现代通信媒介简介

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　　摘 要 现代社会中通信技术是至关重要的一门科学技术，与我们的生活息息相关，而要想实现通信就必须依靠某种媒介，文章从有线和无线两个主要方面来介绍通信媒介，并将涉及到每种通信媒介的主要优缺点，主要涉及双绞线、同轴电缆、光纤、微波、红外线、激光通信等。
　　关键词 通信媒介；有线；无线
　　中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）231-0131-02
　　交流与通信是人类永恒不变的追求，如何实现更稳定、更远、更清晰的通信是工程师和科学家们不断思考的问题。通信技术发展到今天，擁有诸多分支，通信媒介也纷繁多样。从最基础的声波通信（也就是我们日常的语言交流）到“高大上”的激光通信，可以说人类在开发新的通信媒介的道路上用尽了心思。
　　1 有线通信媒介
　　有线通信是指使用光纤、金属导线等作为通信媒介，连接通信的两端，将要传输的信号转化为电信号/光信号进行传输的通信方式。相比于无线通信，具有传输更加稳定、更加安全（很难中途拦截）、速度更快的特点。当下技术阶段最常用的通信媒介有双绞线、同轴电缆和光纤。
　　1.1 双绞线
　　双绞线是一种应用范围极广的传输介质，由两根具有绝缘保护层的铜导线组成，将两根导线像麻花一样按照一定密度扭在一起[1]。扭在一起的目的主要是为了消除传输过程中的共模干扰，即如果外界对传输有影响，那么其在两条线上的影响是相同的，我们可以在输出端将两根导线的信号作差来消除这种干扰。这种优点在信号的长距离传输中体现的尤为明显。实际上，信号在长距离传输时，导线就像是一根巨大的天线，外界的电磁变化非常容易对其产生干扰，使得传输的信号轻则有误差，重则完全畸变。在这种情况下，能够稳定可靠地消除这些误差就成为了有线通信中必须要实现的目的。
　　双绞线相比于其他有线通信方式，突出特点是抗干扰、直径小、重量小、易弯曲、易安装。这些优点看似“没有什么”，但实际上在工程中，很多时候我们不是要挑选“最好最贵”的方式，而是要选择一个各方面都符合要求同时经济性最好的方式。更何况，由于其简单的原理，双绞线也具备可靠性高、使用方便的特点，实际上任何一个人经过简单的培训都能够比较熟练地使用双绞线通信设备。因此，虽然双绞线作为一种比较基础的传输介质有着长距离传输失真、材料消耗大等缺点，但双绞线在现代通信中依然有着近乎不可撼动的地位。
　　1.2 同轴电缆
　　同轴电缆一般由4部分组成，分别是：由单股的实心线或多股绞合线组成的中心铜线、网状导电层、夹在二者之间的塑料绝缘体以及最外层的电线外皮。其中，中心导线与网状导电层共轴并且形成了电流回路，因此被称作是同轴电缆[2]。之所以要在中心铜线之外设置与其共轴的网状导电层，是因为同轴电缆所载电流往往为高频率的交流电，因此从电磁感应的角度上来说，中心铜线会产生强度非常高的感应磁场，从而变成一根“天线”，不断发出无线电，进而造成能量的损耗。而网状导电层可以“截获”这种无线电，使得中心铜线与网状导电层之间形成回路（网状导电层接地），避免了上述情况的发生。
　　同轴电缆的突出优点是性能可靠，且相对于光纤有着更为宜人的价格，同时其铺设也更为方便。其主要缺点有二：首先由于其自身在高频率信号传输时“天线”的特点，其在传输视频信号时会面临信号幅度衰减的问题，进而造成色彩的失真，因此同轴电缆不宜长距离传输视频信；其次，网状导线要与中心铜线形成回路，这对二者之间的距离有一定的要求，如果电缆发生形变（例如挤压、扭曲等），就会使得二者之间的距离不是始终如一的，进而造成一部分内部信号返回至信号源，降低传输效率，而塑料绝缘体就是为了保证这种距离而存在的，这也是为什么同轴电缆往往比较“僵硬”，难以弯曲。
　　1.3 光纤
　　光纤在结构上与同轴电缆具有相似性，其内部是光可以通过（或者说穿透）的质地非常密集的透明材料如玻璃、塑料，外部则是质地相对稀疏的仍然为透明材料的外壳，有些光纤的外部还会有橡胶或塑料制成的保护外皮。光纤的基本传输原理可以总结为“光的全反射”。众所周知，光线在穿过折射率不同的媒介组成的界面时，除了折射，还会发生反射。如果光纤是笔直的，那么与光纤共轴的光线会直直穿过光纤。但如果光纤发生了轻微的形变（例如弯曲），光线进入光纤后就会接触到上述的“折射面”，进而反射。通过这种反射，光线就能在光线中以光速传播[3]。由于承载信息的媒介是光线，因此光纤在通信领域有着广泛而重要的作用。其主要优点可以概括为信息容量大（因为光纤的通信频率比电信号要高得多），衰减小（折射损失的信号只占很小的一部分），体积小、重量轻，便于运输和施工，防干扰性能强（因为其信号的载体是光信号而不是电信号，因此电磁干扰对其影响非常小）；其主要缺点是质地脆弱，机械强度较差，同时其分路和耦合也有一定的难度，不甚方便。
　　2 无线通信媒介
　　在实际生活中，很多时候两个通信的个体并不是静止的，我们也不可能将所有需要通信的个体进行有线连接（想象一下所有的人的手机之间都需要连有实体线才能进行通信），因此无线通信对于各行各业来说都是非常重要的。尽管当前的无线通信技术存在着诸如成本高、速度差、稳定性难以保证等缺点，但仍然是很多场景中唯一的解决方案。常见的无线通信方式有微波通信、红外通信和激光通信。
　　2.1 微波
　　众所周知，电磁波可以携带丰富的信息，近代以来人类不断在无线电通信领域取得突破，让“海内存知己，天涯若比邻”不再只是文人骚客的美好愿景。微波通信是指利用频率为300Mhz-3Thz（对应波长为0.1毫米到1米）的电磁波进行通信的技？术[4]。发射站将要传输的信号编码并转化为相应的电磁波进行发射，而接收端在接收到原始信号后可以将其解码，我们在日常生活中见到的“调制解调器”就是起到这样的作用。由于其传播特性与光类似，因此不适用于长距离传输，一般被用于短距离传输（视距传授）。如果我们希望将其用于远距离传输，就需要建立中继站，让需要传输的信号在经过一定的耗散之后重新得到加强。微波通信具有让人难以舍弃的优点：成本低、工作频带宽（因此可以利用的通信资源就多）、容量大，因此应用范围非常广，例如电话、传真、彩色电视等。 　　2.2 红外线
　　红外线是一种波长非常短的电磁波，一般为0.7um～1mm，这个波段的电磁波在大气中几乎是不可能通过的，因为大气中的水蒸气、二氧化碳和高层大气中的臭氧会强烈吸收这个波段的电磁波，因此显而易见的，红外通信并不适用于远距离传输[5]。红外通信的原理本质上与微波通信是一样的，信号输出端将二进制数据调制为一系列的脉冲数据，通过红外管将信号发出。接收端接收到光信号后将其转换。但是红外通信也具有容量大、保密性强、抗干扰能力强，设备结构简单、价格低廉、重量轻的特点。因此虽然其在当前纷繁复杂的通信方式中占比不算很高，但仍然长期拥有自己的一席之地。例如在室内的电视遥控、空调遥控等。
　　2.3 激光
　　正如前文所说，激光具有方向性好、相干能力强、单色单频等特点，因此除去光纤通信，也可以用于无线通信。其通信原理与红外通信类似，都是从发射点直线传输到接收点。激光无线通信除去激光本身所具有的信息容量大的优点，还具备保密性好、不易拦截和结构轻便、经济的特点[6]。从各个角度看，激光无线通信都是一种非常好的通信方式，因此自激光刚问世的时候将其应用有通信的想法就有人提出，那么为什么到今天激光通信仍然没有得到大规模应用呢？主要原因由两点。第一是通信距离受限，由于激光的方向性极好，因此如果在其路径上有障碍物都会使其衰减甚至完全被阻挡，此外，大气的折射作用也不可小觑。第二是瞄准困难，如何保证发射点与接收点对齐并保持稳定，在工程上是一个比较困难的问题。试想，一旦二者其一发生震动，则通信就有可能中断。如果要在移动的目标上实现激光通信，那么难度将更上一层。
　　3 结论
　　通信，始终是人类科技树上极其重要的一个分支，如何在实际生活中实现通信，并不断削减误差，是通信领域的从业者不断思考的问题。正是由于前辈们的不懈努力与技术积累，我们才能在今天享受如此便利的通信。我们也应当不断努力，为人类科技事业的进步做出自己的贡献。
　　参考文献
　　[1]焦庆春，金心宇.数字传输用對绞电缆应用与性能分析[J].通信世界，2001（36）：50-51.
　　[2]张国光.浅谈同轴电缆[J].家庭电子，2005（22）：53-55.
　　[3]李超.浅谈光纤通信技术发展的现状与趋势[J].沿海企业与科技，2007（7）：24-25.
　　[4]曹建军.浅谈数字微波通信的优点及其应用价值[J].电子世界，2017（14）：58，60.
　　[5]郑志聪.浅谈红外通讯技术[J].中国高新技术企业，2008（9）：114，120.
　　[6]吴龙生.无线激光通信技术浅析[J].现代通信，2003（11）：21-22.
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