非均匀介质中光线的传输
4.1引言：傍轴方程
在第三章里，我们得到了在折射率为n 0=c /v 的均匀介质中传输光场的相位部分所满足的亥姆霍兹方程，其中c 为真空中光速，v 是光束在介质中的传输速度：
02
02
22
22
2=+??+
??+
??p p p p k z y x ????, v
k 0
0ω=
4.1.1
如果把Ψp 写成
)exp(),,(),,(0z jk z y x z y x e p -=?? 4.1.2
并且假设Ψe 是z 的缓变函数，即
0/k z
e
e ?????? 4.1.3
就可得到Ψe 的傍轴波动方程
e t e jk z ??20
21
/?=
?? 4.1.4 其中，(?t )2
为横向拉普拉斯算子22
22y
x ??+??，对方程4.1.4进行傅里叶变换得到以x ，y 为
变量的常微分方程
e y x e k k k j dz d Φ+=0
2
22)
(? 4.1.5 解该方程课得到与下述方程类似的旁轴传输函数
]2)(exp[
),,(0
2
2k z
k k j z k k H y x y x e += 4.1.6
当我们考虑光波在传播常数或者折射率是位置的函数的介质中传输时，这种折射率渐变效应是由材料本身的侧面（例如由折射率渐变光纤或介质的三阶非线性效应决定）或者三阶非线性效应导致的，傍轴方程可写成
e e t e nk j jk z ???020
21
/?-?=
?? 4.1.7 其中△n 是相对于主折射率n 0的偏离量。当传播常数或者波数是与位置（x , y , z ）有关的方程时，如光栅、光纤或者是折射率与光强有关的介质是，可以把标量波方程4.1.4进行修正得到4.1.7.
旁轴传输方程4.1.7是一个偏微分方程，不一定有解析解。但在某些特殊情况下，如△n 的空间变化率是确定的或者在非线性光学里，可以用精确的积分或者逆散射法寻找该
偏微分方程（PDE ）的特殊解。
接下来，我们首先将讨论针对这些情况的一些精确解和解析解。其中数值的方法经常被用来分析光束在复杂介质（光纤，体积衍射光栅，克尔介质以及光致折射率变化（PR ）介质等）中的传输情况，且大部分的数值研究方法都可以用来分析这些情况。拟谱方法由于在计算过程中具有速度优势，经常被用来进行有限元分析。光束的分步传输法即为拟谱方法的一种，接下来我们讲首先讨论该方法并本章的后续部分给出由该方法得到的一些结果。
4.2光束的分步传输法
要理解光束分步传输法（也称为光束传播法BPM ）的原理，就有必要讲方程4.1.7写成如下形式
e
e S D z ??)??(/+=?? 4.2.1 其中，20
21?t jk D
?=是表示光束衍射的线性微分算符，0
Δ?nk j S -=是非线性算符（如公式4.1.7的结构）。因此，一般来说，方程4.2.1解的形式可以写成
),,(]Δ)??exp[()Δ,,(z y x z S D z z y x e
e ??+=+ 4.2.2 如果算符D
?和S ?都与z 无关，那么对于这两个非互易算符有 ))](?,?[2
1??exp()?exp()?exp(2 +++=z S D z S z D z S z D
????? 4.2.3 根据Baker-Hausdorff 公式，D
?和S ?的关系可表示为[]
D S S D S D ?????,?-=。因此有△z 的二阶公式
)?exp()?exp())??exp((z S z D z S D
????+ 4.2.4 上式说明了式4.2.1中的衍射项和各项同性算子是可以分别予以独立处理的。
在光谱的范围内可以更好地理解公式4.2.2中第一个算子的作用，该项是表示光束在z 和z+△z 之间衍射效应的传输算子。第二个算子表示在非均匀介质中的无衍射传播情况。光束的分步传输法流程图如图4.1所示。
4.3光束在线性非均匀介质中的传输
此前仅仅讨论了光束在均匀介质中的传输，均匀介质的特性可以用介电常数ε来表示。在非均匀介质中，电解质常数是一个与x , y , z 有关的方程，为了研究光束在非均匀介质中的传输，需要利用麦克斯韦方程组，并且重新推导这些方程，在无源介质中有
)(222
E t
E
E ???=??-?με 4.3.1
由麦克斯韦方程可得（令ρ=0）
0)(=??+??=??εεεE E E 4.3.2
根据4.3.2，可将4.3.1变为
0)(222
=???+??-?ε
ε
μεE t E E 4.3.3
如果空间变化率ε远小于传播场的波长，则上式左侧最后一项可以略去，变为
0222
=??-?t
E
E με 4.3.4
其中，ε=ε(x ,y ,z )，需要说明的是，该方程中的电场强度要小于均匀介质中电场的均匀波方程，为了表示方便，将E 用通用的符号φ(x ,y ,z ,t )表示，则有
0222
=??-?t
?
με?，),,(z y x εε= 4.3.5
为简单起见，令μ=μ0。
4.3.1 渐变折射率光纤中的光束传输
对于各处折射率分布情况为n 2(x )=(n 0)2-n (2)x 2渐变折射率光纤，可以通过下述电解质方程将非均匀的情况包含进去
)1)(0(),(),,(2
2
2h y x y x z y x +-==εεε 4.3.6
图4.1 光束分步傅里叶算法流程图
在这里，用折射率在横向是二维变化的。
我们想用上述方程来研究任意光束在非均匀介质中的传输情况，但将4.3.6代入4.3.5之后所得的方程并不是在任意初始条件情况下都存在解析解，因此，我们首先研究振幅或相位是具有任意横向分布的传输的平面波的解，有
))](exp(),(Re[),,,(0kz t j y x t z y x e -=ωψψ 4.3.7
上式中k 是任意的，将其代入4.3.5得
0]),([202
02=-+?e e t k y x ψεμωψ 4.3.8
用k 0来表示在介电常数为ε(0)的均匀介质中传输的平面波的传输常数
2/1000)]0([εμω=k 4.3.9
联立4.3.6，4.3.8和4.3.9并采用归一化的变量
y h
k
x h k 2/102/10)(,)(
==ηξ 4.3.10 可得
0?)]([??2
22
222=+-+??+??e e e ψηξλη
ψξψ；),(?),(?y x e e ψηξψ= 4.3.11 上式中
22
0)(k h k k -=λ 4.3.12
我们可以采用分离变量法来求解方程4.3.11。令()()ηξηξ?
Y X e =),(?并代入4.3.11可得到关于X 和Y 的两个常微分方程。
0)(22=-+??X X
x ξλξ
4.3.13a 0)(222=-+??Y Y
y ηλξ
4.3.13b 上式中λx +λy =λ。4.3.13中的每个方程与分析耦合谐振子问题的量子机制时采用的方程具有相同的形式。方程4.3.13a 的解具有如下形式
)2/exp()()(2ξξξ-=m m H X ，...2,1,0,12=+=m m x λ 4.3.14
式中H mS 被称为厄米特多项式，其前几项如下所示
;...24)(;2)(;1)(2210-===ξξξξξH H H 4.3.15
X (ξ)的解被称为厄米特—高斯多项式，其前几项如图4.2所示，Y (η)具有类似的解。
因此，方程4.3.13有一般解
)2/)(exp()()(),(?),(?22ηξηξηξψηξψ
+-==n m em n e H H ， 4.3.16 )1(2++==n m m n λλ，...2,1,0,=n m 4.3.17
emn ψ
?被称为第mn 阶模，当m , n 分别为零是为基模，形式如下 ()()()2222
/100/exp /2),(ωω
πψy x y x e +-= 4.3.18
其中
2
/10
)2(
k h =ω 4.3.19 第mn 阶模的传输常数k mn 可以由方程4.3.12和4.3.17求得
))
1(21(0202h
k n m k k mn ++-
= 4.3.20
上式表明传输常数随模式阶数的增大而减小，即模阶次越高，相速度越大。
上述分析表明了多模光纤的模式特征，而光纤输入端任意的激励都可以通过分解上述特征模式来进行分析。厄米特—高斯多项式提供了x ，y 方向正交的坐标系，使得分解过程变得简单。多模光纤一个固有的缺点是不同模式以不同的速度传输，从而形成模式色散。在多模光纤中传输的光脉冲比单模光纤中更容易色散或者比在单模光纤中传输速度快，因而单模光纤在光通信中用的更多。单模光纤一般采用阶跃折射率结构，纤芯具有特定的折射率系数且大于包层的折射率系数。包层的折射率一般经过选择使得纤芯内只存在一个模式，如，零阶模式。
如前所述，对任意入射光束传输的分析是非常困难的，一个有效的方法是采用数值分析法，即光传输发。假设渐变折射率介质折射率的变化情况可表示为
-4
-3-2-101234
图4.2 三个最低级的厄米特—高斯函数曲线
)()(22)2(2
02y x n n x n +-= 4.3.21a
或
))(2/()(220)2(0y x n n n x n +-? 4.3.21b
n 0表示介质的固有折射率，n (2)是一个测量值，表示折射率的变化量，在这种情况下，算符
S
?变为 ))(2/(?220
)2(0y x n n jk S += 4.3.22 高斯光束在渐变折射率介质中的传输如图4.3所示，等高线显示了高斯光束初始时刻的截面分布、在传输过程中达到最小束腰半径时刻的横截面分布以及又回到原来束腰半径大小时刻的横截面分布，介质渐变的折射率导致了光束周期性的聚焦。如前所述，存在一种在介质中传输而保持形状不变的特殊模式，即本征模式（与渐变折射率有关其具有具体宽度的高斯光束），这是由于光波的衍射效应和渐变折射率介质的导向效应相互抵消而使得光束截面形状不变。该截面的等强度线如图4.4所示。需要说明的是，在光波的传输过程中等高线是保持不变的。
用Matlab 语言实现图4.3和图4.4的程序如表4.1所示，该方法即4.2节中所述的分布传输法。在该方法中，我们将光束的衍射效应在空间频率的范围内进行处理而将介质的非均匀性在空间域内进行处理。材料的不均匀性导致分步传输法中每一步的相位都存在附加
相位，附加相位的大小正比于k 0(n (2)/2n 0)(x 2+y 2)，这一项正如式4.3.22所定义的算符S
?。
c
a
b
图4.3 高斯光束周期性自聚焦的等高线分布图 图4.4 一个基模在渐变折射率光
纤中的等高线分布图
4.3.2 光束在阶跃折射率光纤中的传输
与渐变折射率光纤不同的是，阶跃型折射率光纤的折射率具有如下形式
???><=)(,)
(,)(cladding a r n core a r n r n cl
co
4.3.23 其中r 是径向坐标，为了分析光束在光纤中的传输过程，从4.3.8出发，将它改写成如下形式
[]
0)(22
202=-+?e e t k r n k ψψ，),(φψψr e e = 4.3.24
由于光纤具有柱状对称性，令
)()(),(φ?ψΦ=r R r e 4.3.25
将4.3.25代入4.3.24可以得到直接的代数形式
()[]
2222220222211l d d k r n k r dr dR r dr R d r R =ΦΦ-=-+???? ??+φ
4.3.26 其中l 是常数。
与φ有关的部分可以写成cos(l φ)或sin(l φ)的形式，函数Ф应该满足Ф(φ+2π)=Ф(φ),因此l 的可取值为l=0，±1，±2…。
与r 有关的部分可以写成如下形式
()[]()
02
22202222=--+???? ?
?+R l k r n k r dr dR r dr R d r 4.3.27 利用式4.3.23，则上述方程可写成以下两式
[]()
02
22202222=--+???
? ??+R l k n k r dr dR r dr R d r co ；a r < 4.3.28a []()
022*******=+--???? ?
?+R l n k k r dr dR r dr R d r cl ；a r > 4.3.28b 两式都是标准的贝塞尔偏微分方程，考虑物理上的合理性，4.3.28a 在r =0时，解具有贝塞尔函数AJ l ([k 02n co 2-k 2]1/2r )的形式。同样的，r 趋近于∞时，4.3.28b 的解具有Bk l ([k 2-k 02n co 2]1/2r )的形式。A 和B 的值可由边界条件决定，即Ψe 和?Ψ/?r 在r=a 处连续。
当光纤的折射率满足下列条件时，光波可在其中稳定传输
2
202220cl co n k k n k >> 4.3.29
此外，对边界条件进行详细研究后发现（在本文中为了简单起见而没有进行研究），如果给定l ，则k 只有分立的几个解，分别表示为m =1,2,3……。光纤中的模式经常被称为LP lm ，LP 即线性极化的意思，阶跃折射率光纤中存在的模式结构如图4.5所示。这些典型的模式均是在V 为某一特定值的情况下画出的，V 的定义如下
()
2
/12
20cl
co n n a k V -= 4.3.30
其中最低阶模式LP 01模可以被近似看成是高斯光束；当V 在0到2.4之间取值时光线中只能存在一种模式，即LP 01模，这样的光线称为单模光纤，该光纤在通信领域起着非常重要的作用。 4.3.3声光衍射
作为最后一种光束在非均匀介质中传输的一个例子，我们将考虑声光衍射（AO ）。声和光之间的相互作用被称为声光效应。声光调制器由和压电传感器件相连的声学介质组成，通过压电传感器件的作用，电信号被转化成超声波信号，超声波在声学介质中传输，其频率与激发压电传感器件电信号频率相等。声波场将产生一个行波的压力场并变得比较稀薄，这将导致声学介质各处的折射率发生类似的扰动。声光调制器的作用如图4.6所示，它可以看成是一个周期为Λ的相位调制光栅。
众所周知，光栅可以将光分成不同的衍射级次。在声光调制器中，散射光或衍射光的方向是由光栅方程决定的
Λ+=/sin sin λφφm inc m 4.3.31
φm 是m 级衍射光的衍射角，φinc 是入射角，λ是介质中的光波长。相邻级次衍射光的夹角
是布拉格角φB 的2倍
02/2/sin k K B =Λ=λφ 4.3.32
k 0和k 分别是入射光和声波的波数。
图4.5 当V=8是在阶跃型折射率光纤中存在的几种最低阶模式的径向强度分布
一个对光场和声场相互作用更精确的解释看成是将其看成光子和声子的相互碰撞。光子和声子都具有能量和动量，先考虑经典情况，即平面光波和平面声波的相互作用。令声光调制器的宽度足够大来产生单频的平面声波波前。在光子和声子作用的过程中要遵守动量守恒和能量守恒定律。如果令入射光，散射光，声波的波矢分别为k 0, k +1和K ，如图4.7(a)所示，则动量守恒定律可以表示为
10+=+k K k
或者，也可以等效为
K k k +=+01 4.3.33
Ω+=+01ωω 4.3.34
ω0，Ω，ω+1分别为入射光，声波和散射光的角频率。上述声光作用被称为“上移作用”。因为K < K k k -=-01 4.3.35 Ω-=-01ωω 4.3.36 相应地，能量守恒定律为 Ψm 2 1 -1 图4.6 光波与声波在声光介质场中的相互作用。声场在介质中的传输为S=Re {S e (x, y)exp[ j (Ωt -Kx)]} 在实际应用过程中，入射光并不总是平面波而有可能是高斯光束。在这种情况下，入射光需要被分解成一系列的基元平面波以分析其与声波场的相互作用。显然，并不是所有的基元平面波都满足布拉格条件，比如，并不是所以的基元平面波都是以布拉格角度入射的。对于不满足布拉格条件的入射波，虽然衍射效应被削弱，但上移和下移的作用仍然存在。为了定量的分析衍射效应或者分析入射光波在行波场中的传输，需要利用波动方程，但同时还要考虑材料的不均匀性，就如同在光纤中的情况一样。由于声波的存在而引起材料折射率的不均匀性增加了分析的难度，但可以将该过程看成是光波的多普勒频移作用，如式4.3.34和4.3.36所示。 出发点是方程4.3.4，将其改写成如下形式 222 222)/(t v t ??'-=?-??ψεεψψ，),,(t z x ψψ= 4.3.37 ν是声光介质中的光速，ε是声光介质的介电常数，ε'表示由于声波的作用而产生的对介电 常数的微扰。假设所有光波场都在y 方向上偏振，如图4.6，则声光介质中的光波场可表示为 ()()[]{}∑--=m mz mx m m z k x k t j z x t z x ω?ψexp ,Re ),,( 4.3.38 图4.6表示任意光场Ψm 以布拉格角入射在声光介质中的散射。在4.3.38中，Ψm 代表第m 级散射光的复振幅或包络面，Ωm 是第m 级散射光的时间频率，k mx 和k mz 代表第m 级散射光x 和z 方向上的传输常数。通过将前面对声光效应讨论的最简单方法进行扩展，有 Ω+=m m 0ωω 4.3.39 同时，注意到k mx =k 0sin φm ，k mz =k 0cos φm 。 假设一振幅为Se (x , z )的声波在声光介质中沿x 轴正向传输，则有 ()()[]{}Kx t j z x S C e -Ω='exp ,Re εε 4.3.40 其中C 是声光作用常数，设S e(x , z )=A ，A 可简单认为是一复常数。将方程4.3.38和4.3.40代入方程4.3.37并且提取出系数exp[j(ω+mΩ)t ]，可以得到 z k k j A C k z k x k j x mz z m m m nx m nx m )(exp[){2/()(2)1(1* 202 2--+??+??-??--ψψψψ ]0]})(exp[)1(1=--+++z k k j A m z z m m ψ 4.3.41 图4.7 波矢量；(a)上移衍射，(b)下移衍射 上式中假设Ψm 是一个随z 变化而缓变的函数，最后在x 方向对4.3.41进行傅里叶变换，发现各级衍射光波的基元波谱Ψm 遵循以下规律 11002 2) 2(-+--+=??m m m z x x x m jE jD k k k k j z ψψψψ 4.3.42 其中 {}z jk CA K D m m ]cos [cos exp )4/(10*0φφ--=+ {}z jk CA K E m m ]cos [cos exp )4/(100φφ--=- 4.3.43 在方程4.3.2中，右侧括号中的第一项代表传输衍射效应，第二、三项代表声光相互作用。 对于所谓的布拉格角入射（φinc =+φB ），只有0级和-1级的衍射条纹存在，因而其“声光作用传递函数”的分析表达式可以确定。例如，如果限制只有两级，从4.3.42中可得 () 10002 022--+=??ψψψjE k k k k j z z x x x 4.3.44 () 01112122ψψψjD k k k k j z z x x x -+=??---- 4.3.45 上式中k 0x =k 0sin φB =-k -1x ，k 0z =k 0cos φB =k -1z ，常数D 和E 可以被简化成为D=k 0CA */4，E=k 0CA/4。 从方程4.3.44和4.3.45可得0级和-1级的声光作用传递函数的解析表达式 ()()??? ??+???? ? ?==22000202//cos 2exp ),(αk L k k k L k j L z k H x x x x () ()()()()2 2002 200002//2//sin /αα+++k L k k k L k k k L k k j x x x x x x 4.3.46 ()()()()()()2 2002 2 0002 12//2//sin 2exp 2/,ααα++????? ? ?==-k L k k k L k k k L k j j L z k H x x x x x x 4.3.47 上式中α=k 0C |A |L/2，代表光波在声光介质中传输距离为L 时其峰值点的相位延迟，注意到k 0x L /k 0=Q Λ/4π，Q 被称为Klein-Cook 参数。 4.3.46和4.3.47定义了入射光波在声光晶体中发生布拉格衍射时的声光传递函数。在声光晶体中传输距离L 时的衍射效应可以由相位项exp(j (k x )2L /(2k 0))表示，其余项表示声光作用的过程，方程4.3.46和4.3.47表示传输过程中的衍射效应由于声光相互作用的存在而减弱。 从4.8图给出了不同α值情况下0级和-1级的声光作用传递函数随空间频率k x 的变化曲线。未发生衍射的光波或者0级衍射光其空间频率表现出高通特性，而衍射光或者-1级表现出低通特性。通过改变α的值或声压的大小，可以实现对0级衍射光的高通滤波。 4.4波在非线性不均匀介质中的传输 到目前为止，我们对光波场传输及对其处理过程的研究仅限于线性介质。在本节，将对非线性光学的大部分进行简要的讨论。这将涉及到光场在非线性介质中的传输及其对介质的作用，首先将通过比较简单的方法来定性的介绍非线性的概念。一些非线性效应，例如二次谐波的产生，自折射效应，两个或者多个波的耦合，光学双稳态已经孤子在光纤中的传输等等。一些材料（如克尔介质）对光场产生瞬时响应，而另一些材料通过对其空间电荷缓慢的重新分配而产生非线性响应，例如光折射介质。 4.4.1克尔介质 传统意义上对非线性的描述是通过对非线性导致的介质极化或折射率的改变来描述的，极化强度P 是各分量P i （i=1, 2, 3）的叠加，其中P i 是电场强度E j 的泰勒级数展开 () NL i L i NL i j j ij l k j l k j ijkl k j k j ijk j j ij i P P P E E E E E E E P +=+=? ?? ? ??+++=∑∑∑∑000,,,0...εεχεχχχε 4.4.1 在方程4.4.1中，P i NL 代表极化率分量P i 的非线性极化部分。χij 是线性极化张量，χijk 和χijkl 是非线性极化张量。χijk 是二阶非线性系数，它的存在导致了线性电光效应，二次谐波和三波混频效应；χijkl 是三阶非线性系数，它引起三次谐波，更重要的是，它与克尔介质中的非线性折射率n 2有关。需要说明的是，上述张量在解释上述提到的一些非线性效应死有时是不必要的，但读者应该熟练掌握以备参考。 现在推导存在非线性极化P NL 的情况下电场矢量E 所满足的波动方程。P NL 的各个分量可以写成P i NL 。从麦克斯韦方程组出发，并结合下式 P E D +=0ε 4.4.2 可得 零阶传输函数|H 0(k x , z=L )|; 负一阶衍射的传输函数|H 0(k x , z=L )|; 图4.8 布拉格区域的传输函数 ()22022002 t t ??-??-=?-???=????P E E E E μεμ 4.4.3 类似于前面推导各向同性介质中波动方程的方法。对于无源区域，设▽·E =0,因而▽·D =0.上述情况仅在E 的方向与传输方向正交的情况下成立 2 202 002211t t ??-=?-??P E E εεμ 4.4.4 由4.4.1得 NL L P P P += 4.4.5 如果介质是在线性区域的各向同性，如χij =χ，其中χ代表线性极化则有 NL P E P +=χε0 4.4.6 4.4.3简化成 2 22 2221t v t NL ??-=?-??P E E ε 4.4.7 上式中 ()χεε+=10，ε μ021 = v 4.4.8 方程4.4.7通常被称为非线性光学方程，在最简单的情况下，即χijk =0，χijkl =χ1111=χ(3)以及E j,k,l =E 1=Ψ时，该非线性光学方程变为 2 32)3(02 222t v t ??-=?-??ψεχεψψ 4.4.9 假设 ()()()[]{}z k t j z y x t z y x e 00exp ,,Re ,,,-=ωψψ 4.4.10 正如方程 4.3.7，Ψe (x ,y ,z )是关于z 的缓变函数，若将上式代入 4.4.9并约掉系数exp[j (ω0t -k 0z)]，则可以得到 e e t e nk j jk z ψψψ020 21 /?-?= ?? 4.4.11 其中 22||e n n ψ=?，) 3(0 283χn n = 4.4.12 方程4.4.11具有与方程4.1.7相同的形式，这说明由三阶非线性效应引起的材料的不均匀性可以用分步传输法来进行数值分析。在有些情况下，方程4.4.11解的形式不随传输距离而改变，被称为空间孤立子。空间孤立子在一维情况下是稳定的，在二维情况下有圆对称性且是不稳定的。4.4.11被称为非线性薛定谔方程，重新定义变量之后该方程可以用来分析光脉冲在非线性光线中的传输。 假设Ψe 与z 无关，则有 ()()[]z j y x a z y x e κψ-=exp ,,, 4.4.13 代入4.4.11得到 3 200222a k a k a t --=?κ 4.4.14 考虑解是一维的情况，假设解仅与x 有关，则4.4.14变为 3 3002 222a k a k dx a d --=κ 4.4.15 上式的解a (x )具有如下形式 ()()Kx A x a h sec = 4.4.16 其中 2 /1022? ?? ? ??-=k n A κ，2 /1021? ??? ? ?-=k K κ 4.4.17 考虑物理上的合理性，有κ<0和n 2 >0，当n 2 >0时，折射率大的地方光波的振幅会更大，对于一个双曲余弦型函数包络面的光波来说，光束的中心遇到最大的折射率，然后离轴的程度逐渐减小，类似于渐变折射率光纤的情况。因此，非线性导致的不均匀性平衡了衍射效应，因而使得光束在传输过程中保持形状不变，如图4.9。 对于二维情况，即解与x 和y 有关时，只考虑径向对称的情况，拉普拉斯算符在极坐 标中可写为 dr d r dr d y x t 12222222 +=??+??=? 4.4.18 定义 图 4.9 归一化反双曲余弦函数。给出了空间孤子的一维横向分布 图4.10 方程4.4.20的数值解。给出了径向对称情况下几种最低级模式的振幅分布情况 a k n a ?22 /100? ??? ? ?-=κ，r k r ?212 /10? ??? ? ?-=κ 4.4.19 则方程4.4.14变为 0?????1??3 2 2=+-+a a r d a d r r d a d 4.4.20 该常微分方程（ODE ）没有解析解，由数值分析方法可得当r 趋近于∞时其解为0，如图4.10所示。由于模式数与a (0)有关，则上述方程的解会会呈现多模的特征，与4.3节中讨论的渐变折射率光纤的情况类似，上述解具有复杂的模式特征。 总的来说，任意形状的光束在三阶非线性介质中的传输没有解析解，必须采用数值分析的方法来研究其传输。下面给出的MA TLAB 程序即给出了上述情况的一个示例：采用4.2中所述的分步传输法，4.11(a)和4.11(b)给出了光束在x 和y 方向上的截面图，这种方法可以用来分析一维的波动方程。当光束界面轮廓很陡峭（可以达到波长量级）时，必须采用特殊的方法来分析光束的传输，其中的一个技巧是采用“全波长法”，目前该法尚在研究过程中。 4.4.2光折变介质 光折变效应的用途非常广泛，例如图像处理，光学互连，光学数据存储，光限制以及自陷相位变换器等等。当光反介质被一束光或者两束光的干涉图样所照射时，介质中对光照敏感的粒子将以扩散和重新结合的方式重新分布。这将建立一个由线性电光效应而产生的空间电荷场分布，进而产生一个与光强有关的折射率分布。 光折变介质中电荷的传输可以用Kukhtarev 方程组来描述，这里不再详细叙述。但对于扩散起主要作用的光折变介质来说，在空间电场E S (x ,y ,z )的作用下，由Kukhtarev 方程组可得到定态的常微分方程，这下微分方程的近似解可表示为 I s I e T k B s +?≈ /βE 4.4.21 其中e 为元电荷、k B 为波尔兹曼常量、T 代表温度、s 是单位光子能量的电离面积、β是发 图4.11 (a)初始高斯光束的横截面；(b)在克尔介质中传输的光束横截面 1 1.5 0.5 2.5 2 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 (a) 0 1 1.5 0.5 2.5 2 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 (b) 热率。在光束的强度由I 减至0时，β/s 这一项很重要，因为此时x 和y 的值很大，表示光束在光折变介质中沿z 的方向传输，I (x , y ; z )表示在光折变介质中z 的位置处光强在x , y 方向上的分布。对于光折变晶体中的平面偏振光（沿x 方向，如图4.12所示）来说，静电场使介质折射率产生了?n 的变化，本文中的光折变晶体为BaTiO 3晶体，由于线性电光效应，?n 可以由下式表示 ()sx e E r n z y x n θθθ23 0sin cos ,,,-≈? 4.4.22 上式中E sx 是E s 的x 分量，n 0是折射率，r e 是线性电光系数。θ的定义如图4.12所示. 由上可知，缓变近似下，光折变晶体中的光束传输可由下面的偏微分方程表示 e e t e nk j jk z ???020 21 /?-?= ?? 4.4.23 其中，?n 由方程4.4.21和4.2.22定义。 θ在40°左右时， 对称光束会产生不对称的折射率分布，从而导致远场时光束发生弯 曲和变形（又叫确定性光束展开理论）。然而，对于其他某些θ值，例如90°时，由该理论预言光束将会产生对称性的形状。与克尔介质相比，光折变介质中的光学非线性效应要复杂一些，例如，在克尔介质中，只有非对称的光束才会发生光束弯曲，而对称光束只会发生自聚焦或自散焦现象。 在本节剩余部分，将讨论光波的横截面在远场情况下的分布，假设入射光波为一高斯光束（其峰值强度为I 0，束腰半径为W ），照射到厚度为L 的光折变介质（BaTiO 3晶体）上。假设在没有光折变效应的情况下腰斑位于光折变介质的中间（z=L /2）位置。根据方程4.4.21-4.2.23，采用分部传输法，可以对光折变晶体中的光束传输进行数值分析。图4.13(a)和4.13(b)表示光波归一化的远场强度分布（设束腰半径为W ，功率P=πI 0W 2/2）。结果显示，在P 值非常高或非常低的情况下，光波的弯曲和变形都将变弱。定量分析表明，对于某些确定的P (例如1.5mW )，在W 很大的情况下（例如70μm 时），光波的弯曲和变形效应将可以忽略。这是因为在腰斑半径很大的情况下，所产生的折射率的改变量?n 很小，因此，根据方程4.4.21和4.2.22可知，光强的改变量也将减小。另外的，在腰斑半径足够小的情况下也可以有效地使光波产生小的形变，这是因为大的散射角使得光束宽度大大增加，从而降低了光折变效应。这说明晶体中光波的传输主要是由衍射效应控制的。上述分析表明，光束的弯曲和变形量随功率P 的改变并不容易被描述出来。对于较高和较低的光束功率，光波的变形都会减小。对于较小的功率值，折射率的该变量?n 很小，因此光强的 Fan 图4.12 光折变晶体BaTiO 3中的的光色散现象。 光轴在x-z 所在平面 改变量也很小。对于较大的功率值，由 I I I s I ?≈+?/β可知，光强的改变量与光束的峰值强 度无关，如果光束的峰值强度有所改变的话，光束的弯曲和形变是可以忽略的。 以方程4.4.21-4.2.23为基础的光折变效应原理可以分析光折变介质中双光束的耦合，相位匹配，全息记录和再现，图像处理（边缘增强效应和相关性）等一系列问题。 参考文献： Ting-Chung Poon, Partha P. Banerjee, “Optical Propagation in Inhomogeneous Media ”, Chapter 4, pp: 97-131, in book “Contemporary Optical Image Processing with MA TLAB ”, ELSEVIER, 2002 归一化的远场强度分布 归一化的远场强度分布 图4.13 入射到BaTiO 3晶体中的高斯光束的归一化远场分布。 1、以下哪一些不属于网络资源( C A、硬件资源 B、软件资源 C、人力资源 D、数据资源 2、国际标准化组织的英文简称为( A A、ISO B、OSI C、ICP D、ISP 3、以下哪一项不属于Internet的应用( C A、电子商务 B、信息发布 C、过程控制 D、电子邮件 4、以下哪一项不属于网络设备( D A、双绞线 B、网卡 C、集线器 D、网络操作系统 5、网络作用范围大约在几十至及千千米又称为远程网的网络为( D A、局域网 B、城域网 C、广域网 D、以上都不是 6、大部分的局域网都是采用以太网网卡,则其拓扑结构为( A A、星型 B、环型 C、总线型 D、网型 7、在数据传输中,DTE是指( A A、数据终端设备 B、数据传输率 C、数据电路终接设备 D、数据通信方式 8、以下哪一项不属于数据线路的通信方式( D A、单工通信 B、半双工通信 C、全双工通信 D、无线通信 9、数据传输方式不包括( D A、基带传输 B、频带传输 C、宽带传输 D、并行传输 10、数据传输中,传输延迟最小的是( A A、信元交换 B、分组交换 C、电路交换 D、报文交换 11、计算机网络通信系统是( D A、信号传输系统 B、电信号传输系统 C、模拟信号系统 D、数据通信系统 12、在数据传输中,需要建立连接的是( D A、电路交换 B、信元交换 C、报文交换 D、数据报交换 13、在ISO/OSI中,网络层属于( C A、第一层 B、第二层 C、第三层 D、第四层 14、OSI参考模型中,完成差错报告,网络拓扑结构和流量控制功能的是( A A、网络层 B、传输层 C、数据链路层 D、物理层 15、IEEE802工程标准中的802.3协议是( C A、令牌总线 B、局域网的互联标准 C、局域网的令牌环网标准 D、局域网的载波侦听多路访问标准 16、16 BASE-T通常是指( D A、粗缆 常见传输介质综合比较 名称及属性结构及材质组件功能功能特点传输距 离 适用范围 视频同轴电缆（内外由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆）金属导体 （铜芯钢芯） 视频流的传输单芯坚硬便 于成型 多芯柔韧 便于施工 -3为200 米 SYV电缆 抗干扰力 强，适用 于视频监 控， SYWV高 频传输能 力好，适 用于有线 电视 中继设备 需要用到 视频放大 器 电介体 (聚乙烯，氮气保护导线 确定阻抗 SYV100% SYWV20% （聚乙烯含 量）介电常数 分别是2.2,和 1.4 -5为300- 500米 屏蔽网 （铜质网，钢质网）信号地线 屏蔽干扰 高编低电阻 但200KHZ以 上无优势 -7为900米 保护层对内部成分保护容易受气温-9为1000米 （聚乙烯）日光的影响 宜外套PVC 关于同轴电缆的两种类型评价 从属性来看SYV和SYWV都属于同轴电缆 相同点是阻抗相同都属于75系列，并且护套，屏蔽层，绝缘层，材质，层数大体相当 不同点是由于材质的制作工艺不同使得SYV衰减值大于SYWV 备注： 阻抗：在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。 介电常数：是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。介电常数愈小绝缘性愈好。水的ε值特别大，10℃时为 83.83 名称及属性结构及材质组件功能功能特点传输距离适用范围 双绞线（是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕在一起而制成的一种通用配线）金属导体 （铜芯钢芯） 视频流的传输单芯坚硬便 于成型 以太网中传 输距离为 100米 适用于抗 干扰类远 距离类高 性价比类 的工程环 境 中继设备 需要用到 双绞线传 输器又名 双绞线收 发器 电介体保护导线定义阻抗单路无源传 输器达到 非均匀介质中光线的传输 4.1引言：傍轴方程 在第三章里，我们得到了在折射率为n 0=c /v 的均匀介质中传输光场的相位部分所满足的亥姆霍兹方程，其中c 为真空中光速，v 是光束在介质中的传输速度： 02 02 22 22 2=+??+ ??+ ??p p p p k z y x ????, v k 0 0ω= 4.1.1 如果把Ψp 写成 )exp(),,(),,(0z jk z y x z y x e p -=?? 4.1.2 并且假设Ψe 是z 的缓变函数，即 0/k z e e ?????? 4.1.3 就可得到Ψe 的傍轴波动方程 e t e jk z ??20 21 /?= ?? 4.1.4 其中，(?t )2 为横向拉普拉斯算子22 22y x ??+??，对方程4.1.4进行傅里叶变换得到以x ，y 为 变量的常微分方程 e y x e k k k j dz d Φ+=0 2 22) (? 4.1.5 解该方程课得到与下述方程类似的旁轴传输函数 ]2)(exp[ ),,(0 2 2k z k k j z k k H y x y x e += 4.1.6 当我们考虑光波在传播常数或者折射率是位置的函数的介质中传输时，这种折射率渐变效应是由材料本身的侧面（例如由折射率渐变光纤或介质的三阶非线性效应决定）或者三阶非线性效应导致的，傍轴方程可写成 e e t e nk j jk z ???020 21 /?-?= ?? 4.1.7 其中△n 是相对于主折射率n 0的偏离量。当传播常数或者波数是与位置（x , y , z ）有关的方程时，如光栅、光纤或者是折射率与光强有关的介质是，可以把标量波方程4.1.4进行修正得到4.1.7. 旁轴传输方程4.1.7是一个偏微分方程，不一定有解析解。但在某些特殊情况下，如△n 的空间变化率是确定的或者在非线性光学里，可以用精确的积分或者逆散射法寻找该 常见音视频信号的类型、传输介质、接头和接线标准常见视频信号的类型有：复合视频(Composite-Video)、超级视频(Super-Video)、模拟分量视频(RGBHV Video)、VGA视频(Video Graphics Array)、工作站视频(IBM PowerPC/Sun Color)、数字串行视频(Signal-Digital Interface)等视频格式。 常见音频信号的类型有：非平衡模拟音频(UnBalance Audio)、平衡式模拟音频(Analog Balance Audio)、非平衡数字音频(Digital Unbalance Audio)、平衡式数字音频(Digital Balance Audio)等格式。 常用接头有：BNC接头、莲花(RCA)接头、15针HD型接头、直型(TRS)接头、卡龙(XLR)接头。 下面我们简要介绍一下每种常见音视频信号的传输介质、接头和接线标准 1. 复合视频(Composite-Video) ?传输介质：单根带屏蔽的同轴电缆- 传输阻抗：75Ω ?常用接头：BNC接头、莲花(RCA)接头 ?接线标准：插针=同轴信号线，外壳公共地＝屏蔽网线(下图所示) 2. 超级视频(Super-Video) ?传输介质：两根带屏蔽的同轴电缆- 传输阻抗：75Ω ?常用接头：2×BNC接头、1×4针微型接头 ?接线标准：3脚插针=亮度(Y)信号线，4脚插针=色度(C)信号线1脚、2脚公共地＝屏蔽网线(下图所示) 3. 模拟分量视频(RGBHV Video) ?传输介质：3-5根带屏蔽的同轴电缆 ?传输阻抗：75Ω- 常用接头：3-5×BNC接头 ?接线标准：红色=红基色(R)信号线，绿色=绿基色(G)信号线，蓝色=蓝基色(B)信号线，黑色=行同步(H)信号线，黄色 教学目标 了解数据传输介质的概念及分类 了解网络中常用的传输介质 教学内容 传输介质的基本概念 传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。常用的传输介质可分为有线（双绞线、同轴电缆和光 纤）和无线两类。 双绞线 双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两类，可以用于传输模拟或数字信号，常用点到点连接，也 可用于多点连接。在三种有线传输介质中，双绞线的地理范 围最小、抗干扰性最低，但价格最便宜，是当前使用最普遍 的传输介质。 同轴电缆 同轴电缆有基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种基本类型。其中，基带同轴电缆用来传输数字信号，宽带同轴电 缆可以传输模拟或数字信号。同轴电缆可用于点到点连接或 多点连接。在三种有线传输介质中，同轴电缆的地理范围中 等、抗干扰性中等，价格也中等。 光纤 光纤分单模光纤和多模光纤两种，只能单向传输数字 信号，用于点到点连接。在三种有线传输介质中，光纤性能最好、传输距离长、不受电磁干扰或噪声影响、体积小、重量轻，但价格也是最高的。 无线介质 常用的无线介质是无线电波和微波等。无线传输不需铺设网络传输线，而且网络终端移动方便。其中，微波通信常用的有地面微波通信和卫星通信两种。 重点/难点 双绞线和光纤的特点及应用 传输介质的基本概念 传输介质基本概念 数据传输介质是指传送信息的载体，是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。因此，传输介质也称传输媒体、传输媒介或传输线路。 1. 传输介质的分类 通信介质分为有线介质和无线介质两大类。网络中常用的有线介质是双绞线、同轴电缆和光纤；常用的无线介质是无线电波、微波和红外线等。 2. 传输介质的特性 数据传输的质量除了与传送的数据信号及收发两端的设备特性有关外，还直接与通信线路本身的机械和电气特性有 《计算机网络》重修复习卷 一．判断题 1．计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物。（） 2．三网合一是指传统电信网、计算机互联网和有线电视网相互渗透和相互融合成为一体。（）3．网络协议的三要素是语义、语法和层次结构。（） 4．传输控制协议TCP属于传输层协议，而用户数据报协议UDP属于网络层协议。（） 5．局域网LAN是一种在有限的地理范围内将大量PC机及各种设备互联在一起实现数据传输和资源共享的计算机网络。（） 6．网卡目前常见的主要接口有双绞线的RJ-11接口、光纤接口和无线网卡。（） 7．电子邮件格式为：用户名@邮件服务器名。（） 8．IPv4中规定IP地址长度为32，而IPv6中的IP地址长度为128位。（） 9．域名与计算机必须是一一对应的，一台计算机只能有一个域名。（） 10．有杀毒软件再安装防火墙，就是多余的了。（） 11．计算机网络a发展过程从简单到复杂、从单机到多机、从终端到计算机之间通信，演变到计算机与计算机直接通信的过程。（） 12．网络软件包括网络操作系统、网络协议软件、网络应用软件。（） 13．路由器工作在数据链路层。（） 14．如果一台计算机可以喝其他地理位置的另一台计算机进行通信，这台计算机就是一个遵循OSI标准的开发系统。（） 15．在TCP/IP协议中，TCP提供可靠的面向连接的服务。（） 16．集线器的每一个端口有独立的带宽，而不是所有端口共享总的背板带宽。（） 17．域名结构为：主机名.单位名.类型名.国家代码。（） 18．一般一个局域网的默认网关就是路由器。（） 19．网络管理员不应该限制用户对网络资源的访问方式，网络用户应该可以随意访问网络的所以资源。（） 二．单项选择题 1．最先出现的计算机网络是（）。 A．APPANET B．Ethernet C．BITNET D．Internet 2．分布范围可达一个办公室、一幢大楼或一个校园内的网络一般称为（）。 A．局域网B．广域网 C．校园网D．城域网 1 常用无线网络通信技术解析 发表时间：2017-10-19T10:33:32.157Z 来源：《基层建设》2017年第17期作者：陶庆东 [导读] 摘要：随着我国信息技术不断发展，促进了无线网络通信技术的不断进步，出现了GPS检测、挖掘机器人设计等相关技术，在实际应用过程中，发挥了至关重要的作用，因此本文主要探讨了常用无线网络通信技术，旨在为相关工作者提供借鉴。 广东省电信工程有限公司广东东莞 523000 摘要：随着我国信息技术不断发展，促进了无线网络通信技术的不断进步，出现了GPS检测、挖掘机器人设计等相关技术，在实际应用过程中，发挥了至关重要的作用，因此本文主要探讨了常用无线网络通信技术，旨在为相关工作者提供借鉴。 关键词：无线网络；通信技术；分析 无线网络随着局域网的发展而不断发展，无线网络不需要进行布线，就可以实现信息传输，为人们的通信提供了较大的便利。无线网络不仅具有质量高的优点，同时还可以降低通信成本，所以在许多的领域中，都可以应用无线网络通信，以此提高各领域的工作效率，充分发挥无限网络的的应用优势。目前我国无线网络通信技术有很多种，与人们的生活也息息相关，所以应常用网线网络技术的深入的分析，以此不断提高无线网络通信技术水平。 1 无线广域网 无线广域网不仅可以实现与私人网络进行无线连接，同时还可以与遥远的观众进行无限连接。在无限广域网中，常使用的通信技术，主要有以下几种，GPS、GSM、以及3G，下面就针对这三种技术进行探讨。 1.1 GPS GPS是一项重要的定位技术，其主要基础为子午仪卫星导航系统，它可以在海陆空进行三维导航，同时还具有较强的定位能力，美国在1994年全面建成。GPS系统主要由GPS卫星星座、地面监控系统以及GPS信号接收机三部分组成，GPS系统的卫星共有24颗，它们在轨道平面上均匀分布，其主要负责两方面工作，其一是对卫星进行监控，其二计算卫星星历；对于GPS用户设备主要由两部分组成，一部分为GPS信号接收机硬件，另一部分为GPS信号接收机处理软件。GPS在工作过程中，通常利用GPS信号接收机，对GPS卫星信号进行接收，并对信号进行相应的处理，进行确定相关的信息，包括用户位置以及速度等等，以此实现GPS定位以及导航的目的。GPS系统具有一定的特点，包括操作简便、高效率以及多功能等，最初，在军事领域中应用GPS，随着GPS系统的不断发展，GPS应用范围越来越广，在民用领域中应用力度逐渐加大，特别是在工程测量中，可以实现全天候的准确监测，大大提高了工程测量的精度，促进工程测量的行业的不断发展。 1.2 GSM GSM是全球移动通信系统的简称，是蜂窝系统之一。GSM发展的较为迅速，在欧洲和亚洲，已经将GSM作为标准，目前在世界上许多的国家，都建立的GSM系统，这主要是因为GSM系统具有一定的优势，如稳定性强、通话质量高、以及网络容量等等，这主要是因为GSM系统在工作中，可以实现多组通话在同一射频进行，GSM系统一般主要有包括三个频段，即1800MHZ、900MHz以及1900MHz。 1.3 GPRS GPRS是指通用分组无线业务，它是一种新的分组传输技术，在应用过程中，GPRS具有较多的优点，包括广域的无线IP连接、接口传输速率块等等。在GPRS系统运行过程中，通过分组交换技术，一方面可以实现多个无线信号共一个移动用户使用，另一方面可以实现一个无线信道共多个移动用户使用。信道资源会在移动用户进行无数据传输过程中让出来，这样可以实现无线频带资源利用率的提升。 2 无线局域网 无线局域网主要指的网络传输主要通过无线媒介，包括无线电波以及红外线等。对于无线局域网通信技术覆盖范围，一般情况下，在半径100m左右，目前IEEE制订的无线局域网标准，主要采用的是IEEE802.11系列标准，对于网络的物理层，作出的主要规定，同时还规定了媒质访问控制层。该系列的标准有很多种，包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b等等,对此进行简单的介绍。 2.1 IEEE802.11 对于无线局域网络，最早的网络规定为IEEE802.11，2.4GHZ的ISM工作频段是其工作的主要频段，物理层主要采用技术主要有两项，即红外线技术、跳频扩频技术等等，主要能够解决两项问题，一种为办公室局域网问题，另一种为校园网络用户终端无线接入问题。IEEE802.11数据传输速率可以达到2Mbps，随着我国网络技术的发展，IEEE802.11也得到了研究和发展，陆续推出了IEEE802.11b和IEEE802.11a,其中陆续推出了IEEE802.11b的数据传输速率可以达到11Mbps，IEEE802.11a的数据传输速率可以达到54Mbps，以此满足不断发展的高带宽带网络应用的需要、 2.2 IEEE802.11b 在现实生活使用中，我们可以将IEEE802.11b称作为Wi-Fi，2.4GHz频带是IEEE802.11b工作主要的频带之一，物理层主要由支持两个速率，即5.5Mbps和11Mbps，IEEE802.11b传输速率会受许多因素的影响，包括环境干扰和传输距离等，传输速率可以进行相应的切换。直接序列扩频DSSS技术是IEEE802.11b主要采用的技术。对于IEEE802.11b，可以将其工作模式可以分为两种，一种为点对点模式，另一种为基本模式，其中点对点模式是指两个无线网卡计算机之间的相互通信；基本模式还包括两种通信方式，一种为无线网络的扩充的时的通信方式，另一种指的是有线网络并存时的通信方式。 2.3IEEE802.11a 在美国，IEEE802.11a主要有三个频段范围，即5.15-5.25GHz、5.725-5.825GHz，物理层和传输层的速率可以达到54Mbps和 25Mbps，正交频分复用的独特扩频技术是IEEE802.11a主要采用的技术，通过该技术，可以实现传输范围的扩大，同时对于数据加密，可以达到152位的WEP。 3 无线个域网 在网络架构的底层，设置无线个域网WPAN，一般点对点的短距离连接使用无线个域网。对于无线个域网，使用的通信技术包括红外、蓝牙以及UWB等等，对此下面进行详细的介绍和分析。 3.1 蓝牙 蓝牙作为一种短距离无线通信技术，主要应用小范围的无线连接。蓝牙技术的传输速率为1Mbps，有效的通信范围在10m-100m范围，2.4GHz频段是蓝牙运行的频段，传输速率可以通过GFSK调制技术来实现，同时通过FHSS扩频技术还可以将信道分成若个的时隙， 2015秋福师《计算机网络与通讯》在线作业一(96分) 一、单选题（共40 道试题，共80 分。） 1. “取值由每位开始的边界是否存在跳变决定，一位的开始边界有跳变代表0，无跳变代表1”描述的是____编码。 A. 曼彻斯特编码 B. 海明码 C. 不归零编码 D. 差分编码 满分：2 分 2. 计算机通信子网技术发展的顺序是（）。 A. A TM->帧中继->线路交换->报文组交换 B. 线路交换->报文组交换->帧中继->A TM C. 线路交换->帧中继->A TM->报文组交换 D. 线路交换->报文组交换->ATM->帧中继 满分：2 分 3. 下列有关网络拓扑结构的叙述中，正确的是 A. 星形结构的缺点是，当需要增加新的工作站时成本比较高 B. 树型结构的线路复杂，网络管理也较困难 C. 早期局域网中最普遍采用的拓扑结构是总线结构 D. 网络的拓扑结构是指网络结点间的分布形式 满分：2 分 4. 时分多路复用TDM可以传输（） A. 数字信号 B. 模拟信号 C. 数字和模拟信号 D. 脉冲信号 满分：2 分 5. E1载波的数据传输为（） A. 1.544Mbps B. 1Mbps C. 2.048Mbps D. 10Mbps 满分：2 分 6. 千兆位以太网标准是____。 A. IEEE 802.3u B. IEEE 802.3a C. IEEE 802.3i D. IEEE 802.3z 满分：2 分 7. 域名服务器上存放有internet主机的（）。 A. 域名 B. IP地址 C. 域名和IP地址 D. E-mail地址 8. 运输协议数据单元TPDU中字段LI为11111110，表示头部的字节长度为（）。 A. 254字节 B. 250字节 C. 252字节 D. 248字节 满分：2 分 9. 从通信协议的角度来看，路由器是在哪个层次上实现网络互联____。 A. 物理层 B. 链路层 C. 网络层 D. 传输层 满分：2 分 10. 时分多路复用TDM可以传输____ A. 数字信号 B. 模拟信号 C. 数字和模拟信号 D. 脉冲信号 满分：2 分 11. 按照OSI参考模型分层，其第2层，第4层分别为( ) A. 数据链路层，网络层 B. 数据链路层,传输层 C.网络层,会话层 D. 数据链路层,会话层 满分：2 分 12. 各计算机上的每个应用程序都必须有在该计算机内有的独特地址，以便在每个计算机的传输层上支持多个应用程序，该寻址过程称为（）。 A. 服务访问点 B. 数据传输 C. 网络层寻址 D. 协议数据单元 满分：2 分 13. 电气与电子工程师协会缩写是（）。 A. ECMA B. IEEE C. CCITT D. ANSI 满分：2 分 14. 下列哪一个关于信道的描述是错误的？ A. 模拟信道主要用于传送模拟信号 B. 数字信道主要用于传送数字信号 C. 数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送 D. 模拟信号不可能在数字信道上传送。 满分：2 分 3.2 传输介质 -------------------------------------------------------------------------------- 传输介质是网络中信息传输的媒体，是网络通信的物质基础之一。传输介质的性能特点对传输速率、通信距离、可连接的网络结点数目和数据传输的可靠性均有很大的影响，根据不同的通信要求，必须合理地选择传输介质。在网络中常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤和无线电等。 3.2.1双绞线 双绞线是最常用的传输介质，它是由两根绝缘的铜导线用规则的方法绞合而成，称为一对双绞线，如图3-4所示。通常把若干对双绞线(2对或4对)，捆成一条电缆并以坚韧的护套包裹着，以减小各对导线间的电磁干扰。每根铜导线的绝缘层上分别涂有不同的颜色，即橙白、橙、绿白、绿、蓝白、蓝、棕白和棕色，以便于用户区分不同的线对。双绞线绞合的目的是为了减少信号在传输中的串扰及电磁干扰。双绞线常用于模拟语音信号或数字信号的传输。 1. 双绞线的分类 双绞线是网络中最常用的传输介质，尤其在局域网方面。 ⑴根据屏蔽类型，双绞线分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)两大类。 ①非屏蔽双绞线 该类双绞线的外面只有一层绝缘胶皮，因而重量轻、易弯曲，安装、组网灵活，比较适合于结构化布线。在无特殊要求的小型局域网中，尤其在星型网络拓扑结构中，常使用这种双绞线电缆，如图3-5所示。 ②屏蔽双绞线 屏蔽双绞线的最大特点在封装在其中的双绞线与外层绝缘皮之间有一层金属材料，如图3-6所示。这种结构能减少辐射，防止信息被窃听，同时还具有较高的数据传输速率。如：5类屏蔽双绞线在100米内传输速率可达到155Mbps ，而同样条件下非屏蔽双绞线的传输速率只能达到100Mbps 。但由于屏蔽双绞线的价格相对较高，安装相对较困难，且必须采用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线高，因此屏蔽双绞线只使用在大型的局域网环境中。 ⑵根据传输数据的特点，双绞线又可分为3类、4类、5类和超5等类别。其特点及用途见表3-1。 表3-1 双绞线性能和用途 1. 如何确定入射面? 答：入射光与反射光以及法线共同构成的平面即入射面 2.什么是临界角?临界角是光疏到光密，还是光密到光疏时发生? 答：临界角就是全反射角，他指的是光线由光密介质入射到光疏介质时正好发生全反射时的入射角。 3.利用全反射现象能否产生圆偏振光? 答；利用全反射现象可以产生圆偏振光，一个偏振光在一定角度上经过两次全反射可以产生圆偏振光，菲涅耳棱镜就是利用这个原理所制成的。 4.解释反射系数及透射系数的概念。 答：当电磁波由一个磁导率为μ1、介电常数为ε1的均匀介质，进入另一个具有磁导率为μ2、介电常数为ε2的均匀介质时，一部分电磁波在界面上被反射回来，另一分电磁波则透射过去。反射波与透射波的振幅同入射波振幅之比，分别称之为反射系数与透射系数。 5.根据仿真曲线解释反射及透射光的相位变化规律。 答：图中反应了他们的相位的变化规律，例如图三所示在布儒斯特角处它的相位发生了π的跃变，而根据一个确定的波的表达式来看它是由余弦函数的的变化来确定的，而rp在菲涅耳表达式中是两个确定的余弦函数之比，所以rp由正变为负的时候，其中有一个余弦函数肯定相位发生了变化（奇变偶不变，符号看象限），且在布儒斯特角处，而在全反射角处也会发生变化，而且是逐渐变化的，这是因为当入射角逐渐增大的时候，它满足一个公式tan(fai/2)=-√((sin θ)^2-n^2)/cosθ),从公式可以看出相位会随着入射角的变化而渐变，当θ=π/2时，tan(fai/2)为无穷，所以fai=π。 6.试说明布儒斯特角的概念。 答：布儒斯特角，又称偏振角，是自然光经电介质界面反射后，反射光为线偏振光所应满足的条件。 7.试分析布儒斯特角与临界角哪个大。 答：临界角大于布儒斯特角，我们从它们的公式可以简单的推导出来，布儒斯特角为arctan(n2/n1),全反射角为arcsin(n2/n2), 假设n2/n1=x,因为有光密入射到光疏，所以n2>n1，因此x>1，此时布儒斯特角为arctan(x),全反射角为arcsin(x),我们对它两个同时求导得到：（arctan(x)）’=1/(1+x^2),而（arcsin(x)）’=1/√(1+x^2),由此我们可以得出全反射角公式的倒数大，也就是说，在相同变量的情况下它的数值大，从而我们也就说明了临界角大于布儒斯特角。 8.布儒斯特角都有哪些应用？ 答：布儒斯特角可以用于生产墨镜的技术中，可以利用一定的技术设计出让p分量尽量的多的透过墨镜，不至于反射光过强导致视线不明确等。 《2013年上学期高二网络期末试卷（A）》 适用范围：__________ 出题教师：__________ 试卷满分 100 分，考试时间 60 分钟；书写要工整、清楚、标点符号使用正确。 一、单选题，以下各题有多个选项，其中只有一个选项是正确的，请选择正确答案(本大题满分40分,每小题0.5分) 1. 在下列传输介质中，采用RJ-45头作为连接器件的是（）。 A. 双绞线 B. 细同轴电缆 C. 光纤 D. 粗同轴电缆 2. ATM可以大大提高广域网的传输速率，但必须使用的传输介质是（）。 A. 细同轴电缆 B. 光纤 C. 粗同轴电缆 D. 双绞线 3. 一种直径为（50~100）um的柔软、能传导光信号，主要材料有石英、多组分玻璃纤维、塑料制作而成的传输介质是（） A. 粗同轴电缆 B. 双绞线 C. 激光 D. 光纤 4. 以下（）设备属于网络设备。 A. 打印机 B. 集线器 C. 扫描仪 D. U盘 5. 在中继系统中，中继器处于（） A. 物理层 B. 网络层 C. 高层 D. 数据链路层 6. 计算机网络中，能够实现数字信号转换成模拟信号或模拟信号转换成数字信号的设备是（）。 A. 调制解调器 B. 路由器 C. 中继器 D. 集线器 7. 调制解调器的功能是（）。 A. 模拟信号与数字信号的转换 B. 模拟信号放大 C. 数字信号的编码 D. 数字信号整形 8. 假如网卡中心连接器为BNC,请问网络的传输介质为（）。 A. 粗缆 B. 光纤 C. 双绞线 D. 细缆 9. 在下列传输介质中，对于单个建筑内的局域网来说，性能价格比最高的是（）。A．双绞线 B.同轴电缆 C.光纤 D.无线介质 10. 10Base-T标准规定连接节点与集线器的非屏蔽双绞线的距离最长为（）m。 A. 50 B. 500 C. 100 D. 185 11. 每个以太网拥有全球唯一的MAC地址，为网络上的计算机提供了一个有效的识别标志，它是一个长度为48位的（）。 A. 十六进制数 B. 八进制数 C. 十进制数 D. 二进制数 12. 下列（）传输介质的带宽最宽，信号衰减最小，抗干扰性最强。 A. 微波 B. 同轴电缆 C. 光纤 D. 双绞线 13. 在不同网络之间实现数据帧的存储转发，并在数据链路层进行协议转换的网络设备称为（） A. 网桥 B. 中继器 C. 路由器 D. 转换器 常见的网络传输介质及其工作特点 现在比较常见的有： 电话线，价格便宜、安装方便，使用DSL技术的情况下可以传输较长距离（例如ADSL的有效距离就有5公里），一般用于宽带网最后一公里的连接。 光纤：价格相对较贵，传输距离很远（单模光纤可以连接到40公里以上），一般用于广域网、城域网、省际骨干网。 双绞线 （1）工作原理：双绞线是现在最普通的传输介质，它由两条相互绝缘的铜线组成，典型直径为1毫米。两根线绞接在一起是为了防止其电磁感应在邻近线对中产生干扰信号。外面再用朔料套套起来。 （2）分类： 非屏蔽双绞线：无屏蔽层，一般由4对双绞线对组成，最长100米，有较好的性价比，被广泛使用。分为1，2，3，4，5，超5类。3类用于10MBPS的传输；5类100MBPS以上的网连接。 屏蔽双绞线：具有一个金属甲套，一般由2对双绞线组成，最长为十几千米，抗干扰性好，性能高，成本高，没有被广泛使用。对电磁干扰具有较强的抵抗能力，适用于网络流量较大的高速网络协议应用。屏蔽双绞线可分为6类、7类双绞线分别可工作于200MHz和600MHz的频率带宽之上，且采用特殊设计的RJ45 插头(座)。 [解释两个个概念]频率带宽(MHz)与线缆所传输的数据的传输速率(Mbps)是有区别的——Mbps衡量的是单位时间内线路传输的二进制位的数量，MHz衡量的则是单位时间内线路中电信号的振荡次数。 同轴电缆 （1）概念：由同轴的内外两条导线构成，内导线是一根金属线，外导线是一条网状空心圆柱导体，内外导线有一层绝缘材料，最外层是保护性塑料外套。金属屏蔽层能将磁场反射回中心导体，同时也使中心导体免受外界干扰，故同轴电缆比双绞线具有更高的带宽和更好的噪声抑制特性。 （2）分类： 一种为50Ω(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比)同轴电缆，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；分为：粗缆最大距离为2500米，价格高。 细缆按最大长度为185米。 另一种为75Ω同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。但需要安装附加信号，安装困难，适用于长途电话网，电视系统，宽带计算机网 3）缺点： 由于物理可靠性不好，易受干拢，由双绞线替代 网络拓扑结构及其特点、IP地址、网络协议 网络拓扑结构 计算机网络中，通信处理机通过线路相互连接成通信子网。人们借用拓扑学的概念，将通信处理机称为节点，将通信线路称为链路，将节点和链路连接的几何构型称为网络的拓扑结构。网络拓扑结构是决定网络性能的主要因素，构造网络时首先要选择合适的网络拓扑结构来物理连接所有的节点及计算机系统。 常见的网络拓扑结构有总线型、环型、星型、树型、网状结构等。 总线型结构 优点：结构简单，价格低廉、安装使用方便。 缺点：故障诊断和隔离比较困难。 环型结构 优点：简化了路径选择控制，传输延迟固定。实时性强。 第一章 光的波动性 波动性（干涉，衍射）， 粒子性（光电效应） §1.1 均匀介质中传输的光波 一、平面波 1、表示式 光波是电磁波，用随时间变化的电场E 和磁场H 表示。如果光波沿z 方向传播，一种最简单的表示式为 )cos(00φω+-=kz t E E （1.1－1） 描述的是一个在无穷大介质中沿z 方向传播的行波。 E 0：振幅， ω ：随时间变化的角频率， k: 传播常数或波数， λ π 2= k λ：光的波长 0φ：初相位 ， 令 0φωφ+-=kz t 波的相位 由电磁场理论可知，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，因此式（1.1－1）表示的电场总是伴随着一个具有相同频率和相同传播常数的磁场，磁场的表示式与电场相同。一般情况下，研究的是光与非导电介质的相互作用，虽然磁场与电场有很密切的关系，但光场一般指电场。 指数形式 )(e x p 00φω+-=kz t i E E （1.1－2） 实际情况应取实部 )](exp Re[00φω+-=kz t i E E （1.1－3） 为矢量，称为波矢，其数量大小等于传播常数，λ π 2=k ，其方向代表波的传 输方向。 如果电磁场沿任意的一个方向传输，方向由表示，位移矢量为的任意一点的电场为 )(exp 00φω+?-=t i E E （1.1－4） 其中'kr =?。从图中可看出，'r 是在方向上的投影，如果沿z 方向， 某一时刻 kz =?。 在xyz 坐标系中，可表示成 k k k z y x ++= z z y y x ++= x 、y 、z 为单位矢量。 z k y k x k z y x ++=? 2、平面波的性质 在无穷大的介质中传播 1） E 和H 互相正交，且垂直于波矢量。 2）在与垂直的平面上，波的相位相等，称为等相面，即0φωφ+-=kz t ＝常数。此平面又称为波前。 3）等相面上的电场为常数，且与传输距离无关。 3、相速度：等相面的传播速度 等相面 0φωφ+-=kz t ＝常数 在时间间隔t ?内此等相面移动距离z ?，其速度为t z ??/， 相速度 νλωω=++=== 2/1222) (z y x p k k k k dt dz v （1.1－5） ν：光的频率，πνω2= 4、相位差： 距离为z ?的两点的相位差 z z k ?= ?=?λ π φ2 如果m πφ20或=?，m 为整数，此两点的相位相等。 二、发散波 如果不考虑介质的吸收，平面波振幅与距离无关， 传输介质的种类及性 能 传输介质的类型及主要特性 网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。 （1）有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。 （2）无线传输介质指我们周围的自由空间。我们利用无线电波在自由空间的传播可以实现多种无线通信。在自由空间传输的电磁波根据频谱可将其分为无线电波、微波、红外线、激光等，信息被加载在电磁波上进行传输。 不同的传输介质，其特性也各不相同。他们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响！ 传输介质特性 任何信息传输和共享都需要有传输介质，计算机网络也不例外。对于一般计算机网络用户来说，可能没有必要了解过多的细节，例如计算机之间依靠何种介质、以怎样的编码来传输信息等。但是，对于网络设计人员或网络开发者来说．了解网络底层的结构和工作原理则是必要的，因为他们必须掌握信息在不同介质中传输时的衰减速度和发生传输错误时如何去纠正这些错误。本节主要介绍计算机网络中用到的各种通信介质及其有关的通信特性。 当需要决定使用哪一种传输介质时，必须将连网需求与介质特性进行匹配。这一节描述了与所有与数据传输方式有关的特性。稍后，将学习如何选择适合网络的介质。通常说来，选择数据传输介质时必须考虑５种特性（根据重要性粗略地列举）：吞吐量和带宽、成本、尺寸和可扩展性、连接器以及抗噪性。当然，每种连网情况都是不同的；对一个机构至关重要的特性对另一个机构来说可能是无关重要的，你需要判断哪一方面对你的机构是最重要的。 1．吞吐量和带宽 在选择一个传输介质时所要考虑的最重要的因素可能是吞吐量。吞吐最是在一给定时间段内介质能传输的数据量，它通常用每秒兆位（ 1 000 000位）或M b p s进行度量。吞吐量也被称为容量，每种传输介质的物理性质决定了它的潜在吞吐量。例如，物理规律限制了电沿着铜线传输的速度，也正如它们限制了能通过一根直径为1英寸的胶皮管传输的水量一样，假如试图引导超过它处理能力的水量这种胶皮管，最后只能是溅你一身水或胶皮管破裂而停止传输水。同样，如果试图将超过它处理能力的数据量沿着一根铜线传输，结果将是数据丢失或出错。与传输介质相关的噪声和设备能进一步限制吞吐量，充满噪声的电路将花费更多的时间补偿噪声，因而只有更少的资源可用于传输数据。带宽这个术语常常与吞吐量交换使用。严格地说，带宽是对一个介质能传输的最高频率和最低频率之间的差异进行度量；频率通常用H z表示，它的范围直接与吞吐量相关。例如，若F C C通知你能够在8 7 0 ~ 8 8 0 M H z之间传输无线信号，那么分配给你的带宽将是1 0 M H z。带宽越高，吞吐量就越高，如图4 - 5所示。图4 - 5中的情形是由于在一给定的时间段内，较高的频率能比较低频率传输更多的数据。在本章的后面部分，将介绍最通用的网络介质的吞吐量特性。 2．成本 不同种类的传输介质牵涉的成本是难以准确描述的。它们不仅与环境中现存的硬件有关，而且还与你所处的场所有关。下面的变量都可能影响采用某种类型 《计算机网络技术》总复习题（及答案）二 第1部分：单选题 1.1、下列选项中不是广域网的是（C）。 A.X.25 B.ISDN C.FDDI D.DDN 1.2、ISDN网络通常由（A）构成。 A.用户网 B.本地网 C.长途网 D.短途网 1.3、帧中继是由（A）发展而来的。 A.X.25 B.ISDN C.FDDI D.以上都不是 1.4、DDN不具有的特点是（B）。 A.带宽利用率高 B.永久性的数字连接 C.速度快、延迟较短 D.传输质量高 1.5、IEEE802工程标准中的80 2.11协议是（D）。 A.局域网的网络互连标准 B.局域网的令牌环网标准 C.局域网的载波侦听多路访问标准 D.局域网的无线网络标准 1.6、（D）下列哪个是采用的铜线传输介质。 A.10BASE-F B.1000BASE-SX C.1000BASE-LX D.1000BASE-CX 1.7、模拟信号采用模拟传输时采用下列哪种设备以提高传输距离（C）。 A.中继器 B.放大器 C.调制解调器 D.编码译码器 1.8、下列有关光纤通信的说法不正确的是（B）。 A.目前生产的光导纤维，可传输频率范围为1014~1015Hz B.由于光纤采用的是光谱技术，所以没有泄漏信号，可以在干扰信号很强的环境中工作。 C.光纤在任何时间都只能单向传输，因此要实行双向通信，心须成对出现 D.目前常用的光纤大多采用超纯二氧化硅制成，具有很高的性能价格比 1.9、在下列传输介质中，对于单个建筑物内的局域网来说，性能价格比最高的是（A）。 A.双绞线 B.同轴电缆 C.光缆 D.无线介质 1.10、数据在传输中产生差错的重要原因是（B）。 A.热噪声 B.脉冲噪声 C.串扰 D.环境恶劣 1.11、下列传输介质中采用RJ-45头制作连接器件的是（A）。 A.双绞线 B.细缆 C.光纤 D.粗缆 1.12、5类UTP双绞线规定的最高传输特性是（C）。 A.20Mbps B.20MHz C.100Mbps D.100MHz 1.13、下面哪个不是防火墙在网络系统中的作用（D） A.控制进出网络的信息流向和信息包 B.提供使用及流量的日志和审计 C.隐藏内部IP地址及网络结构的细节 D.防止局域网内部的入侵 1.14、在设置堆叠式集线器时，连接电缆已经连接到其中一台集线器的“UP”端，则该连接电缆的另一端应连接到另一台堆叠式集线器的（B）端口。 A. UP B. DOWN C. UPLink D. 普通端口 1.15、在设置堆叠式集线器时，连接电缆已经连接到其中一台集线器的“UP”端，则该连接电缆的另一端应连接到另一台堆叠式集线器的（B）端口。 A. UP B. DOWN C. UPLink D. 普通端口 1.16、因特网中最基本的IP地址分为A、B、C三类，其中C类地址的网络地址占（D）个字节。 A.4 B.1 C.2 D.3 1.17、下列四项中，合法的IP地址是（C）。 A.190.110.5.311 B.123,43,81,227 C.203.45.3.21 D.94.3.2 三种：包括双绞线、同轴电缆、光纤 特点和特性： 双绞线： l）最常用的传输介质 2）由规则螺旋结构排列的2 根、4 根或8 根绝缘导线组成 3）传输距离为100m 4）局域网中所使用的双绞线分为二类：屏蔽双绞线（STP ）与非屏蔽双绞线；根据传输特性可分为三类线、五类线等 同轴电缆： l ）由内导体、绝缘层、外屏蔽层及外部保护层组成 2 ）根据同轴电缆的带宽不同可分为：基带同轴电缆和宽带同轴电缆 3 ）安装复杂，成本低 光纤： 1 ）传输介质中性能最好、应用前途最广泛的一种 2 ）光纤传输的类型可分为单模和多模两种 3 ）低损耗、宽频带、高数据传输速率、低误码率、安全保密性好 最早的有铜轴电缆,分为粗缆和细缆,优点：价格便宜,容易安装；缺点：传输距离短,抗干扰性能差. 现在流行双绞线和光纤,特点分别如下： 双绞线分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）,屏蔽双绞线（STP）的特点是抗干扰性能好,传输距离中等,但是对安装（接地）的要求比较高. 非屏蔽双绞线（UTP）的特点是,安装简单,传输距离较长,但是抗干扰性不好,容易受到强磁 场或电场的干扰. 光纤的特点是,传输距离远,抗干扰性能强,保密性好,安装调试稍微复杂,价格昂贵. 网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。 （1）有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。 （2）无线传输介质指我们周围的自由空间。我们利用无线电波在自由空间的传播可以实现多种无线通信。在自由空间传输的电磁波根据频谱可将其分为无线电波、微波、红外线、激光等，信息被加载在电磁波上进行传输。 不同的传输介质，其特性也各不相同。他们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响！这些特性是： a、物理特性。说明传播介质的特征。 b、传输特性。包括信号形式、调制技术、传输速度及频带宽度等内容。 c、连通性。采用点到点连接还是多点连接。 d、地域范围。网上各点间的最大距离。 e、抗干扰性。防止噪声、电磁干扰对数据传输影响的能力。 f、相对价格。以元件、安装和维护的价格为基础。 双绞线用做远程中续线，最大距离可达15公里；用于100Mbps局域网时，与集线器最大距离为100米。 同轴电缆由内导体，外屏蔽层，绝缘层，外部保护层。 分为：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。 单信道宽带：宽带同轴电缆也可以只用于一条通信信道的高速数字通信。 光纤电缆简称为光缆。 由光纤芯，光层与外部保护层组成。 在光纤发射端，主要是采用两种光源：发光二极管LED与注入型激光二极管ILD。 光纤传输分为单模和多模。区别在与光钎轴成的角度是或分单与多光线传播。 单模光纤优与多模光纤。 电磁波的传播有两种方式： a 是在空间自由传播，既通过无线方式。 Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术 本栏目责任编辑：冯蕾 第8卷第5期(2012年2月) 常用无线通信技术简介 陈高锋 （杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100） 摘要：随着社会的不断进步和发展，通信与交流已经成为人们工作和生活中非常重要的部分，无线通信技术以其成本低、扩展性好、使用方便等优势，近些年而得到了长足的发展和广泛的应用。该文从远距离和近距离两个方面分别介绍了常用的无线通信技术。关键词：无线通信；远距离；短距离 中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)05-1062-03 Introduction to Wireless Communication Technology Used CHEN Gao-feng （Yangling Vocational&Technical College,Yangling712100,China） Abstract:With the continuous progress and development，communication and exchange of work and life has become a very important，wireless communications technology with its low cost,scalable,easy to use and other advantages,and in recent years has been considerable development and a wide range of applications.In this paper,both distance and close-introduced the popular wireless communication tech?nology. Key words:wireless communication;long distance;short distance 无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年，在信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。无线通信技术自身有很多优点，成本较低，无线通信技术不必建立物理线路，更不用大量的人力去铺设电缆，而且无线通信技术不受工业环境的限制，对抗环境的变化能力较强，故障诊断也较为容易，相对于传统的有线通信的设置与维修，无线网络的维修可以通过远程诊断完成，更加便捷；扩展性强，当网络需要扩展时，无线通信不需要扩展布线；灵活性强，无线网络不受环境、地形等限制，而且在使用环境发生变化时，无线网络只需要做很少的调整，就能适应新环境的要求。 1常用的远距离无线通信技术 目前偏远地区广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。它主要使用在较为偏远或不宜铺设线路的地区，如：煤矿、海上、有污染或环境较为恶劣地区等。 1.1GPRS/CDMA无线通信技术 GPRS(通用无线分组业务)是由中国移动开发运营的一种基于GSM通信系统的无线分组交换技术，是介于第二代和第三代之间的技术，通常称为2.5G。它是利用“包交换”概念发展的一种无线传输方式。包交换就将数据封装成许多独立的包，再将这些包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹，其优势在于有资料需要传送时才会占用频宽，而且是以资料量计价，有效的提高网络的利用率。GPRS网络同时支持电路型数据和分组交换数据，从而GPRS网络能够方便的和因特网互相连接，相比原来的GSM网络的电路交换数据传送方式，GPRS的分组交换技术具有实时在线、按量计费、高速传输等优点[1]。 CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，是由中国电信运行的一种基于码分技术和多址技术的新的无线通信系统，其原理基于扩频技术。其最早是由于军事上对高质量无线通讯技术的需要而开发设计。CDMA在数据传送过程中，将数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使数据信号的带宽被扩展，然后经载波调制将数据发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，进行相反过程的处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号从而进行解扩，以实现数据传输。其特点是抗干扰能力强、抗衰落能力强、信号隐蔽性强、抗截获的能力强、可以多用户同时接收发送。 1.2数传电台通信 数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。数传电台的工作频率大多使用220～240MHz或400～470MHz频段，具有数话兼容、数据传输实时性好、专用数据传输通道、一次投资、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优点。数传电台的有效覆盖半径约有几十公里，可以覆盖一个城市或一定的区域[2]。数传电台通常提供标准的RS-232数据接口，可直接与计算机、数据采集器、RTU、PLC、数据终端、GPS接收机、数码相机等连接。传输速率从9600到19200bps，误码低于10-6(-110dBm时)，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全 收稿日期：2012-01-15 作者简介：陈高锋（1976-），男，陕西杨凌人，讲师，硕士研究生，主要从事程序设计，嵌入式系统等方面的教学研究工作。 E-mail:info@https://www.doczj.com/doc/0610622084.html, https://www.doczj.com/doc/0610622084.html, Tel:+86-551-56909635690964 ISSN1009-3044 Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术 Vol.8,No.5,February2012 1062数据通信基础练习题(含答案).
常见传输介质综合比较_百度文库.
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