《物理層傳輸介質(zhì)》課件

物理層傳輸介質(zhì)課程目標(biāo)了解物理層傳輸介質(zhì)掌握各種傳輸介質(zhì)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，例如：同軸電纜、雙絞線、光纖等。掌握數(shù)據(jù)傳輸原理理解數(shù)據(jù)在傳輸介質(zhì)中的傳輸方式，例如：數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)等。學(xué)會(huì)選擇合適的傳輸介質(zhì)根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，選擇合適的傳輸介質(zhì)，例如：網(wǎng)絡(luò)搭建、信號(hào)傳輸?shù)?。傳輸介質(zhì)概述導(dǎo)波式傳輸介質(zhì)導(dǎo)波式傳輸介質(zhì)是指利用有形的介質(zhì)來(lái)引導(dǎo)電磁波傳播的傳輸介質(zhì)，例如同軸電纜、雙絞線和光纖。無(wú)線電波傳輸介質(zhì)無(wú)線電波傳輸介質(zhì)是指利用無(wú)線電波在空間中傳播信息。導(dǎo)波式傳輸介質(zhì)電磁波導(dǎo)波式傳輸介質(zhì)利用金屬導(dǎo)體或光纖來(lái)引導(dǎo)電磁波傳輸。物理介質(zhì)常見(jiàn)的導(dǎo)波式傳輸介質(zhì)包括同軸電纜、雙絞線和光纖等。應(yīng)用場(chǎng)景在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用。導(dǎo)波的特性1能量集中電磁波沿著傳輸介質(zhì)傳播，能量集中在介質(zhì)內(nèi)部，減少了能量損耗。2衰減小導(dǎo)波傳輸介質(zhì)的衰減系數(shù)較小，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。3抗干擾性強(qiáng)導(dǎo)波傳輸介質(zhì)能夠有效屏蔽外部干擾，保證信號(hào)質(zhì)量。4易于管理導(dǎo)波傳輸介質(zhì)可以方便地進(jìn)行布線和維護(hù)。同軸電纜同軸電纜是一種傳輸介質(zhì)，由中心導(dǎo)體和外層導(dǎo)體構(gòu)成，中間有絕緣層，并由外層護(hù)套保護(hù)。它是一種常用的傳輸介質(zhì)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，例如有線電視、網(wǎng)絡(luò)連接、廣播等。同軸電纜的結(jié)構(gòu)1中心導(dǎo)體通常由一根銅線或銅管構(gòu)成，用來(lái)傳輸信號(hào)。2絕緣層包裹在中心導(dǎo)體周?chē)?，由塑料或橡膠材料構(gòu)成，起到絕緣和防止信號(hào)泄漏的作用。3屏蔽層由金屬編織網(wǎng)或金屬箔構(gòu)成，用來(lái)屏蔽外部電磁干擾。4外護(hù)套由塑料或橡膠材料構(gòu)成，起到保護(hù)和防水的作用。同軸電纜的特性?xún)?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)成本較高傳輸距離遠(yuǎn)安裝維護(hù)較為復(fù)雜帶寬較高靈活性較差同軸電纜的應(yīng)用電視信號(hào)傳輸同軸電纜在有線電視網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用，用于傳輸電視信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)通信同軸電纜可用于構(gòu)建以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，特別是早期網(wǎng)絡(luò)。安全監(jiān)控系統(tǒng)同軸電纜在閉路電視系統(tǒng)中用于傳輸視頻信號(hào)。無(wú)線電廣播同軸電纜在無(wú)線電廣播設(shè)備中用于傳輸音頻信號(hào)。雙絞線雙絞線是一種常用的傳輸介質(zhì)，由兩根相互絕緣的銅導(dǎo)線組成，并以規(guī)則的方式互相纏繞，以減少電磁干擾。雙絞線通常被用在電話線、網(wǎng)絡(luò)連接和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸中。雙絞線的特性2線對(duì)減少干擾和串?dāng)_，提高信號(hào)質(zhì)量。100Mbit/s傳輸速率可達(dá)100Mbit/s，滿足大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)需求。100米傳輸距離有限，一般為100米左右。雙絞線的應(yīng)用1以太網(wǎng)雙絞線是大多數(shù)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的核心，提供可靠的連接。2電話線傳統(tǒng)的電話線主要使用雙絞線，提供語(yǔ)音通信。3監(jiān)控系統(tǒng)雙絞線常用于連接監(jiān)控?cái)z像頭，傳輸視頻信號(hào)。光纖通信光纖通信利用光纖作為傳輸介質(zhì)，以光信號(hào)的形式傳輸信息。它具有帶寬大、傳輸損耗低、抗干擾能力強(qiáng)、保密性高等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分。光纖的結(jié)構(gòu)纖芯光纖的核心，由高折射率的玻璃或塑料制成，用于傳輸光信號(hào)。包層包圍纖芯，由低折射率的玻璃或塑料制成，用于反射光線并保持光信號(hào)在纖芯內(nèi)傳播。外套保護(hù)纖芯和包層，通常由塑料或金屬材料制成，以提高光纖的強(qiáng)度和耐用性。光纖的傳輸模式單模傳輸只允許一種模式的光波在光纖中傳播，具有更高的傳輸帶寬和更低的損耗。多模傳輸允許多種模式的光波在光纖中傳播，帶寬較低，損耗較大。光纖的特性帶寬高光纖擁有極高的帶寬，可支持高速數(shù)據(jù)傳輸。損耗低光纖的信號(hào)衰減非常低，可以傳輸更遠(yuǎn)的距離?？垢蓴_性強(qiáng)光纖不受電磁干擾影響，信號(hào)傳輸穩(wěn)定可靠。安全性高光纖不易竊聽(tīng)，信息傳輸更安全。光纖的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)帶寬大，傳輸速率高，抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)成本較高，施工難度較大，維護(hù)保養(yǎng)較為復(fù)雜。光纖的應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)光纖是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的核心，提供高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸能力。電視廣播光纖傳輸高質(zhì)量的數(shù)字電視信號(hào)，提供更清晰的畫(huà)面和更豐富的頻道選擇。通信光纖支持高質(zhì)量的語(yǔ)音通話和高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足現(xiàn)代通信需求。無(wú)線電波傳輸無(wú)線電波傳輸利用電磁波在空間傳播的方式進(jìn)行信息傳遞。無(wú)線電波傳輸不需要物理介質(zhì)，可以穿透墻壁、障礙物等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。無(wú)線電波的特性300kHz低頻電磁波300MHz中頻電磁波300GHz高頻電磁波無(wú)線電波的頻段低頻段頻率較低，波長(zhǎng)較長(zhǎng)。主要用于長(zhǎng)距離通信，如廣播和無(wú)線電導(dǎo)航。中頻段頻率適中，波長(zhǎng)適中。主要用于中距離通信，如廣播、無(wú)線電導(dǎo)航和雷達(dá)。高頻段頻率較高，波長(zhǎng)較短。主要用于短距離通信，如無(wú)線電通信、電視廣播和移動(dòng)通信。甚高頻段頻率非常高，波長(zhǎng)很短。主要用于短距離通信，如移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信和雷達(dá)。天線的工作原理1電磁波的產(chǎn)生交流電流在導(dǎo)體中流動(dòng)，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。2電磁波的輻射交變磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，兩者相互耦合形成電磁波，并向外輻射。3天線的作用天線通過(guò)特定形狀和尺寸將電磁波有效地輻射出去或接收。天線的類(lèi)型1全向天線全向天線可以向各個(gè)方向輻射電磁波。2定向天線定向天線將能量集中在特定的方向上。3微帶天線微帶天線是一種平面天線，適用于移動(dòng)通信等應(yīng)用。無(wú)線電波的應(yīng)用通信無(wú)線電波是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括廣播、電視、移動(dòng)電話、衛(wèi)星通信等。導(dǎo)航無(wú)線電波用于定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)和雷達(dá)。醫(yī)療無(wú)線電波在醫(yī)療領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，例如醫(yī)學(xué)成像、治療癌癥和物理治療。傳輸介質(zhì)選擇的考慮因素1傳輸距離不同傳輸介質(zhì)的傳輸距離不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的介質(zhì)。2數(shù)據(jù)傳輸速率傳輸介質(zhì)的帶寬決定了數(shù)據(jù)傳輸速率，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)量選擇合適的帶寬。3成本因素不同傳輸介質(zhì)的成本差異較大，應(yīng)綜合考慮成本因素。4安全性不同傳輸介質(zhì)的安全性不同，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)敏感程度選擇合適的介質(zhì)。傳輸介質(zhì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)高速率帶寬不斷提升，支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率無(wú)線化無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用場(chǎng)景更加廣泛智能化智能傳輸介質(zhì)，具備自適應(yīng)、自?xún)?yōu)化功能工業(yè)4.0時(shí)代的傳輸介質(zhì)應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化高帶寬、低延遲的網(wǎng)絡(luò)連接，以支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和控制工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸介質(zhì)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，例如傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。云計(jì)算高速光纖連接，為云計(jì)算平臺(tái)提供高性能數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)能力。總結(jié)與思考回顧學(xué)習(xí)內(nèi)容回顧本節(jié)課學(xué)習(xí)的物理層傳輸介質(zhì)的種類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。思考未來(lái)趨勢(shì)思考未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)下，傳輸介質(zhì)技術(shù)將會(huì)如何演變？實(shí)