2.6 物理層傳輸介質

分類

• 導向傳輸介質
  • 雙絞線
    • 遮蔽雙絞線
    • 非遮蔽雙絞線
  • 同軸電纜
  • 光纖
    • 多模光纖
    • 單模光纖
• 非導向傳輸介質
  • 無線電波
  • 微波
    • 地面微波接力通訊
    • 衛星通訊
  • 紅外線、鐳射

傳輸介質及分類

• 傳輸介質也稱傳輸媒體/傳輸媒介，它就是資料傳輸系統中在傳送裝置和接收裝置之間的物理通路。
• 傳輸媒體並不是物理層。傳輸媒體在物理層的下面，因為物理層是體系結構的第一層，因此有時稱傳輸媒體為 0層。（物理層是傻瓜，傳輸媒體連傻瓜都不如）
• 在傳輸媒體中傳輸的是訊號，但傳輸媒體並不知道所傳輸的訊號代表什麼意思。 但物理層規定了電氣特性，因此能夠識別所傳送的位元流。

傳輸介質

• 導向性傳輸介質：電磁波被導向沿著固體媒介（銅線/光纖）傳播。【火車】
• 非導向性傳輸介質：自由空間，介質可以是空氣、真空、海水等。【飛機】

導向性傳輸介質——1.雙絞線

雙絞線是古老、又最常用的傳輸介質，它由兩根採用一定規則並排絞合的、相互絕緣的銅導線組成。 絞合可以減少對相鄰導線的電磁干擾。（由右手準則可知，此情況下產生的電磁波大小相等，可相互抵消。）

為了進一步提高抗電磁干擾能力，可在雙絞線的外面再加上一個由金屬絲編織成的遮蔽層，這就是遮蔽雙絞線 （STP），無遮蔽層的雙絞線就稱為非遮蔽雙絞線（UTP）。

雙絞線價格便宜，是最常用的傳輸介質之一，在 區域網和傳統電話網中普遍使用。模擬傳輸和數字傳輸都可以使用雙絞線，其通訊距離一般為幾公里到數十公里。距離太遠時，對於模擬傳輸， 要用放大器放大衰減的訊號；對於數字傳輸，要 用中繼器將失真的訊號整形。

導向性傳輸介質——2.同軸電纜

• 同軸電纜由導體銅質芯線、絕緣層、網狀編織遮蔽層和塑料外層構成。
• 按特性阻抗數值的不同，通常將同軸電纜分為兩類：50Ω同軸電纜和75Ω同軸電纜。
• 其中，50Ω同軸電纜主要用於傳送基帶數字訊號，又稱為基帶同軸電纜，它 在區域網中得到廣泛應用；75Ω同軸電纜主要用於傳送寬頻訊號，又稱為寬帶同軸電纜，它主要用於有線電視系統。

同軸電纜VS雙絞線

由於外導體遮蔽層的作用， 同軸電纜抗干擾特性比雙絞線好，被廣泛用於傳輸較高速率的資料，其傳輸距離更 遠，價格自然更貴。

導向性傳輸介質——3.光纖

光纖通訊就是利用光導纖維（簡稱光纖）傳遞光脈衝來進行通訊。有光脈衝表示1，無光脈衝表示0。

而可見光的頻率大約是10^8 MHz，因此光纖通訊系統的頻寬遠遠大於目前其他各種傳輸媒體的頻寬。

光纖在傳送端有光源，可以採用發光二極體或半導體鐳射器，它們在電脈衝作用下能產生出光脈衝﹔在接收端用光電二極體做成光檢測器，在檢測到光脈衝時可還原出電脈衝。

結構

光纖主要由纖芯(實心的!)和包層構成，光波通過纖芯進行傳導，包層較纖芯有較低的折射率。

傳輸原理

全反射：當光線從高折射率的介質射向低折射率的介質時，其折射角將大於入射角。因此，如果入射角足夠大，就會出現全反射，即光線碰到包層時候就會折射回纖芯、這個過程不斷重複，光也就沿著光纖傳輸下去。

特點

• 傳輸損耗小，中繼距離長，對遠距離傳輸特別經濟。
• 抗雷電和電磁干擾效能好。
• 無串音干擾，保密性好，也不易被竊聽或擷取資料。
• 體積小，重量輕。

單模光纖與多模光纖

非導向性傳輸介質

無線電波

• 訊號向所有方向傳播
• 較強的穿透力，可遠距離傳播，廣泛用於通訊

微波

• 訊號固定方向傳播
• 微波通訊頻率較高，頻段範圍寬，因此資料率很高。

分類

• 地面微波接力通訊
• 衛星通訊
  • 優點
    • 通訊容量大
    • 距離遠
    • 覆蓋廣
    • 廣播通訊
  • 缺點
    • 傳播時延長（250-270ms）
    • 受氣候影響大（eg：強風 太陽黑子爆發、日凌）
    • 誤位元速率較高
    • 成本高

紅外線、鐳射

• 訊號固定方向傳播
• 把要傳輸的訊號分別轉換為各自的訊號格式，即紅外光訊號和鐳射訊號，
• 再在空間中傳播