综合布线系统第2版第2章传输介质.ppt
第2章 传输介质,2.1 对绞电缆 2.2 同轴电缆 2.3 光纤和光缆 2.4 端接跳线,所谓传输介质是指网络连接设备间的中间介质，也就是信号传输的媒体。传输介质的目的是将通信网络系统信号无干扰、无损伤地传输给用户设备。常用的传输介质可以分为导向传输介质和非导向传输介质。导向传输介质通常为某种类型的电缆或光缆。所谓电缆就是由两根或 两根以上的绝缘导体集中装配在一起组成的缆线。非导向传输介质包括卫星、无线电波、红外线等。在无线信号传输中，非导向传输介质是大气。微波通信和卫星通信都是通过大气传输无线电波的。其他的无线通信系统用光(可见光或不可见光)来传输通信系统信号。,2.1对绞电缆,对绞（Twisted Pair，TP）对绞线、双扭电缆，是由对绞线对组成的。它是最古老但又是最常用的导向传输介质之一。,2.1.1 对绞电缆的传输特性,对绞电缆的物理模型是平行传输线，其传输特性可用一次参数与二次参数来表征。一次参数是指单位长度传输线的分布电阻、电感、电容和漏电导，可分别用R、L、C、G来表示。二次参数是指传输线的特征阻抗和传输常数。特征阻抗Z。可表示为：,式中，叫为传输信号的角频率,在阻抗匹配(指端接阻抗与特征阻抗相等)时，电信号在传输线上传播将呈行波状态。若线长为l，则末端电压(或电流)与始端电压(或电流)之间存在如下关系：式中，称为传输常数。其实部称为衰减常数，虚 部称为相移常数。与一次参数的关系为：,2.1.2 对绞线电缆的构成,对绞电缆是由两根具有绝缘层的铜导线按一定密度螺旋状互相绞缠在一起构成的线对。,图 2.1 对绞线电缆的基本结构,对绞电缆的电导线是铜导体。铜导体采用美国线规尺寸系统，即AWG（American Wire Gauge）标准，如表2.1所列。表 2.1 对绞电缆导体线规,常见的对绞电缆绝缘外皮里面包裹着4对共8根线，每两根为一对相互纽绞。也有超过4线对的大对数电缆，大对数电缆通常用于干线子系统布线。在布线标准中，对绞电缆有时也称为平衡电缆。平衡电缆（balanced cable）是指由一个或多个金属导体线对组成的对称电缆。如图2.2所示，是4线对对绞电缆和25线对大对数电缆的外形图。,图 2.2 4线对对绞电缆和25对大对数电缆,1、非屏蔽对绞线电缆UTP,图 2.3 6类4对非屏蔽对绞线电缆,2、屏蔽对绞线电缆STP 根据防护要求，对于屏蔽电缆可分为F/UTP(电缆金属箔屏蔽)、U/FTP(线对金属箔屏蔽)、SF/UTP(电缆金属编织丝网加金属箔屏蔽)、S/FTP(电缆金属箔编织网屏蔽加上线对金属箔屏蔽)几种结构。这是按照用户建筑综合布线ISO/IEC 11801中推荐的方法进行统一命名的，如图2.4所示。,图 2.4 屏蔽电缆命名方法,屏蔽对绞电缆与非屏蔽对绞电缆一样，电缆芯是铜对绞线对，护套层是绝缘塑橡皮，只不过在护套层内增加了金属屏蔽层。目前，在对绞电缆产品中，通常按增加的金属屏蔽层数量和金属屏蔽层绕包方式，将屏蔽对绞电缆分为铝箔屏蔽对绞电缆(Foil Twisted Pair,FTP)、铝箔、铜网双层屏蔽对绞电缆(Shielded Foil Twisted Pair,SFTP)、独立双层屏蔽对绞电缆(SSTP)三种形式。,图 2.5 FTP屏蔽对绞电缆,图 2.6 SFTP屏蔽对绞电缆,图 2.7 SSTP屏蔽对绞电缆,2对绞电缆的分类 对绞电缆作为最常用的综合布线系统传输介质，有许多品种类型，可以从不同的角度进行分类。（1）按传输电气性能分 100屏蔽电缆 100非屏蔽电缆（2）按缆线结构形式和应用场合分 对屏蔽对绞电缆和非屏蔽对绞电缆，按缆线结构形式和应用场合又可分为垂直主干电缆、自承式电缆、加固自承式电缆、架空电缆、直埋电缆等品种。,2.1.3 对绞电缆的性能,1.衡量对绞线电缆性能的主要指标 2.对绞线电缆的性能比较,表 2.3 对绞线电缆性能的综合比较,3对绞电缆的安全性能,表 2.4 数据通信对绞线电缆的安全级别,4对绞电缆的环境保护,低烟无卤阻燃型(LSHF-FR),低烟无卤型(LSOH),低烟非燃型(LSNC),2.1.4 常用对绞电缆简介,15类对绞线电缆,图 2.7 5类4对非屏蔽对绞线物理结构,表 2.4 5类4对非屏蔽对绞电缆电气特性,25e类对绞电缆 5e类对绞线的主要用武之地是千兆位以太网。5e类对绞线具有以下优点：能够满足大多数应用要求，并且满足低综合近端串扰的要求；可为将来高速数据传输提供解决方案；有足够的性能余量，为布线安装带来方便。36类对绞电缆 6类对绞线是一种标准的4线对缆线，用1对线实现500Mb/s，而其频率范围可达到250MHz，1Hz(周期)上产生2bit(正好是一个周期的高电平和低电平)便足够使用了，因此编码方式比较简单。,图2.9 6类对绞线结构横截面,a)Giga SPEED-XL1071E系列,b)Giga SPEED-XL1081A系列,4.7类对绞线电缆 7类对绞线电缆的结构如图2.9所示：,图 2.9 7类对绞线电缆结构,2.1.5 对绞电缆的标识,1对绞电缆的颜色标识,表 2.5 4线对对绞电缆的色彩编码,2对绞线电缆型式代码的表示,图 2.11 对绞电缆型式代码的标记,表 2.6 对绞电缆型式代码,2对绞电缆规格代码的表示,a）非屏蔽对绞线电缆规格代码的标记 b）屏蔽对绞线电缆规格代码的标记,图 2.12 对绞线电缆规格代码的表示法,3对绞电缆外部护套上印刷的各种标志记号,通常使用的对绞电缆，不同生产商的产品标志可能不同，但一般包括对绞电缆类型、NEC/UL防火测试和级别、CSA防火测试、长度标志、生产日期、生产商和产品号码等信息。,2.2 同轴电缆,同轴电缆(Coaxial Cable)类似于UTP、STP对绞电缆，它的中心有一根单芯铜导体，铜导体外面是绝缘层，绝缘层的外面有一层导电金属层，最外面还有一层保护用的外部套管。同轴电缆与其他电缆不同之处是只有一个中心导体，图2.13是同轴电缆的结构示意图。金属层可以是密集型的，也可以是网状的，金属层用来屏蔽电磁干扰，防止辐射。由于同轴电缆只有一个中心导体，通常被认为是非平衡传输介质。,图 2.13 同轴电缆的结构示意图,2.3 光纤和光缆,光纤（Optical Fiber，OF）是光导纤维的简称，光纤是一种新型的光波导。光缆（Optical Cable）是由单芯或多芯光纤构成的缆线。从20世纪80年代开始，宽频带的光纤已开始逐渐代替窄频带的铜电缆。在综合布线系统中，光纤不但支持FDDI主干、1000Base-FX主干、100Base-FX到桌面、ATM主干和ATM到桌面，还可以支持CATV/CCTV及光纤到桌面（FTTD），因而成为综合布线系统中的主要传输介质。,光纤的结构,光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。一根标准的光纤包括光导纤维、缓冲层、加强层和保护套几个部分。,图 2.14 光纤结构示意图,光纤裸纤一般包括三个主要部分：中心高折射率玻璃纤芯，称为芯线；中间为低折射率硅玻璃形成的包层；最外面是保护性的树脂涂覆层。,图 2.15 光纤剖面芯层、包层及涂覆层尺寸,2.3.2 光纤的类型,光纤主要用于高质量数据传输及网络干线连接。光纤的种类很多，分类方法也各种各样。可按照制作材料、工作波长、折射率分布和传输模式等对它们进行分类。按照制造光纤所用的材料分类，有石英系列光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤等。按光纤的工作波长分，有短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。光纤布线中使用光波的以下几个波段：800nm900nm短波波段；1250nm1350nm长波波段和1500nm1600nm长波波段。在这些波段中，光纤传输性能表现最佳，尤其是运行于波段的中心波长之中。所以，多模光纤运行波长为850nm或1300nm，而单模光纤运行波长则为1310nm或1550nm。下面主要讨论按折射率分布和传输模式的分类方式。,1按折射率分布情况分类若按横截面上的折射率分布情况，可将光纤分为突变型(或阶跃型)和渐变型(或梯度型)，以及三角型等。（1）突变型光纤(SIF)突变（Step Index Fiber，SIF）型光纤的纤芯折射率高于包层折射率，使得输入的光能在纤芯至包层的交界面上不断产生全反射而前进。（2）渐变型光纤（GIF）渐变型光纤的包层折射率分布与阶跃光纤一样，是均匀的。在渐变型光纤中，纤芯折射率中心最大，沿纤芯半径方向逐渐减小。,2按光在光纤中的传输模式分类 按光纤中信号的传输模式，可分为多模光纤(Multi Mode Fiber，MMF)和单模光纤（Single Mode Fiber，SMF）两类。“模式”其实就是光线的入射角。简单地说，在光纤的受光角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯至包层交界面上产生全反射的传播光线，就可称之为光的一个传输模式。只允许传输一个基模的光纤就称为单模光纤。单模光纤纤芯很细，芯径一般为810m，单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。多模光纤相对单模光纤直径要大得多，纤芯的外径是50或62.5m，可传输多种模式的光。,显然，单模光纤只能传输一个模式，多模光纤则能承载成百上千个模式。目前光纤通信中实际应用较多的三种光纤，如图2.16所示：,图 2.16 不同传输模式的光纤,2.3.3 光纤的传输性能,1.光源与光纤的耦合 2.光纤的数值孔径 3.光纤的损耗 4.光纤的模式带宽 5.光纤的色散 6.截止波长 7.光纤的主要性能,表 2.7 常用光纤主要性能,2.3.4 光纤的标准,1.单模光纤标准单模光纤的国际标准有ITU-T建议和IEC建议。我国的国标GB/T 9771.1GB/T 9771.5-2000通信用单模光纤系列标准共有五个部分，每一部分在主要技术内容上都参照了国际标准的规定，某些特性要求也参照了国际上同类产品的先进技术指标。它们的规定是协调一致的。,表 2.8 ITU-T及 IEC及国标光纤类别型号对照,2.多模光纤标准多模光纤类别按ITU-T只有G.651；按IEC分为A1、A2、A3、A4类多模光纤，A1、A2、A3、A4类又分别分为a、b、c、d等；我国光纤型号命名等效采用了IEC规定。,表 2.9 3种常用的渐变型多模光纤的型号对照,表 2.10 ISO对多模光纤的分类,2.3.5 光缆及其性能,1光缆的结构,图 2.17 光缆的构成示意图,（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；光缆通常包含一个或几个加强件。加强件的功能是为了在牵引时，使光缆有一定的抗拉强度，释放光纤承受的机械压力。（2）护套 光缆的最外层是光缆的护套(Sheath)，它是非金属元件，其作用是将光缆的部件加固在一起，保护光纤和其它的光缆部件免受损害。,2光缆特性,（1）拉力特性（2）压力特性（3）弯曲特性（4）温度特性,3光纤及光缆的标识 如采用全色谱标识的12芯光缆，这12根光纤的颜色排列如表2.11所示。,表 2.11 光纤颜色的排列顺序,光缆型号及规格标注形式如图2.16所示。,图 2.18光缆型号及规格标注形式,光缆型号中常见代号见表2.12所列。,表 2.12 通信用光缆型号中的常用标注符号,4光缆的选用（1）选择光纤类型、纤芯数 光缆中的光纤类型的选择与网络的传输速率、容量和距离密切相关。在确定选用纤芯数量时，不仅要满足当前需要，也要提前估算未来网络的需求。传输距离在2km以内时，可选用多模光纤；超过2km时，可用中继或单模光纤。（2）选择光缆结构 正确选择光缆的结构，即在满足性能要求下，光缆结构越简单越好；所选择的光缆要便于施工安装。（3）选择新材料 注意光缆制造采用的新材料。新材料（如干式阻水材料、纳米材料、阻燃材料等）既能促进光缆结构的改进，又可赋予光缆特殊性能，扩大光缆的应用领域。,5光缆的优缺点（1）光缆的优点 噪声抑制性好，不受电磁场和电磁辐射的影响。信号衰减小 带宽高（2）光缆的缺点 费用高 安装/维护难。脆弱性,2.3.6 常用光缆简介,1按光缆结构划分（1）中心束管式 中心束管式结构光缆把一次被覆光纤或光纤束置于光缆中心，放入1根松套管中，加强件配置在套管周围而构成。（2）层绞式光缆 层绞式是把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成的。,图 2.19 中心束管式光缆,（3）带状光缆 带状式是指把带状光纤单元放入大套管内，形成中心束管式结构；也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。（4）骨架式光缆 骨架式光缆是把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成的。,图 2.20层绞式直埋光缆,2按光缆应用环境划分,(1)室内型光缆(2)室外型光缆,图 2.21 室内型光缆,图2.22 室外型光缆,3按光缆敷设方式(1)室内光缆 室内光缆（执行YD/T1258.11258.3-2003标准）用于干线子系统、配线子系统和光纤跳线。(2)直埋光缆 这种光缆外部有钢带或钢丝的铠装，光缆的缆芯主要有松套管层绞式铠装光缆和中心束管式铠装光缆两类。可直接埋设在地下0.81.2m之间，要求有抵抗外界机械损伤和防止土壤腐蚀的性能。(3)管道光缆 管道光缆一般敷设在城市市区内。当管道敷设条件比较好时，对光缆护层没有特殊要求，无需铠装。(4)架空光缆 架空光缆是利用已有的架空明线杆路，架挂在电杆上使用的光缆。(5)水底光缆 这种光缆是敷设于水底穿越河流、湖泊和滩岸等处的光缆，其敷设环境比管道敷设、直埋光缆的条件要差很多。,2.3.7 光纤到户用的新光缆,1FTTH光缆特点 纤芯数由中到少，越接近用户端纤芯数应越少；为降低城市管理工程造价，用小管或微管将现有的大管分隔成若干子管或安装新的小管，无金属小尺寸光缆被安装在大管道中的若干子管内；接续和维护成本低，光纤识别容易；在光缆终端和线路中途上下接入方便；在大楼前或没有保护的室内安装时，光缆应该具有好的机械弯曲性能；室内安装时，光缆应该具有阻燃性能；在温度变化和老化时不会因光缆收缩而产生光纤微弯，具有长期的可靠性；除用于架空方式之外，还要适应其它敷设方式。,2FTTH光缆类型 光缆分为馈线光缆、配线光缆和入户线光缆。所谓馈线光缆是指局端设备OLT至光分配点ODN之间的光缆。配线光缆是指由光分配点到用户接入点之间的光缆。用户光缆所指的是用户接入点至用户终端的光缆。若按照FTTH光缆在不同网络层次中的具体分布，可以将FTTH光缆分为 骨干环网光缆、本地环网接入光缆和室外接入光缆。（1）骨干环网光缆 表 2.13 管道和小管的尺寸,（2）本地环网接入光缆,（a）SZ绞缆芯（b）加强件嵌入光缆外护套中间,图 2.23 本地环网接入光缆结构,表 2.14 四种新接入光缆的直径、标准安装长度和小管的内径,（3）室外接入光缆 德国康宁光缆公司的Waldemar Stocklein等人研究出了一种气吹微型光缆。,图 2.24 气吹微型光缆结构,2.3.8 新型高性能光缆简介,光纤通信的发展是光纤、器件、系统三者彼此发展，共同促进的结果。1万兆(10G)多模光缆 美国AVAYA科技公司研制的万兆(10G)多模光缆(LazrSPEED)，采用增强型50m纤芯、独特的不同模式延迟(Differential Mode Delay，DMD)，使传输带宽达到2000MHz(在850nm窗口)，配以直径1.66mm的光纤跳线，以及只有SC头一半尺寸且衰减只有O.1dB的LC光纤接头组成的光纤传输信道，以解决高速数据传输时不会导致数码重叠和误码。2零水峰TeraSPEED ZWP-SM全波光纤 TeraSPEED系列是一种完全消除了1400nm波段的高衰减（即零水峰）的单模光纤ZWP-SW。该光纤的推出为未来光纤企业网和城域网提供了新一代的低成本光纤主干产品。,2.4 端接跳线,端接跳线简称跳线。跳线（Jumper）是指不带连接器件或带连接器件的电缆线对与带连接器件的光纤，用于配线设备之间进行连接。跳线主要有铜跳线（包括屏蔽/非屏蔽对绞电缆）和光纤跳线（包括多模/单模光纤跳线）两种。1.铜跳线,（a）RJ-45RJ-45,（b）RJ-45110(4对),（c）110110,图 2.25 铜跳线,图 2.26 5e类带RJ-45护套标准跳线,2.光纤跳线和尾纤,（a）微分时延光纤跳线,（b）尾纤,图 2.27 光纤跳线和尾纤,a)光纤跳线 b)单工结构 c）双工结构,图 2.24 光纤跳线结构,思考与练习,1.综合布线常用的传输介质有哪几种？它们各有何优、缺点？2.对绞电缆为什么要将线对进行缠绕，缆线缠绕的次数对缆线的性能有影响吗？3.简述各类非屏蔽对绞电缆的传输性能。在选择对绞电缆时应注意哪些性能指标？4.屏蔽对绞电缆和非屏蔽对绞电缆在结构和性能上有哪些差别？5.6类对绞电缆和5类对绞电缆、5e类对绞电缆在结构上有哪些改进？6.对绞电缆有哪几种线规？拿一根对绞电缆实际观察一下，看看缆线上标注了哪些电气特性指标？7.光缆是由哪几部分组成的？各部分有何作用？8.按照光在光纤中的传播模式来分，光纤可分为哪几类？各有什么特点？按照光纤适于传输的光的波长来分，光纤可以分为哪几类？9.什么是单模光纤和多模光纤？选用单模光纤和多模光纤的主要依据是什么？10.已知某一实用的多模光纤参数为：工作波长=850nm，纤芯半径=50m，数值孔径NA=0.26，试求该光纤中的可传输模式是多少？11.已知某一均匀光纤的参数为：n1=1.5,=1.3m，试计算：若=0.25，为保证单模传输，其光纤纤芯半径应取多大？若取=5m，为保证单模传输，应取多大？12.设有一光纤通信系统，发送端的光功率Ps=20W，经10km的光缆（损耗系数=2.5dB/km）传输后，试问接收端的光功率Pr为多少？13.光纤跳线和尾纤有什么区别？布线时使用生产厂家加工生产的原装跳线有什么好处？14实际观察单模光纤和多模光纤，区别一下室内/外型光缆，看看缆线上标注了哪些特性指标？15.光缆型号是由哪几部分构成的？试识别下列光缆的型号：（a）GYFTY21-12J50/125（30409）B）；（b）GYZT53-24D8/125（303）A。,
