光纖與同軸電纜相比，光纖可以提供極寬的帶寬和功率損耗小，傳輸距離長，傳輸率高，抗干擾能力強，是構建安全性網絡的理想選擇。但光纖也有一些缺點。這就是要將兩根光纖精確地連接需要專用設備。目前光電接口還比較昂貴，但價格是在逐年下降的。

當通信距離很遠時，鋪設電纜既昂貴又費時。這時候利用無線電波在自由空間的傳播就可以較快地實現多種的通信。自由空間即為非導向傳輸媒質。

微波通信在數據通信中佔有重要地位。微波的頻率範圍為300MHZ-300GHZ，但主要是使用240GHZ的頻率範圍。微波在空間主要是直線傳播。由於微波會空透電離層面進入宇宙空間，因此它不像短波那樣可以經電離層反射傳播到地面上很遠的地方。這樣，微波通信就有兩種主要的方式：即地面微波接力通信和衞星通信。

1. 微波接力通信

微波接力通信可傳輸電話、電報、圖像、數據等信息。其主要特點是：

(1)波波段頻率很高，其頻段落範圍也很寬，因此其通信信道的容量很大；

(2)因為工業干擾和天電干擾的主要頻譜成分比微波頻率低得多，對微波通信的危害比對短波和米波通信小得多，因而微波傳輸質量較高；

(3)微波接力通信的可靠性較高；

(4)微波接力通信與相同容量和長度的電纜載波通信比較，建設投資少，風效快。

當然，微波接力通信也存在如下的一些缺點：

(1)相鄰站之間必須直視，不能有障礙物。有時一個天線發射出的信號也會分成幾條略有差別的路徑到達接收天線，因而造成失真；

(2)微波的傳輸有時也會受到惡劣氣候的影響；

(3)與電纜通信系統比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差；

(4)對大量的中繼站的使用和維護要耗費一定的人力和物力。

2. 衞星通信 ( satellite communication)

衞星通信也是微波通信中的一種，其由衞星和地球站兩部分組成。衞星在空中越中繼站的作用，即把地球站發來的電磁波放大後再返送回另一地球站。地球站則是衞星系統與地面公眾網的接口，地面用户通過地球站出入衞星系統形成鏈路。由於靜止衞星在赤道上空3600km，它繞地球一週時間與地球自轉一致，從地面看上去如何靜止一般，三顆相距120度的衞星就能覆蓋整個赤道圓周，故衞星通信易於實現越洋和洲際通信。

最適合衞星通信的頻率是110GHZ頻段，即微波頻段。在微波頻帶整個通信衞星的工作頻率約有500MHZ寬，為了便於放大和發射及減少高調幹擾，一般在星空上設置若干轉發器。衞星通信的主要特點有以下方面：

優點：

(1) 通信範圍大，只要衞星發射的波束覆蓋的範圍均可實現通信。

(2) 易於實現廣播和多地通信，能同時實現與方向多地點通信。

(3) 工作頻帶，通信容量大，適合多種業務傳輸。

(4) 建設速度快，且不易受陣地災害影響。

(5) 通信質量好，電路和話務量可靈活調整。

缺點：

(1)於各地球站的天線仰角並不相同，因此，不管兩個地球站之間的地面距離是多少（為7200KM），從一個地球站經衞星到另一個地球站的傳播時延在250—300ms之間，這一點和其他通信有較大的差別。

(2)10GHZ以上頻帶受雨雪的影響。

(3)天線受太陽噪聲的影響。

3. 激光通信 (laser communication)

20世紀90年代後期，隨着全球接入網的發展，對固定天線應用的關注和對高速率的要求，無線是通信技術因有獨到的優勢，在固定無線寬帶技術中能為寬帶域的快速部署提供一種靈活的解決方案，得到了較大的關注。

相對於常用的數字微波，銅纜數字用户線，光纖等其他幾種接入方式，無線光通信的主要優勢有：

(1)良好的保密性。 由於激光的高指向性使它的發射光束極窄，方向性很好。通常激光束的發展角都在毫弧度，甚至主微弧度，因此具有數據傳遞極高的保密性。

(2)無微波頻帶的許可證。 因為無線通信的工作頻段為350THZ，設備間無射頻信號干擾，所以目前無需申請頻率使用許可證。

(3)經營成本低。 由於無需進行昂貴的管道工程鋪設和維護使得其造價僅是光纖的1/5。

(4)架設迅速。 無線光通信架設，組網速度快，只須在通信節點上幾個設備安裝，尤其適合作為光纖通信的應急故障後備及臨時構造大容量的通信鏈路。

(5)透明傳輸協議。 對於任何傳輸協議均可容易的送加，電路和數據業務都可透明傳輸。

(6)信息容量大 光波作為信息載體可輕易傳輸高達10GB/S的數據，目前已經商用的無線激光設備最高速率達2.5GB/S。

劣勢：

(1)天氣影響通信質量。

(2)通信距離受限。

(3)只能在視距範圍內建立鏈路。

(4)外因素可能使鏈路中斷。

與傳統的租用線路比較，無線光通信綜合了光纖和微波的優點，根據最大優勢（寬帶寬）和最大劣勢（短矩高）定位在城域接入網，交換機和移動基站等設備的連接，閉路監視系統，廣播電視信號的單雙工傳輸中使用，目前主要應用場合。

(1)對於特殊要求的線路進行冗餘備份以及應急臨時鏈路和意外恢復。

(2)提供室內外，臨近局域網之間的互連互通。

(3)解決綜合業務網（FSN）接入的“最後一公里時”。

(4)在不具備接入條件或帶寬不足時提供高效的接入方案。

(5)用於移動通信隔離網基站與交換中心的互聯。

(6)用於一些大型集會需要快速建立一些臨時鏈路。用於現場通信的場合。

無線激光通信與微波技術相比，它具有調製速率高、頻帶寬、不佔用頻譜源的特點；與有線和光纖通信相比，它具有機動靈活，對市政建設影響較小，運行成本低、易於推廣等優點。因此無線激光通信已成為通信家族中的一個新成員，它可應用於最後一公里網絡接入、移動通信的基站互連，數據通信專線，企業單位內部網，需特殊保密的軍事安全部門和其他不宜使用光纖連接及微波的通信，具有廣闊的市場前景。

經過對各種媒質的比較得出對於有線傳輸網絡來説，選用光纖來佈線將是未來的發展趨勢。而對於無線通信網絡來説，由於激光的保密性好的特點，無疑將是無線通信的首選。