线缆

 双绞线

双绞线(TP:Twisted Pairwire)是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆(也称双扭线电缆)内,不同线对具有不同的扭绞长度,一般地说,扭绞长度在38.1cm至14cm内,按逆时针方向扭绞,相临线对的扭绞长度在12.7cm以上。与其他传输介质相比,双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制,但价格较为低廉。目前,双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP:Unshilded Twisted Pair)和屏蔽双绞线(STP:Shielded Twisted Pair)。

虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的,但同样适用于数字信号的传输,特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间,信号的衰减比较大,并且产生波形畸变。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100Mbps～155Mbps。由于利用双绞线传输信息时要向周围幅射,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。屏蔽双绞线价格相对较高,安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。类似于同轴电缆,它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率,100米内可达到155Mbps。

非屏蔽双绞线电缆具有以下优点: (1)无屏蔽外套,直径小,节省所占用的空间; (2)重量轻、易弯曲、易安装; (3)将串扰减至最小或加以消除; (4)具有阻燃性; (5)具有独立性和灵活性,适用于结构化综合布线。

 EIA/TIA为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。计算机网络综合布线使用第三、四、五类。这五种型号如下：第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。 第二类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。 第三类:指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。该电缆的传输频率为16MHz,用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要用于10base-T。 第四类:该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。 第五类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。

双绞线分为屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线两大类。在这两大类中又分100欧姆电缆、双体电缆、大对数电缆、150欧姆屏蔽电缆。具体型号有多种,如图1所示。图中AWG表示美国线缆规格。

 

 指标：包括衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等。

(1)衰减 衰减(Attenuation)是沿链路的信号损失度量。衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加,信号衰减也随之增加。衰减用"db"作单位,表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。由于衰减随频率而变化,因此,应测量在应用范围内的全部频率上的衰减。

(2)近端串扰 串扰分近端串扰和远端串扰(FEXT),测试仪主要是测量NEXT,由于存在线路损耗,因此FEXT的量值的影响较小。近端串扰(NEXT)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。对于UTP链路,NEXT是一个关键的性能指标,也是最难精确测量的一个指标。随着信号频率的增加,其测量难度将加大。 NEXT并不表示在近端点所产生的串扰值,它只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度不同而变,电缆越长,其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减,对其它线对的串扰也相对变小。实验证明,只有在40米内测量得到的NEXT是较真实的。如果另一端是远于40米的信息插座,那么它会产生一定程度的串扰,但测试仪可能无法测量到这个串扰值。因此,最好在两个端点都进行NEXT测量。现在的测试仪都配有相应设备,使得在链路一端就能测量出两端的NEXT值。NEXT测试的结果参照表1和表2。

表1 各种连接为最大长度时各种频率下的衰减极限

频率(MHz)  

最大率减20ºC

信道(100米)

链路(90米)

　

3类

4类

5类

3类

4类

5类

1

4.2

2.6

2.5

3.2

2.2

2.1

4

7.3

4.8

4.5

6.1

4.3

4.0

8

10.2

6.7

6.3

8.8

6

5.7

10

11.5  

7.5  

7.0

10

6.8

6.3

16

14.9

9.9

9.2

13.2

8.8  

8.2

20

　

11

10.3  

　

9.9

9.2

25

　

　

11.4

　

　

10.3

31.25

　

　

12.8

　

　

11.5

62.5

　

　

18.5

　

　

16.7

100

　

　

24

　

　

21.6  

表2 特定频率下的NEXT衰减极限

频率(MHz)  

最小NEXT

信道(100米)

链路(90米)

　

3类

4类

5类

3类

4类

5类

1

39.1

53.3

60.0

40.1

54.7

60.0

4

29.3

43.3

50.6

30.7

45.1

51.8

8

24.3

38.2

45.6

25.9

40.2

47.1

10

22.7  

36.6 

44.0

24.3

38.6

45.5

16

19.3

33.1

40.6

21

35.3 

42.3

20

　

31.4

39.0  

　

33.7

40.7

25

　

　

37.4

　

　

39.1

31.25

　

　

35.7

　

　

37.6

62.5

　

　

30.6

　

　

32.7

100

　

　

27.1

　

　

29.3  

 以上两个指标是TSB67测试的主要内容,但某些型号的测试仪还可以给出直流电阻、特性阻抗、衰减串扰比等指标。

(3)直流电阻 TSB67无此参数。直流环路电阻会消耗一部分信号,并将其转变成热量。它是指一对导线电阻的和,11801规格的双绞线的直流电阻不得大于19.2欧姆。每对间的差异不能太大(小于 0.1欧姆),否则表示接触不良,必须检查连接点。

(4)特性阻抗  与环路直流电阻不同,特性阻抗包括电阻及频率为1～100MHz的电感阻抗及电容阻抗,它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗,而双绞线电缆则有100欧姆 、120欧姆及150欧姆几种。

(5)衰减串扰比(ACR) 在某些频率范围,串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。ACR有时也以信噪比(SNR :Signal-Noice ratio)表示,它由最差的衰减量与NEXT量值的差值计算。ACR值较大,表示抗干扰的能力更强。一般系统要求至少大于10分贝。

(6)电缆特性 通信信道的品质是由它的电缆特性描述的。SNR是在考虑到干扰信号的情况下,对数据信号强度的一个度量。如果SNR过低,将导致数据信号在被接收时,接收器不能分辨数据信号和噪音信号,最终引起数据错误。因此,为了将数据错误限制在一定范围内,必须定义一个最小的可接收的SNR。

 

100欧姆4对非屏蔽双绞线有3类线、4类线、5类线和超5类线之分。主要的性能指标为衰减、分布电容、直流电阻、直流电阻偏差值、阻抗特性、返回损耗、近端串扰。标准测试数据如表1所示。

表3 双绞线的标准测试数据

(a)

类型  

率减(单位db)

分布电容

(以1khz计量)

直流电阻

20ºC测量校正值

直流电阻偏差值

20º时测量校正值  

3类

<2.320sqrt(f) + 0.238(f)

<330pf/100米  

<9.38欧姆/100米  

5%

4类

<2.050sqrt(f) + 0.1(f)

<330pf/100米

同上

5%

5类

<1.9267sqrt(f) + 0.075(f)  

<330pf/100米

同上

5%

(b)

类型  

阻抗特性

1Mhz至最高的参考频率值  

返回损耗

测量长度>100米  

近端串扰

测量长度>100米  

3类

100欧姆 + 15%

12db

43db

4类

同上

12db

58db

5类

同上

23db

64db

 

 

综合布线中最常用的双绞线电缆有以下几种:

1、5类4对非屏蔽双绞线 它是美国线缆规格为24的实芯裸铜导体,以氟化乙烯做绝缘材料,传输频率达100MHz。导线组成如表4所示,物理结构如图2所示。

表4 导线色彩编码

线对  

色彩码

1

白/蓝//蓝  

2

白/橙//橙

3

白/绿//绿

4

白/棕//棕

图2 5类4对非屏蔽双绞线

电气特性如表5所示。其中,"9.38 欧姆MAX. Per100m @ 20℃"是指在20℃的恒定温度下,每100米的双绞线的电阻为9.38 欧姆(下表中类同)。

表5 5类4对非屏蔽双绞线电气特性

频率需求(Hz)

阻抗

衰减值

(dh/100)Max

NEXT(db)

(最差对)

直流阻抗

256K

-

1.1

-

9.38欧姆

MAX.Per

 100m @ 20ºC 

512K

-

1.5

-

772K

-

1.8

66

1M

 85~115  

欧姆

2.1

64

4M

4.3

55

10M

6.6

49

16M

8.2

46

20M

9.2

44

31.25M

11.8

42

62.50M

17.1

37

100M

22.0

34

 

 

2、5类4对24AWG100欧姆屏蔽电缆

 

它是美国线规为24的裸铜导体,以氟化乙烯做绝缘材料,内有一24AWG TPG漏电线。传输频率达100MHz,导线组成如表6所示,物理结构如图3所示,电气特性如表7所示。表6中屏蔽项"0.002[0.051]铝/聚酯带最小交叠@20℃及一根24AWG TPC漏电线"的含义是:·屏蔽层厚度为0.002厘米或0.051英寸。 ·@20℃代表在20℃恒定温度下。

 

表6 导线色彩编码

线对

色彩码

屏蔽

1

白/蓝//蓝

0.002[0.051]

铝/聚脂带最小

交叠@20º及一根

24AWG TPC

漏电线。

2

白/橙//橙

3

白/绿//绿

4

白/棕//棕

 

图3 5类4对24AWG100欧姆屏蔽电缆

 

表7 5类4对24AWG100欧姆屏蔽电缆电气特性

 

频率需求(Hz)

阻抗

衰减值

(dh/100)Max

NEXT(db)

(最差对)

直流阻抗

256K

-

1.1

-

9.38欧姆

MAX.Per

 100m @ 20ºC 

512K

-

1.5

-

772K

-

1.8

66

1M

 85~115  

欧姆

2.1

64

4M

4.3

55

10M

6.6

49

16M

8.2

46

20M

9.2

44

31.25M

11.8

42

62.50M

17.1

37

100M

22.0

34

 

 

 

它由4对线和一根26AWG TPC漏电线组成,传输频率达100MHz。导线组成如表8所示,物理结构如图4所示,电气特性如表9所示。

 

表8 导线色彩编码

线对

色彩码

屏蔽

1

白/蓝//蓝

0.002[0.051]

铝/聚脂带箔内

有一段26AWG TPC

漏电线。

2

白/橙//橙

3

白/绿//绿

4

白/棕//棕

 

图3 5类4对24AWG非屏蔽电线电气特性

4. 5类4对24AWG非屏蔽软线

 

它由4对线组成,用于高速数据传输,适合于扩展传输距离,应用于互连或跳接线。传输速率达100MHz。导线组成如表9所示,它的物理结构如图5所示, 电气特性如表10所示。

表9 导线色彩编码

 

线对  

色彩码

1

白/蓝//蓝  

2

白/橙//橙

3

白/绿//绿

4

白/棕//棕

 

图5 5类4对24WAG100非屏蔽软线

 

表10 5类424WAG100对非屏蔽软线电气特性

 

频率需求(Hz)

阻抗

衰减值

(dh/100)Max

NEXT(db)

(最差对)

直流阻抗

256K

-

-

-

8.8 欧姆

MAX.Per

 100m @ 20ºC 

512K

-

-

-

772K

-

2.0

66

1M

 85~115  

欧姆

2.3

64

4M

5.3

55

10M

8.2

49

16M

10.5

46

20M

11.8

44

31.25M

15.4

42

62.50M

22.3

37

100M

28.9

34

 

 

六、超5类布线系统

 

超5类布线系统是一个非屏蔽双绞线(UTP)布线系统,通过对它的"链接"和"信道"性能的测试表明,它超过TIA/EIA568的5类线要求。与普通的5类UTP比较,其衰减更小,串扰更少,同时具有更高的衰减与串扰的比值(ACR)和信噪比(SRL)、更小的时延误差,性能得到了提高。它具有四大优点:(1)提供了坚实的网络基础,可以方便转移、更新网络技术。 (2)能够满足大多数应用的要求,并且满足低偏差和低串扰总和的要求。 (3)被认为是为将来网络应用提供的解决方案。 (4)充足的性能余量,给安装和测试带来方便。 与5类线缆相比,超5类在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比四个主要指标上都有较大的改进。

近端串扰(NEXT)是评估性能的最重要的标准。一个高速的LAN在传送和接收数据时是同步的。NEXT是当传送与接收同时进行时所产生的干扰信号。NEXT的单位是db,它表示传送信号与串扰信号之间的比值。

在普通应用中,衡量NEXT的标准方法是用一对线进行传送,另一对线用于接收,如10BASET和TokenRing,甚至100BASET 和155Mbps ATM。但是,有时候也可以使用另外两对线,并接到另一工作站,这样可以加快LAN的速度,如622Mbps ATM和1000BASE-T,不只用一对(可能用全部的4对线)来传送和接收。在一根线缆中使用多对线进行传送会增加这根线缆的串扰。现在的四对5类双绞线没有考虑这种情况。

串扰总和( Power Sum NEXT)是从多个传输端产生NEXT的和。如果一个布线系统能够满足5类线在Power Sum下的NEXT要求,那么就能处理从应用共享到高速LAN应用的任何问题。超5类布线系统的NEXT只有5类线要求的1/8。

信噪比(Structural Return Loss)是衡量线缆阻抗一致性的标准,阻抗的变化引起反射。一部分信号的能量被反射到发送端,形成噪声。SRL是测量能量变化的标准,由于线缆结构变化而导致阻抗变化,使得信号的能量发生变化。反射的能量越少,意味着传输信号越完整,在线缆上的噪声越小。

比起普通5类双绞线,超5类系统在100MHz的频率下运行时,为用户提供8db近端串扰的余量,用户的设备受到的干扰只有普通5类线系统的1/4,使系统具有更强的独立性和可靠性。 

3、5类4对26AWG屏蔽软线

 

 

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　双绞线一般用于星型网络的布线，每条双绞线通过两端安装的RJ-45连接器（俗称水晶头）将各种网络设备连接起来。双绞线的标准接法不是随便规定的，目的是保证线缆接头布局的对称性，这样就可以使接头内线缆之间的干扰相互抵消。 超五类线是网络布线最常用的网线，分屏蔽和非屏蔽两种。如果是室外使用，屏蔽线要好些，在室内一般用非屏蔽五类线就够了，而由于不带屏蔽层，线缆会相对柔软些，但其连接方法都是一样的。一般的超五类线里都有四对绞在一起的细线，并用不同的颜色标明。

　　双绞线有两种接法：EIA/TIA 568B标准和EIA/TIA 568A标准。具体接法如下（图1）：

　　T568A线序

　　1 2 3 4 5 6 7 8

　　绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕

　　T568B线序

　　1 2 3 4 5 6 7 8

　　橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕

　　直通线：两头都按T568B线序标准连接。
　    交叉线：一头按T568A线序连接，一头按T568B线序连接。

　　我们平时制作网线时，如果不按标准连接，虽然有时线路也能接通，但是线路内部各线对之间的干扰不能有效消除，从而导致信号传送出错率升高，最终影响网络整体性能。只有按规范标准建设，才能保证网络的正常运行，也会给后期的维护工作带来便利。

　　设备之间的连接方法

　　1． 网卡与网卡 　10M、100M网卡之间直接连接时，可以不用Hub，应采用交叉线接法。

　　2．网卡与光收发模块       将网卡装在计算机上，做好设置；给收发器接上电源，严格按照说明书的要求操作；用双绞线把计算机和收发器连接起来，双绞线应为交叉线接法；用光跳线把两个收发器连接起来，如收发器为单模，跳线也应用单模的。光跳线连接时，一端接RX，另一端接TX，如此交叉连接。不过现在很多光模块都有调控功能，交叉线和直通线都可以用。

　　3．光收发模块与交换机      用双绞线把计算机和收发器连接起来，双绞线为直通线接法。

　　4．网卡与交换机 　双绞线为直通线接法。

　　5．集线器与集线器（交换机与交换机）     两台集线器（或交换机）通过双绞线级联，双绞线接头中线对的分布与连接网卡和集线器时有所不同，必须要用交叉线。这种情况适用于那些没有标明专用级联端口的集线器之间的连接，而许多集线器为了方便用户，提供了一个专门用来串接到另一台集线器的端口，在对此类集线器进行级联时，双绞线均应为直通线接法。

　用户如何判断自己的集线器（或交换机）是否需要交叉线连接呢？主要方法有以下几种：

　　★ 查看说明书 　如果该集线器在级联时需要交叉线连接，一般会在设备说明书中进行说明。

　　★ 查看连接端口    如果该集线器在级联时不需要交叉线，大多数情况下都会提供一至两个专用的互连端口，并有相应标注，如“Uplink”、“MDI”、“Out to Hub”，表示使用直通线连接。

　　★ 实测 　这是最管用的一种方法。可以先制作两条用于测试的双绞线，其中一条是直通线，另一条是交叉线。之后，用其中的一条连接两个集线器，这时注意观察连接端口对应的指示灯，如果指示灯亮表示连接正常，否则换另一条双绞线进行测试。

　　6．交换机与集线器之间

　　交换机与集线器之间也可通过级联的方式进行连接。级联通常是解决不同品牌的交换机之间以及交换机与集线器之间连接的有效手段。

　　对于扩充端口的数量还有另一种方式是堆叠。堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式，但不是所有的交换机都支持堆叠。堆叠通常需要使用专用的堆叠电缆，还需要专门的堆叠模块。另外，同一组堆叠交换机必须是同一品牌，并且在物理连接完毕之后，还要对交换机进行设置，才能正常运行。对于堆叠的接法，这里不再深究，有兴趣的读者可进一步查阅相关资料。

光纤、光缆

 

1、概述

光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15μm~50μm，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8μm~10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。其结构如图1所示。

图1 光纤刨面结构示意

陆地上的光纤通常埋在地下1米处，有时会受到地下小动物的破坏。在靠近海岸的地方，越洋光纤外壳被埋在沟里。在深水中，它们处于底部，极有可能被鱼类咬坏或被渔船撞坏。

2、分类

光纤主要分以下两大类:

1）传输点模数类

传输点模数类分单模光纤(Single Mode Fiber)和多模光纤(Multi Mode Fiber)。单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。

2)折射率分布类

折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。折射率分布类光纤光束传输如图2所示。

图2 光在折射率分布类光纤中的传输过程

3、连接方式

光纤有三种连接方式。首先，可以将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗10%到20%的光，但是它使重新配置系统很容易。

第二，可以用机械方法将其接合。方法是将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中，然后钳起来。可以让光纤通过结合处来调整，以使信号达到最大。机械结合需要训练过的人员花大约5分钟的时间完成，光的损失大约为10%。

第三，两根光纤可以被融合在一起形成坚实的连接。融合方法形成的光纤和单根光纤差不多是相同的，但也有一点衰减。对于这三种连接方法，结合处都有反射，并且反射的能量会和信号交互作用。

4、发送和接收

有两种光源可被用作信号源：发光二极管LED(light-emitting diode)和半导体激光ILD(injection laser diode)。它们有着不同的特性，如下表。

项目 LED 半导体激光 数据速率 低 高 模式 多模 多模或单模 距离 短 长 生命期 长 短 温度敏感性 较小 较敏感 造价 低造价 昂贵

光纤的接收端由光电二极管构成，在遇到光时，它给出一个点脉冲。光电二极管的响应时间一般为1ns，这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因。热噪声也是个问题，因此光脉冲必须具有足够的能量以便被检测到。如果脉冲能量足够强，则出错率可以降到非常低的水平。

5、接口

目前使用的接口有两种。无源接口由两个街头熔于主光纤形成。接头的一端有一个发光二极管或激光二极管（用于发送）。另一端有一个光电二极管（用于接收）。接头本身是完全无源的，因而是非常可靠的。

另一种接口被称作有源中继器(active repeater)。输入光在中继器中被转变成电信号，如果信号已经减弱，则重新放大到最强度，然后转变成光再发送出去。连接计算机的是一根进入信号再生器的普通铜线。现在已有了纯粹的光中继器，这种设备不需要光电转换，因而可以以非常高的带宽运行。

二、光缆

光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成,简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下几个优点:

(1)频带较宽。
(2)电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束,由于光束不受外界电磁干扰与影响,而且本身也不向外辐射信号,因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。当然,抽头困难是它固有的难题,因为割开的光缆需要再生和重发信号。
(3)衰减较小。可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。
(4)中继器的间隔较大,因此可以减少整个通道中继器的数目,可降低成本。根据贝尔实验室的测试,当数据的传输速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时,其误码率为10—8,可见其传输质量很好。而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。

在使用光缆互联多个小型机的应用中,必须考虑光纤的单向特性,如果要进行双向通信,那么就应使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择,因此在通信器件市场上又出现了光学多路转换器。

在普通计算机网络中安装光缆是从用户设备开始的。因为光缆只能单向传输。为了实现双向通信,光缆就必需成对出现,一个用于输入,一个用于输出。光缆两端接光学接口器。

安装光缆需格外谨慎。连接每条光缆时都要磨光端头,通过电烧烤或化学环氯工艺与光学接口连在一起,确保光通道不被阻塞。光纤不能拉得太紧,也不能形成直角。

光纤的类型由模材料(玻璃或塑料纤维)及芯和外层尺寸决定,芯的尺寸大小决定光的传输质量。常用的光纤缆有:

·8.3μm 芯、125μm 外层、单模。
·62.5μm 芯、125μm外层、多模。
·50μm 芯、125μm外层、 多模。
·100μm 芯、140μm外层、多模。

三、 光纤通信系统及其构成
1、光纤通信系统

光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。

·光源是光波产生的根源。
·光纤是传输光波的导体。
·光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤。
·光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理。

2、组成

光纤通信系统的基本构成如图3所示:

图3 光纤通信系统的基本构成

光纤通信系统的主要优点有:

(1)传输频带宽,通信容量大。
(2)线路损耗低,传输距离远。
(3)抗干扰能力强,应用范围广。
(4)线径细,重量轻。
(5)抗化学腐蚀能力强。
(6)光纤制造资源丰富。

在网络工程中,一般用62.5μm/125μm规格的多模光纤,有时也用100μm/125μm和100μm/140μm规格的光纤。户外布线大于2公里时可选用单模光纤。在进行综合布线时需要了解的光纤的一些基本特性,现以AMP(安普)公司的光纤线缆产品为例说明。表1和表2分别为光纤性能指标和使用温度范围。

 

表1 安普光纤线缆的特性

  单模
(1310/1550nm) 多模50/125
(850/1300nm) 多模LSZH 50/125
(850/1300nm) 多模62.5/125
(850/1300nm) 多模扩展型
Grade 62.5/125
(850/1300nm) 室内光纤
最大衰减值
典型衰减值
带宽(MHZ/km)
0.7/0.7
0.5/0.5
--/--
3.5/2.0
2.6/1.1
400/400
3.5/2.0
2.6/1.1
400/800
3.5/1.0
2.9/0.9
160/500
3.5/1.0
2.9/0.9
200/600 室外光纤
最大衰减值
典型衰减值
带宽(MHZ/km)
0.5/0.4
0.4/0.3
--/--
3.5/2.0
2.6/1.1
400/400
3.5/2.0
2.6/1.1
400/800
3.5/1.0
2.9/0.9
160/500
3.5/1.0
2.9/0.9
200/600

表2 安普光纤的温度适用范围

  室内和阻燃型 低烟及无毒气性能(LSZH) 室内光纤
贮存
应用
-40ºC ~ +85ºC (-40ºF ~ +185ºF)
-20ºC ~ +85ºC (-4ºF ~ +185ºF)
-10ºC ~ +60ºC (+14ºF ~ +140ºF)
-10ºC ~ +60ºC (+14ºF ~ +140ºF)   标准光纤 LSZH及铝外衣 室外光纤
贮存
应用
-40ºC ~ +75ºC (-40ºF ~ +167ºF)
-40ºC ~ +75ºC (-4ºF ~ +167ºF)
-20ºC ~ +60ºC (-4ºF ~ +190ºF)
-20ºC ~ +60ºC (-40ºF ~ +190ºF)

为了便于阅读以下的表格,先对直径、重量、拉力、弯曲半径作如下解释:

·直径:单位用μm表示。
·重量:用kg/km表示。
·拉力:拉力单位用N(牛顿)。对拉力分两种情况说明:安装时最大为2700N;安装后,即长期为440N;
·弯曲半径:指光缆安装拐弯时的弯曲半径。

四、光缆的种类和机械性能
1. 单芯互联光缆
  (1) 应用范围

·跳线。
·内部设备连接。
·通信柜配线面板。
·墙上出口到工作站的连接。
·水平拉线,直接端接。
·适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。

  (2)性能优点

·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。
·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。
·Aramid抗拉线增强组织,提高了对光纤的保护。
·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。
·设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。
·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。

互联光缆单芯物理结构如图4所示。

图4 单芯光缆

2.双芯互联光缆
  (1)应用范围

·交连跳线。
·水平走线直接端接。
·光纤到桌。
·通信柜配线面板。
·墙上出口到工作站的连接。
·适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。

  (2)性能与特点

·光纤之间易于区分。
·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。
·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。
·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。
·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。
·设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。
·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。

互联光缆双芯物理结构如图5所示。4芯光缆的物理结构如图6所示。互联光缆的机械性能如表3所示。

　

图5 双芯双套光缆


图6 四芯光缆


表3 互联光缆的机械性能

3.分布式光缆
  (1)应用范围

·多点信息口水平布线。
·垂直布线。
·大楼内主干布线。
·从设备间到无源跳线间的连接。
·从主干分支到各楼层应用。
·适用于胶水型光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头端接。

  (2)性能与特点

·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。
·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。
·按照EZA标准色码标识。
·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。
·设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。
·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。
·防护网可抵挡尖锐物损伤。

分布式光缆分多单元分散型12芯光缆和多单元分散型24～72芯两种,其物理结构如图7所示。

　

图7 分布式光缆

分布式光缆的机械性能如表4所示。

 

表4 分布式光缆的机械性能

4.分散式光缆
  (1)应用范围

·分散光缆组合。
·多根光纤交插连接,结构坚固。

·水平光纤到多站点出口,端接简单、直接。 ·适于环氧树脂光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头直接端接。

  (2)性能与特点

·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。
·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。
·2.4μm独立光纤辅单元,允许带套连接头端接。
·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。
·设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。
·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。
·走线方式高度灵活。
·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。

分散式光缆有4芯、6芯、8芯、12芯。它的物理结构如图8所示，机械性能如表5所示。

　

图8 分散式光缆4～12芯


表5 分散式光缆的机械性能

5.室外光缆4～12芯铠 装型与全绝缘类型
  (1)应用范围

·园区中楼宇之间的连接。
·长距离网络。
·主干线系统。
·本地环路和支路网络。
·严重潮湿、温度变化大的环境。
·架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋、悬吊缆/服务缆。

  (2)性能与特点

·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。
·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。
·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。
·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入。
·设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。
·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。
·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。
·聚乙烯外衣对紫外线或恶劣的室外环境有保护作用。
·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。

室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯,又分铠装和全绝缘型,其物理结构如图9所示，其机械性能如表6所示。

　

图9 室外光缆


表6 室外光缆的机械性能

6.室外光缆24～144芯铠装类型与全绝缘类型
  (1)应用范围

·园区中楼宇之间的连接。
·长距离网络。
·主干线系统。
·本地环路和支路网络。
·严重潮湿、温度变化大的环境。
·架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋。

  (2)性能与特点

·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。
·绝缘结构可避免雷击。
·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。
·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。
·设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。
·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。
·Aramid抗拉线增强组织性能,提高对光纤的保护。
·聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。
·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。

室外光缆24～144芯光缆分全绝缘和铠装,规格有24、36、48、60、72、96、144芯7种,其物理结构如图10所示，其机械性能如表7所示。

　

图10 室外24～144芯光缆


表7 室外光缆24~144芯机械性能

7.单管全绝缘型室内/室外光缆
  (1)应用范围

·在不需任何互联设备情况下,由户外延伸到户内,线缆具有阻燃特性。
·园区中楼宇之间的互连。
·本地线路和支路网络。
·严重潮湿、温度变化极大的环境。
·架空连接(和悬缆线一起使用时)。
·地下管道或直埋。
·悬吊缆/服务缆。

  (2)性能与特点

·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。
·LSZH的设计符合低毒、无烟的要求。
·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。
·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。
·设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。
·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。
·Aramid抗拉线增强组织提高对了光纤的保护。
·聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。
·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。

室内/室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯、24芯、32芯,其物理结构如图11所示，其机械性能如表8所示。

　

图11 室内/室外光缆


表8 市内/室外光缆机械性能

在进行综合布线时,应根据实际应用情况,参考光缆的应用范围和机械性能指标,选择合适的光缆产品。

 

同轴电缆

一、概述
1、基带同轴电缆

同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料。有两种广泛使用的同轴电缆。一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输，即下一节要讲的宽带同轴电缆。这种区别是由历史原因造成的，而不是由于技术原因或生产厂家。

同轴电缆的这种结构，使它具有高带宽和极好的噪声抑制特性。同轴电缆的带宽取决于电缆长度。1km的电缆可以达到1Gb/s~2Gb/s的数据传输速率。还可以使用更长的电缆，但是传输率要降低或使用中间放大器。目前，同轴电缆大量被光纤取代，但仍广泛应用于有线电视和某些局域网。

2、宽带同轴电缆

使用有限电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统被称为宽带同轴电缆。“宽带”这个词来源于电话业，指比4kHz宽的频带。然而在计算机网络中，“宽带电缆”却指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。

由于宽带网使用标准的有线电视技术，可使用的频带高达300MHz（常常到450MHz）；由于使用模拟信号，需要在接口处安放一个电子设备，用以把进入网络的比特流转换为模拟信号，并把网络输出的信号再转换成比特流。

宽带系统又分为多个信道，电视广播通常占用6MHz信道。每个信道可用于模拟电视、CD质量声音(1.4Mb/s)或3Mb/s的数字比特流。电视和数据可在一条电缆上混合传输。

宽带系统和基带系统的一个主要区别是：宽带系统由于覆盖的区域广，因此，需要模拟放大器周期性地加强信号。这些放大器仅能单向传输信号，因此，如果计算机间有放大器，则报文分组就不能在计算机间逆向传输。为了解决这个问题，人们已经开发了两种类型的宽带系统：双缆系统和单缆系统。

1)双缆系统

双缆系统有两条并排铺设的完全相同的电缆。为了传输数据，计算机通过电缆1将数据传输到电缆数根部的设备，即顶端器(head-end)，随后顶端器通过电缆2将信号沿电缆数往下传输。所有的计算机都通过电缆1发送，通过电缆2接收。

2)单缆系统

另一种方案是在每根电缆上为内、外通信分配不同的频段。低频段用于计算机到顶端器的通信，顶端器收到的信号移到高频段，向计算机广播。在子分段(subsplit)系统中，5MHz~30MHz频段用于内向通信，40MHz~300MHz频段用于外向通信。在中分(midsplit)系统中，内向频段是5MHz~116MHz，而外向频段为168MHz~300MHz。这一选择是由历史的原因造成的。

3)宽带系统有很多种使用方式。在一对计算机间可以分配专用的永久性信道；另一些计算机可以通过控制信道，申请建立一个临时信道，然后切换到申请到的信道频率；还可以让所有的计算机共用一条或一组信道。从技术上讲，宽带电缆在发送数字数据上比基带（即单一信道）电缆差，但它的优点是已被广泛安装。

3、同轴电缆网络

同轴电缆网络一般可分为三类:

·主干网。主干线路在直径和衰减方面与其他线路不同,前者通常由有防护层的电缆构成。
·次主干网。次主干电缆的直径比主干电缆小。当在不同建筑物的层次上使用次主干电缆时,要采用高增益的分布式放大器,并要考虑电缆与用户出口的接口。
·线缆。

同轴电缆不可绞接,各部分是通过低损耗的连接器连接的。连结器在物理性能上与电缆相匹配。中间接头和耦合器用线管包住,以防不慎接地。若希望电缆埋在光照射不到的地方,那么最好把电缆埋在冰点以下的地层里。如果不想把电缆埋在地下,则最好采用电杆来架设。同轴电缆每隔100米设一个标记,以便于维修。必要时每隔20米要对电缆进行支撑。在建筑物内部安装时,要考虑便于维修和扩展,在必要的地方还需提供管道,保护电缆。

同轴电缆一般安装在设备与设备之间。在每一个用户位置上都装备有一个连接器,为用户提供接口。接口的安装方法如下:

(1)细缆 将细缆切断,两头装上BNC头,然后接在T型连接器两端。
(2)粗缆 粗缆一般采用一种类似夹板的Tap装置进行安装,它利用Tap上的引导针穿透电缆的绝缘层,直接与导体相连。电缆两端头设有终端器,以削弱信号的反射作用。

二、参数指标
1、主要电气参数

(1)同轴电缆的特性阻抗 同轴电缆的平均特性阻抗为50±2Ω,沿单根同轴电缆的阻抗的周期性变化为正弦波,中心平均值±3Ω,其长度小于2米。
(2)同轴电缆的衰减 一般指500米长的电缆段的衰减值。当用10MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过6.0db(12db/公里)。
(3)同轴电缆的传播速度 需要的最低传播速度为0.77C(C为光速)。
(4)同轴电缆直流回路电阻 电缆的中心导体的电阻与屏蔽层的电阻之和不超过10毫欧/米(在20℃下测量)。

2、同轴电缆的物理参数

同轴电缆是由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成,其结构如图1所示。

图1 同轴电缆结构示意图

同轴电缆具有足够的可柔性,能支持254mm(10英寸)的弯曲半径。中心导体是直径为2.17mm±0.013mm的实芯铜线。绝缘材料必须满足同轴电缆电气参数。屏蔽层是由满足传输阻抗和ECM规范说明的金属带或薄片组成,屏蔽层的内径为6.15mm,外径为8.28mm。外部隔离材料一般选用聚氯乙烯(如PVC)或类似材料。

3、对电缆进行测试的主要参数有:

(1)导体或屏蔽层的开路情况。
(2)导体和屏蔽层之间的短路情况。
(3)导体接地情况。
(4)在各屏蔽接头之间的短路情况。

三、规格型号

同轴电缆可分为两种基本类型,基带同轴电缆和宽带同轴电缆。目前基带常用的电缆,其屏蔽线是用铜做成的网状的,特征阻抗为50(如RG-8、RG-58等);宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的,特征阻抗为75(如RG-59等)。

粗同轴电缆与细同轴电缆是指同轴电缆的直径大还是小。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和收发器电缆,安装难度大,所以总体造价高。相反,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接触不良的隐患,这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一。

为了保持同轴电缆的正确电气特性,电缆屏蔽层必须接地。同时两头要有终端器来削弱信号反射作用。

无论是粗缆还是细缆均为总线拓扑结构,即一根缆上接多部机器,这种拓扑适用于机器密集的环境。但是当一触点发生故障时,故障会串联影响到整根缆上的所有机器,故障的诊断和修复都很麻烦,因此,将逐步被非屏蔽双绞线或光缆取代。

最常用的同轴电缆有下列几种:

·RG-8或RG-11
  50Ω
·RG-58
  50Ω
·RG-59
  75Ω
·RG-62
  93Ω

计算机网络一般选用RG-8以太网粗缆和RG-58以太网细缆。RG-59 用于电视系统。RG-62 用于ARCnet网络和IBM3270网络。

四、布线结构

在计算机网络布线系统中,对同轴电缆的粗缆和细缆有三种不同的构造方式,即细缆结构、粗缆结构和粗/细缆混合结构。

1、细缆结构

细缆网络结构如图2所示。

图2 细缆网络结构示意图

1)硬件配置

(1)网络接口适配器:网络中每个结点需要一块提供BNC接口的以太网卡、便协式适配器或PCMCIA卡。
(2)BNC-T型连接器:细缆Ethernet上的每个结点通过T型连接器与网络进行连接,它水平方向的两个插头用于连接两段细缆,与之垂直的插口与网络接口适配器上的BNC连接器相连。
(3)电缆系统:用于连接细缆以太网的电缆系统包括:

·细缆(RG-58 A/U):直径为5毫米,特征阻抗为50欧姆的细同轴电缆。
·BNC连接器插头:安装在细缆段的两端。
·BNC桶型连接器:用于连接两段细缆。
·BNC 终端匹配器:BNC 50欧姆的终端匹配器安装在干线段的两端,用于防止电子信号的反射。干线段电缆两端的终端匹配器必须有一个接地。

(4)中继器:对于使用细缆的以太网,每个干线段的长度不能超过185米,可以用中继器连接两个干线段,以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器,连接五个干线段电缆。

2)技术参数

·最大的干线段长度:185米。
·最大网络干线电缆长度:925米。
·每条干线段支持的最大结点数:30。
·BNC-T型连接器之间的最小距离:0.5米。

3)特点

·容易安装。
·造价较低。
·网络抗干扰能力强。
·网络维护和扩展比较困难。
·电缆系统的断点较多,影响网络系统的可靠性。

2、粗缆结构

粗缆以太网结构如图3所示。

图3 粗缆以太网结构示意图

1)硬件配置

建立一个粗缆以太网需要一系列硬件设备,包括:

(1)网络接口适配器:网络中每个结点需要一块提供AUI接口的以太网卡、便提式适配器或PCMCIA卡。
(2)收发器(Transceiver):粗缆以太网上的每个结点通过安装在干线电缆上的外部收发器与网络进行连接。在连接粗缆以太网时,用户可以选择任何一种标准的以太网(IEEE802.3)类型的外部收发器。
(3)收发器电缆:用于连接结点和外部收发器,通常称为AUI电缆。
(4)电缆系统:连接粗缆以太网的电缆系统包括:

·粗缆(RG-11 A/U):直径为10毫米,特征阻抗为50欧姆的粗同轴电缆,每隔2.5米有一个标记。
·N-系列连接器插头:安装在粗缆段的两端。
·N-系列桶型连接器:用于连接两段粗缆。
·N-系列终端匹配器:N-系列50欧姆的终端匹配器安装在干线电缆段的两端,用于防止电子信号的反射。干线电缆段两端的终端匹配器必须有一个接地。

(5)中继器:对于使用粗缆的以太网,每个干线段的长度不超过500米,可以用中继器连接两个干线段,以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器,连接五段干线段电缆。

2)技术参数

·最大干线段长度:500米。
·最大网络干线电缆长度:2500米。
·每条干线段支持的最大结点数:100。
·收发器之间最小距离:2.5米。
·收发器电缆的最大长度:50米。

3)特点

·具有较高的可靠性,网络抗干扰能力强。
·具有较大的地理覆盖范围,最长距离可达2500米。
·网络安装、维护和扩展比较困难。
·造价高。

3、粗/细缆混合结构
1)硬件配置

在建立一个粗/细混合缆以太网时,除需要使用与粗缆以太网和细缆以太网相同的硬件外,还必须提供粗缆和细缆之间的连接硬件。连接硬件包括:

·N-系列插口到BNC插口连接器。
·N-系列插头到BNC插口连接器。

2)技术参数

·最大的干线长度:大于185米,小于500米。
·最大网络干线电缆长度:大于925米,小于2500米。

为了降低系统的造价,在保证一条混合干线段所能达到的最大长度的情况下,应尽可能使用细缆。可以用下面的公式计算在一条混合的干线段中能够使用的细缆的最大长度t= ( 500 - L ) / 3.28，其中:L为要构造的干线段长度,t为可以使用的细缆最大长度。例如,若要构造一条400米的干线段,能够使用的细缆的最大长度为:(500 - 400 ) / 3.28 = 30(米)。

3)特点

·造价合理。
·网络抗干扰能力强。
·系统复杂。
·网络维护和扩展比较困难。
·增加了电缆系统的断点数,影响网络的可靠性。