第三章：傳輸通道介紹 1教育部資通訊科技人才培育先導型計畫

通訊原理

第三章：傳輸通道介紹

第三章：傳輸通道介紹 2教育部資通訊科技人才培育先導型計畫

內容有線通道 ( 電纜、光纖 )

無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

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3.1 有線通道 ( 電纜、光纖 )雙絞線 (Twisted Pair)

雙絞線包含有二條絞在一起、互相絕緣的導線，對絞的主要目的是減少每對雙絞線之間的電磁干擾 (Electromagnetic Interference, EMI) 。

雙絞線依組成方式，可分為無遮蔽式雙絞線 (Unshieled Twisted Pair,

UTP) 及遮蔽式雙絞線 (Shieled Twisted Pair, STP) 兩種。遮蔽式雙絞線，是絞線多了一層金屬遮蔽物及一條接地銅線，因此有較好的防止雜訊、電磁波干擾能力，但是價格較為昂貴。

雙絞線依照所使用的線材不同而有不同的傳輸效能，目前最普遍的是類 (Category) 5 ， 速度可達 100 Mbps ，而 Category 6 用於 1000Bas

eT 網路，速度可達 1000 Mbps ，在特定的實驗狀況下甚至可達到 2.4

Gbps 。

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表 3-1 雙絞線的線材等級

等級 傳輸速率 常見用途Category 1 2 Mbps 語音通訊Category 2 4 Mbps 語音通訊、 4Mbps記號環 (Token Ring)網

路Category 3 16 Mbps 10BaseT、 16Mbps記號環網路Category 4 20Mbps 100BaseT4、 16Mbps記號環網路Category 5 100 Mbps 100BaseTX

Category 5e 1000 Mbps 1000BaseT

Category 6 2400 Mbps 1000BaseT

3.1 有線通道 ( 電纜、光纖 )

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同軸電纜 (Coaxial Cable)

同軸電纜可區分為基頻帶同軸電纜 (50 歐姆 ) 和寬頻帶同軸電纜 (75 歐姆 ) 兩種阻抗規格。

基頻帶同軸電纜 (Baseband Coaxial Cable )

可分為細同軸電纜和粗同軸電纜兩種，都可用於直接傳輸數位信號 。電纜較粗可傳送距離較遠，傳輸頻寬也較高。

傳輸速率約為 10~100Mbps 。

傳輸的距離可達數公里 ( 依照纜線粗細而定，一般約為 2.5 公里 ) 。

3.1 有線通道 ( 電纜、光纖 )

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寬頻帶同軸電纜 (Broadband Coaxial Cable)

用於分頻多工的類比信號傳輸，也可用於不使用分頻多工的高速數位信號和類比信號傳輸。

頻寬約為 300~750MHz 。傳輸的距離可達數十公里，有線電視 (Cable Television, CATV) 最遠可

達 80 公里。

3.1 有線通道 ( 電纜、光纖 )

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3.1 有線通道 ( 電纜、光纖 )

圖 3-1 同軸電纜依結構區分 (a) 中空式 (b) 可彎曲式

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光纖 (Optical Fiber)

光纖有極大的通信頻寬，頻寬可達 20 GHz 以上。

光纖傳遞的是光訊號，因此沒有電磁波干擾的問題。 訊號衰減率非常低。 光纖的類型有單模光纖及多模光纖。單模光纖 (Single Mode Fiber, SM

F) 的軸芯直徑較細，約 5 ~ 10 微米，適合長距離傳輸，價格昂貴，散射率小，傳輸效能極佳。多模式光纖 (Multi Mode Fiber, MMF) 的軸芯直徑約 50 ~ 100 微米，適合短距離傳輸，價格較低，傳輸效率略差於單模式光纖。

3.1 有線通道 ( 電纜、光纖 )

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 ) 微波 (Microwave)

微波的頻率範圍在 1GHz ～ 40GHz 之間。微波是直線傳播的，具有直接視線 (line-of-sight) 的特性，即傳送與接

收端之間不能存有障礙物體阻隔，才能收到良好訊號。微波常用於不適合鋪設電纜的情況，如：人煙稀少地區的電話服務，

或都市裏兩點之間的視訊、數據通信。微波傳輸的衰減必須考慮所使用的傳輸頻帶、距離、氣候 ( 下雨 ) 、

等因素。

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衛星通訊 (Satellite Communication)

3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

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衛星通訊是把訊號傳送上衛星，再由衛星轉送下來，由地面上的天線接收訊號。

由於衛星通訊的傳輸距離很長，會導致較長的傳播時間延遲 (long prop

agation delay) 。微波傳輸的衰減必須考慮所使用的傳輸頻帶、距離、氣候 ( 下雨 ) 、

等因素。

3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

表 3-3 衛星通訊的傳輸頻率波段

波段 上行頻率 (GHz) 下行頻率 (GHz)

L 1.6465~1.66 1.545~1.5585

C 5.925~6.425 3.7~4.2

Ku 14.0~14.5 11.7~12.2

Ka 27.5~30.5 17.7~21.7

衛星通訊的上行 (uplink) 傳輸與下行 (downlink) 傳輸通常使用不同的頻率，才不會相互干擾。

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衛星軌道可分為：赤道軌道、極軌道、傾斜軌道。依衛星高度可分為：高軌道（ High Earth Orbit, HEO）、中軌道（ Me

dium Earth Orbit, MEO）、低軌道（ Low Earth Orbit, LEO） 。同步衛星 (synchronous satellite) 為赤道軌道衛星，衛星繞行地球的周期

為 24 小時，與地球維持同步的旋轉。只要在赤道上空 35785.6 公里（地球半徑 6378 公里 ) 放置三顆同步衛星，就能夠覆蓋整個地球表面 (除了兩極地區 ) 。目前在國內所使用的小耳朵、中耳朵與大耳朵都是以同步衛星來傳輸，亦稱為直播衛星 (direct broadcast satellite, DBS) 。例如：日本的百合二號與大陸亞衛一號。

3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

標準：銥（ Iridium）： 755km, 66, TDD/TDMA/FDMA, 1998.

全球星（ Globalstar）： 1390km, 48, CDMA, 1999.

Odyssey ： 10355km, 12, CDMA.

Immarsat （ ICO ）： 10400km, 10, TDMA, 2000.

ACeS （亞洲通公司）： 36000km, 1, TDMA, 1999.

Teledesic ： 700km, 840, FDMA, TDMA, 2002.

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

低軌道衛星通信 銥計畫

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

通訊系統中使用的頻譜

頻率分類

特低頻(VLF)

頻率範圍

3-30千赫

波長範圍

100,000~10,000 公尺

傳播特性

1. 電波沿地球表面行進， 可達長距離通信2. 終年衰減小，可靠性高3. 利用電離層與地表面形 成的導層傳至遠距離4. 地波與天波並存5. 使用垂直天線

代表性用途

1. 極長距離點與點間之通信2. 航海及助航3. 感應式室內呼叫系統

低頻(LF)

30-300千赫 10,000~1,000 公尺

1. 長距離點與點之通信2. 航海及助航3. 感應式室內呼叫系統

中頻(MF)

300~3000千赫

1000~100 公尺

1. 電波於日間沿地球表面 行進，達較短距離2. 夜間若干電能靠 E 層反 射達較長距離3. 天波、地波並存4. 日間及夏季衰減較夜間 及冬季為大5. 使用垂直天線

1. 中波廣播2. 航空及航海通信3. 無線電定位4. 固定行動業務5. 海洋浮標6. 業餘通信

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

頻率分類

高頻(HF)

頻率範圍

3-30兆赫

波長範圍

100~10 公尺

傳播特性

1. 電波利用電離層 ( 特別是 F 層 )反射 ( 一次或多次 反射 ) 以達遠距離2. 傳播情況隨季節及每日 時間變化頗大3. 利用天線指向性，可收 小功率達長距離之通信 效果4. 通達距離隨頻率及發射 角之不同而異5. 太陽黑子數越多，電離 層密度越大，位置較高 ，最高可用頻率 (MUF) 亦加高，通信距離越長 ，反之相反6. 地波距發射機不遠即消 失7. 使用水平天 線

代表性用途

1. 長距離點與點通信及廣播2. 業餘通信3. 無線電天文4. 標準頻時信號5. 航空行動 6. 短波廣播7. 民用無線電

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

頻率分類

特高頻(VHF)

頻率範圍

30-300兆赫

波長範圍

10~1公尺

傳播特性

1. 穿越電離層，較不受其 影響2. 以空間波作視距 (line- of-sight) 通信3. 20-65MHz 間利用 E 層散 射達視距外通信4. 使用垂直及水平天線 (水平天線較多 )5. 接近直線傳輸

代表性用途

中距離通信、雷達、調頻廣播、電視、導航、業餘、無線電叫人、各種陸地行動通信

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

頻率分類 頻率範圍 波長範圍 傳播特性

1. 視距通信2. 以空間波接近直線傳輸3. 1000MHz 以上微波： (1) 使用定向反射面、反射 網、喇叭型、拋物面反 射式及平面天線等 (2) 恆向地面彎曲進行 (3) 使用線上保護、熱待接 保護及分集式保護等鏈 路保護方式 (4) 方向性極高，波束極狹 (5) 發射功率小 (6) 如光波性質，遇阻礙 即被吸取 (7) 10GHz 以上頻率愈高 ，受雨點、霧．雪、 雹及空氣中氣體之吸 收愈大 (8) 利用對流層散射可達 遠距離

代表性用途

短距離通信、中繼系統、電視、衛星氣象、天文、業餘無線電定位、助航太空研究、地球探測、公眾行動電話、有線電話無線主副機、計程車無線電話

極高頻(SHF)至高頻(EHF)

3-300秭赫 10~0.1公分

微波中繼、各種雷達、衛星通信、衛星廣播、無線電天文

超高頻(UHF)

300-3,000兆赫

100~10公分

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3.2 無線通道 ( 微波、衛星通訊 )

Transmission medium Frequency Loss, dB/km

Open-wire pair (0.3 cm diameter) 1 KHz 0.05

Twisted-wire pair (16 gauge) 10 KHz100 KHz300 KHz

236

Coaxial cable (1 cm diameter) 100 KHz1 MHz3 MHz

124

Coaxial cable (15 cm diameter) 100 MHz 1.5

Rectangular waveguide (5×2.5cm) 10 GHz 5

Helical waveguide (5 cm diameter) 100 GHz 1.5

Fiber-optic cable GHz 1

表 3-2 傳輸損耗