高频传输理论及高频信号传输线材相关知识(最新修正版)

高頻傳輸理論及高頻信號傳輸線材相關知識

数据通信(Data Communication)是计算机网络(Computer Network)和因特网(Internet)的基础，为了帮助非计算机专业的同仁对数据通信技术与计算机网络和Internet的关系有一个全面的了解，本章将对数据通信知识进行简单介绍。

第一节传输介质(Transmission Media)

所有计算机之间的通信都涉及由传输介质传输某种形式的数据编码信号。传输介质在计算机、计算机网络设备间起互连和通信作用，为数据信号提供从一个节点传送到另一个节点的物理通路。

计算机与计算机网络中采用的传输介质可分为有线和无线传输介质两大类.

一、有线传输介质(Wired Transmission Media)

计算机网络中目前流行使用的有线传输介质(Wired Transmission Media)为：铜线和玻璃纤维。

1.铜线

铜线(Copper Wire):由于具有较低的电阻率、价廉和安装容易等优点因而成为最早用于计算机网络中的传输介质，它以介质中传输的电流作为数据信号的载体。为了尽可能减小铜线介质所传输信号之间的相互

干涉(Interference)，我们使用两种基本的铜线类型：双绞线和同轴电缆

(1)双绞线

双绞线(Twisted Pair):是把两条互相绝缘的铜导线纽绞起来组成一条通信线路，它既可减小流过电流所辐射的能

量，也可防止来自其它通信线路上信号的干涉。双绞线分屏蔽和无屏蔽两种，双绞线的线

路损耗较大，传输速率低，但价格便宜，安装容易，常用于对通信速率要求不高的网络连

接中。

(2)同轴电缆

同轴电缆(Coaxial Cable):由一对同轴导线组成，同轴电缆频带宽，损耗小，具有比双绞线更强的抗干扰能力和更

好的传输性能。按特性阻抗值不同，同轴电缆可分为基带(用于传输单路信号)和宽带(用

于同时传输多路信号)两种。同轴电缆是目前LAN局域网与有线电视网中普遍采用的比较

理想的传输介质。

2.玻璃纤维

目前，在计算机网络中十分流行使用易弯曲的石英玻璃纤维来作为传输介质，它以介质中传输的光波(光脉冲信号)作为信息载体，因此我们又将之称为光导纤维，简称光纤(Optical Fiber)或光缆(Optical Cable)。

光缆由能传导光波的石英玻璃纤维(纤芯)，外加保护层构成。在光缆一头的发射器使用LED光发射二极管(Light Emitting Diode)或激光(Laser)来发射光脉冲，在光缆另一头的接收器使用光敏半导体管探测光脉冲。

与电缆相比，光缆具有体积小、重量轻，频带宽、容量大，传输速率高，不受外界电磁场的影响，抗干扰能力强，安全保密性好，可以单根使用等优点；但它弯成直角时易折断，并难于确定折断位置，安装和连接均需要专用设备。近年来，由于扩展束透镜技术在多节点连接器应用上的突破，再加上诸如光源、检波器和多路转换器等光缆部件的开发和端口化，光缆已成为计算机网络中最理想的传输介质。

光缆可分为单模(只提供单路光信道)和多模(提供多路光信道)两种传输方式。

二、无线传输介质(Wireless Transmission Media)

无线传输介质(Wireless Transmission Media)是指无须架设或铺埋电缆或光缆，把数据信号转换为电磁波后直接通过自由空间进行传送。例如，无线电波、微波、红外线、激光等数据信号载体本身都可以用作无线传输介质。

1.无线电波

无线电波(Radio):作为传输介质，既可用于无线电和电视广播，也可用于计算机网络与计算机网络之间数据信号的传输。网络通信设备间通过天线来发送和接收无线电波实现数据传输，我们称之为RF射频传输(Radio

Frequency Transmission)。

射频对应的无线电波不能随地球表面弯曲传输，但可以通过卫星转播传输。通常一颗卫星装有许多对相互独立的发射器和接收器，每一对发射器和接收器使用各自的频道，因次可以同时实现多路通信。

2.微波

微波(Microwave):使用高于广播与电视所用的电磁波频率，它也可以用作传输介质。微波通信可用于长途电话，也可以用于数据通信传输。

与无线电波向所有方向发射不同，微波只可以向某个固定方向传输，并可以携带更多的信息。由于微波不能进入金属结构，因次在微波发射器与接收器之间不应有障碍物，微波也可以使用卫星转播传输。

3.红外线

红外线(Infrared):使用远高于微波而接近于可见光的频率，常用于小范围(例如在一个房间里)的信号传输，它不需要天线，使用时要求发射器直接对准接收器。它常用于笔记本计算机，例如我们可以在一个房间的计算

机网络中使用红外线来让笔记本计算机在房间内移动时均保持与网络连接。

4.鐳射/激光

鐳射(Laser):除了可以在光纜中用作傳輸資料信號的載體外，它也可以直接作爲傳輸介質在空氣中傳輸資料。與微波傳輸類似，鐳射只能向一個固定方向傳播，它不能穿過金屬、植物，甚至雪和霧，因此直接用鐳射

作爲傳輸介質在實用上受到限制。

第二节：類比資料通信與數位資料通信(Analog Data Communication & Digital Data Communication)

一、通信通道與通道容量(Communication Channel Channel Capacity)

通信通道(Communication Channel)是資料傳輸的必由之路，在電腦網路中通道分爲物理通道和邏輯通道。物理通道指用於傳輸資料信號的物理通路，它由傳輸介質與有關通信設備組成；邏輯通道指在物理通道的基礎上，發送與接收資料信號的雙方通過中間結點所實現的邏輯“聯繫”，由此爲傳輸資料信號形成的邏輯通路。邏輯通道可以是有連接的，也可以是無連接的。

物理通道還可根據傳輸介質的不同而分爲有線通道和無線通道，也可按傳輸資料類型的不同分爲數位通道和類比通道。

通道容量(Channel Capacity)指通道傳輸資訊的最大能力：對於數位通道一般用單位時間可以傳輸的最大二進位位元(比特bit)數來表示，對於類比通道則由通道的帶寬表示。通道容量的大小還受通道質量和可使用時間的影響，當通道質量較差時，實際傳輸速率將降低。

二、類比資料通信和數位資料通信(Analog Data Communication & Digital Data Communication)

1.類比資料與數位資料

我們一般將資料分爲類比資料和數位資料兩大類。

類比資料(Analog Data):是由感測器採集得到的連續變化的值，例如溫度、壓力，以及目前在電話、無線電和電視

廣播中的聲音和圖像。

數位資料(Digital Data):則是類比資料經量化後得到的離散的值，例如在電腦中用二進位碼表示的字元、圖形、音

頻與視頻資料。目前，ASCII美國資訊交換標準碼(American Standard Code for Information

Interchange)已爲ISO國際標準化組織和CCITT國際電報電話諮詢委員會所採納，成爲國

際通用的資訊交換標準代碼，使用7位二進位數字來表示一個英文字母、數位、標點或控

制符號；圖形、音頻與視頻資料則可分別採用多種編碼格式。