无线传输介质-计算机网络技术基础

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：在不便敷设电缆的场合，如通过一些高山、岛屿、河流或城市街道时，可采用无线传输介质作为传输信道。另外在需要支持移动通信的场合，也只能采用无线传输介质。图2—21无线电短波传输的两种方式优点。B.因为工业干扰和无线电干扰的主要频率成分比微波频率低得多，所以微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。

目前常用的无线传输介质有无线电波（Radio Wave）、微波（Microwave）、红外线（Infrared Wave）和激光（Laser Light）。在不便敷设电缆的场合，如通过一些高山、岛屿、河流或城市街道时，可采用无线传输介质作为传输信道。另外在需要支持移动通信的场合，也只能采用无线传输介质。

各种传输介质的频段范围如图2—20所示。

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图2—20　各种传输介质的频段范围

无线通信一般有两种传播方式：定向传播和全向传播。

（1）定向传播。使用定向天线将电磁波束集中在一个方向发射，只有仔细地调整接收天线，使其对准发射天线，才能保证良好的接收效果。一般来说，电磁波的频率越高，越容易实现定向发射。

（2）全向传播。全向天线向各个方向发射电磁波，朝向各个方向的接收天线都可以接收到信号。

1.无线电短波传输

（1）工作频率为3～30MHz，波长为10～100m。

（2）传播方式。有地波和天波两种，如图2—21所示。其中主要以天波通过电离层反射方式进行传播，电波通过发送端出发，经由多条路径到达接收端。路径长短不一将导致电波在不同时刻到达接收端而产生不等的延时，从而出现多径效应。

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图2—21　无线电短波传输的两种方式

（3）优点。通信距离远，不需要太大的发射功率，且设备成本适中。

（4）缺点。容易受到外部电磁干扰。由于电离层高度易受季节、昼夜和太阳活动的影响，所以无线电短波通信质量不够稳定。

2.微波通信

微波是一种高频电磁波，其工作频率范围一般为1～20GHz，对应的信号波长为3m～3 cm。微波通信有两种主要的方式：地面微波接力通信系统和卫星微波通信系统。

（1）地面微波接力通信。

①工作原理（如图2—22所示）。微波工作频率很高，它的一个重要特点是在空间以视线传播。地面微波通信系统由视野范围内的两个互相对准方向的抛物面天线组成，能够实现视野范围内的微波通信，受地球曲率的影响和天线高度的限制，一般两微波站间的距离为50km左右。为实现远距离通信，必须在两个终端之间建立若干个微波中继站，中继站把前一站送来的信号放大后发送到下一站，这种通信方式称为地面微波接力通信。这种通信已广泛应用于电报、电话和电视的传播，目前，计算机网络主要将地面微波接力通信系统作为中继链路使用，以延长网络的传输距离。这种远程连接方式相对于有线远程连接的费用低廉。

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图2—22　地面微波接力通信工作原理

②优点。

A.微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其信道容量很大。既可传输模拟信号，又可传输数字信号。

B.因为工业干扰和无线电干扰的主要频率成分比微波频率低得多，所以微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。

C.微波接力信道能够通过有线线路难以通过或不易架设的地区（如高山、水面），故有较大的机动灵活性，抗自然灾害的能力也较强，因而可靠性较高。

D.与相同容量和长度的电缆通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快。

③缺点。

A.相邻站之间必须直视，不能有障碍物。微波天线具有高度的方向性，因此在地面一般采用点对点方式通信。

B.与电缆通信系统相比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。

C.大气对微波信号的吸收与散射影响较大，微波的传播有时会受到恶劣气候的影响。

D.大量中继站的建立和维护要耗费一定的人力和物力。

（2）卫星微波通信。

①工作原理（如图2—23所示）。卫星微波通信实际上是以人造地球卫星为中继站的微波接力通信，由卫星转发器和地面站组成，是微波通信的一种特殊形式。卫星微波通信采用容易穿过大气层的微波频段，从地球站发往卫星的通信频率为5.925～6.425GHz，称为上行频率；从卫星转发到地球站的信号频率为3.7～4.2GHz，称为下行频率，频带宽度都是500MHz。(www.chuimin.cn)

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图2—23　卫星微波通信工作原理

②优点。

A.传输距离远，具有覆盖全球的三维空间能力。从技术角度上讲，只要在地球赤道上空（3.6万km）的同步轨道上，等距离地放置三颗相隔120°的同步卫星，就能基本上实现全球的通信，如图2—24所示。在电波覆盖范围内，任何一处都可以通信，易于实现广播通信和多址通信，且通信费用与通信距离无关。

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图2—24　地球同步卫星

B.频带宽、容量大。

C.受陆地灾害影响小，可靠性高。

③缺点。

A.一次性投资较大。通信卫星本身和发射卫星的火箭造价都较高，受电源和元器件寿命的限制，同步卫星的使用寿命一般只有7～8年。同时，卫星地面站的技术也较复杂，价格较贵。

B.传输延时较大，从一个地面站经卫星到另一个地面站的传播延时在200～300ms之间，平均为270ms。

C.易受太阳噪声和气候变化的影响。

D.保密性相对较差。

④应用场合。通信卫星用于长距离的电话、用户电报、电视业务及数据通信，最适合作为高利用率的国际中继站。另外，地面上的计算机通信网络可以由卫星覆盖网加以补充。通信卫星是一个中心数据交换站，通过分布在不同地理位置的地面卫星接收站将各陆地网络相连接，这种大型网络可提供跨越国家、跨越洲际的联网通信服务功能。

3.红外线通信

红外线的工作频率为1011～1014Hz，已广泛应用于短距离的通信。电视机和DVD的遥控器就是应用红外线通信的例子。红外线也可用于数据通信与计算机网络。许多便携式计算机内部都已装备有红外通信的硬件，利用它就可与也装备有红外通信硬件的其他PC或工作站通信，而不必有物理的导线连接，如图2—25所示。

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图2—25　红外线通信

红外线通信具有以下特点：

（1）红外线的方向性很强，为视线传输技术，即发送器必须直接指向接收器。

（2）红外线的发送与接收装置硬件相对便宜，制造容易，且不需要天线，体积小，重量轻。

（3）红外传输不需要申请频率分配，即无须授权即可使用。

（4）由于红外线的频谱较宽，所以红外线能提供极高的数据传输速率。

（5）红外线不能穿透物体，包括墙壁，但这对防止窃听和相互间的串扰有好处。因此易于管理，且通信比较安全。

（6）在一个房间中配置一套相对不聚焦的红外发射器和接收器，就可构成红外线无线局域网。

（7）易受外界光线与天气影响，不能穿透雨和浓雾，红外通信不能在室外使用。

4.激光通信

激光通信是利用激光束调制成光脉冲在空间传输数据。激光的工作频率为1014～1015 Hz，其方向性很强，不易受电磁波干扰。激光通信系统由视线范围内的两个互相对准的激光收发器（也称激光调制解调器）组成，激光调制解调器通过对相干激光的调制和解调，从而实现激光通信。

激光通信只能传输数字信号，不能传输模拟信号。激光的频率比微波高，可以获得较高的带宽。激光具有高度的方向性，因而难以窃听、插入数据和干扰，但外界气候条件对激光通信的影响较大，如在空气污染、雨雾天气以及能见度较差情况下可能导致通信中断，而且传输距离不会很远。

由上述可知，在无线传输中的视线介质（微波、红外和激光），对环境、气候较为敏感。目前常用的介质使用方式为：局域网由双绞线连接到桌面；光纤（包括单模和多模，视距离远近而定）作为信道主干线；卫星微波用于跨国界和对偏远地区传输；无线电、红外用于不便于布线或支持移动通信的场合。

数据通信是一个复杂的系统，涉及多种技术，如数据的基带传输与频带传输、数据的并行传输与串行传输、数据传输过程中的同步方式、数据通信的方向性、数据和信号的变换技术、信道的多路复用技术、数据交换技术、差错控制技术等。

无线传输介质-计算机网络技术基础

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