1.3.1 信道类型及特性
传输信道是指信号的传输通道。前已述及，数据通信的传输信道包括通信线路(即传输介质)和相应的通信设备。
数据通信的传输信道可以从以下两方面分类。
·按照信道上传输的信号形式不同，传输信道可以分为模拟信道和数字信道。模拟信道上传输的是模拟信号，而数字信道上传输的是数字信号。
·按照传输介质的种类，传输信道可以分为有线信道和无线信道。有线信道主要采用双绞线、同轴电缆和光纤;无线信道是指传输电磁信号的自由空间，在无线信道中电磁信号沿空间(大气对流层和电离层等)传输。
下面具体介绍双绞线、同轴电缆、光纤及无线信道。
1.双绞线
双绞线是由两条相互绝缘的铜导线扭绞起来构成的(一对线作为一条通信线路)，其结构如图1-2(a)所示。通常一定数量的双绞线对捆成一个电缆，外边包上硬护套。双绞线可用于传输模拟信号，也可用于传输数字信号，其通信距离一般为几到几十千米，其传输衰减特性示意如图1-3所示。由于电磁耦合和集肤效应，双绞线对的传输衰减随着频率的增加而增大，故信道的传输特性呈低通型特性。
图1-2 双绞线和同轴电缆结构
图1-3 双绞线和同轴电缆传输衰减特性
双绞线可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消，由于双绞线成本低廉且性能较好，是数据通信普遍采用的传输介质。
双绞线分为屏蔽双绞线(STP)与非屏蔽双绞线(UTP)两大类。根据屏蔽方式的不同，屏蔽双绞线又分为两种，即屏蔽箔双绞线(Shielded Foil Twisted-Pair，SFTP)和箔双绞线(Foil Twisted-Pair，FTP)。SFTP是指双屏蔽双绞线，而FTP则是采用整体屏蔽的屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线又分别有3类、4类、5类、超5类等多种。
3类双绞线的速率为10 Mbit/s，5类双绞线的速率为100 Mbit/s，超5类双绞线的速率可达1 000 Mbit/s。
2.同轴电缆
同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成，但它是按同轴的形式构成线对，其结构如图1-2(b)所示。其中最里层是内导体芯线，外包一层绝缘材料，外面再套一个空心的圆柱形外导体，最外层是起保护作用的塑料外皮。内导体和外导体构成一组线对，应用时，外导体是接地的，因而同轴电缆具有很好的抗干扰性，而且它比双绞线具有较好的频率特性，但同轴电缆与双绞线相比成本较高。
与双绞线的信道特性相同，同轴电缆信道特性也是呈低通型特性，然而它的低通频带要比双绞线的频带宽。
3.光纤
(1)光纤的结构
光纤有不同的结构形式，目前通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很小的双层同心玻璃体，外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高的中心部分叫作纤芯，其折射率为n 1，直径为2a;折射率低的外围部分称为包层，其折射率为n 2，直径为2b。光纤的基本结构如图1-4所示。
图1-4 光纤的基本结构
(2)光纤的种类
按照折射率分布、传输模式的数量等不同，光纤可分为不同的种类。
①按照折射率分布划分
按照折射率分布划分，光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤两种。
·阶跃型光纤——如果纤芯折射率n 1沿半径方向保持一定，包层折射率n 2沿半径方向也保持一定，而且纤芯和包层的折射率在边界处呈阶梯型变化的光纤，称为阶跃型光纤，又可称为均匀光纤，其结构如图1-5(a)所示。
图1-5 光纤的折射率刨面分布
·渐变型光纤——如果纤芯折射率n 1随着半径加大而逐渐减小，而包层中折射率n 2是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤，又称为非均匀光纤，其结构如图1-5(b)所示。
②按照传输模式的数量划分
所谓模式，实质上是电磁场的一种场型结构分布形式，模式不同，其场型结构不同。按照光纤中传输模式的数量划分，光纤可分为单模光纤和多模光纤。
·单模光纤——光纤中只传输单一模式时，称为单模光纤。单模光纤的纤芯直径较小，约为4～10μm，通常采用阶跃型折射率分布。由于单模光纤只传输基模，从而完全避免了模式色散，使传输带宽大大加宽。因此，它适用于大容量、长距离的光纤通信。
·多模光纤——在一定的工作波长下，可以传输多种模式的介质波导称为多模光纤。多模光纤的纤芯直径约为50μm，可以采用阶跃型折射率分布，也可以采用渐变型折射率分布。由于模色散的存在使多模光纤的带宽变窄，但其制造、耦合、连接都比单模光纤容易。
4.无线信道
无线通信中，信号是以微波的形式传输。微波是一种频率在300 MHz～300 GHz之间的电磁波，有时我们把这种电磁波简称为电波。电波由天线辐射后，便向周围空间传播，到达接收地点的能量仅是一小部分，距离越远，这一部分能量越小。
无线通信中主要的电波传播模式有3种——空间波、地表面波和天波，如图1-6所示。
图1-6 电波传输模式
空间波是指在大气对流层中进行传播的电波传播模式。在电波的传播过程中，会出现反射、折射和散射等现象。长途微波通信和移动通信中均采用这种视距通信方式。
地表面波是指沿地球表面传播的电波传播模式。长波、中波一般采用这种传播方式，其天线直接架设在地面。
天波是利用电离层的折射、反射和散射作用进行传播的电波传播模式。短波通信采用的正是这种电波传播模式。
对于无线信道，电波空间所产生的自然现象，如雨、雾、雪及大气湍流等，都会对电波的传输质量带来影响，并产生衰落。尤其在卫星通信中，由于卫星通信的传播路径遥远，要通过对流层中的云层以及对流层之上的同温层、中间层、电离层和外层空间，故电波传播受空间影响更大。