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1、第第8章章 传输介质与传输特性传输介质与传输特性8.1双绞线双绞线8.1.1双绞线概述双绞线概述1绞线分类绞线分类 双绞线电缆按其结构是否有金属屏蔽层，可分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类，其中STP外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输速率，但价格较高，安装也比较复杂；UTP为无金属屏蔽材料，只有一层绝缘胶皮包裹，价格相对便宜，组网灵活。除某些特殊场合（如受电磁辐射严重、对传输质量要求较高等）在布线中使用STP外，一般情况下都采用UTP。8.1双绞线双绞线8.1.1双绞线概述双绞线概述2双绞线类型双绞线类型 随着网络技术的发展和应用需求
2、的提高，双绞线介质标准也得到了逐步发展与提高，从最初的一、二类双绞线，发展到今天的七类双绞线。在发展过程中，传输带宽和速率也相应得到了提高，可以支持吉比特以太网的传输。8.1双绞线双绞线8.1.2 超五类双绞线超五类双绞线虽然双绞线的类型目前已有七大类，在实际企业局域网组建中，目前主要应用的还是中间两大类，即五类和六类。一些大型企业网络为了支持10吉比特网络会采用七类线，该网络构建成本昂贵，一般企业目前无法采用。在五类和六类中又可细分为五类、超五类、六类、超六类4种。这4种双绞线性能差别不大。在局域网组建中基本上都采用非屏蔽双绞线。超五类双绞线与五类双绞线一样，也有屏蔽双绞线（STP）与非屏蔽
3、双绞线（UTP）两类，企业局域网的组建基本都采用非屏蔽双绞线布线系统。在超五类非屏蔽布线系统中，通过对它的链接和信道性能测试表明，其性能超过了ANSI/EIA/TIA-568标准中的五类线要求。与普通五类UTP比较，超五类UTP在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比4个主要指标上都有较大的改进，但带宽仍为100MHz。8.1双绞线双绞线8.1.3 六类双绞线六类双绞线1六类线标准简介六类线标准简介（1）六类电缆传输频率为1250MHz。（2）六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供两倍于超五类的带宽。（3）六类与超五类的一个重要的不同点在于，改善了在串扰及
4、回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。（4）六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星型的拓扑结构，要求的布线距离为，永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。（5）在新标准中增加了电信布线设计原理、安装准则与现场测试组件规范、传输性能、系统模型和用于验证电信布线系统的测量程序。（6）在性能测试方面增加了“插入损耗”项目，用来表示链路与信道上的信号损失量。（7）在测试参数方面，新增“传播延时”和“传播延时差”，前者表示传播信号延长时间，后者表示最快线对与最慢线对发送信号延时差的尺度。8.1双绞线双绞线8.1.3 六类双绞线六类双绞
5、线2六类双绞线简介六类双绞线简介六类、超六类双绞线与五类、超五类线在外观上没有太大的区别，都是4对8芯电缆，但六类和超六类双绞线要稍粗些。同样，六类双绞线也有屏蔽双绞线（STP）与非屏蔽双绞线（UTP）两类。六类线除了像五类线那样具有用单一屏蔽层包裹4对芯线的屏蔽线以外，还有一种既采用统一屏蔽层，又在各芯线对分别采用一个屏蔽层的双屏蔽线。在七类线中就全采用这种双屏蔽的屏蔽双绞线。双屏蔽双绞线主要用于对性能和安全性要求较高的领域，如吉比特或10吉比特以太骨干网，或者一些特殊的行业，如电信、证券和金融等。8.1双绞线双绞线8.1.3 六类双绞线六类双绞线3六类线标准所带来的好处六类线标准所带来的好
6、处六类线标准的出台，使得用户综合布线投资大大降低，编码调制变得更容易，消除了以往六类线必须统一的弊端，布线性能指标也得到了很大提高。首先，使用六类布线带来的最大好处是用户可以大大减少在网络设备端的投资，包括网卡和交换机等。更重要的是，编码调制变得更加容易。还有，六类线的布线性能指标也有了较大程度的提高，对衰减、近端串扰、综合近端串扰、远端串扰、综合等效远端串扰、回波损耗等指标提出了更高的要求，因而在布线系统性能上已大大优于超五类布线系统。但是，六类线并不是必需的，即现有的五类线系统不必全部转换成六类线系统。用户是否要立即采用新的六类线系统，也要区别对待。8.1双绞线双绞线8.1.4 七类双绞线
7、七类双绞线1七类线标准特点七类线标准特点（1）七类线具有更高的传输带宽，支持最高600MHz（2）七类布线系统与以前的布线系统不同，采用的不再是廉价的非屏蔽双绞线，而是采用双屏蔽的双绞线（3）在网络接口上有较大变化8.1双绞线双绞线8.1.4 七类双绞线七类双绞线2七类线的主要优势七类线的主要优势（1）至少600MHz的传输带宽（2）节约成本（3）应用广泛8.1双绞线双绞线8.1.5 双绞线传输特性与测试双绞线传输特性与测试 1双绞线的传输特性双绞线的传输特性双绞线既可以用于传输模拟信号，也可以用于传输数字信号，特别适用于较短距离的信息传输。双绞线上直接传送数字信号时，使用T1线路的总数据传输
8、速率可达1.544Mbit/s，达到更高数据传输率也是可能的，但与距离有关。如在电话线上传输的ADSL数据信号传输速率就可达到8Mbit/s，而在专门的局域网双绞线中，目前最高的传输速率可达1000Mbit/s。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。只要精心选择和安装双绞线，就可以在有限距离内达到每秒几百万位的可靠传输率。当距离很短，并且采用特殊的电子传输技术时，传输率可达100Mbit/s155Mbit/s。由于利用双绞线传输信息时要向周围幅射电磁波，信息很容易被窃听，因此要花费额外的代价加以屏蔽。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹，以减小幅射，但并不能完全消除辐射。8.
9、1双绞线双绞线8.1.5 双绞线传输特性与测试双绞线传输特性与测试 2双绞线的主要测试指标双绞线的主要测试指标（1）衰减（Attenuation），衰减是沿链路的信号损失度量。（2）近端串扰（NEXT），近端串扰损耗是测量一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合。（3）直流电阻，直流环路电阻会消耗一部分信号，并将其转变成热量。（4）特性阻抗，特性阻抗是指链路在规定工作频率范围内呈现的电阻。（5）衰减串扰比（ACR），衰减串扰比的定义为：在受相邻发信线对串扰的线对上其串扰损耗（NEXT）与本线对传输信号衰减值（A）的差值（单位为dB），即ACR(dB)=NEXT(dB)-A(dB)（6）电缆
10、特性（SNR），通信信道的品质是由它的电缆特性（SNR）描述的。除以上测试指标，传播时延（T）、线对间传播时延差、回波损耗（RL）、链路脉冲噪声电平等指标也会对双绞线传输造成一定影响。8.1双绞线双绞线8.1.6 与双绞线相关的网络连接设备与双绞线相关的网络连接设备 1双绞线连接器双绞线连接器（1）RJ-45信息模块，RJ-45信息模块主要是连接设备间和工作间使用的。超五类屏蔽与非屏蔽信息模块，这种信息模块满足超五类传输标准要求，分屏蔽与非屏蔽系列，采用扣锁式端接帽作保护，适用于设备间与工作区的通信插座连接。这类信息模块可应用于ISDN、ATM155/622Mbit/s、1000Mbit/s以
11、太网等工作区终端连接及快捷式配线架连接。六类信息模块，综合布线六类系统是一个强调物理层传输能力的结构化布线系统，因此六类信息模块多数采用电脑微调和电容补偿技术，提供具有高性能、高余量的六类指标。六类信息模块主要应用于ATM622Mbit/s、2.4Gbit/s、1000Mbit/s以太网等工作区终端连接及快捷式配线架连接。其较超五类模块有更大的传输带宽，更优越的性能，适用于数据传输量大，对网络的可靠性要求高的布线场所。8.1双绞线双绞线8.1.6 与双绞线相关的网络连接设备与双绞线相关的网络连接设备 1双绞线连接器双绞线连接器（2）RJ-45水晶头，RJ-45水晶头用于数据电缆的端接，实现设备
12、、配线架模块间的连接及变更8.1双绞线双绞线8.1.6 与双绞线相关的网络连接设备与双绞线相关的网络连接设备 2双绞线配线架双绞线配线架配线架是管理子系统中最重要的组件，是实现垂直干线和水平布线两个子系统交叉连接的枢纽。配线架通常安装在机柜或墙上。通过安装附件，配线架可以全线满足UTP、STP、同轴电缆、光纤的需要。在网络工程中常用的配线架有双绞线配线架和光纤配线架。在此先介绍双绞线配线架。双绞线配线架的作用是在管理子系统中将双绞线进行交叉连接，用在主配线间和各分配线间。双绞线配线架的型号很多，每个厂商都有自己的产品系列，并且对应三类、五类、超五类、六类和七类线缆分别有不同的规格和型号，在具体
13、项目中，应参阅产品手册，根据实际情况进行配置。8.1双绞线双绞线8.1.6 与双绞线相关的网络连接设备与双绞线相关的网络连接设备 3跳线设备跳线设备跳接设备主要功能是将传输介质连接到跳接器上。通过跳线将传输介质互相连接起来。跳线可采用颜色和标号加以识别。跳接设备主要指各种类型的110型交接硬件系统，其中比较重要的部件有110C连接块、110型插接线等。8.1双绞线双绞线8.1.6 与双绞线相关的网络连接设备与双绞线相关的网络连接设备 4端子设备端子设备端子设备主要包括各种类型的信息插座、缆线接头和插头。除了模块化插座之外，还有与之配套使用的多功能适配器、面板与表面安装盒，以及多功能适配器等。8
14、.2 同轴电缆同轴电缆 同轴电缆是早期构建的总线拓扑结构计算机网络多数采用的传输介质。同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体（铜网）和一根位于中心轴线的内导线（电缆铜芯）组成，并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开。电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小。常用于传送多路电话和闭路电视等。同轴电缆外部设有密闭的金属或塑料护套，以保护缆芯免遭外界侵害和损伤。同时它具有寿命长、容量大、传输稳定、外界干扰小、维护方便等特点。8.2 同轴电缆同轴电缆 同轴电缆根据其直径大小可以分为：同轴电缆根据其直径大小可以分为：（1）粗缆（RG-11）的直径为1.27cm，最大传输距离
15、达到500m。粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高，由于安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置，但粗缆网络必须安装收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。粗缆的阻抗是75。（2）细缆的直径为0.26cm，最大传输距离185m。细缆安装则比较简单，造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头（BNC），然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一。细缆的阻抗是50。无论是粗缆还是细缆均为总线拓扑结构，即一根缆上接多部主机，这种拓扑适用于主机密集的环境，但是当一触点发生故障时，故障会串
16、联影响到整根缆上的所有主机。故障的诊断和修复都很麻烦，因此，已逐步被非屏蔽双绞线或光缆取代。8.3 光光 缆缆8.3.1 光缆的结构光缆的结构1缆芯缆芯通常由涂覆光纤、缓冲器和加强件等部分组成。涂覆光纤是光缆的核心，决定着光缆的传输特性。缓冲器即放置涂覆光纤的塑料缓冲保护层。分为紧套管缓冲和松套管缓冲两种类型。光缆通常包含一个或几个加强件。其功能是为了在牵引时，使光缆有一定的抗拉程度。加强件通常处在缆芯中心。有时配置在护套中。加强件通常用钢丝或非金属材料如芳纶纤维等做成。2护套光缆最外层是光缆的护套。它是非金属元件，其作用是将光缆的部件加固在一起，保护光纤和其他光缆部件免受损害。通常的护套由聚
17、乙烯或聚氯乙稀（PE或PVC）和铝带或钢带构成。8.3 光光 缆缆8.3.1 光缆的结构光缆的结构8.3 光光 缆缆8.3.2 光缆的种类光缆的种类1按光纤的传输模式分类按光纤的传输模式分类按光纤的传输模式，光纤分为单模光纤和多模光纤：单模光纤主要用于长距离通信，纤芯直径很小，其纤芯直径为8-10m，而包层直径3000为125m。由于单模光纤的纤芯直径接近一个光波的波长，因此光波在光纤中进行传输时，不再进行反射，而是沿着一条直线传输。正由于这种特性使单模光纤具有传输损耗小、传输频带宽、传输容量大的特点。在没有进行信号增强的情况下，单模光纤的最大传输距离可达3000m，而不需要进行信号中继放大。
18、多模光纤的纤芯直径较大，不同入射角的光线在光纤介质内部以不同的反射角传播，这时每一束光线有一个不同的模式，具有这种特性的光纤称为多模光纤。多模光纤在光传输过程中比单模光纤损耗大，因此传输距离没有单模光纤远，可用带宽也相对较小些。8.3 光光 缆缆8.3.2 光缆的种类光缆的种类2按缆芯结构分类按缆芯结构分类（1）中心管（束管）式光缆的松套光纤（单纤芯或多纤芯）无绞合直放在光缆的中心位置，这种位置最有利于减少光缆弯曲造成的损耗。（2）层绞式光缆是指紧套光纤或松套光纤螺旋绞合在中心加强元件上的光缆。（3）骨架式光缆是指一次涂覆光纤或二次被覆紧套光纤轻放入骨架槽中构成的光缆。上述三种结构的光缆，均可
19、以用带状光纤来制成。其中，纤芯数最多的是层绞式光缆，其次是骨架式光缆，最少的是中心管式光缆。8.3 光光 缆缆8.3.2 光缆的种类光缆的种类3按光纤数目分类按光纤数目分类 按光纤芯数目不同，光缆可分为单芯光缆和带状（多芯）光缆。带状光缆结构类似于非带状光缆，分为中心管式、松套层绞式和骨架式三大类，其基本单元是由带状光纤构成。带状光纤是分别由2根、4根、6根、8根、10根、12根、24根紫外光固化光纤，按一定色标排列组成的平行的光纤带。8.3 光光 缆缆8.3.2 光缆的种类光缆的种类4按敷设方式分类按敷设方式分类按光缆敷设方式不同，光缆可分为架空光缆、管道光缆、埋式光缆、水底光缆和海底光缆。
20、由于光缆的敷设方式不同，对光缆提出的机械特性就不同。国标GB/T13993.2-1999中对架空、管道和埋式光缆的机械特性作了精确要求。8.3 光光 缆缆8.3.3 光缆的传输特性与测试光缆的传输特性与测试1光纤的数值孔径（光纤的数值孔径（NA）它代表光纤芯子与包层之间的折射率差，是光纤一个最重要的基本特性。NA是反映光纤芯子包层折射率关系的参数，折射率差越大，NA越大，光纤可以接收并传播的光越多，即与光纤可传播的模数成正比。因此在某种意义上数值孔径表示了光纤集光的能力。8.3 光光 缆缆8.3.3 光缆的传输特性与测试光缆的传输特性与测试2传输损耗传输损耗这是光纤一项重要的光学特性，是指光信
21、号的能量从发送端经过光纤传输后到接收端的衰减程度。它很大程度上决定了传输信号所需中继的距离。引起光纤损耗的原因主要有两大类：一类材料吸收、另一类是散射损耗，此外还有光纤的结构缺陷等。吸收损耗是由SiO2材料的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的Rayleigh散射和由光纤结构缺陷（如气泡等）引起的散射产生的。光纤结构缺陷，如芯子包层界面不光滑、气泡、应力、直径的变化和轴线弯曲等也会引起光纤的传输损耗，所以提高光纤结构的完美和一致性是拉纤工艺的重要任务之一。光纤的损耗是以每公里分贝（dB/km）来计量。石英光纤有3个低损耗波长区0.85m、1.3m、1.55m
22、，氟化物光纤的损耗更低。对应于这些低损耗波长，选用适当的光源可以降低光能的损耗。8.3 光光 缆缆8.3.3 光缆的传输特性与测试光缆的传输特性与测试3传输带宽传输带宽它表示光纤的传输速率，主要受到光纤色散的限制。当光脉冲沿光纤传播时，每个脉冲都会随着距离的增加而展宽，最后相邻的脉冲发生重迭，这就限制了光纤传送信息的速率，限制了光纤传输带宽，导致光脉冲展宽的机理是光纤的色散，包括材料色散、波导色散和模色散。8.3 光光 缆缆8.3.4 与光缆相关的网络连接设备与光缆相关的网络连接设备1光纤连接器光纤连接器（1）光纤连接器的性能。光学性能，对于光纤连接器的光性能方面的要求，主要是插入损耗和回波损
23、耗这两个最基本的参数。插入损耗（InsertionLoss）即连接损耗，是指因连接器的导入而引起的链路有效光功率的损耗。插入损耗越小越好，一般要求应不大于0.5dB。回波损耗（ReturnLoss，ReflectionLoss）是指连接器对链路光功率反射的抑制能力，其典型值应不小于25dB。实际应用的连接器，插针表面经过了专门的抛光处理，可以使回波损耗更大，一般不低于45dB。互换性、重复性，光纤连接器是通用的无源器件，对于同一类型的光纤连接器，一般都可以任意组合使用，并可以重复多次使用，由此而导入的附加损耗一般都在小于0.2dB的范围内。抗拉强度，对于做好的光纤连接器，一般要求其抗拉强度应不
24、低于90N。温度，一般要求，光纤连接器必须在40+70的温度下能够正常使用。8.3 光光 缆缆8.3.4 与光缆相关的网络连接设备与光缆相关的网络连接设备1光纤连接器光纤连接器（2）部分常见光纤连接器。按照不同的分类方法，光纤连接器可以分为不同的种类，按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；按结构的不同可分为FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT等各种型式；按连接器的插针端面可分为FC、PC（UPC）和APC；按光纤芯数分还有单芯、多芯之分。在实际应用过程中，一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。随着光纤通信技术不断的发展，特别是高速局域网和光接入网的
25、发展，光纤连接器在光纤系统中的应用将更为广泛。同时，也对光纤连接器提出了更多的、更高的要求，其主要的发展方向是：外观小型化、成本低廉化，而对性能的要求越来越高。8.3 光光 缆缆8.3.4 与光缆相关的网络连接设备与光缆相关的网络连接设备2光纤配线架光纤配线架光纤配线架是光缆传输系统中一个重要的配套连续设备，主要功能包括：光缆的固定，保护和接地；光缆纤芯与尾纤的熔接；光路的调配并提供测度端口；冗余光纤及尾纤的存储管理。它对于光缆通信网络安全运行和灵活配置有着重要的作用。8.3 光光 缆缆8.3.4 与光缆相关的网络连接设备与光缆相关的网络连接设备3光信号转换器件光信号转换器件光信号转换器件主要有光开关和光纤耦合器。光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的光学器件。本本 章章 小小 结结本章主要介绍了综合布线系统中常用的几种主要的传输介质（主要有双绞线、同轴电缆和光缆），并给出了这些传输介质的种类、电气特性以及连接这些线缆的主要设备，可以为工程技术人员在网络综合布线系统的设计和施工中选择传输介质提供帮助。