各种传输媒质的特征及应用对比

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摘要本文就现在流行的各种传输媒介的特性进行介绍，并作了一定的比较，同时本文还讨论比较了部分无线介质的性质，在比较各类媒介的基础上得出光纤和激光技术将是未来的重要传输媒介。

关键词光纤激光双绞线同轴电缆卫星微波

Differenttransmissionmediumcharacteristicandusingcompared

SummaryThistextintroducedifferenttransmissionmediacharacteristicthatprevailcarryonnow,Andmakecertaincomparison.Atthesametime,italsodiscussandcomparesomewirelessnatureofmedium.Drawopticfibreandlasertechnologyinthefutureimportanttransmissionmediaonthebasisofcomparingallkindsofmedia.

KeywordsopticfiberlaserTwisted-PairCoaxialcablesatellitemicrowave

1引言

随着计算机的迅猛发展，高速，安全已经成为每个冲浪人永远的追求。众所周知，网络上的声音,图像，数据的传输都要通过“传输媒质”。就好比车辆在公路上行驶一样，道路质量的好坏会影响行车的安全，舒适。同样，网络传输媒质的好坏也会影响到数据，图像，声音的质量。

2各种媒质特性与比较

我们常用的网络传输媒质可分为两类：一类是有线的，主要有双绞线，同轴电缆，光缆（光纤）等；另一类是无线的，主要有微波通信，卫星通信，激光通信等。下面我们就这些主要的传输媒质的特性及其应用作介绍。

2.1双绞线（Twisted-Pair）

双绞线是最古老的但也是最普遍的传输媒质。它是由两根相互绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来构成的。采用这种绞合起来的结构是为了防止其电磁感应在临近线对中产生干扰信号。每根线加绝缘层并有颜色来标记。现今最常用的双绞线电缆中一般包含四个双绞线对，具体为橙1/橙2，蓝4/蓝5，绿6/绿3，棕3/棕7。

双绞线可分为屏蔽双绞线STP和非屏蔽双绞线UTP。屏蔽双绞线具有一个金属甲壳，对电磁干扰具有较强的抵抗能力，使用于网络流量较大的高速协议的应用。非屏蔽双绞线有线缆外皮作屏蔽层，抗干扰能力较弱，都使用于网络流量较不大的场合。

双绞线根据性能可分为EIA/TIA(电气工业协会/电信工业协会)第一类线到第五类线。

第一类线：通常用于模拟话音，在LAN技术中不使用。

第二类线：可用于综合业务数据网(ISDN)，如数字话音，IBM3270等。这类双绞线在LAN很少使用。

第三类线：它是一种24WG的非屏蔽的四对双绞线，符合EIA/TIA586标准（商用建筑物布线标准）中确定的100欧姆水平布线电缆的要求，可用来进行100Mbps和IEEE802.310Base-T的语音和数据传输。

第四类线：它在性能上比第三类线有一定的改进，适用于包括16Mbps令牌环局域网在内的数据传输速率。其传输特性满足EIA/TIATechnicalServicesBulletin定义的第四类电缆的规范。也满足NEMATwisted-PairQualificationProgram定义的规范。这类双绞线可以是非屏蔽的，也可以是屏蔽的。

第五类线：它是24GWD的四对电缆，比100欧姆低损耗电缆具有更好的传输特性。并适用于16Mbps。现在常用的五类非屏蔽双绞线其频带宽度为100MHz，能够可靠运行4MBICME和16MB网络系统。当运行100MB以太网时，可使150欧姆STP提高网络在高速传输时的抗干扰特性。

与其他传输介质相比,双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受一定限制。多用于电话传输中。

2.2同轴电缆(CoaxialCable)

同轴电缆由导体内部铜质芯线（单股实星心线或多股绞合线），绝缘层，网状编织的导体屏蔽层（可以是单股的）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，现被广泛使用于较高速的数据传输之间。

通常按特性阻抗数据不同可将同轴电缆分为两类：

(1)50Ω同轴电缆。（50Ω是指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比）它常于传送数字基带信号，因此又称为“基带同轴电缆”。用这种电缆可以以10kb/s的速率将基带信号传送1km。

(2)75Ω同轴电缆。用于传输模拟信号，在这种电缆上传送的信号采用了频分复用的宽带信号，故又称为“宽带同轴电缆”。其传输距离可达100km。

因此由于同轴电缆金属屏蔽能将磁场反射回中心导体，同时也使中心导体免受外

干扰，故其比双绞线具有更高的带宽。以下是两种电缆的特性比较。

表（1）50Ω同轴电缆特性

型号规格中心导体

(mm)绝缘外径

(mm)完成外径

(Ω)特性阻抗

(10MHZ)标准衰减

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同轴电缆特性

型号规格中心导体

(mm)绝缘外径

(mm)完成外径

(mm)特性阻抗

(10MHz)标准衰减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

续表（2）

2.3光纤（Opticfiber）

随着Internet的迅猛发展，光纤通信已经进入用户网，光纤通信就是利用光导纤维传递光脉冲来进行通信。由于可见光的频率非常高，因此光纤通信系统的传输带宽远远大于目前的其他各种传输媒介的带宽，是一种很有前途的传输媒介。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信圆柱体，纤芯利用光的反射定律传导光波。

光纤按不同的性质可分为不同的种类可以分为以下几种：

（1）按传输点模数可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径小，工作在给定波长，只能以单一模式传输，传输频带带宽，传输含量大。多模光纤在给定工作波长可以以多个模式进行传输，与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。

（2）按折射率分类可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是常数，渐变式光纤纤芯随着半径的增大而增大。

光纤不仅具有通信容量非常大的优点，而且还有其他的一些特点：

（1）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济；

（2）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极为重要；

（3）体积小，重量轻。这在现有电缆管道已拥塞不堪的情况下特别有利。

光纤与同轴电缆相比，光纤可以提供极宽的带宽和功率损耗小，传输距离长，传输率高，抗干扰能力强，是构建安全性网络的理想选择。但光纤也有一些缺点。这就是要将两根光纤精确地连接需要专用设备。目前光电接口还比较昂贵，但价格是在逐年下降的。下面我们就三种有线传输媒质的性能作一下比较。

表（3）有线传输媒质的性能比较

传输媒介价格电磁干扰频带宽度单段最大长度

UTP最便宜高低100米

STP一般低中等100米

同轴电缆一般低高185米/500米

光纤最高没有较高几十公里

由上表，就性能来看我们不难看出，光纤的性能是最好的，相信随着计算机网络的快速发展，光纤的价格会迅速下降，就无线传输媒质来说光纤是很有发展前途的。

2.4微波通信(microwavecommunication)

微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300MHZ-300GHZ，但主要是使用2-40GHZ的频率范围。微波在空间主要是直线传播。由于微波会空透电离层面进入宇宙空间，因此它不像短波那样可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。这样，微波通信就有两种主要的方式：即地面微波接力通信和卫星通信。

2.4.1微波接力通信

微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。其主要特点是：

(1)波波段频率很高，其频段落范围也很宽，因此其通信信道的容量很大；

(2)因为工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比微波频率低得多，对微波通信的危害比对短波和米波通信小得多，因而微波传输质量较高；

(3)微波接力通信的可靠性较高；

(4)微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信比较，建设投资少，风效快。

当然，微波接力通信也存在如下的一些缺点：

(1)相邻站之间必须直视，不能有障碍物。有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真；

(2)微波的传输有时也会受到恶劣气候的影响；

(3)与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；

(4)对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。

2.4.2卫星通信(satellitecommunication)

卫星通信也是微波通信中的一种，其由卫星和地球站两部分组成。卫星在空中越中继站的作用，即把地球站发来的电磁波放大后再返送回另一地球站。地球站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路。由于静止卫星在赤道上空3600km，它绕地球一周时间与地球自转一致，从地面看上去如何静止一般，三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周，故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。

最适合卫星通信的频率是1-10GHZ频段，即微波频段。在微波频带整个通信卫星的工作频率约有500MHZ宽，为了便于放大和发射及减少高调干扰，一般在星空上设置若干转发器。卫星通信的主要特点有以下方面：

优点：(1)通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可实现通信。

(2)易于实现广播和多地通信，能同时实现与方向多地点通信。

(3)工作频带，通信容量大，适合多种业务传输。

(4)建设速度快，且不易受阵地灾害影响。

(5)通信质量好，电路和话务量可灵活调整。

缺点：

(1)于各地球站的天线仰角并不相同，因此，不管两个地球站之间的地面距离是多少（为7200KM），从一个地球站经卫星到另一个地球站的传播时延在250-300ms之间，这一点和其他通信有较大的差别。

(2)10GHZ以上频带受雨雪的影响。

(3)天线受太阳噪声的影响。

2.5激光通信(lasercommunication)

20世纪90年代后期，随着全球接入网的发展，对固定天线应用的关注和对高速率的要求，无线是通信技术因有独到的优势，在固定无线宽带技术中能为宽带域的快速部署提供一种灵活的解决方案，得到了较大的关注。

相对于常用的数字微波，铜缆数字用户线，光纤等其他几种接入方式，无线光通信的主要优势有：

(1)良好的保密性。由于激光的高指向性使它的发射光束极窄，方向性很好。通常激光束的发展角都在毫弧度，甚至主微弧度，因此具有数据传递极高的保密性。

(2)无微波频带的许可证。因为无线通信的工作频段为350THZ，设备间无射频信号干扰，所以目前无需申请频率使用许可证。

(3)经营成本低。由于无需进行昂贵的管道工程铺设和维护使得其造价仅是光纤的1/5。

(4)架设迅速。无线光通信架设，组网速度快，只须在通信节点上几个设备安装，尤其适合作为光纤通信的应急故障后备及临时构造大容量的通信链路。

(5)透明传输协议。对于任何传输协议均可容易的送加，电路和数据业务都可透明传输。

(6)信息容量大光波作为信息载体可轻易传输高达10GB/S的数据，目前已经商用的无线激光设备最高速率达2.5GB/S。

劣势：

(1)天气影响通信质量。

(2)通信距离受限。

(3)只能在视距范围内建立链路。

(4)外因素可能使链路中断。

与传统的租用线路比较，无线光通信综合了光纤和微波的优点，根据最大优势（宽带宽）和最大劣势（短矩高）定位在城域接入网，交换机和移动基站等设备的连接，闭路监视系统，广播电视信号的单双工传输中使用，目前主要应用场合。

(1)对于特殊要求的线路进行冗余备份以及应急临时链路和意外恢复。

(2)提供室内外，临近局域网之间的互连互通。

(3)解决综合业务网（FSN）接入的“最后一公里时”。

(4)在不具备接入条件或带宽不足时提供高效的接入方案。

(5)用于移动通信隔离网基站与交换中心的互联。

(6)用于一些大型集会需要快速建立一些临时链路。用于现场通信的场合。

无线激光通信与微波技术相比，它具有调制速率高、频带宽、不占用频谱源的特点：与有线和光纤通信相比，它具有机动灵活，对市政建设影响较小，运行成本低、易于推广等优点。因此无线激光通信已成为通信家族中的一个新成员，它可应用于最后一公里网络接入、移动通信的基站互连，数据通信专线，企业单位内部网，需特殊保密的军事安全部门和其他不宜使用光纤连接及微波的通信，具有广阔的市场前景。

3结束语

以上我们介绍了各种媒质的特性和在不同场合的应用，经过对各种媒质的比较得出对于有线传输网络来说，选用光纤来布线将是未来的发展趋势。而对于无线通信网络来说，由于激光的保密性好的特点，无疑将是无线通信的首选。

参考文献

谢希仁，计算机网络（第二版），电子工业出版社，2001；