导向型传输媒体在线视频

数据的传输需要各类传输媒体作为载体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介

它就是数据传输系统中

在发送端和接收器之间的物理通路

传输媒体可分为两大类

导向型传输媒体和非导向型传输媒体

这一讲我们首先来了解一下导向型传输媒体

目前通信领域中

最常用的导向型传输媒体有三种

分别是双绞线、同轴电缆和光纤

其中双绞线和同轴电缆传输电信号

而光纤则传输光信号

首先我们来了解双绞线

双绞线也称为双扭线

是一种传统而又最常用的传输媒体

把两根互相绝缘的铜线并排的放在一起

然后用规则的方法绞合在一起就构成了双绞线

根据双绞线是否外加屏蔽层

可分为屏蔽双绞线（STP，Shield Twisted Pair）

和非屏蔽双绞线

（UTP，Unshield Twisted Pair）两类

如图所示

分别是屏蔽双绞线的示意图与实物图

以及非屏蔽双绞线的示意图与实物图

可以发现

两类双绞线的主要区别就是有无屏蔽层

那么为什么双绞线要绞合在一起呢

主要是为了减少电磁波的耦合效应

如图所示

两根导线如果平行放置

其中一根导线中如果输入电信号

电信号所产生的电磁波会向外进行扩散

并逐渐耦合到另外一根导线中

如果两根导线同时有信号在传输

就会发生串扰现象

导致信号受到干扰而失真

甚至衰减

研究发现

如果两根导线以一定角度进行放置

则可以有效地减少串扰的发生

因此

双绞线相互绞缠在一起

就是为了避免电磁波的相互干扰

双绞线还有一种分类标准

就是根据频率和信噪比进行分类

如表所示

给出了双绞线的类别、频率带宽和典型应用

我们要知道

无论是哪种类别的双绞线

衰减都随频率的升高而增大

使用更粗的导线可以降低衰减

但却增加了导线的重量和价格

信号应当有足够大的振幅

以便在噪声干扰下能够在接收端

正确地被检测出来

对传送数据来说

现在比较常用的是5类线（Category 5或CAT5）

5类线的主要特点是

增加了每单位长度的绞合次数

如图可以看出

5类线具有比3类线更高的绞合度

此外

5类线在线对间的绞合度和线对内

两根导线的绞合度都经过了更精心的设计

并在生产过程中加以严格的控制

使干扰在一定程度上得以抵消

从而提高了线路的传输速率

接下来我们讲解第二种导向型传输媒体

同轴电缆

如图所示

同轴电缆由内导体铜质芯线

绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层

以及保护塑料外层所组成

由于外导体屏蔽层的作用

同轴电缆具有很好的抗干扰特性

被广泛用于传输速率很高的数据

在局域网发展的初期曾广泛地

使用同轴电缆作为传输媒体

但随着技术的进步

在局域网领域基本上

都采用双绞线作为传输媒体

目前同轴电缆主要用于

有线电视网的居民小区中

同轴电缆的带宽取决于电缆的质量

目前高质量的同轴电缆带宽已接近1GHz

最后我们讲解第三种导向型传输媒体

光缆

在通信领域里

信息的传输速率提高得很快

从几十kbit/s的电话通信年代

到现在的Tbit/s光纤通信时代

并且这个速率还在继续提高

光导纤维（简称光纤）对于

数据传输速率的飞速发展

起到了至关重要的作用

光纤通信利用光纤传输光脉冲来进行通信

有光脉冲相当于1

没有光脉冲相当于0

由于可见光的频率非常高

约为10的14次方Hz量级

因此一个光纤通信系统的传输带宽

远远大于目前其他各种传输媒体的带宽

下面我们来介绍光线在光纤中的折射原理

如图所示

光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝

主要由纤芯和包层构成双层通道圆柱体

其直径只有8-100微米

光波正是通过纤芯进行传导的

包层较纤芯有较低的折射率

如图

当光线从高折射率的媒体

射向低折射率的媒体时

其折射角将大于入射角

因此

如果入射角足够大

就会出现全反射

即光线碰到包层时就会折射会纤芯

这个过程不断重复

光也就沿着光纤传输下去

如图为光波在纤芯中传播的示意图

可以发现

光线在纤芯中的传输方式是不断地全反射

现代的生产工艺可以制造出超低损耗的光纤

即做到光线在纤芯中传输数公里

而基本上没有损耗

这一点仍是光纤通信

得到飞速发展的最关键因素

光纤根据传输数据的模式不同

可以分为多模光纤和单模光纤两种

多模光纤意指光在光纤中可以有多条不同角度

入射的光线在一条光纤中同时进行传播

这种光纤所含纤芯的直径较粗

其范围是50-100μm

光线在多模光纤中传输时因入射角的不同

会导致不同的光线进行的距离不同

即光线在光纤中传输的时间不一样

因此产生的一个结论是

输入的光脉冲在光纤的输出端离开时

可能会有扩散（或色散）

从而导致光脉冲的波形失真

单模光纤意指光在光纤中的传播没有反射

而沿直线传播

这种光纤的直径比多模光纤细的多

直径在7-9微米之间

光线不能在纤芯中反射传播

只能一直向前传播

且以很小的失真离开光纤

如图为四芯光缆剖面的示意图

由于光纤非常细

连包层一起的直径也不到0.2毫米

因此必须将光纤做成很结实的光缆

一根光缆少则只有一根光纤

多则可包括数十甚至数百根光纤

再加上加强芯和填充物

就可以大大提高其机械强度

必要时还可放入远供电源线

最后加上包带层和外护套

就可以使抗拉强度达到几公斤

完全可以满足工程施工的强度要求

下面我们来看一下光纤的一些特点

一 通信容量非常大

二 传输损耗非常小

中继距离非常长

对远距离传输特别经济

三 抗雷电和电磁干扰性能好

这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要

四 无串音干扰

保密性好

也不易被窃听或截取数据

五 体积小

重量轻

这在现有电缆通道也拥塞不堪的情况下特别有利

例如

1千米长的1000对双绞线电缆约重（8000）公斤

而同样长度而容量大得多的一对两芯光缆

仅重100公斤

由于生产工艺的进步

光纤的价格不断降低

目前已广泛应用在计算机网络

电信网络和有线电视网络的主干网络中

在高速局域网中也使用很多