【正文】 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 第 2章 傳 送 網(wǎng) 傳輸介質(zhì) 多路復(fù)用 SDH傳送網(wǎng) 光傳送網(wǎng) 思考題 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 傳 輸 介 質(zhì) 基本概念 所謂傳輸介質(zhì)，是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理通信線路。任何數(shù)據(jù)在實(shí)際傳輸時(shí)都會(huì)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或光信號(hào)的形式在傳輸介質(zhì)中傳輸，數(shù)據(jù)能否成功傳輸則依賴于兩個(gè)因素：被傳輸信號(hào)本身的質(zhì)量和傳輸介質(zhì)的特性。 1865年，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋 (James Clerk Maxwell)首次預(yù)言電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)以電磁波的形式沿導(dǎo)體或自由空間傳播。1887年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的正確性，該理論奠定了現(xiàn)代通信的理論基礎(chǔ)。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 就信號(hào)而言，無(wú)論是電信號(hào)還是光信號(hào)，本質(zhì)都是電磁波。實(shí)際中用來(lái)傳輸信息的信號(hào)都由多個(gè)頻率成分組成。信號(hào)包含的頻率成分的范圍稱為頻譜，而信號(hào)的帶寬就是頻譜的絕對(duì)寬度。由于信號(hào)所攜帶的能量并不是在其頻譜上均勻分布的，因此又引入了有效帶寬的概念，它指包含信號(hào)主要能量的那一部分帶寬。例如，人的語(yǔ)音頻率大多數(shù)在 100～ 8000 Hz范圍內(nèi)，但其主要能量集中在 300～ 3400 Hz范圍內(nèi)，因此話音信號(hào)的有效帶寬為 3100 Hz。如不加說(shuō)明，帶寬通常均指有效帶寬。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 就傳輸介質(zhì)的特性而言，其對(duì)信號(hào)傳輸不利的一個(gè)物理限制是：現(xiàn)實(shí)中任何給定波形的信號(hào)都含有相當(dāng)寬的頻譜范圍，尤其是數(shù)字波形，它們都包含無(wú)限的帶寬，但同時(shí)任何一種傳輸媒介都只能容納有限帶寬的信號(hào)。換句話說(shuō)，傳輸介質(zhì)也有帶寬，其工作特性就像一個(gè)帶通濾波器，在一定的距離內(nèi)，如信號(hào)帶寬不超過(guò)傳輸媒介的有效傳輸帶寬，則信號(hào)將被可靠地傳輸，否則，信號(hào)將在很短的傳輸距離內(nèi)快速衰減，造成畸變。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可以用傳輸介質(zhì)的有效傳輸距離和帶寬來(lái)衡量其質(zhì)量，其中傳輸距離與帶寬成反比，同時(shí)帶寬越寬，成本越高。而在數(shù)字傳輸中，具有一定帶寬的傳輸介質(zhì)的最大傳輸速率與信號(hào)的調(diào)制方式也緊密相關(guān)。另一方面，不同的傳輸介質(zhì)都有自己獨(dú)特的傳輸特性，因此傳輸介質(zhì)的選擇，應(yīng)從性能、成本、適用場(chǎng)合等方面綜合考慮。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)分為有線介質(zhì)和無(wú)線介質(zhì)兩大類，無(wú)論何種情況，信號(hào)都是以電磁波的形式傳輸?shù)?。在有線介質(zhì)中，電磁波信號(hào)會(huì)沿著有形的固體介質(zhì)傳輸，有線介質(zhì)目前常用的有雙絞線、同軸電纜和光纖；在無(wú)線介質(zhì)中，電磁波信號(hào)通過(guò)地球外部的大氣或外層空間進(jìn)行傳輸，大氣或外層空間并不對(duì)信號(hào)本身進(jìn)行制導(dǎo)，因此可認(rèn)為是在自由空間傳輸。無(wú)線傳輸常用的電磁波段主要有無(wú)線電、微波、紅外線等。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 1．雙絞線 雙絞線是指由一對(duì)絕緣的銅導(dǎo)線扭絞在一起組成的一條物理通信鏈路。通常人們將多條雙絞線放在一個(gè)護(hù)套中組成一條電纜。采用雙線扭絞的形式主要是為減少線間的低頻干擾，扭絞得越緊密抗干擾能力越好。圖 。 圖 雙絞線的物理結(jié)構(gòu) 扭距第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 與其他有線介質(zhì)相比，雙絞線是最便宜和易于安裝使用的，其主要的缺點(diǎn)是串音會(huì)隨頻率的升高而增加，抗干擾能力差，因此復(fù)用度不高，其帶寬一般在 1 MHz范圍之內(nèi)，傳輸距離約為2～ 4 km，通常用作電話用戶線和局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)，在局域網(wǎng)范圍內(nèi)傳輸速率可達(dá) 100 Mb/s，但其很難用于寬帶通信和長(zhǎng)途傳輸線路。 雙絞線主要分成兩類：非屏蔽 (UTP： Unshielded Twisted Pair)和屏蔽 (STP： Shielded Twisted Pair )。屏蔽雙絞線雖然傳輸特性優(yōu)于非屏蔽雙絞線，但價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，除了應(yīng)用在 IBM的令牌環(huán)網(wǎng)中以外，其他領(lǐng)域并無(wú)太多應(yīng)用。目前電話用戶線和局域網(wǎng)中都使用非屏蔽雙絞線，例如普通電話線多采用 24號(hào) UTP。常用 UTP的性能如表 。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 表 常用 UTP的性能 類別 規(guī)格 A W G 性能 典型應(yīng)用 三類 22 和 24 1 6 M H z P O T S 、 E 1 / T 1 、令牌環(huán)網(wǎng)、 1 0 Ba s e T 網(wǎng)等 四類 各種 2 0 M H z 4 / 1 6 M b / s 令牌環(huán)網(wǎng) 五類 各種 1 0 0 M H z 4 / 1 6 M b / s 令牌環(huán)網(wǎng)、 1 0 / 1 0 0 Ba s e T 網(wǎng)等 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 2．同軸電纜 同軸電纜是貝爾實(shí)驗(yàn)室于 1934年發(fā)明的，最初用于電視信號(hào)的傳輸，它由內(nèi)、外導(dǎo)體和中間的絕緣層組成，內(nèi)導(dǎo)體是比雙絞線更粗的銅導(dǎo)線，外導(dǎo)體外部還有一層護(hù)套，它們組成一種同軸結(jié)構(gòu)，因而稱為同軸電纜，其物理結(jié)構(gòu)如圖 。 由于具有特殊的同軸結(jié)構(gòu)和外屏蔽層，同軸電纜抗干擾能力強(qiáng)于雙絞線，適合于高頻寬帶傳輸，其主要的缺點(diǎn)是成本高，不易安裝埋設(shè)。同軸電纜通常能提供 500～ 750 MHz的帶寬，目前主要應(yīng)用于 CATV和光纖同軸混合接入網(wǎng)，在局域網(wǎng)和局間中繼線路中的應(yīng)用已并不多了。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 圖 同軸電纜物理結(jié)構(gòu) 外部保護(hù)套外導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體絕緣層第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 3．光纖 近年來(lái)，通信領(lǐng)域最重要的技術(shù)突破之一就是光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，光纖是一種很細(xì)的可傳送光信號(hào)的有線介質(zhì)，它可以用玻璃、塑料或高純度的合成硅制成。目前使用的光纖多為石英光纖，它以純凈的二氧化硅材料為主，為改變折射率，中間摻有鍺、磷、硼、氟等。 光纖也是一種同軸性結(jié)構(gòu)，由纖芯、包層和外套三個(gè)同軸部分組成，其中纖芯、包層由兩種折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全反射可以使光信號(hào)在纖芯中傳輸 , 包層的折射率略小于纖芯，以形成光波導(dǎo)效應(yīng)，防止光信號(hào)外溢。外套一般由塑料制成，用于防止?jié)駳?、磨損和其他環(huán)境破壞。其物理結(jié)構(gòu)如圖 。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 圖 光纖的物理結(jié)構(gòu) 外套包層纖芯小于臨界角的光線將被外套吸收入射角 反射角第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 (1) 大容量。光纖系統(tǒng)的工作頻率分布在 1014～ 1015Hz范圍內(nèi)，屬于近紅外區(qū)，其潛在帶寬是巨大的。目前 10 Tb/s/100 km的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已試驗(yàn)成功，通過(guò)密集波分復(fù)用 (DWDM)在一根光纖上實(shí)現(xiàn) 40 Gb/s/200 km傳輸?shù)膶?shí)際系統(tǒng)已經(jīng)在電信網(wǎng)上廣泛使用，相對(duì)于同軸電纜的幾百兆比特 /每秒每千米和雙絞線的幾兆比特每秒 /幾千米，光纖比銅導(dǎo)線介質(zhì)要優(yōu)越的多。 (2) 體積小、重量輕。與銅導(dǎo)線相比，在相同的傳輸能力下，無(wú)論體積還是重量，光纖都小得多，這在布線時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 (3) 低衰減、抗干擾能力強(qiáng)。光纖傳輸信號(hào)比銅導(dǎo)線衰減小得多。目前，在 1310 nm波長(zhǎng)處光纖每千米衰減小于 dB，在 1550 nm波長(zhǎng)處光纖每千米衰減小于 dB。并且由于光纖系統(tǒng)不受外部電磁場(chǎng)的干擾，它本身也不向外部輻射能量，因此信號(hào)傳輸很穩(wěn)定，同時(shí)安全保密性也很好。 光纖分為多模光纖 (MMF)和單模光纖 (SMF)兩種基本類型。多模光纖先于單模光纖商用化，它的纖芯直徑較大，通常為 50 μm或 μm，它允許多個(gè)光傳導(dǎo)模式同時(shí)通過(guò)光纖，因而光信號(hào)進(jìn)入光纖時(shí)會(huì)沿多個(gè)角度反射，產(chǎn)生模式色散，影響傳輸速率和距離。多模光纖主要用于短距低速傳輸，比如接入網(wǎng)和局域網(wǎng)，一般傳輸距離應(yīng)小于 2 km。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 單模光纖的纖芯直徑非常小，通常為 4～ 10 μm, 在任何時(shí)候，單模光纖只允許光信號(hào)以一種模式通過(guò)纖芯。與多模光纖相比，它可以提供非常出色的傳輸特性，為信號(hào)的傳輸提供更大的帶寬，更遠(yuǎn)的距離。目前長(zhǎng)途傳輸主要采用單模光纖。在 ITUT的最新建議 、 、 G65 的定義和規(guī)范。 另外，為確保光纖施工過(guò)程中連接器、焊接器，以及各類光纖施工工具的相互兼容，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的包層直徑為 125 μm，外套直徑為 245 μm。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 在光脈沖信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，所使用的波長(zhǎng)與傳輸速率、信號(hào)衰減之間有著密切的關(guān)系。通常采用的光脈沖信號(hào)的波長(zhǎng)集中在某些波長(zhǎng)范圍附近，這些波長(zhǎng)范圍習(xí)慣上又稱為窗口，目前常用的有 850 nm、 1310 nm和 1550 nm為中心的三個(gè)低損耗窗口，在這三個(gè)窗口中，信號(hào)具有最優(yōu)的傳輸特性。在局域網(wǎng)中較常采用 850 nm，而在長(zhǎng)距離和高速率的傳輸條件下的城域網(wǎng)和長(zhǎng)途網(wǎng)中均采用 1550 nm波長(zhǎng)。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 4．無(wú)線介質(zhì) 1) 無(wú)線電 無(wú)線電又稱廣播頻率 (RF: Radio Frequency), 其工作頻率范圍在幾十兆赫茲到 200兆赫茲左右。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)線電波易于產(chǎn)生，能夠長(zhǎng)距離傳輸，能輕易地穿越建筑物，并且其傳播是全向的，非常適合于廣播通信。無(wú)線電波的缺點(diǎn)是其傳輸特性與頻率相關(guān)：低頻信號(hào)穿越障礙能力強(qiáng)，但傳輸衰耗大；高頻信號(hào)趨向于沿直線傳輸，但容易在障礙物處形成反射，并且天氣對(duì)高頻信號(hào)的影響大于低頻信號(hào)。所有的無(wú)線電波易受外界電磁場(chǎng)的干擾。由于其傳播距離遠(yuǎn)，不同用戶之間的干擾也是一個(gè)問(wèn)題，因此，各國(guó)政府對(duì)無(wú)線頻段的使用都由相關(guān)的管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行頻段使用的分配管理。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 2) 微波 微波指頻段范圍在 300 MHz～ 30 GHz的電磁波，因?yàn)槠洳ㄩL(zhǎng)在毫米范圍內(nèi)，所以產(chǎn)生了微波這一術(shù)語(yǔ)。 微波信號(hào)的主要特征是在空間沿直線傳播，因而它只能在視距范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，通常微波中繼距離應(yīng)在 80 km范圍內(nèi)，具體由地理?xiàng)l件、氣候等外部環(huán)境決定。微波的主要缺點(diǎn)是信號(hào)易受環(huán)境的影響 (如降雨、薄霧、煙霧、灰塵等 )，頻率越高影響越大，另外高頻信號(hào)也很容易衰減。 微波通信適合于地形復(fù)雜和特殊應(yīng)用需求的環(huán)境，目前主要的應(yīng)用有專用網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急通信系統(tǒng)、無(wú)線接入網(wǎng)、陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信也可歸入為微波通信的一種特殊形式。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 3) 紅外線 紅外線指 1012～ 1014Hz范圍的電磁波信號(hào)。與微波相比，紅外線最大的缺點(diǎn)是不能穿越固體物質(zhì)，因而它主要用于短距離、小范圍內(nèi)的設(shè)備之間的通信。由于紅外線無(wú)法穿越障礙物，也不會(huì)產(chǎn)生微波通信中的干擾和安全性等問(wèn)題，因此使用紅外傳輸，無(wú)需向?qū)ｉT機(jī)構(gòu)進(jìn)行頻率分配申請(qǐng)。 紅外線通信目前主要用于家電產(chǎn)品的遠(yuǎn)程遙控，便攜式計(jì)算機(jī)通信接口等。 第 2章 傳 送 網(wǎng) 下載 圖 電磁波頻譜及其在通信中的應(yīng)用 1041051061071081091010101110121013101410151016f / H z雙絞線同軸電纜陸地微波和衛(wèi)星F M R a d i o 和 TVA M R a d i o紅外線光纖? LF MF HF VHF UHF S H F E H F T H FL F —L o w F r e q u e n c y ； M F —M e d i u m F r e q u e n c y ； H F —H i g h F r e q u e n c y ；V H F —V e r y H i g h F r e q u e n c y ； U H F —U l t r a H i g h F r e q u e n c y ；S H F —S u p e r H i g h F r e q u e n c y ； E H F —E x t r e m e l y H i g h F r e q u e n c y ；T H F —T r e m e n d o u s l y H i g h F r e q u e n c y