- 本课介绍物理层以下传输媒体
- 请注意，。
- 若非要将其添加到系统结构中，则只能将其放在物理层下。
- 传输媒体可分为两类：
- 首先，让我们来看看导向传输媒体同轴电缆：
- 这是崇州电缆的示意图
- 这是内导体铜制芯线。
- 可为单股实心线或多股绞合线。
- 这是绝缘层。
- 这是网状编织的外导体屏蔽层。
- 这是绝缘保护套层。
- 这是同轴电缆的横截面。
- 可见每层都是共圆心，即同轴心。这就是同轴电缆名称的由来。
- 同轴电缆有两种:
- 一种是50欧阻抗基带同轴电缆。用于数字传输，广泛应用于早期局域网。
- 另一种是75欧阻抗宽带同轴电缆。用于模拟传输，主要用于有线电视的入口线。
- 同轴电缆价格昂贵，布线不灵活方便。
- 随着集线器的出现，局域网领域的双绞线取代了同轴电缆。
- 让我们来看看双绞线：
- 这是无屏蔽双绞线电缆的示意图。
- 这是屏蔽双绞线电缆的示意图。
- 双绞线是最古老、最常用的传输媒体。。
- 例如，图中显示的无屏蔽双绞线电缆包括8根铜线，每2根绞线合成一根双绞线。
- 蓝线和蓝白线绞合
- 橙线和橙白双色线绞合
- 绿线和绿白双色线绞合
- 棕色线和棕白色线绞合
- 绞合有两个功能：
- 一是抵抗来自外界的电磁干扰。
- 二是减少相邻导线的电磁干扰。
- 与无屏蔽双绞线相比，屏蔽双绞线电缆增加了金属丝编织屏蔽层，提高了抗电磁干扰能力。当然，价格更贵。
- 如图所示，右下角是常用的绞线类别、带宽和典型应用。
- 目前家庭局域网主流带宽1Gb/s，超5足大品牌优质超5类双绞线电缆的需求。
- 考虑到未来的发展，建议在经济条件允许的情况下选择 6A 满足万兆局域网需求的双绞线电缆。
- 再来看光纤：
- 这是室外四星光缆的示意图。这是他的内部结构图。
- 因为光纤很细，所以必须做成很结实的光缆。
- 光缆少则只有一根光纤，多则可包括几十甚至几百根光纤。
- 加强芯和填料可以大大提高机械强度。
- 如有必要，也可放置远供电源线。
- 最后加上包带层和外护套。
- 抗拉强度可达达到几纤克，完全满足工程施工的强度要求。
- 光纤纤芯很细：
- 多模光纤的纤芯直径为50微米和62.5微米。
- 单模光纤的纤芯直径为9微米。
- 纤心外的包层也很细，直径不超过125微米。
- 在光纤通信中，常用三个波段的中分别位于0.85微米、1.3微米和1.55微米。
- 光纤有很多：
- 比如通信容量很大。
- 传输损耗小，远距离传输更经济。
- 具有良好的抗雷电和电磁干扰性能。这在大电流脉冲干扰的环境中尤为重要。
- 无串音干扰，保密性好，不易被窃听。
- 体积小，重量轻。
- 比如1公里长的1000对双绞线电缆重8000公斤左右，同长但容量大的一对两芯光缆重100公斤。
- 当然，光纤也有自己的：
- 例如，切割光纤需要专用设备；目前，光电接口的价格仍然相对昂贵。
- 接下来，让我们来看看光纤传输的基本原理：
- 这是纤芯。
- 它是由非常透明的石英玻璃制成的细丝。
- 这是包裹在纤芯外层的包层。
- 它是一种玻璃盖，折射率低于纤芯。
- 发光二极管或半导体激光器可用作发光端的光源。
- 光电二极管或激光检波器可用于接收端检测光脉冲。
- 当光从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，折射角将大于入射角，如图所示。
- 因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光接触包层时，就会反射回纤芯。
- 这一过程反复进行，光也沿光纤传输。
- 事实上，只要从纤芯中射入纤芯表面的光的入射角大于某个临界角，就能产生全反射。
- 因此，在一个光纤中可以有许多不同角度的光进行传输。这种光纤叫什么光纤？
- 由于光的颜色问题，光在多模光纤中传输一定距离后必然会产生信号失真，即脉冲宽度，如图所示。
- 因此，多模光纤只适用于近距离传输(如建筑物内)。
- 多模光纤对光源要求不高，可采用较便宜的发光二极管。
- 光脉冲可以用光电二极管检测。
- 如果光纤的直径减小到只有一个光的波长，光纤就像一个波导，它可以在不反射的情况下向前传播光线。这种光纤被称为单模光纤。
- 单模光纤没有模式色散，在1.相反，31微米波长附近的材料色散和波导色散的大小相等正好抵消，没有脉冲宽度问题，如图所示。
- 单模光纤适用于长距离传输和衰减，但其制造成本高，对光源要求高。
- 使用昂贵的半导体激光器作为光源。
- 因此，需要使用激光检波器来检测光脉冲。
- 让我们来看看使用电力线作为传输媒体的情况。
- 早在20世纪20年代初世纪20年代初就出现了。
- 最早使用电力线传输信号的例子是电力线电话。
- 目前，如果要建立高性能的家庭局域网，使用电力线作为传输媒体是不能满足要求的。
- 对于装修时没有网络布线的家庭，线的家庭。
- 对于一些使用独立房间办公的企业来说，每个办公室的计算机数量不多，不想跨办公室布线。
- 每个办公室只需要根据需要在电源插座上插入一只或多只电动猫。
- 接下来，看看非导引传输媒体，即自由空间。
- 我们可以利用电磁波在自由空间传输数据信息。
- 这是电磁波的频谱。
- 电信领域不使用灰色段频率范围。橙色段频率范围内的电磁波难以产生和调制。
- 由于频率非常高，波长就非常短。
- 因此穿透障碍物的能力就非常弱。
- 更为严重的是，该频率的电磁波对生物是有害的。
- 因此，人们很难利用该频率范围的电磁波进行数据传输。
- 绿色段频率范围的电磁波，可以通过调制波的振幅、频率或相位来传输信息。
- 这是国际电信联盟 ITU 对电磁波频段的划分。
- 从极低频到甚低频，也就是从极长波到甚长波，这些频段并不用于电信领域。
- 从低频到甚高频，也就是从长波到米波，这些频段的电磁波又称为无线电波。
- 用于国际广播、海事和航空通讯、电台广播、电视广播等。
- 从特高频到极高频，也就是从分米波到毫米波。这些频段的电磁波又称为微波。
- 用于无线电话、无线网络、雷达、人造卫星接收、射电天文、人体扫描等。
- 无线电波中的低频和中频频段，主要利用地面波进行传输。
- 而高频和甚高频频段，主要是靠电离层的反射。
- 微波通信在数据通信中占有重要地位。
- 频率范围为300MHz~300GHz（也就是波长1米(m)~1毫米(mm）)但主要使用2~40GHz的频率范围。
- 微波在空间主要是直线传播。
- 由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不能经过电离层的反射传播到地面上很远的地方。
- 传统的微波通信主要有两种方式：
- 一种是地面微波接力通信。
- 另一种是卫星通信。
- 由于微波在空间是直线传播的，而地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制，一般只有50公里左右。
- 但若采用100米高的天线塔，则传播距离可增大到100公里。
- 为实现远距离通信，必须在一条微波通信信道的两个终端之间建立若干个中继站。
- 中继站把前一站送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为“接力”。
- 常用的卫星通信方法是在地球站之间，利用位于约36000公里高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。其最大特点是通信距离远。相应的，传播时延也比较大，一般在250~300毫秒（ms）之间。除同步卫星外，低轨道卫星通信系统已开始在空间部署，并构称了空间高速链路。
- 利用红外线来传输数据，相信大家并不陌生，很多家用电器（例如：电视、空调等）都配套有红外遥控器。
- 以前的笔记本电脑基本都带有红外接口，可以进行红外通信。
- 红外通信属于点对点无线传输。
- 中间不能有障碍物，传输距离短。
- 传输速率也很低。
- 现在笔记本电脑已经取消了红外接口，但很多智能手机还带有红外接口，以方便用户对电视、空调等家用电器进行红外遥控。
- 接下来，我们来看一个有关利用可见光通信的科普小短片。
- 互联网时代宅男宅女们最大的梦想，就是世界上任何一个角落都遍布着WiFi 。要是再有电源那这一辈子都值了。人们已经习惯了有 WiFi 的日子，可是现在告诉你有一种比 WiFi 更高大上的 LiFi 出现了。
- 你知道吗？LiFi就是传输中的可见光通信，通俗点来说呀就是 LED 灯上 WiFi 最新 OLEDCOMM LiFi技术，以每秒开关千万次 LED 灯来调制光信号。上网和数据传输完全不在话下，嘿嘿，完全不用担心眼睛被晃瞎，人的肉眼绝对是分辨不出来的呢。
- 好了，大家觉得 LiFi 能够取代 WiFi 吗？
- 短时期内应该是无法取代的。
- 想想看，如果两个房间内的网络设备要基于 LiFi 通信，如何做到可见光的同步呢？
- 目前 LiFi 还处于实验研究阶段，但其应用前景被很多人看好。
- 最后，还要提醒大家注意，要使用某一段无线电频谱进行通信，通常必须得到本国政府有关无线电频谱管理机构的许可证。
- 我国的无线电频谱管理机构是工信部无线电管理局。
- 美国的无线电频谱管理机构是联邦通讯委员会 FCC。
- 也有一些无线电频段是可以自由使用的，称为 ISM（Industrial Scientific MEdical）频段。也就是工业、科学、医疗频段。
- 如图所示，这是美国的 ISM 频段，现在的无线局域网就使用其中的2.4GHz和5.8GHz频段。
- 各国的 ISM 标准可能略有不同。
- 了解即可