课

题：传输介质

目的要求：导向传输介质、非导向传输介质、宽带 接入技术. 教学重点：双绞线、xDSL技术 教学难点：近端串扰、DLS技术 教学课时：2 教学方法：讲授、练习

本次课涉及的学术前沿：教学内容与步骤：

物理层下面的传输媒体电信领域使用的电磁波的频谱0 f (Hz) 10

102

104

106 无线电

108

1010

1012

1014

1016

1018

1020

1022

1024 射线

微波

红外线 可见光 紫外线

X射线

4 f (Hz) 10

105双绞线

106

107同轴电缆

108

109

1010卫星

1011 1012

1013

1014

1015 光纤

1016

地面微波

调幅 海事 无线电 无线电 波段

调频 移动 无线电 无线电 电视

LF

MF

HF

VHF UHF SHF

EHF THF

传输介质及应用传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，可 以分有线和无线两大类。在有线介质中，介质自身决定传输的限 制。对于无线介质而言，传输特性更多地取决于信号带宽和方向 性。传输介质的特性对网络数据通信的质量有很大影响，这些特 征是： ⑴物理特性：说明传输介质的特性。 ⑵传输特性：包括是使用模拟信号发送还是使用数字信号发送、 调制技术、传输容量及传输频率范围等。 ⑶连通性：采用点到点连接还是多点连接。 ⑷地理范围：在不用中间设备并将失真限制在允许范围内的情况 下，整个网络所允许的最大距离。 ⑸抗干扰性：防止噪音、电磁干扰对传输数据影响的能力。 ⑹相对价格：包括元件、安装和维护等价格。

双绞线双绞线是目前使用最广、价格相对便宜的一种传输介质。每对双绞线是由两 条螺旋状扭在一起相互绝缘的铜导线所组成。目前双绞线电缆广泛应用于电话系 统。 双绞线一般分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP),普通的电话线就是非 屏蔽双绞线(UTP)中的一种，传输距离一般为100米。UTP由铜线、绝缘层和外保 护层组成，如图2-27(b)所示。屏蔽双绞线STP由铜线、绝缘层、外屏蔽层和外保 护层组成，它的结构如图2-27(a)所示。屏蔽双绞线抗干扰性能好，性能高，但成 本也较高。 按双绞线的性能来划分，目前广泛应用的有七个不同的等级，级别越高性能越 好。常见的有3类线，5类线和超5类线，以及最新的6类线，前者线径细而后者线 径粗。铜质线芯，传导性能良好，可用于传输模拟信号和数字信号。 双绞线通常用于传输10Mbps~100Mbps的数据，不过传输速率会因传输差错 而降低，如数据丢失、数据重复及电磁干扰等。

图2-27 双绞线的结构

导向传输媒体

双绞线

屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)屏蔽双绞线 STP

无屏蔽双绞线 UTP

聚氯乙烯 套层

绝缘层

铜线

聚

氯乙烯 屏蔽层 铜线 绝缘层 套层

双绞线示意图

双绞线由两根绝缘铜导线按螺旋状缠绕在一起, 一对双绞线形成一 条通信链路。双绞线上可以传输模拟信号和数字信号； 带宽：与导线的粗细、长度及螺旋的密度有关； 非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP); 应用

连接电话机和电话端局，传输模拟信号，可以传输几公里； 用于住宅因特网接入，如使用普通模拟电话线和拨号调制解调 器的住宅接入(56Kbps),使用数字用户线的宽带住宅接入 (几个Mbps)。

用于组建计算机局域网

3类双绞线：支持10Mbps; 5类双绞线：支持100Mbps,是目前高速局域网连网的主 要方式； 超5类双绞线：支持1000Mbps,传输距离100米； 双绞线制作 …...

近端串扰与衰减

近端串扰：干扰，发送端强信号对接收 端弱信号的干扰 衰减：信号过程中在传输必然衰减

双绞线

可传输模拟信号和数字信号一般用于点到点链路

<=100mUTP(Unshielded Twisted Pair)抗干扰性差， STP (Shielded Twisted Pair)抗干扰性好， 分3、4、5超5、6类线等。 价格相对便宜。

同轴电缆同轴电缆可以分为基带同轴电缆与宽带同轴电缆两大类。宽 带同轴电缆的阻抗为75欧电缆主要用于传输模拟信号，传输最大距 离可以达100km。基带同轴电缆即同轴电缆，以硬铜线为芯，外包 一层绝缘材料，再外一层为密织的网状导体环绕，最外面为一层保 护性材料，如下图所示。单根同轴电缆直径约为1.02-2.54cm,可 在较宽频率范围内工作。常用于直接传输数字信号，使用曼彻斯特 编码，数据传输速率最高可达10Mbps,阻抗为50Ω,最大距离限制 在几公里。最大优点是抗干扰性强，而且支持多点连接。缺点是物 理可靠性不好，易出现故障，而且一点发生故障，整段局域网都无 法通信。可以用于点到点连接或多点连接。为保持同轴电缆的正确 电气特性，电缆必须接地，同时两头要有端接器来削弱信号反射作 用。当它被用来传输数据时，其数据传输率可达每秒几百兆位。

同轴电缆50 同轴电缆 75 同轴电缆

同轴电缆绝缘保护套层 外导体屏蔽层

绝缘层内导体

同轴电缆示意图

同轴电缆由一对导体按照“同轴”的形式构成。两类同轴电缆：

基带同轴电缆：阻抗为50 ,一般传输数字信号。传输 距离较短，数据速率较低。曾被广泛用作电话系统的长 途干线和用于传统局域网的组网，但现在基本上已被光 纤和双绞线所替代。

宽带同轴电缆：阻抗为75 ,一般传输模拟信号。传输 距离长，速率高，最常用做有线电视电缆。采用有线

电 视网络提供因特网接入，是宽带住宅接入的另一种可选 方式。

同轴电缆

可传输模拟信号和数字信号用于点到点链路 和多点链路

<=185m细缆， <=500m粗缆抗干扰性较好。

价格相对居中。

光纤(结构和分类)光从一种物质传输到另一种物质将发生折射，当入射角度大于临界 值时，光将被完全反射回来，这就是光纤传输信号的原理。一个光脉冲 表示比特1,而无光脉冲表示比特0。 光纤也是圆筒形的，光纤由能够传导光波的石英玻璃纤维组成的芯 线、包层和外保护层三部分构成，如图2-29所示。 按使用波长的不同，光纤可以分为单模光纤和多模光纤两种。对于 多模光纤，芯的直径为50um,对于单模光纤，芯的直径为8-10um。 按波长区的范围不同，光纤可以分为三种，它们分别为0.85um波长 (0.8-0.9um)、1.3um波长(1.25-1.35um)和1.55um波长区(1.53-1.58um)。

图2-29 光纤的结构

光纤的信号传送过程多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当光纤芯线的 直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角度不同传播路径也不同，这 时光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播。多模光纤的传输距离一般在 2km以内。单模光纤采用注入式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单模光 纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度差别很小时， 能以单一的模式无反射地沿轴向传播。 在计算机网络中均采用两根光纤(一来一去)组成传输系统，采用点到点连接或 者多点连接方式。光传输系统由三部分组成：光源(光发送机)、传输介质和检测 器(光接收机),其传输的具体过程如图2-30所示。在发信端，有两种不同类型的 光源被用于光纤系统：发光二极管(LED)和激光发射管(ILD),信息被转换成便于传 输的电信号，电信号控制一个光源，使发出的光信号具有所要传输的信号的特点， 从而实现信号的电—光转换，发信端发出的光信号通过光纤传输到远方的收信端， 经光电二极管等光检测器和放大器转换成电信号，从而实现信号的光—电转换。 电信号再经过处理和转换恢复为与原发信端相同的信息。

图2-30光纤的电信号传送过程