有线传输媒质

2.6.1　有线传输媒质

常见的有线传输媒质包括架空明线、双绞线、同轴电缆和光纤等。

1.双绞线

双绞线是由一对带有绝缘层的铜线，以螺旋的方式缠绕在一起所构成的。双绞线电缆是由一对或多对双绞线对组成的，如图2-19所示。

图2-19　双绞线结构图

与其他传输媒质相比，双绞线的优势为：

①成本低，易于制作；

②应用广泛，长期以来，双绞线一直被广泛用于电话通信以及局域网建设中，是综合布线工程中最常用的一种传输媒质。

双绞线的劣势主要体现为：

①带宽有限，在以太网中单对导线已无法满足要求，不得不使用4对导线同时进行传输；

②信号传输距离短，只能达到1 000m左右，而且传输期间信号的衰减比较大；

③抗干扰能力不强，双绞线对外界环境因素很敏感，特别是外来的电磁干扰，而且湿气、腐蚀以及相邻的其他电缆等对外部干扰很敏感。

虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但它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，如ISDN、xDSL和以太网等。但是，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及传输技术。

根据所支持的传输速率不同，可以将双绞线分为以下几类。

·一类线：由两对双绞线组成的非屏蔽双绞线。频谱范围窄，主要用于传输语音信号，而较少用于数据传输，最高只能支持20kbit/s的数据速率。

·二类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和最高可达4Mbit/s的数据传输。

·三类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和最高可达10Mbit/s的数据传输。

·四类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和最高可达16Mbit/s的数据传输。

·五类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和高于100Mbit/s的数据传输，主要用于百兆以太网。

·超五类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。与五类线相比，超五类线使用的铜导线质量更高、单位长度绕数更多，因而衰减更少、信号串扰更小、具有更小的时延误差，可用于1 000Mbit/s的数据传输。

·六类线、七类线：作为传输能力更强的双绞线，它们的标准还处于进一步的发展之中。

在上述各类双绞线中，三类线和五类线最为常用，它们都是由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线，之所以具有不同的传输能力，差别主要在于导线质量、单位长度绕数和屏蔽材料。与三类线相比，五类线单位长度绕数更多，屏蔽材料更好。

双绞线的应用

·ISDN

窄带ISDN中格的基本速率接口（BRI）和基群速率接口（PRI）常使用双绞线作为传输媒质。

BRI：提供2B＋D（2×64kbit/s＋16kbit/s）共144kbit/s的接入速率；

PRI：提供2.048Mbit/s的接入速率。

ISDN用于接入网时常采用BRI接口，此时就可以直接利用原先的电话线路作为接入线路。

·xDSL

基于数字用户线路技术（DSL）存在是多种接入网络的解决方案，如ADSL、SDSL、VDSL等，它们共同的特点是通过使用调制和编码技术在双绞线上实现了数字传输，达到了较高的接入速率。

图2-20　网线水晶头的接法

·以太网

目前十兆/百兆/千兆以太网的主要传输介质都是双绞线。一般的以太网都使用4对双绞线。部分的以太网也采用同轴电缆作为传输介质。

网线水晶头的国际标准接法：关于双绞线的色标和排列方法是有统一的国际标准严格规定的，现在常用的是TIA/EIA568B，如图2-20所示。在打线时应使用如下的顺序：

1→橙白

2→橙

3→绿白

4→蓝

5→蓝白

6→绿

7→棕白

8→棕

2.同轴电缆

同轴电缆由中心的铜质或铝制的导体，中间的绝缘塑料层，金属屏蔽层以及主要起保护作用的外套组成，如图2-21所示。

图2-21　同轴电缆结构图

同轴电缆中的屏蔽层既可以是铜质网状，也可以是铝制薄膜状，它的另外一个作用是防止寻找食物的饥饿的啮齿类动物的破坏。绝缘塑料层和外套层可以根据电缆使用时的安装条件和使用环境有不同的形状、结构和强度，如应用于室外环境的架空电缆由于工作在强风和雪雨等恶劣环境中，因此需要强度较高的外套层。

同轴电缆的铜导线比双绞线中的更粗。更粗的铜导体可以提供更宽的频谱，一般可达到数百兆赫兹，同时传输时信号的衰减更小，可以提供更长的传输距离。普通的非屏蔽双绞线是没有接地屏蔽的，而同轴电缆中的接地的金属屏蔽层则可以更有效地提高抗干扰性能。因此，同轴电缆比双绞线传输带宽更高。常见的同轴电缆有两种：

①50Ω阻抗的同轴电缆，由于主要用于数字基带传输，因此又称为基带同轴电缆；

②75Ω阻抗的同轴电缆，主要用于模拟传输，其实用带宽可以被划分为几个范围，每一个频率范围都可以携带各自的编码信息，这样就可以在一根电缆上同时传输多个数据流，因此又称作宽带同轴电缆。

同轴电缆尽管安装较为复杂，但由于具有可用频带宽、抗干扰能力强、性价比高等优点在很多方面得到了广泛应用，如局域网、局间中继线路、有线电视（CATV）系统的信号线、射频信号线等。

同轴电缆的应用

·以太网

尽管以太网的传输媒质以双绞线为主，但目前仍有一部分的以太网采用同轴电缆作为传输媒质。当同轴电缆用于10Mbit/s以太网时，传输距离可以达到1 000m。很多生产年份较早的网卡同时提供连接同轴电缆和双绞线的两种接口。

·局间中继线路

同轴电缆被广泛地用于电话通信网中局端设备之间的连接，特别是作为PCM E1链路^[1]的传输介质。

·有线电视系统的信号线

直接与用户电视机相连的电视电缆多数是采用同轴电缆。它既可以用于模拟传输，也可以用于数字传输。在传输电视信号时，一般是利用调制和频分复用技术将声音和视频信号在不同的信道上分别传送。

·射频信号线

同轴电缆也经常用在通信设备中被用作射频信号线，例如基站设备中功率放大器与天线之间的连接线。

3.光纤

随着技术的发展和需求的提升，在传输网，特别是骨干网中，高速数字通信的速率已向吉比特每秒级（10⁹），甚至太比特级（10¹²）迈进。如此高的速率，仅依靠传统的有线或无线媒质是无法实现的，直到光纤的出现才使得这一问题迎刃而解。光纤的潜在容量可达数百太比特。

所谓光纤通信是指以光波为载频，光导纤维为传输媒质的一种通信方式。工程中，一般将多条光纤固定在一起构成光缆，光纤结构如图2-22所示。

图2-22　光纤结构图

光以某一特定的入射角度射入光纤，在光纤和包层间发生全反射，从而得以在光纤中传播。根据传输模式，光纤可以分为单模光纤和多模光纤。当光纤直径较大时，可以允许光以多个入射角射入并传播，称为多模光纤；当光纤直径较小时，只允许一个方向的光通过，称为单模光纤。由于多模光纤会产生干扰、干涉等问题，因此在带宽、容量上均不如单模光纤。实际通信中，应用的光纤绝大多数是单模光纤。

与其他传输媒质相比，光纤具有传输频带宽、传输距离长、体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强、保密性好等优点，正因如此，目前我国长途传输网的光纤化比重已超过90%，国内已建成的“八纵八横”主干光纤网，覆盖全国85%以上的县市。但由于目前在通信网络中仍然是以电信号的形式对信息进行处理，因此要使用光纤进行信息传输，就必须经过光/电转换过程，增加了系统信息处理的复杂度。

“八纵八横”通信干线

1988年前邮电部开展了全国性通信干线光纤工程，项目包含22条光缆干线，总长达3万多千米的大容量光纤通信干线传输网。其中值得一提的是“兰（州）西（宁）拉（萨）”光缆干线穿越海拔3 000多米的高寒冻土区，全长2 700千米，是我国通信史上施工难度最大的工程。

·八纵

哈尔滨——沈阳——大连——上海——广州；

齐齐哈尔——北京——郑州——广州——海口——三亚；

北京——上海；

北京——广州；

呼和浩特——广西北海；

呼和浩特——昆明；

西宁——拉萨；

成都——南宁。

·八横

北京——兰州；

青岛——银川；

上海——西安；

连云港——新疆伊宁；

上海——重庆；

杭州——成都；

广州——南宁——昆明；

广州——北海——昆明。