第一章通信传输线路基础

第一章通信传输线路基础1.1通信电缆的结构、类型及特性1.2光纤的结构、类型及特性1.3光缆的结构、类型及特性1.1.1通信电缆的分类及用途1.1.2全色谱全塑双绞通信电缆的结构与类型1.1.3同轴电缆及数据通信中的对绞电缆1.1通信电缆的结构、类型及特性1.1通信电缆的结构、类型及特性1.1.1通信电缆的分类及用途（1）根据敷设和运行条件可分为：架空电缆、直埋电缆、管道电缆及水底电缆等；（2）根据传输频谱可分为：低频电缆（10KHz以下）和高频电缆（12KHz以上）等。（3）根据电缆芯线结构可分为：对称电缆和不对称电缆两大类。对称电缆指构成通信回路的两根导线的对地分布参数（主要指对地分布电容）相同的电缆，如对绞电缆；不对称电缆是指构成通信回路的两根导线的对地分布参数不同，如同轴电缆。（4）根据电缆的绝缘材料和绝缘结构分为：实心聚乙烯电缆、泡沫聚乙烯电缆、泡沫/实心皮聚乙烯绝缘电缆以及聚乙烯垫片绝缘电缆等。（5）根据电缆护层的种类可以分为：塑套电缆、钢丝钢带铠装电缆、组合护套电缆等。1.1.2全色谱全塑双绞通信电缆的结构与类型全色谱全塑双绞通信电缆是现在本地网中广泛使用的电缆，所谓“全塑”电缆是指：凡是电缆的芯线绝缘层、缆芯包带层和护套均采用高分子聚合物——塑料制成的电缆。全塑市话电缆属于宽频带对称电缆，现已广泛用来传送电话、电报和数据等业务电信号。由于全塑电缆具有电气特性优良、传输质量好、重量轻、运输和施工方便、抗腐蚀、故障少、维护方便、造价低、经济实用、效率高及使用寿命长等特点，使它得到了很快的发展和推广，与之相配套的线路技术，如电缆的布放、接续，各种成端技术，新的线路网结构和配线制式，传输技术和维护测试技术等也得到了飞速的发展。由纯电解铜制成，一般为软铜线，标称线径有：0.32mm，0.4mm，0.5mm，0.6mm和0.8mm等5种。1.芯线材料及线径（1）绝缘材料：高密度聚乙烯、聚丙烯或乙烯一丙烯共聚物等高分子聚合物塑料，称为聚烯烃塑料。（2）绝缘形式：全塑电缆的芯线绝缘形式分为实心绝缘、泡沫绝缘、泡沫/实心皮绝缘2.芯线的绝缘全色谱全塑双绞通信电缆的结构线对编号颜色线对编号颜色线对编号颜色线对编号颜色线对编号颜色ababababab12345白蓝桔绿棕灰678910红蓝桔绿棕灰1112131415黑蓝桔绿棕灰1617181920黄蓝桔绿棕灰2122232425紫蓝桔绿棕灰（a）实心绝缘（b）泡沫绝缘（c）泡沫/实心皮绝缘1.金属导线2.实心聚烯烃绝缘层3.泡沫聚烯烃绝缘层4.泡沫/实心皮聚烯烃绝缘层图1-1全塑电缆芯线绝缘形式表1-1全色谱线对编号与色谱绝缘好了以后的芯线大都采用对绞形式进行扭绞，即由a、b两线构成一个线组。线组内绝缘芯线的颜色分为普通色谱和全色谱两种。（1）普通色谱：标志线对为蓝／白，普通线对为红／白，这种电缆现在已使用不多，这里不作介绍。（2）全色谱：由十种颜色两两组合成25个组合，a线：白，红，黑，黄，紫；b线：蓝，桔，绿，棕，灰。3.芯线的扭绞（1）同心式缆芯：其结构方式是由线对构成的一系列同心圆，当层数较多时这种成缆方式多有不便，故只用于部分小对数（50对以下）的全塑电缆中。（2）单位式缆芯：这是全塑电缆形成缆芯的主要方式。它主要由基本单位和超单位绞合而成。根据缆芯中芯线线对和单位扎带颜色的不同，单位式缆芯也有普通色谱和全色谱之分。我们学习的重点是全色谱单位式缆芯。4.全塑电缆的缆芯（1）屏蔽层屏蔽层的主要作用是防止外界电磁场的干扰。全塑电缆的金属屏蔽层介于塑料护套与缆芯包带之间，其结构有纵包和绕包两种a.裸铝带；b．双面涂塑铝带；c．铜带（少用）；d．钢包不锈钢带；e．高强度硬性钢带；f．裸铝、裸钢双层金属带；g．双面涂塑铝、裸钢双层金属带。5.缆芯包带层6.屏蔽护套和外护套（2）护套全塑电缆的护套包在屏蔽层外面。材料是高分子聚合物塑料，全塑电缆的护套主要有：单、双层护套，综合护套，粘接护套（层）和特殊护套（层）等。a．单层护套b．双层护套c．综合护套d．粘接护套e．特殊护层图1-2双层塑料护套结构图1-3铝-塑粘接护套（层）结构（3）外护层全塑电缆的外护层由内衬层、铠装层和外被层三层构成。a．内衬层b.铠装层c．外被层图1-4电缆外护层全塑电缆分为普通型和特殊型两大类，而特殊型又包括填充型、自承式和室内电缆等。1.全塑电缆的类型全色谱全塑双绞通信电缆的类型、端别和选用原则（a）同心式（b）葫芦形（行标形）图1-5自承式电缆结构2.全塑市话电缆的规格导线标称直径（mm）0.320.400.500.600.80标称对数系列——10101010——20202020——30303030——50505050——100100100100——200200200200——300300300300——400400400400——600600600600——800800800————900900900————100010001000————12001200——————16001600——————1800——————20002000——————24002400——————2700————————3000————————3300————————3600————————表1—2电缆规格3.全塑电缆的端别同心式全塑电缆一般不分端别，100对以下的单位式全塑电缆也不分端别。100对以上单位式全塑电缆施工布放时要按规定区分A、B端并按要求布放。4.全塑电缆的选用表1-3各种类型全塑电缆的使用场合电缆类型无外护层电缆自承式电缆有外护层电缆单层钢带纵包双层钢带纵包双层钢带绕包单层细钢丝绕包单层粗钢丝绕包电缆型式代号HYAHYAC——————————HYFA————————————HYPA————————————HYAT——HYAT53HYAT553HYAT23HYAT33HYAT43HYFAT——HYFAT53HYFAT553HYFAT23————HYPAT——HYPAT53HYPAT553HYPAT23————主要使用场合管道架空架空直埋直埋直埋水下水下使用条件电缆的工作环境温度为-30℃—+60℃，敷设环境温度应不低于-5℃1.1.3同轴电缆及数据通信中的对绞电缆1.1.3.1同轴电缆典型的同轴电缆中心有一根单芯铜导线，铜导线外面是绝缘层，绝缘层的外面有一层导电金属层，金属层可以是密集型的，也可以是网状形的。金属层用来屏蔽电磁干扰和防止辐射。电缆的最外层又包了一层绝缘材料。图1-6同轴电缆的结构1.1.3.2数据通信中的对绞电缆常用的双绞电缆是由4对双绞线按一定密度反时钟互相扭绞在一起，其外部包裹金属层或塑橡外皮而组成。铜导线的直径为0.4mm—1mm。其扭绞方向为反时钟，绞距为3.81cm—14cm，相邻双绞线的扭绞长度差约为1.27cm。双绞线的缠绕密度和扭绞方向以及绝缘材料，直接影响它的特性阻抗、衰减和近端串扰。1.双绞电缆的分类双绞电缆按其外部包缠的是金属层还是塑橡外皮，可分为屏蔽双绞电缆和非屏蔽双绞电缆。它们即可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。如图1—7所示。（1）非屏蔽双绞（UTP）电缆非屏蔽双绞电缆是由多对双绞线外包缠一层塑橡护套构成。（2）屏蔽双绞电缆屏蔽双绞电缆与非屏蔽双绞电缆一样，芯线为铜双绞线，护套层是塑橡皮。只不过在护套层内增加了金属层。按增加的金属屏蔽层数量和金属屏蔽层绕包方式，又可分为金属箔双绞电缆（FTP），屏蔽金属箔双绞电缆（SFTP）和屏蔽双绞电缆（STP）三种。2.常用双绞电缆常用双绞电缆分100欧和150欧两类。100欧电缆又分为3类、4类、5类及6类/E级几种。150欧双绞电缆，目前只有5类一种。1.2.1光纤通信的优点1.2.2光纤的结构和分类1.2.3光纤的光学特性1.2.4光纤的传输特性1.2光纤的结构、类型及特性1.2.1光纤通信的优点光纤：光导纤维的简称。光纤通信：是以激光为信号载体，以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、传输距离长；不受电磁干扰、安全保密；线径细、重量轻、资源丰富（SiO2石英）；不怕潮湿、耐腐蚀。1.2.2光纤的结构和分类1．光纤的结构纤芯包层涂覆层n1n2折射率n1＞n2普通光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯、包层和涂覆层（纤芯折射率n1＞包层折射率n2，如图1-8所示。。图1-8光纤的机构示意图2．光纤的分类按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤多模光纤：一般适用于低、中速和短、中距离传输。单模光纤：一般用于高速、大容量、长距离传输。按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤1.2.3光纤的光学特性光纤的导光理论比较复杂，涉及电磁场理论、波动光学理论、甚至量子场论方面的知识，仅从基本的几何光学的角度来看，光纤通信是应用了光的全反射原理。光的全反射：光线在同一种均匀介质中是直线传播的，当到达两种不同介质的分界面时，会发生反射与折射现象。如图1-9所示。图1-9光纤的反射与折射现象1.2.3光纤的光学特性根据光的反射原理，入射角＝反射角，根据折射定律：,当＞（纤芯光密媒质折射率＞包层光疏媒质折射率）,＜，当＝90°即＝1时，存在临界角＝/，当≥/时，将仅保留反射光线，即出现全反射现象。如图1-10所示。图1-10光的全反射现象1．光在阶跃型光纤中的传播。图1-12光纤传输中的“漏光”现象图1-11光在阶跃型光纤中的传播示意图2．光梯度型光纤中的传播图1-13光线在梯度折射率光纤中的折射3．光在单模光纤中的传播图1-14光在单模光纤中的传播轨迹光在单模光纤中的传播轨迹，简单地讲是以平行于光纤轴线的形式以直线方式传播。如图1-14所示。1.2.4光纤的传输特性主要传输特性参数指标：损耗和色散。光纤通信中光源发光器件为LD（半导体激光器），为近红外区激光信号。G.652A/B标准光纤传输特性曲线如图1-15所示（C/D为无“水峰”光纤）。由图1-15标准光纤传输特性曲线我们可以看到，标准光纤在部分波长区域具较小的损耗和色散，这就定义了通常我们所说的光纤通信的3个工作窗口，即850nm/1310nm/1550nm窗口，在1310nm位置色散最小（损耗并不小，约为0.34dB/Km），1550nm位置损耗最小（0.25dB/Km），故1310窗口又俗称零色散窗口，1550窗口又俗称零损耗窗口。目前我们光缆网络中通常用的就是该类G.652标准光纤。图1-15G.652A/B标准光纤传输特性曲线1．损耗光信号经光纤进行传输后，光信号的强度变弱，或者说光脉冲的脉幅发生降低畸变，从而影响光纤传输的距离。损耗纤芯与包层交界面的不平整、材料的不均匀性、折射率分布的不均匀性固有损耗（吸收损耗）本征吸收杂质吸收散射损耗线性散射非线性散射结构不完整散射应用损耗红外、紫外区域的吸收（电子跃迁、分子振动）光纤材料中的杂质如氢氧根离子、过渡金属离子（铜、铁、铬等）对光的吸收瑞利散射（材料粒子远小于波长时的“弹性散射”）、米氏散射高功率情况下将出现的（布里渊散射、拉曼散射等）施工应用中的微弯曲、残余应力等引起1．色散当一个光脉冲从光纤输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真。可以理解为光信号的不同模式或频率分量在经光纤传输过程中产生了时延，接收端光脉冲信号出现了展宽，从而影响光纤传输的距离和带宽（容量）。色散模式色散材料色散波导色散在多模光纤中，每种传播模式具有不同的传播速度与相位（路径不同）引起的材料的折射率频率特性、光信号的频谱宽度引起的光纤的波导结构参数所引起的（多模光纤）（单模光纤）需要指出的是，在大容量、高速率、长距离的长途光缆传输中，特别是集成光学、光纤放大器以及超高带宽的G655光纤的广泛应用，光纤的非线性效应和偏振模色散（PMD）影响将越来越成为制约长距离传输的重要因素。1.3.1光缆的种类1.3.2光缆特性1.3.3光缆的端别1.3.4光纤的纤序色谱1.3.5光缆型号和应用1.3.6光缆传输器