各種傳輸媒質(zhì)的特征及應(yīng)用對比

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摘要本文就現(xiàn)在流行的各種傳輸媒介的特性進(jìn)行介紹，并作了一定的比較，同時本文還討論比較了部分無線介質(zhì)的性質(zhì)，在比較各類媒介的基礎(chǔ)上得出光纖和激光技術(shù)將是未來的重要傳輸媒介。

關(guān)鍵詞光纖激光雙絞線同軸電纜衛(wèi)星微波

Differenttransmissionmediumcharacteristicandusingcompared

SummaryThistextintroducedifferenttransmissionmediacharacteristicthatprevailcarryonnow,Andmakecertaincomparison.Atthesametime,italsodiscussandcomparesomewirelessnatureofmedium.Drawopticfibreandlasertechnologyinthefutureimportanttransmissionmediaonthebasisofcomparingallkindsofmedia.

KeywordsopticfiberlaserTwisted-PairCoaxialcablesatellitemicrowave

1引言

隨著計算機(jī)的迅猛發(fā)展，高速，安全已經(jīng)成為每個沖浪人永遠(yuǎn)的追求。眾所周知，網(wǎng)絡(luò)上的聲音,圖像，數(shù)據(jù)的傳輸都要通過“傳輸媒質(zhì)”。就好比車輛在公路上行駛一樣，道路質(zhì)量的好壞會影響行車的安全，舒適。同樣，網(wǎng)絡(luò)傳輸媒質(zhì)的好壞也會影響到數(shù)據(jù)，圖像，聲音的質(zhì)量。

2各種媒質(zhì)特性與比較

我們常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸媒質(zhì)可分為兩類：一類是有線的，主要有雙絞線，同軸電纜，光纜（光纖）等；另一類是無線的，主要有微波通信，衛(wèi)星通信，激光通信等。下面我們就這些主要的傳輸媒質(zhì)的特性及其應(yīng)用作介紹。

2.1雙絞線（Twisted-Pair）

雙絞線是最古老的但也是最普遍的傳輸媒質(zhì)。它是由兩根相互絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合起來構(gòu)成的。采用這種絞合起來的結(jié)構(gòu)是為了防止其電磁感應(yīng)在臨近線對中產(chǎn)生干擾信號。每根線加絕緣層并有顏色來標(biāo)記。現(xiàn)今最常用的雙絞線電纜中一般包含四個雙絞線對，具體為橙1/橙2，藍(lán)4/藍(lán)5，綠6/綠3，棕3/棕7。

雙絞線可分為屏蔽雙絞線STP和非屏蔽雙絞線UTP。屏蔽雙絞線具有一個金屬甲殼，對電磁干擾具有較強的抵抗能力，使用于網(wǎng)絡(luò)流量較大的高速協(xié)議的應(yīng)用。非屏蔽雙絞線有線纜外皮作屏蔽層，抗干擾能力較弱，都使用于網(wǎng)絡(luò)流量較不大的場合。

雙絞線根據(jù)性能可分為EIA/TIA(電氣工業(yè)協(xié)會/電信工業(yè)協(xié)會)第一類線到第五類線。

第一類線：通常用于模擬話音，在LAN技術(shù)中不使用。

第二類線：可用于綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)(ISDN)，如數(shù)字話音，IBM3270等。這類雙絞線在LAN很少使用。

第三類線：它是一種24WG的非屏蔽的四對雙絞線，符合EIA/TIA586標(biāo)準(zhǔn)（商用建筑物布線標(biāo)準(zhǔn)）中確定的100歐姆水平布線電纜的要求，可用來進(jìn)行100Mbps和IEEE802.310Base-T的語音和數(shù)據(jù)傳輸。

第四類線：它在性能上比第三類線有一定的改進(jìn)，適用于包括16Mbps令牌環(huán)局域網(wǎng)在內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率。其傳輸特性滿足EIA/TIATechnicalServicesBulletin定義的第四類電纜的規(guī)范。也滿足NEMATwisted-PairQualificationProgram定義的規(guī)范。這類雙絞線可以是非屏蔽的，也可以是屏蔽的。

第五類線：它是24GWD的四對電纜，比100歐姆低損耗電纜具有更好的傳輸特性。并適用于16Mbps。現(xiàn)在常用的五類非屏蔽雙絞線其頻帶寬度為100MHz，能夠可靠運行4MBICME和16MB網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)運行100MB以太網(wǎng)時，可使150歐姆STP提高網(wǎng)絡(luò)在高速傳輸時的抗干擾特性。

與其他傳輸介質(zhì)相比,雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受一定限制。多用于電話傳輸中。

2.2同軸電纜(CoaxialCable)

同軸電纜由導(dǎo)體內(nèi)部銅質(zhì)芯線（單股實星心線或多股絞合線），絕緣層，網(wǎng)狀編織的導(dǎo)體屏蔽層（可以是單股的）以及保護(hù)塑料外層所組成。由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，現(xiàn)被廣泛使用于較高速的數(shù)據(jù)傳輸之間。

通常按特性阻抗數(shù)據(jù)不同可將同軸電纜分為兩類：

(1)50Ω同軸電纜。（50Ω是指沿電纜導(dǎo)體各點的電磁電壓對電流之比）它常于傳送數(shù)字基帶信號，因此又稱為“基帶同軸電纜”。用這種電纜可以以10kb/s的速率將基帶信號傳送1km。

(2)75Ω同軸電纜。用于傳輸模擬信號，在這種電纜上傳送的信號采用了頻分復(fù)用的寬帶信號，故又稱為“寬帶同軸電纜”。其傳輸距離可達(dá)100km。

因此由于同軸電纜金屬屏蔽能將磁場反射回中心導(dǎo)體，同時也使中心導(dǎo)體免受外

干擾，故其比雙絞線具有更高的帶寬。以下是兩種電纜的特性比較。

表（1）50Ω同軸電纜特性

型號規(guī)格中心導(dǎo)體

(mm)絕緣外徑

(mm)完成外徑

(Ω)特性阻抗

(10MHZ)標(biāo)準(zhǔn)衰減

db/Km(10MHZ)

1.5D-2V(50-2)7/0.181.62.950±285

3D-2V(50-3)1/0.83.05.150±246

5D-2V(50-5)1/1.374.67.050±227

8D-2V(50-7)7/0.87.310.250±220

10D-2V1/2.97.913.150±214

表（2）75Ω同軸電纜特性

型號規(guī)格中心導(dǎo)體

(mm)絕緣外徑

(mm)完成外徑

(mm)特性阻抗

(10MHz)標(biāo)準(zhǔn)衰減dB/Km(10MHz)

1.5-2V1/0.261.62.975±396

2.5C-2V(75-2)1/0.42.44.075±352

3C-2V(75-3)1/0.52.955.075±342

3C-2V(75-3)7/0.182.955.075±343

5C-2V(75-5)1/0.84.77.075±327

5C-2V(75-5)7/0.264.77.075±327

7C-2V(75-5)1/1.57.210.275±322

10C-2V(75-9)7/0.59.213.075±318

續(xù)表（2）

2.3光纖（Opticfiber）

隨著Internet的迅猛發(fā)展，光纖通信已經(jīng)進(jìn)入用戶網(wǎng)，光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖來進(jìn)行通信。由于可見光的頻率非常高，因此光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前的其他各種傳輸媒介的帶寬，是一種很有前途的傳輸媒介。光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體，纖芯利用光的反射定律傳導(dǎo)光波。

光纖按不同的性質(zhì)可分為不同的種類可以分為以下幾種：

（1）按傳輸點模數(shù)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(jìn)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(hù)層的折射率都是常數(shù)，漸變式光纖纖芯隨著半徑的增大而增大。

光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)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(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)；

（2）抗雷電和電磁干擾性能好。這在有大電流脈沖干擾的環(huán)境下極為重要；

（3）體積小，重量輕。這在現(xiàn)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(gòu)建安全性網(wǎng)絡(luò)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(shè)備。目前光電接口還比較昂貴，但價格是在逐年下降的。下面我們就三種有線傳輸媒質(zhì)的性能作一下比較。

表（3）有線傳輸媒質(zhì)的性能比較

傳輸媒介價格電磁干擾頻帶寬度單段最大長度

UTP最便宜高低100米

STP一般低中等100米

同軸電纜一般低高185米/500米

光纖最高沒有較高幾十公里

由上表，就性能來看我們不難看出，光纖的性能是最好的，相信隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，光纖的價格會迅速下降，就無線傳輸媒質(zhì)來說光纖是很有發(fā)展前途的。

2.4微波通信(microwavecommunication)

微波通信在數(shù)據(jù)通信中占有重要地位。微波的頻率范圍為300MHZ-300GHZ，但主要是使用2-40GHZ的頻率范圍。微波在空間主要是直線傳播。由于微波會空透電離層面進(jìn)入宇宙空間，因此它不像短波那樣可以經(jīng)電離層反射傳播到地面上很遠(yuǎn)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衛(wèi)星通信。

2.4.1微波接力通信

微波接力通信可傳輸電話、電報、圖像、數(shù)據(jù)等信息。其主要特點是：

(1)波波段頻率很高，其頻段落范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大；

(2)因為工業(yè)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(zhì)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(shè)投資少，風(fēng)效快。

當(dāng)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(fā)射出的信號也會分成幾條略有差別的路徑到達(dá)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(tǒng)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(hù)要耗費一定的人力和物力。

2.4.2衛(wèi)星通信(satellitecommunication)

衛(wèi)星通信也是微波通信中的一種，其由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。衛(wèi)星在空中越中繼站的作用，即把地球站發(fā)來的電磁波放大后再返送回另一地球站。地球站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶通過地球站出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路。由于靜止衛(wèi)星在赤道上空3600km，它繞地球一周時間與地球自轉(zhuǎn)一致，從地面看上去如何靜止一般，三顆相距120度的衛(wèi)星就能覆蓋整個赤道圓周，故衛(wèi)星通信易于實現(xiàn)越洋和洲際通信。

最適合衛(wèi)星通信的頻率是1-10GHZ頻段，即微波頻段。在微波頻帶整個通信衛(wèi)星的工作頻率約有500MHZ寬，為了便于放大和發(fā)射及減少高調(diào)干擾，一般在星空上設(shè)置若干轉(zhuǎn)發(fā)器。衛(wèi)星通信的主要特點有以下方面：

優(yōu)點：(1)通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋的范圍均可實現(xiàn)通信。

(2)易于實現(xiàn)廣播和多地通信，能同時實現(xiàn)與方向多地點通信。

(3)工作頻帶，通信容量大，適合多種業(yè)務(wù)傳輸。

(4)建設(shè)速度快，且不易受陣地災(zāi)害影響。

(5)通信質(zhì)量好，電路和話務(wù)量可靈活調(diào)整。

缺點：

(1)于各地球站的天線仰角并不相同，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(jīng)衛(wèi)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。

2.5激光通信(lasercommunication)

20世紀(jì)90年代后期，隨著全球接入網(wǎng)的發(fā)展，對固定天線應(yīng)用的關(guān)注和對高速率的要求，無線是通信技術(shù)因有獨到的優(yōu)勢，在固定無線寬帶技術(shù)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(guān)注。

相對于常用的數(shù)字微波，銅纜數(shù)字用戶線，光纖等其他幾種接入方式，無線光通信的主要優(yōu)勢有：

(1)良好的保密性。由于激光的高指向性使它的發(fā)射光束極窄，方向性很好。通常激光束的發(fā)展角都在毫弧度，甚至主微弧度，因此具有數(shù)據(jù)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(shè)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(jīng)營成本低。由于無需進(jìn)行昂貴的管道工程鋪設(shè)和維護(hù)使得其造價僅是光纖的1/5。

(4)架設(shè)迅速。無線光通信架設(shè)，組網(wǎng)速度快，只須在通信節(jié)點上幾個設(shè)備安裝，尤其適合作為光纖通信的應(yīng)急故障后備及臨時構(gòu)造大容量的通信鏈路。

(5)透明傳輸協(xié)議。對于任何傳輸協(xié)議均可容易的送加，電路和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(dá)10GB/S的數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)商用的無線激光設(shè)備最高速率達(dá)2.5GB/S。

劣勢：

(1)天氣影響通信質(zhì)量。

(2)通信距離受限。

(3)只能在視距范圍內(nèi)建立鏈路。

(4)外因素可能使鏈路中斷。

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

(1)對于特殊要求的線路進(jìn)行冗余備份以及應(yīng)急臨時鏈路和意外恢復(fù)。

(2)提供室內(nèi)外，臨近局域網(wǎng)之間的互連互通。

(3)解決綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)（FSN）接入的“最后一公里時”。

(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)用于移動通信隔離網(wǎng)基站與交換中心的互聯(lián)。

(6)用于一些大型集會需要快速建立一些臨時鏈路。用于現(xiàn)場通信的場合。

無線激光通信與微波技術(shù)相比，它具有調(diào)制速率高、頻帶寬、不占用頻譜源的特點：與有線和光纖通信相比，它具有機(jī)動靈活，對市政建設(shè)影響較小，運行成本低、易于推廣等優(yōu)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(yīng)用于最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入、移動通信的基站互連，數(shù)據(jù)通信專線，企業(yè)單位內(nèi)部網(wǎng)，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。

3結(jié)束語

以上我們介紹了各種媒質(zhì)的特性和在不同場合的應(yīng)用，經(jīng)過對各種媒質(zhì)的比較得出對于有線傳輸網(wǎng)絡(luò)來說，選用光纖來布線將是未來的發(fā)展趨勢。而對于無線通信網(wǎng)絡(luò)來說，由于激光的保密性好的特點，無疑將是無線通信的首選。

參考文獻(xiàn)

謝希仁，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第二版），電子工業(yè)出版社，2001；