工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.9傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中發(fā)送器和接收器之間的物理通道數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)和通信質(zhì)量取決于傳輸介質(zhì)的性質(zhì)以及傳輸信號(hào)特點(diǎn)對(duì)于導(dǎo)向介質(zhì)，傳輸特性主要取決于介質(zhì)自身的性質(zhì)對(duì)于非導(dǎo)向介質(zhì)，傳輸特性主要取決于發(fā)送天線生成的信號(hào)帶寬設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要考慮數(shù)據(jù)率和傳輸距離數(shù)據(jù)率越大、傳輸距離越遠(yuǎn)越好哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所2設(shè)計(jì)因素決定數(shù)據(jù)率和傳輸距離的許多設(shè)計(jì)因素都與傳輸介質(zhì)及信號(hào)有關(guān)帶寬（Bandwidth）信號(hào)的帶寬越寬，能夠達(dá)到的數(shù)據(jù)率就越高傳輸損傷（Transmissionimpairments）諸如衰減之類的傳輸損傷限制了傳輸?shù)木嚯x不同的導(dǎo)向介質(zhì)，傳輸損傷不同干擾（Interference）在頻率重疊的區(qū)域內(nèi)，相互競(jìng)爭(zhēng)的信號(hào)之間會(huì)互相干擾，可能導(dǎo)致信號(hào)的失真或丟失干擾在非導(dǎo)向介質(zhì)中尤其值得重視接收器數(shù)量（Numberofreceivers）導(dǎo)向介質(zhì)中，可構(gòu)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者多個(gè)設(shè)備（多點(diǎn)）相連的鏈路多個(gè)設(shè)備的共享鏈路中，每個(gè)連接的設(shè)備都會(huì)給這條鏈路帶來(lái)不同程度的衰減和失真，故限制了傳輸距離／數(shù)據(jù)率哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所33.9傳輸介質(zhì)電信用電磁波頻譜哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所43.9.1導(dǎo)向傳輸介質(zhì)（媒體）哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所5導(dǎo)向傳輸介質(zhì)的傳輸容量，可以用數(shù)據(jù)率(bps)表示，也可以用帶寬(Hz)表示主要取決于傳輸距離也與介質(zhì)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的還是多點(diǎn)有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸常用的三種導(dǎo)向介質(zhì)分別是：雙絞線、同軸電纜、光纖3.9.1導(dǎo)向傳輸介質(zhì)6比導(dǎo)向傳輸介質(zhì)－雙絞線4對(duì)UTP（非屏蔽雙絞線）電纜，24AWG實(shí)心裸銅線，聚烯烴絕緣，帶撕裂繩，柔性PVC護(hù)套。護(hù)套每?jī)捎⒊哂幸粋€(gè)標(biāo)志。六類雙屏蔽雙絞線

符合UL444、TIA/EIA

568B、ETL及3P標(biāo)準(zhǔn)；帶寬CAT.5E達(dá)100MHz﹔CAT.6可達(dá)250MHz；可支持多種布局結(jié)構(gòu)和多種傳輸信息：話音、數(shù)字、電文、圖像、視像通信等局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。因其具有屏蔽層，故一般用于有強(qiáng)電磁干擾場(chǎng)合，電纜能傳輸更高的數(shù)字速率，屏蔽效果好于UTP（非屏蔽雙絞線）。五類4對(duì)室外阻水非屏蔽雙絞線

滿足或優(yōu)于現(xiàn)行的五類傳輸標(biāo)準(zhǔn)，適用于室外的水平布線或設(shè)備端接，連接絕緣一致性，提供非常低的傳播延時(shí)，外徑尺寸小，減少安裝中的電纜扭曲。哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所7雙絞線－物理性質(zhì)雙絞線由兩根彼此絕緣的銅線組成，這兩根線按照規(guī)則的螺線狀絞合在一起一對(duì)線作為一個(gè)通信鏈路使用將許多這樣的線對(duì)捆扎在一起，并用堅(jiān)硬的、起保護(hù)作用的護(hù)皮包裹成一根電纜將線對(duì)絞合起來(lái)是為了減輕同一根電纜內(nèi)的相鄰線對(duì)之間的串音干擾同一捆中的相鄰線對(duì)通常具有不同的絞距，以減少串?dāng)_哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所8雙絞線－應(yīng)用雙絞線是最常用的傳輸介質(zhì)電話網(wǎng)每部住宅電話機(jī)都通過雙絞線與本地電話交換局（或者稱為“端局”）連接，形成“用戶環(huán)路”在一棟辦公樓內(nèi)連接到室內(nèi)專用小交換機(jī)(PBX)系統(tǒng)或端局的中央設(shè)備上局域網(wǎng)(LAN)數(shù)據(jù)率達(dá)到10Mbps–1Gbps，甚至10Gbps（100m）哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所9雙絞線－傳輸特性模擬傳輸每5km到6km用一個(gè)放大器數(shù)字傳輸使用數(shù)字或模擬信號(hào)每2km到3km用一個(gè)中繼器傳輸距離受到限制對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬信號(hào)傳輸，帶寬可達(dá)1MHz

對(duì)于遠(yuǎn)距離數(shù)字點(diǎn)到點(diǎn)信號(hào)傳輸，數(shù)據(jù)率可以達(dá)到幾Mbps100m雙絞線纜可實(shí)現(xiàn)高達(dá)10Gbps的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)率容易受到干擾和噪聲的影響哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所10雙絞線－傳輸特性典型導(dǎo)向介質(zhì)的衰減特性哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所11非屏蔽和屏蔽雙絞線雙絞線有兩種不同的類型：非屏蔽的和屏蔽的非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair(UTP)）

包含一對(duì)或多對(duì)雙絞線纜，通常一起包在一個(gè)熱塑套管內(nèi)，沒有電磁屏蔽層，容易受外部電磁場(chǎng)干擾

用作數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，UTP可用于從話音級(jí)到局域網(wǎng)里甚高速電纜等各種場(chǎng)合用于高速局域網(wǎng)時(shí)，在一個(gè)套管里UTP通常有4對(duì)線，每一對(duì)的每厘米纏絞數(shù)各不相同，以消除相鄰線對(duì)之間的干擾。絞距越小，則支持的傳輸速率越高，每米的造價(jià)也越高普通的電話線最便宜、使用方便、安裝簡(jiǎn)單哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所12非屏蔽和屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair(STP)）用金屬網(wǎng)罩或護(hù)皮將雙絞線屏蔽起來(lái)，以減少干擾在高數(shù)據(jù)率的情況下，性能更好價(jià)格貴，使用不方便屏蔽雙絞線(STP)不同配置

每一對(duì)線獨(dú)立地由金屬箔屏蔽，通常被稱為金屬箔雙絞線(FoilTwistedPair，F(xiàn)TP)。

管內(nèi)有一層金屬箔或金屬帶覆蓋所有線對(duì)（作為一組），這種配置有時(shí)被稱為屏蔽的雙絞線（ScreenedTwistedPair,F/UTP）。

每一對(duì)線有獨(dú)立的屏蔽，同時(shí)整組線纜還有屏蔽，這被稱為完全屏蔽雙絞線纜或屏蔽的／金屬箔雙絞線(S/FTP)。哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所13雙絞線類型哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所14插入損耗(insertionloss)是指從發(fā)送系統(tǒng)到接收系統(tǒng)鏈路上的衰減(attenuation)。近端串?dāng)_（nearendcrosstalk，NEXT）損耗是指從一對(duì)導(dǎo)體到另一對(duì)導(dǎo)體上的信號(hào)耦合。衰耗串?dāng)_比(AttenuationtoCrosstalkRatio,ACR)，是接收信號(hào)強(qiáng)度與同一線對(duì)的串?dāng)_比值大小的量度。導(dǎo)向傳輸介質(zhì)－同軸電纜同軸電纜也是由兩根導(dǎo)線組成的由一根空心的圓柱形外導(dǎo)體和柱體內(nèi)部的一根內(nèi)導(dǎo)線組成比雙絞線更不容易受到串?dāng)_和干擾傳輸距離更長(zhǎng)，數(shù)據(jù)率更高，比雙絞線支持更多的站點(diǎn)共享同一鏈路直徑約為（1-2.5）cm哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所15同軸電纜－應(yīng)用用途廣泛的傳輸介質(zhì)電視廣播（Televisiondistribution）有線電視－CableTV長(zhǎng)途電話傳輸正在逐漸被光纖代替計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的短距離連接局域網(wǎng)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所16同軸電纜－傳輸特性模擬信號(hào)每隔幾千米使用一個(gè)放大器頻率越高，放大器的間隔越近有效頻譜可延伸至500MHz數(shù)字信號(hào)每千米使用一個(gè)中繼器數(shù)據(jù)率越高，中繼器間隔越小哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所17導(dǎo)向傳輸介質(zhì)－光纖光纖是一種纖細(xì)(2~125)

、柔韌并能夠傳導(dǎo)光線的介質(zhì)。有多種玻璃和塑料可用于制造光纖。使用超高純二氧化硅熔絲的光纖可得到最低損耗。哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所18光纖的外形是圓柱體，由三個(gè)同軸部分組成：芯、覆層以及防護(hù)罩芯是最里層的部分，由一個(gè)或多個(gè)非常纖細(xì)的線（纖維）組成，這些纖維由玻璃或塑料制成，直徑在(8~50)

之間每根纖維由自己的覆層包裹：覆層由光特性與芯不同的玻璃或塑料制成，直徑為125

。芯和覆層之間的界面作為反射器來(lái)限制光線使其不能從芯中逃逸最外層是防護(hù)罩，包裹著一個(gè)或一束包有覆層的纖維。防護(hù)罩由塑料或其他物質(zhì)構(gòu)成，它位于最外層用來(lái)保護(hù)其內(nèi)部抵擋潮濕、磨損、碰撞和其他外界環(huán)境中的危險(xiǎn)。光纖－優(yōu)勢(shì)容量更大以數(shù)百吉比特每秒的數(shù)據(jù)率傳輸幾十千米的距離體積更小，重量更輕衰減更小隔絕電磁場(chǎng)不怕沖激噪聲和串?dāng)_之類的干擾更安全，很難被人搭線竊聽中繼器的間隔更遠(yuǎn)更低的費(fèi)用哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所19光纖－應(yīng)用長(zhǎng)途線路電話網(wǎng)：20000–60000個(gè)話音信道,平均長(zhǎng)度1500km市區(qū)中繼電路100000個(gè)話音信道，平均長(zhǎng)度12km農(nóng)用交換干線電路

低于5000個(gè)話音信道,長(zhǎng)度范圍（40–160）

km光纖用戶環(huán)路

直接從交換中心連接到用戶的電路話音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻LANs容量100Mbps–10Gbps哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所20光纖－傳輸特性

通過完全內(nèi)部反射（totalinternalreflection）來(lái)傳輸編碼信號(hào)的光束，光纖系統(tǒng)的頻率操作范圍在1014到1015Hz之間這個(gè)范圍覆蓋了紅外線區(qū)和可見光區(qū)的頻譜多模突變多個(gè)角度發(fā)射多條傳播路徑，每條路徑的長(zhǎng)度不同，通過纖維的時(shí)間也不同短距離傳輸單模一個(gè)角度，一條傳播路徑，長(zhǎng)距離傳輸多模漸變芯內(nèi)的光束因?yàn)闈u變的折射率呈現(xiàn)螺旋狀沿著覆層前進(jìn)常用于LAN哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所21光纖傳輸模式哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所22光纖－傳輸特性光源-發(fā)光二極管（LightEmittingDiode(LED)）比較便宜工作溫度范圍較寬壽命長(zhǎng)注入激光二極管（InjectionLaserDiode(ILD)）效率更高支持較高的數(shù)據(jù)率哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所23光纖－傳輸特性哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所243.9.2無(wú)線傳輸頻率范圍微波頻率1GHz到40GHz，高方向性，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸無(wú)線電波區(qū)（廣播無(wú)線電）30MHz-1GHz，全向應(yīng)用紅外線頻譜3×1011

Hz到2×1014

Hz，在特定區(qū)域完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及多點(diǎn)應(yīng)用非導(dǎo)向介質(zhì)通過天線發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)天線中的概念各向同性天線，拋物面反射天線，天線增益哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所25地面微波拋物面“碟狀”天線最常見微波天線電磁波聚集成細(xì)波束應(yīng)用長(zhǎng)途電信服務(wù)：話音和電視視距內(nèi)傳輸，所需放大器或中繼器比同軸電纜少點(diǎn)對(duì)點(diǎn)建筑物間用于閉路電視和局域網(wǎng)蜂窩系統(tǒng)頻譜范圍在（1–40）

GHz:頻率越高，帶寬越寬，數(shù)據(jù)率越高哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所26衛(wèi)星微波微波接力站衛(wèi)星從一個(gè)頻段接收信號(hào)，放大或再生，再?gòu)牧硪粋€(gè)頻段發(fā)送信號(hào)衛(wèi)星要求相對(duì)于地球的位置是恒定的高度（距赤道）35863km應(yīng)用電視廣播，長(zhǎng)途電話傳輸，專用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，全球定位最佳頻率范圍為（1-10）GHz

從一個(gè)地球站發(fā)送到另一個(gè)地球站接收，大約有0.25s的傳播時(shí)延天生就是廣播工具哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所27廣播無(wú)線電全方向性的（Omnidirectional）應(yīng)用廣播FM頻段UHF（特高頻）頻段和

VHF（甚高頻）頻段，電視廣播數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用30MHz到1GHz廣播通信的有效頻段高于30MHz的傳輸范圍局限于視距范圍無(wú)線電損傷的主要來(lái)源是多徑干擾地面、水域或自然界或人造物體的反射哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所28紅外線和無(wú)線傳播紅外線使用發(fā)送器／接收器（收發(fā)器）調(diào)制出不相干的紅外線光即可實(shí)現(xiàn)紅外線通信視距范圍直接傳輸或反射無(wú)法穿透墻體，比較安全，不受干擾不存在頻率分配問題無(wú)線傳播從天線發(fā)射出去的信號(hào)沿以下三條路徑之一傳播：地波、天波或視距(lineofsight，LOS)地波傳播:調(diào)幅無(wú)線電廣播（AMradio）天波傳播：BBC和美國(guó)之音視距傳播哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所29視距傳輸無(wú)線視距傳輸?shù)膿p傷自由空間損耗離發(fā)送天線越遠(yuǎn)，接收到的信號(hào)功率越弱大氣吸收主要來(lái)自水蒸氣和氧氣雨和霧引起的散射導(dǎo)致衰減多徑信號(hào)被障礙物反射沿多條路徑傳播，如通過水域時(shí)，風(fēng)使水的反射面運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致多徑傳播折射大氣層的折射，海拔高度變化或其他大氣層狀態(tài)變化哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所3031第3章現(xiàn)場(chǎng)總線通信基礎(chǔ)3.1概念和術(shù)語(yǔ)3.2模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸3.3傳輸損傷3.4模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù)3.5同步和異步傳輸3.6單工、半雙工傳輸和全雙工傳輸3.7差錯(cuò)類型、差錯(cuò)檢測(cè)和差錯(cuò)糾正3.8差錯(cuò)控制、流量控制和高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制3.9傳輸介質(zhì)（媒體）哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所32第2章現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.1現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)概觀2.2網(wǎng)絡(luò)分類2.3網(wǎng)絡(luò)軟件2.4OSI和TCP/IP參考模型2.5網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化2.6網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.7介質(zhì)訪問控制方式哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能