現(xiàn)代通信媒介簡介

任晉昊

摘 要 現(xiàn)代社會中通信技術(shù)是至關(guān)重要的一門科學技術(shù)，與我們的生活息息相關(guān)，而要想實現(xiàn)通信就必須依靠某種媒介，文章從有線和無線兩個主要方面來介紹通信媒介，并將涉及到每種通信媒介的主要優(yōu)缺點，主要涉及雙絞線、同軸電纜、光纖、微波、紅外線、激光通信等。

關(guān)鍵詞 通信媒介；有線；無線

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）231-0131-02

交流與通信是人類永恒不變的追求，如何實現(xiàn)更穩(wěn)定、更遠、更清晰的通信是工程師和科學家們不斷思考的問題。通信技術(shù)發(fā)展到今天，擁有諸多分支，通信媒介也紛繁多樣。從最基礎(chǔ)的聲波通信（也就是我們?nèi)粘５恼Z言交流）到“高大上”的激光通信，可以說人類在開發(fā)新的通信媒介的道路上用盡了心思。

1 有線通信媒介

有線通信是指使用光纖、金屬導(dǎo)線等作為通信媒介，連接通信的兩端，將要傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)化為電信號/光信號進行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。相比于無線通信，具有傳輸更加穩(wěn)定、更加安全（很難中途攔截）、速度更快的特點。當下技術(shù)階段最常用的通信媒介有雙絞線、同軸電纜和光纖。

1.1 雙絞線

雙絞線是一種應(yīng)用范圍極廣的傳輸介質(zhì)，由兩根具有絕緣保護層的銅導(dǎo)線組成，將兩根導(dǎo)線像麻花一樣按照一定密度扭在一起[1]。扭在一起的目的主要是為了消除傳輸過程中的共模干擾，即如果外界對傳輸有影響，那么其在兩條線上的影響是相同的，我們可以在輸出端將兩根導(dǎo)線的信號作差來消除這種干擾。這種優(yōu)點在信號的長距離傳輸中體現(xiàn)的尤為明顯。實際上，信號在長距離傳輸時，導(dǎo)線就像是一根巨大的天線，外界的電磁變化非常容易對其產(chǎn)生干擾，使得傳輸?shù)男盘栞p則有誤差，重則完全畸變。在這種情況下，能夠穩(wěn)定可靠地消除這些誤差就成為了有線通信中必須要實現(xiàn)的目的。

雙絞線相比于其他有線通信方式，突出特點是抗干擾、直徑小、重量小、易彎曲、易安裝。這些優(yōu)點看似“沒有什么”，但實際上在工程中，很多時候我們不是要挑選“最好最貴”的方式，而是要選擇一個各方面都符合要求同時經(jīng)濟性最好的方式。更何況，由于其簡單的原理，雙絞線也具備可靠性高、使用方便的特點，實際上任何一個人經(jīng)過簡單的培訓(xùn)都能夠比較熟練地使用雙絞線通信設(shè)備。因此，雖然雙絞線作為一種比較基礎(chǔ)的傳輸介質(zhì)有著長距離傳輸失真、材料消耗大等缺點，但雙絞線在現(xiàn)代通信中依然有著近乎不可撼動的地位。

1.2 同軸電纜

同軸電纜一般由4部分組成，分別是：由單股的實心線或多股絞合線組成的中心銅線、網(wǎng)狀導(dǎo)電層、夾在二者之間的塑料絕緣體以及最外層的電線外皮。其中，中心導(dǎo)線與網(wǎng)狀導(dǎo)電層共軸并且形成了電流回路，因此被稱作是同軸電纜[2]。之所以要在中心銅線之外設(shè)置與其共軸的網(wǎng)狀導(dǎo)電層，是因為同軸電纜所載電流往往為高頻率的交流電，因此從電磁感應(yīng)的角度上來說，中心銅線會產(chǎn)生強度非常高的感應(yīng)磁場，從而變成一根“天線”，不斷發(fā)出無線電，進而造成能量的損耗。而網(wǎng)狀導(dǎo)電層可以“截獲”這種無線電，使得中心銅線與網(wǎng)狀導(dǎo)電層之間形成回路（網(wǎng)狀導(dǎo)電層接地），避免了上述情況的發(fā)生。

同軸電纜的突出優(yōu)點是性能可靠，且相對于光纖有著更為宜人的價格，同時其鋪設(shè)也更為方便。其主要缺點有二：首先由于其自身在高頻率信號傳輸時“天線”的特點，其在傳輸視頻信號時會面臨信號幅度衰減的問題，進而造成色彩的失真，因此同軸電纜不宜長距離傳輸視頻信；其次，網(wǎng)狀導(dǎo)線要與中心銅線形成回路，這對二者之間的距離有一定的要求，如果電纜發(fā)生形變（例如擠壓、扭曲等），就會使得二者之間的距離不是始終如一的，進而造成一部分內(nèi)部信號返回至信號源，降低傳輸效率，而塑料絕緣體就是為了保證這種距離而存在的，這也是為什么同軸電纜往往比較“僵硬”，難以彎曲。

1.3 光纖

光纖在結(jié)構(gòu)上與同軸電纜具有相似性，其內(nèi)部是光可以通過（或者說穿透）的質(zhì)地非常密集的透明材料如玻璃、塑料，外部則是質(zhì)地相對稀疏的仍然為透明材料的外殼，有些光纖的外部還會有橡膠或塑料制成的保護外皮。光纖的基本傳輸原理可以總結(jié)為“光的全反射”。眾所周知，光線在穿過折射率不同的媒介組成的界面時，除了折射，還會發(fā)生反射。如果光纖是筆直的，那么與光纖共軸的光線會直直穿過光纖。但如果光纖發(fā)生了輕微的形變（例如彎曲），光線進入光纖后就會接觸到上述的“折射面”，進而反射。通過這種反射，光線就能在光線中以光速傳播[3]。由于承載信息的媒介是光線，因此光纖在通信領(lǐng)域有著廣泛而重要的作用。其主要優(yōu)點可以概括為信息容量大（因為光纖的通信頻率比電信號要高得多），衰減?。ㄕ凵鋼p失的信號只占很小的一部分），體積小、重量輕，便于運輸和施工，防干擾性能強（因為其信號的載體是光信號而不是電信號，因此電磁干擾對其影響非常?。黄渲饕秉c是質(zhì)地脆弱，機械強度較差，同時其分路和耦合也有一定的難度，不甚方便。

2 無線通信媒介

在實際生活中，很多時候兩個通信的個體并不是靜止的，我們也不可能將所有需要通信的個體進行有線連接（想象一下所有的人的手機之間都需要連有實體線才能進行通信），因此無線通信對于各行各業(yè)來說都是非常重要的。盡管當前的無線通信技術(shù)存在著諸如成本高、速度差、穩(wěn)定性難以保證等缺點，但仍然是很多場景中唯一的解決方案。常見的無線通信方式有微波通信、紅外通信和激光通信。

2.1 微波

眾所周知，電磁波可以攜帶豐富的信息，近代以來人類不斷在無線電通信領(lǐng)域取得突破，讓“海內(nèi)存知己，天涯若比鄰”不再只是文人騷客的美好愿景。微波通信是指利用頻率為300Mhz-3Thz（對應(yīng)波長為0.1毫米到1米）的電磁波進行通信的技？術(shù)[4]。發(fā)射站將要傳輸?shù)男盘柧幋a并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電磁波進行發(fā)射，而接收端在接收到原始信號后可以將其解碼，我們在日常生活中見到的“調(diào)制解調(diào)器”就是起到這樣的作用。由于其傳播特性與光類似，因此不適用于長距離傳輸，一般被用于短距離傳輸（視距傳授）。如果我們希望將其用于遠距離傳輸，就需要建立中繼站，讓需要傳輸?shù)男盘栐诮?jīng)過一定的耗散之后重新得到加強。微波通信具有讓人難以舍棄的優(yōu)點：成本低、工作頻帶寬（因此可以利用的通信資源就多）、容量大，因此應(yīng)用范圍非常廣，例如電話、傳真、彩色電視等。

2.2 紅外線

紅外線是一種波長非常短的電磁波，一般為0.7um～1mm，這個波段的電磁波在大氣中幾乎是不可能通過的，因為大氣中的水蒸氣、二氧化碳和高層大氣中的臭氧會強烈吸收這個波段的電磁波，因此顯而易見的，紅外通信并不適用于遠距離傳輸[5]。紅外通信的原理本質(zhì)上與微波通信是一樣的，信號輸出端將二進制數(shù)據(jù)調(diào)制為一系列的脈沖數(shù)據(jù)，通過紅外管將信號發(fā)出。接收端接收到光信號后將其轉(zhuǎn)換。但是紅外通信也具有容量大、保密性強、抗干擾能力強，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、重量輕的特點。因此雖然其在當前紛繁復(fù)雜的通信方式中占比不算很高，但仍然長期擁有自己的一席之地。例如在室內(nèi)的電視遙控、空調(diào)遙控等。

2.3 激光

正如前文所說，激光具有方向性好、相干能力強、單色單頻等特點，因此除去光纖通信，也可以用于無線通信。其通信原理與紅外通信類似，都是從發(fā)射點直線傳輸?shù)浇邮拯c。激光無線通信除去激光本身所具有的信息容量大的優(yōu)點，還具備保密性好、不易攔截和結(jié)構(gòu)輕便、經(jīng)濟的特點[6]。從各個角度看，激光無線通信都是一種非常好的通信方式，因此自激光剛問世的時候?qū)⑵鋺?yīng)用有通信的想法就有人提出，那么為什么到今天激光通信仍然沒有得到大規(guī)模應(yīng)用呢？主要原因由兩點。第一是通信距離受限，由于激光的方向性極好，因此如果在其路徑上有障礙物都會使其衰減甚至完全被阻擋，此外，大氣的折射作用也不可小覷。第二是瞄準困難，如何保證發(fā)射點與接收點對齊并保持穩(wěn)定，在工程上是一個比較困難的問題。試想，一旦二者其一發(fā)生震動，則通信就有可能中斷。如果要在移動的目標上實現(xiàn)激光通信，那么難度將更上一層。

3 結(jié)論

通信，始終是人類科技樹上極其重要的一個分支，如何在實際生活中實現(xiàn)通信，并不斷削減誤差，是通信領(lǐng)域的從業(yè)者不斷思考的問題。正是由于前輩們的不懈努力與技術(shù)積累，我們才能在今天享受如此便利的通信。我們也應(yīng)當不斷努力，為人類科技事業(yè)的進步做出自己的貢獻。

參考文獻

[1]焦慶春，金心宇.數(shù)字傳輸用對絞電纜應(yīng)用與性能分析[J].通信世界，2001（36）：50-51.

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[3]李超.淺談光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢[J].沿海企業(yè)與科技，2007（7）：24-25.

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[5]鄭志聰.淺談紅外通訊技術(shù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（9）：114，120.

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