有線傳輸通信工程設(shè)計(jì)

有線傳輸介質(zhì)是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)的物理連接部分，它能將信號(hào)從一方傳輸?shù)搅硪环?，有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線(五類、六類)、同軸電纜(粗、細(xì))和光纖(單模、多模)。雙絞線和同軸電纜傳輸電信號(hào)，光纖傳輸光信號(hào) .

雙絞線:雙絞線(Twisted Pair)是由兩條相互絕緣的導(dǎo)線按照一定的規(guī)格互相纏繞(一般以逆時(shí)針纏繞)在一起而制成的一種通用配線，屬于信息通信網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。雙絞線過去主要是用來傳輸模擬信號(hào)的，但現(xiàn)在同樣適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。

雙絞線分為屏蔽雙絞線(Shielded Twisted Pair，STP)與非屏蔽雙絞線(Unshielded Twisted Pair，UTP)

1)一類線(CAT1):線纜最高頻率帶寬是750kHZ，用于報(bào)警系統(tǒng)，或只適用于語音傳輸(一類標(biāo)準(zhǔn)主要用于八十年代初之前的電話線纜)，不同于數(shù)據(jù)傳輸。

2)二類線(CAT2):線纜最高頻率帶寬是1MHZ，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見于使用4MBPS規(guī)范令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌網(wǎng)。

3)三類線(CAT3):指目前在ANSI和EIA/TIA568標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜，該電纜的傳輸頻率16MHz，最高傳輸速率為10Mbps(10Mbit/s)，主要應(yīng)用于語音、10Mbit/s以太網(wǎng)(10BASE-T)和4Mbit/s令牌環(huán)，最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為100m，采用RJ形式的連接器，目前已淡出市場(chǎng)。

4)四類線(CAT4):該類電纜的傳輸頻率為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps(指的是16Mbit/s令牌環(huán))的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和 10BASE-T/100BASE-T。最大網(wǎng)段長(zhǎng)為100m，采用RJ形式的連接器，未被廣泛采用。

5)五類線(CAT5):該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，線纜最高頻率帶寬為100MHz，最高傳輸率為100Mbps，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100BASE-T和1000BASE-T網(wǎng)絡(luò)，最大網(wǎng)段長(zhǎng)為100m，采用RJ形式的連接器。這是最常用的以太網(wǎng)電纜。在雙絞線電纜內(nèi)，不同線對(duì)具有不同的絞距長(zhǎng)度。通常，4對(duì)雙絞線絞距周期在38.1mm長(zhǎng)度內(nèi)，按逆時(shí)針方向扭絞，一對(duì)線對(duì)的扭絞長(zhǎng)度在12.7mm以內(nèi)。

6)超五類線(CAT5e):超5類具有衰減小，串?dāng)_少，并且具有更高的衰減與串?dāng)_的比值(ACR)和信噪比(Structural Return Loss)、更小的時(shí)延誤差，性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)(1000Mbps)。

7)六類線(CAT6):該類電纜的傳輸頻率為1MHz~250MHz，六類布線系統(tǒng)在200MHz時(shí)綜合衰減串?dāng)_比(PS-ACR)應(yīng)該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超五類標(biāo)準(zhǔn)，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用。六類與超五類的一個(gè)重要的不同點(diǎn)在于:改善了在串?dāng)_以及回波損耗方面的性能，對(duì)于新一代全雙工的高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，優(yōu)良的回波損耗性能是極重要的。六類標(biāo)準(zhǔn)中取消了基本鏈路模型，布線標(biāo)準(zhǔn)采用星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，要求的布線距離為:永久鏈路的長(zhǎng)度不能超過90m，信道長(zhǎng)度不能超過100m。

8)超六類或6A(CAT6A):此類產(chǎn)品傳輸帶寬介于六類和七類之間，500MHz，目前和七類產(chǎn)品一樣，國(guó)家還沒有出臺(tái)正式的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，只是行業(yè)中有此類產(chǎn)品，各廠家宣布一個(gè)測(cè)試值。

9)七類線(CAT7):帶寬為600MHz，可能用于今后的10吉比特以太網(wǎng)。

通常，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所使用的是3類線和5類線，其中10 BASE-T使用的是3類線，100BASE-T使用的5類線。

目前，雙絞線可分為非屏蔽雙絞線(UTP=UNSHILDED TWISTED PAIR)和屏蔽雙絞線(STP=SHIELDED TWISTED PAIR)。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁鉑包裹，以減小輻射，但并不能完全消除輻射，屏蔽雙絞線價(jià)格相對(duì)較高，安裝時(shí)要比非屏蔽雙絞線電纜困難。

同軸電纜:同軸電纜從用途上分可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜(即網(wǎng)絡(luò)同軸電纜和視頻同軸電纜)。同軸電纜分50Ω 基帶電纜和75Ω寬帶電纜兩類?；鶐щ娎|又分細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜?；鶐щ娎|僅僅用于數(shù)字傳輸，數(shù)據(jù)率可達(dá)10Mbps。

同軸電纜由里到外分為四層:中心銅線，塑料絕緣體，網(wǎng)狀導(dǎo)電層和電線外皮。電流傳導(dǎo)與中心銅線和網(wǎng)狀導(dǎo)電層形成的回路。因?yàn)橹行你~線和網(wǎng)狀導(dǎo)電層為同軸關(guān)系而得名。

同軸電纜傳導(dǎo)交流電而非直流電，也就是說每秒鐘會(huì)有好幾次的電流方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

如果使用一般電線傳輸高頻率電流，這種電線就會(huì)相當(dāng)于一根向外發(fā)射無線電的天線，這種效應(yīng)損耗了信號(hào)的功率，使得接收到的信號(hào)強(qiáng)度減小。

同軸電纜的設(shè)計(jì)正是為了解決這個(gè)問題。中心電線發(fā)射出來的無線電被網(wǎng)狀導(dǎo)電層所隔離，網(wǎng)狀導(dǎo)電層可以通過接地的方式來控制發(fā)射出來的無線電。

同軸電纜也存在一個(gè)問題，就是如果電纜某一段發(fā)生比較大的擠壓或者扭曲變形，那么中心電線和網(wǎng)狀導(dǎo)電層之間的距離就不是始終如一的，這會(huì)造成內(nèi)部的無線電波會(huì)被反射回信號(hào)發(fā)送源。這種效應(yīng)減低了可接收的信號(hào)功率。為了克服這個(gè)問題，中心電線和網(wǎng)狀導(dǎo)電層之間被加入一層塑料絕緣體來保證它們之間的距離始終如一。這也造成了這種電纜比較僵直而不容易彎曲的特性。

同軸電纜(Coaxial)是指有兩個(gè)同心導(dǎo)體，而導(dǎo)體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜。最常見的同軸電纜由絕緣材料隔離的銅線導(dǎo)體組成，在里層絕緣材料的外部是另一層環(huán)形導(dǎo)體及其絕緣體，然后整個(gè)電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護(hù)套包住。

有線傳輸介質(zhì)同軸電纜的得名與它的結(jié)構(gòu)相關(guān)。同軸電纜也是局域網(wǎng)中最常見的傳輸介質(zhì)之一。它用來傳遞信息的一對(duì)導(dǎo)體是按照一層圓筒式的外導(dǎo)體套在內(nèi)導(dǎo)體(一根細(xì)芯)外面，兩個(gè)導(dǎo)體間用絕緣材料互相隔離的結(jié)構(gòu)制選的，外層導(dǎo)體和中心軸芯線的圓心在同一個(gè)軸心上，所以叫做同軸電纜，同軸電纜之所以設(shè)計(jì)成這樣，也是為了防止外部電磁波干擾異常信號(hào)的傳遞。

同軸電纜分為細(xì)纜:RG-58 和粗纜RG-11 兩種。

細(xì)纜的直徑為0.26厘米，最大傳輸距離185米，使用時(shí)與50Ω終端電阻?如圖5 、T型連接器(如圖6)、BNC接頭與網(wǎng)卡相連，線材價(jià)格和連接頭成本都比較便宜，而且不需要購置集線器等設(shè)備，十分適合架設(shè)終端設(shè)備較為集中的小型以太網(wǎng)絡(luò)。纜線總長(zhǎng)不要超過185米，否則信號(hào)將嚴(yán)重衰減。細(xì)纜的阻抗是50Ω。

粗纜 (RG-11)的直徑為1.27厘米，最大傳輸距離達(dá)到500米。由于直徑相當(dāng)粗，因此它的彈性較差，不適合在室內(nèi)狹窄的環(huán)境內(nèi)架設(shè)，而且RG-11連接頭的制作方式也相對(duì)要復(fù)雜許多，并不能直接與電腦連接，它需要通過一個(gè)轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)成AUI接頭，然后再接到電腦上。由于粗纜的強(qiáng)度較強(qiáng)，最大傳輸距離也比細(xì)纜長(zhǎng)，因此粗纜的主要用途是扮演網(wǎng)絡(luò)主干的角色，用來連接數(shù)個(gè)由細(xì)纜所結(jié)成的網(wǎng)絡(luò)。粗纜的阻抗是75Ω。分類方式

同軸電纜根據(jù)其直徑大小可以分為:粗同軸電纜與細(xì)同軸電纜。粗纜適用于比較大型的局部網(wǎng)絡(luò)，它的標(biāo)準(zhǔn)距離長(zhǎng)，可靠性高，由于安裝時(shí)不需要切斷電纜，因此可以根據(jù)需要靈活調(diào)整計(jì)算機(jī)的入網(wǎng)位置，但粗纜網(wǎng)絡(luò)必須安裝收發(fā)器電纜，安裝難度大，所以總體造價(jià)高。相反，細(xì)纜安裝則比較簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但由于安裝過程要切斷電纜，兩頭須裝上基本網(wǎng)絡(luò)連接頭(BNC)，然后接在T型連接器兩端，所以當(dāng)接頭多時(shí)容易產(chǎn)生不良的隱患，這是目前運(yùn)行中的以太網(wǎng)所發(fā)生的最常見故障之一。

無論是粗纜還是細(xì)纜均為總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即一根纜上接多部機(jī)器，這種拓?fù)溥m用于機(jī)器密集的環(huán)境，但是當(dāng)一觸點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障會(huì)串聯(lián)影響到整根纜上的所有機(jī)器。故障的診斷和修復(fù)都很麻煩，因此，將逐步被非屏蔽雙絞線或光纜取代。

光纖

是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光導(dǎo)纖維由前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕發(fā)明。

微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。通常，光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測(cè)脈沖。

在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，光纖被用作長(zhǎng)距離的信息傳遞。

通常光纖與光纜兩個(gè)名詞會(huì)被混淆.多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護(hù)結(jié)構(gòu)包覆,包覆后的纜線即被稱為光纜.光纖外層的保護(hù)結(jié)構(gòu)可防止周遭環(huán)境對(duì)光纖的傷害,如水,火,電擊等.光纜分為:光纖,緩沖層及披覆.光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15μm~50μm， 大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為8μm~10μm。芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護(hù)封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護(hù)。 纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,因此需要外加一保護(hù)層。

按材質(zhì)分,有無機(jī)光導(dǎo)纖維和高分子光導(dǎo)纖維，目前在工業(yè)上大量應(yīng)用的是前者。無機(jī)光導(dǎo)纖維材料又分為單組分和多組分兩類。單組分即石英，主要原料為四氯化硅、三氯氧磷和三溴化硼等。其純度要求銅、鐵、鈷、鎳、錳、鉻、釩等過渡金屬離子雜質(zhì)含量低于10ppb。除此之外,OH-離子要求低于10ppb。石英纖維已被廣泛使用。多組分的原料較多，主要有二氧化硅、三氧化二硼、硝酸鈉、氧化鉈等。這種材料尚未普及。高分子光導(dǎo)纖維是以透明聚合物制得的光導(dǎo)纖維，由纖維芯材和包皮鞘材組成。芯材為高純度高透光性的聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯抽絲制得的纖維，外層為含氟聚合物或有機(jī)硅聚合物等。

光導(dǎo)通信的研究和實(shí)用化，與光導(dǎo)纖維的低損耗密切相關(guān)。光能的損耗可否大大降低，關(guān)鍵在于材料純度的提高。玻璃材料中的雜質(zhì)產(chǎn)生的光吸收，造成了最大的光損耗，其中過渡金屬離子特別有害。目前，由于玻璃材料的高純度化，這些雜質(zhì)對(duì)光導(dǎo)纖維的損耗影響已很小。

石英玻璃光導(dǎo)纖維的優(yōu)點(diǎn)是損耗低,當(dāng)光波長(zhǎng)為1.0~1.7μm(約14μm附近)，損耗只有1dB/km，在1.55μm處最低，只有0.2dB/km。高分子光導(dǎo)纖維的光損耗較高，1982年，日本電信電報(bào)公司利用氘化甲基丙烯酸甲酯聚合抽絲作芯材,光損耗率降低到20dB/km。但高分子光導(dǎo)纖維的特點(diǎn)是能制大尺寸，大數(shù)值孔徑的光導(dǎo)纖維，光源耦合效率高，撓曲性好，微彎曲不影響導(dǎo)光能力，配列、粘接容易，便于使用，成本低廉。但光損耗大，只能短距離應(yīng)用。光損耗在10~100dB/km的光導(dǎo)纖維，可傳輸幾百米。

光纖主要分以下兩大類:

1)傳輸點(diǎn)模數(shù)類

傳輸點(diǎn)模數(shù)類分單模光纖(Single Mode Fiber)和多模光纖(Multi Mode Fiber)。單模光纖的纖芯直徑很小, 在給定的工作波長(zhǎng)上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長(zhǎng)上,能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸?shù)墓饫w。 與單模光纖相比,多模光纖的傳輸性能較差。

2)折射率分布類

折射率分布類光纖可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護(hù)層的折射率都是一個(gè)常數(shù)。 在纖芯和保護(hù)層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小, 在纖芯與保護(hù)層交界處減小為保護(hù)層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。

光及其特性:

1.光是一種電磁波

可見光部分波長(zhǎng)范圍是:390~760nm(毫微米)。大于760nm部分是紅外光，小于390nm部分是紫外光。光纖中應(yīng)用的是:850，1300，1550三種。

2.光的折射，反射和全反射。

因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會(huì)產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會(huì)隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá)到或超過某一角度時(shí)，折射光會(huì)消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對(duì)相同波長(zhǎng)光的折射角度是不同的(即不同的物質(zhì)有不同的光折射率)，相同的物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。

1.光纖結(jié)構(gòu):

光纖裸纖一般分為三層:中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為50或62.5μm)，中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125μm)，最外是加強(qiáng)用的樹脂涂層。

2.數(shù)值孔徑:

入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個(gè)角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。光纖的數(shù)值孔徑大些對(duì)于光纖的對(duì)接是有利的。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同(AT&T CORNING)。

3.光纖的種類:

A.按光在光纖中的傳輸模式可分為:單摸光纖和多模光纖。

多模光纖:中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如:600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。單模光纖:中心玻璃芯較細(xì)(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對(duì)光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。

單模光纖(Single-mode Fiber):一般光纖跳纖用黃色表示，接頭和保護(hù)套為藍(lán)色;傳輸距離較長(zhǎng)。

多模光纖(Multi-mode Fiber):一般光纖跳纖用橙色表示，也有的用灰色表示，接頭和保護(hù)套用米色或者黑色;傳輸距離較短。

B.按最佳傳輸頻率窗口分:常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。

常規(guī)型:光纖生產(chǎn)廠家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長(zhǎng)的光上，如1300nm。

色散位移型:光纖生產(chǎn)長(zhǎng)家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個(gè)波長(zhǎng)的光上，如:1300nm和1550nm。

C.按折射率分布情況分:突變型和漸變型光纖。

突變型:光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如:工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。

漸變型光纖:光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。

4.常用光纖規(guī)格:

單模:8/125μm，9/125μm，10/125μm

多模:50/125μm，歐洲標(biāo)準(zhǔn)

62.5/125μm，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò):100/140μm，200/230μm

塑料:98/1000μm，用于汽車控制

附錄A 有線數(shù)字電視廣播信道編碼與調(diào)制規(guī)范

附錄B 數(shù)字電視圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法

附錄C 數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)信息規(guī)范簡(jiǎn)介

附錄D 推進(jìn)試點(diǎn)單位有線電視數(shù)字化整體轉(zhuǎn)換的若干意見(試行)

附錄E有線數(shù)字電視技術(shù)常用縮略語

參考文獻(xiàn)