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1、3.4 双绞线双绞线是我们平常在组网、用网过程中用的最多的，也是目前主要的网络传输媒体。本节要对这类传输介质进行详细介绍。3.4.1 双绞线的分类除了在前面介绍的双绞线可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）两大类以外，双绞线还随着网络技术的发展，经历了不同的历史发展时期，产生了不同的类型。按电气性能划分的话，双绞线可以分为：1类、2类、3类、4类、5类、超5类、6类、超6类、7类共9种双绞线类型。类型数字越大，版本越新、技术越先进、带宽也越宽，当然价格也越贵。这些不同类型的双绞线标注方法是这样规定的：如果是标准类型则按“catx”方式标注，如常用的5类线，则在线的外包皮上标注为“c
2、at5”，注意字母通常是小写，而不是大写。而如果是改进版，就按“xe”进行标注，如超5类线就标注为“5e”，同样字母是小写，而不是大写。双绞线技术标准都是由美国通信工业协会（TIA）制定的，其标准是EIA/TIA-568B，具体如下。1类（Categoryn 1）线是ANSI/EIA/TIA-568A标准中最原始的非屏蔽双绞铜线电缆，但它开发之初的目的不是用于计算机网络数据通信的，而是用于电话语音通信的。2类（Categoryn 2）线是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 2类/A级标准中第一个可用于计算机网络数据传输的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为1MHz，传输速率达4Mb/s，主要用
3、于旧的令牌网。3类（Categoryn 3）线是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 3类/B级标准中专用于l0BASE-T以太网络的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为16MHz，传输速率可达l0Mb/s。4类（Categoryn 4）线是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 4类/C级标准中用于令牌环网络的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为20MHz，传输速率达16Mb/s。主要用于基于令牌的局域网和10BASE-T/100BASE-T。5类（Categoryn 5）线是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 5类/D级标准中用于运行CDDI（CDDI是基于双绞铜线的FDDI网络）和快速
4、以太网的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为100MHz，传输速率达l00Mb/s。超5类（Categoryn excess 5）线是ANSI/EIA/TIA-568B.1和ISO 5类/D级标准中用于运行快速以太网的非屏蔽双绞线电缆，传输频率也为100MHz，传输速率也可达到100Mb/s。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。 6类（Category 6）线n是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆，它主要应用于百兆位快速以太网和千兆位以太网中。因为它的传输频率可达200250MHz，是超5类线带宽
5、的2倍，最大速率可达到1 000Mb/s，满足千兆位以太网需求。超6类（Category excessn 6）线是6类线的改进版，同样是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆，主要应用于千兆网络中。在传输频率方面与6类线一样，也是200250MHz，最大传输速率也可达到1 000Mb/s，只是在串扰、衰减和信噪比等方面有较大改善。7类（Category 7）线n是ISO 7类/F级标准中最新的一种双绞线，主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展。但它不再是一种非屏蔽双绞线了，而是一种屏蔽双绞线，所以它的传输频率至少可达500MHz，又是6类线
6、和超6类线的2倍以上，传输速率可达10Gb/s。3.4.2 超5类双绞线在5类和6类中又可细分为5类、超5类，6类、超6类（有的称之为“增强型6类”）四种。虽然是在性能指标上这四个小类各有不同，但在总的方面来说，这四个小类的双绞线都差不多，而且在局域网组建中基本上都是采用非屏蔽类型。超5类双绞线标准是于1999年正式发布的。与5类双绞线一样，它也有屏蔽双绞线（STP）与非屏蔽双绞线（UTP）两类，但在企业局域网组建中基本都是采用廉价的非屏蔽双绞线布线系统。如图3-9左、右图所示的就是屏蔽和非屏蔽超5类双绞线。图3-9 屏蔽与非屏蔽超5类双绞线超5类布线系统是一个非屏蔽双绞线（UTP）布线系统，
7、通过对它的“连接”和“信道”性能的测试表明，它超过TIA/EIA568的5类线要求。与5类线相比，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。如超5类布线系统的近端串扰只有5类线要求的1/8。另外，与普通5类双绞线相比，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。 3.4.3 6类双绞线6类、超6类双绞线与5类、超5类线在外观上看起来没什么太大的区别，都是4对8芯电缆，但6类和超6类双绞线要稍粗些。同样，6类线也有屏蔽与非屏蔽线两类，如图3-10左、右图所示。6
8、类线除了像5类那样具有用单一屏蔽层包裹4对芯线的屏蔽线（参见图3-10左图），还有一种既采用统一屏蔽层，又在各芯线对分别采用一个屏蔽层的双屏蔽线，如图3-11左图所示。在7类线中全采用这种双屏蔽的屏蔽双绞线，如图3-11右图所示。双屏蔽双绞线主要用于对性能和安全性要求较高的领域，如千兆位或万兆位以太骨干网，或者一些特殊的行业，如电信、证券、金融等。图3-10 6类屏蔽与非屏蔽双绞线图3-11 6类和7类双屏蔽层双绞线6类线系统与5类线系统相比，主要存在以下几方面的区别。结构变化：在新标准中增加了电信布线设计原理、安装准则与现场测试组件规范、传输性能、系统模型和用于验证电信布线系统的测量程序。n
9、在性能测试方面增加了“插入损耗”项目，用来表示链路与信道上的信号损失量。n用“永久链路”替代5类线系统中的“基本链路”。n在测试参数方面，新增“传播延时”和“传播延时差”，前者表示传播信号延长时间，后者表示最快线对与最慢线对发送信号延时差的尺度。n3.4.4 6类双绞线标准简介自2001年始，相继经过10个版本的修改后，2002年6月，ANSI/EIA/TIA-568B铜缆双绞线6类线标准已经正式出台。这个分类标准将成为ANSI/EIA/TIA-568B标准的附录，它被正式命名为ANSI/EIA/TIA-568B.2-1。ANSI/EIA/TIA-568B标准由ANSI/EIA/TIA-568
10、A演变而来，ANSI/EIA/TIA标准属于北美标准系列，在全世界一直起着综合布线产品的导向作用。新的ANSI/EIA/TIA-568B标准从结构上分为三部分：ANSI/EIA/TIA-568B1综合布线系统总体要求、ANSI/EIA/TIA-568B2平衡双绞线布线组件和ANSI/EIA/TIA-568B3光纤布线组件。（1）ANSI/EIA/TIA-568B1综合布线系统总体要求：在新标准的这一部分，包含了电信综合布线系统设计原理，安装准则及与现场测试相关的内容。（2）ANSI/EIA/TIA-568B2平衡双绞线布线组件：在新标准的这一部分中，包含了组件规范、传输性能、系统模型及用户验证
11、电信布线系统测量程序相关的内容。（3）ANSI/EIA/TIA-568B3光纤布线组件：在新标准的这一部分中，包含了与光纤电信布线系统的组件规范和传输相关要求内容。新的6类标准在两个方面指定6类系统组成的成分必须向下兼容（包括3类、4类、 平衡双绞线、连接硬件、跳线、信道和永久链路作了具体要求。W5类、超5类布线产品），同时必须满足混合使用的要求。6类布线标准对100新的6类布线国际标准主要改善如下。对6类性能的测试频率最终确定为1250MHz，超过5类和超5类双绞的工作频率在1倍以上。n 6类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超5类的带宽。为
12、了确保整个系统有良好的电磁兼容性，这个标准还同时对线缆和连接的匹配提出了建议。n6类与超5类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。n在以前的布线测试中有基本链路（TIA）、永久链路（ISO）和信道模型（TIA/ISO）。在6类标准中取消了基本链路模型，从而两个标准在测试模型上达成了一致。n6类标准中规定了介质、布线距离、接口类型、拓扑结构、安装实践、信道功能及线缆和连接硬件性能等多方面的要求。同超5类标准一样，新的6类布线标准也采用星型的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超
13、过100m。3.4.5 6类双绞线标准的好处2002年6月6类布线标准的出台，不仅结束了长达好几年的商家在产品性能方面的纷争局面，也为用户选择6类布线产品提供了一个可靠的技术依据。6类布线带来的最大好处是：用户可以大大减少在网络设备端的投资，包括网卡和交换机等。西蒙公司指出：“6类系统的投资可能会比5类（系统）多30%，但网络设备的成本会有大幅降低。以思科公司的设备计算，每个端口成本将至少节省25%”。因此综合起来计算整个网络设施的总成本，6类并不算贵。而且6类布线不只提供了新的网络应用平台，还提升了数字话音和视频应用到桌面的服务质量。 至于采用6类布线系统后，网络设备投资成本是如何节省的，我
14、们可以从目前主流应用的千兆网络工作原理来分析。目前的千兆位以太网铜线标准是1 000BASE-T（IEEE 802.3ab），采用超5类双绞线的情况下是以全双工方式工作的，对回波损耗非常敏感。交换机在收到一个数据包后可能难以分辨是对方正常发过来的，还是己方发出被反射回来的。因此支持 1 000BASE-T的5类线网络设备上需要具备有源数字信号处理器来补偿回波损耗。而如果采用6类线系统，网络设备上可以不再需要这个有源数字信号处理器了，于是其成本可以降低许多。1 000BASE-T在5类线上需要利用双工方式来实现，这样就需要在同一根线上既要收又要发，自然会复杂一点。而在6类线系统中，1 000BA
15、SE-T网络可以采用单工方式（半双工），这样网络实现技术也就更简单了。更重要的是，在5类线上运行1 000Mb/s，是把这个流量分配到8根铜线上，每根线还要负担125Mb/s，但它的频率范围只能到100MHz，这就意味着1Hz要产生1.25b，编码调制比较复杂。而6类线用1对线（2根线）实现500Mb/s，每根线上承担250Mb/s，而它的频率范围可到250MHz，这样在1Hz上产生1bit便足够使用了，因此编码方式比较简单。在技术方面，新出台的6类布线标准给人最深的印象是带宽由5类、超5类的100MHz提高到250MHz，带宽资源一下提高到原来的2.5倍，为将来的高速数据传输预留了广阔的带宽
16、资源。同时新标准保证系统的向下兼容性和相互兼容性，即不仅能够包容以往的3、5类布线系统，而且保证了不同厂家产品之间的混合使用，改变了以往在6类线标准未正式出台前6类线产品必须完全统一的弊端。还有，6类线的布线性能指标也有了较大程度的提高，对衰减、近端串扰、综合近端串扰、远端串扰、综合等效远端串扰、回波损耗等指标提出了更高的要求，因而在布线系统性能上已大大优于超5类布线系统。3.4.6 7类双绞线标准与4类、5类、超5类和6类相比，7类具有更高的传输带宽，至少为600MHz。不仅如此，7类布线系统与以前的布线系统不同，采用的不再是廉价的非屏蔽双绞线，而是采用双屏蔽的双绞线。在网络接口上也有较大变
17、化，开始制定7类标准时，共有8种连接口被提议，其中两种为“RJ”形式，六种为“非RJ”形式。在1999年1月，ISO技术委员会决定选择一种“RJ”和一种“非RJ”型的接口做进一步的研究。在2001年8月的ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG3工作组会议上，ISO组织再次确认7类标准分为“RJ型”接口及“非RJ型”接口两种模式。其中，“RJ型”接口的可行性研究正在被IEC SC488组织审查和研究中。2002年7月30日，西蒙公司开发的TERA7类连接件被正式选为“非RJ”型7类标准工业接口的标准模式。TERA连接件的传输带宽高达1.2GHz，超过目前正在制订中的600MHz 7类标准传
18、输带宽，可同时支持语音、高速网络、CATV等视频应用。“非RJ型”7类布线技术完全打破了传统的8芯模块化RJ型接口设计，从RJ型接口的限制脱离出来，不仅使7类的传输带宽达到1.2GHz，还开创了全新的1、2、4对的模块化形式。这是一种新型的满足线对和线对隔离、紧凑、高可靠、安装便捷的接口形式。例如，TERA连接头可提供极佳的传输带宽，超过目前标准正在制订的600MHz 7类标准传输带宽。这使得一些需求高带宽的应用（如高达862MHz的宽带视频应用），可以运行在7类/F级布线系统。由于TERA的紧凑性设计及1、2、4对的模块化多种连接插头，一个单独的7类信道（4对线）可以同时支持语音、数据和宽带
19、视频多媒体等混合应用，这使得在同一插座内可以管理多种应用，减少了以前的光纤、同轴、双绞线缆需求，从而降低了LAN（高速局域网）设备的成本。3.4.77类双绞线的主要优势与现行的超5类、6类双绞布线系统相比，7类布线系统具有以下明显优势。（1）至少600MHz的传输速率在7类标准中规定了最低的传输带宽为600MHz，而采用“非RJ型”7类布线技术可以达到1.2GHz。而且要求使用双屏蔽电缆，即每线对都单独屏蔽，而且总体也屏蔽的双绞电缆，以保证最好的屏蔽效果，如图3-11右图所示。此种7类系统的强大噪声免疫力和极低的对外辐射性能使得高速局域网不需要更昂贵的电子设备来进行复杂的编码和信号处理。与6类
20、、超5类比较，“非RJ型”7类在传输性能上的要求更高。6类/E级是目前不采用单独线对屏蔽形式而提供最高传输性能的技术。对于绝大多数的商业应用，6类/E级的250MHz带宽在整个布线系统生命期内对于用户来说是足够的，因此6类/E级是商业大楼布线的最佳选择。而7类/F级的目标是要比任何平衡电缆的每一个传输参数性能要好。双屏蔽的7类电缆在外径上比6类电缆大得多，并且没有6类电缆的柔韧性好。这要求在设计安装路由和端接空间时要特别小心，要留有很大的空间和较大的弯曲半径。另外二者在连接硬件上也有区别。正制订中的7类标准要求连接头要在600MHz时，提供至少60dB的线对之间的串扰隔离，这个要求比超5类在1
21、00MHz时的要求严格32dB，比6类在250MHz时的要求严格20dB，因此，7类具有强大的抗干扰能力。（2）节约成本与一个光纤局域网的全部造价相比，“非RJ型”7类布线具有明显优势。对SYSTEM7（SYSTEM7采用双屏蔽的TERA连接头，是一个每一线对可达1GHz传输性能的标准双绞布线系统解决方案）系统和62.5/125m多模光纤信道系统的安装作一个成本比较研究后发现，二者的安装成本接近。但一个光纤局域网设备大约是双绞线设备的6倍。当考虑全部的局域网络安装成本时，SYSTEM7不仅能提供高带宽，而且其成本只是多模光纤的一半。另一方面，“非RJ型”7类/F级具有光纤所不具备的功能。由于“
22、非RJ型”7类/F级的每线对均单独屏蔽，极大地减少了线对之间的串扰，这样允许SYSTEM7能在同一根电缆内支持语音、数据、视频多媒体三种应用。在工作区或电信间，TERA有1对、2对和4对模块化连接插头形式，实现了在同一插座口内直接连接多种应用设备口。（3）应用广泛由于“非RJ型”7类布线系统采用双屏蔽电缆，它能填补那些以屏蔽双绞线系统为主的地区（比如部分欧洲和亚洲市场）的需要。双屏蔽解决方案主要应用于严重电磁干扰环境，如一些广播站、电台等。另外，也可应用于那些出于安全目的，要求电磁辐射极低的环境。另外宽带智能小区和商业大楼也是潜在的市场。一根7类电缆的能力可以满足所有的双绞线布线系统的要求，包
23、括代替同轴电缆，不受共享护套的限制，同时享受高性能和低成本。3.5 光纤的分类光纤与同轴电缆的结构非常相似（对比图3-3和图3-6），只不过光纤电缆没有那一层密织的网用来屏蔽，因为光纤本身就具有非常高的屏蔽性能，无须另外的屏蔽层。光纤的分类标准非常之多，主要可以从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法进行，先简单介绍各种分类标准，然后再介绍一下几种主要的光纤类型。（1）按光纤工作波长的不同可分为：紫外光纤、可见光纤、近红外光纤、红外光纤（又可分为0.85pm、1.3pm和1.55pm三种）等几种。（2）按光纤折射率分布的不同可分为：阶跃（SI）型、近阶跃型、渐变（GI）型、其他（如三
24、角形、W形、凹陷型等）。（3）按光纤传输模式的不同可以分为：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。（4）按光纤组成材料的不同可分为：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。（5）按光纤制造方法的不同可分为：轴向汽相沉积（VAD）、化学汽相沉积（CVD）等。下面是几种常见的分类标准。3.5.1 按传输模式来分类根据光纤中传输模式的多少，可分为“单模光纤”和“多模光纤”两类。单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在810m范围内。而多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸
25、为50m左右，相当于一根头发丝那么精细。（1）单模光纤（Single-Mode Fiber，SMF）单模光纤只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。单模光纤携带单个频率的光将数据从光缆的一端传输到另一端，如图3-12左图所示。图3-12 单/双模光纤的信号传输SMF光纤细径较细，约10m。单模光纤使用的光波长为1.31m或1.55m。目前在有线电视和光通信中，是应用最广的一种光纤。由于SMF光纤完全避免了模式散射，使得单模光纤的传输频带很宽因而适用于大容量、长距离的光纤通信。SMF光纤只能传一种模式的光，因此其模间色散很小，适用于远程通信，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光
26、源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在1.31m波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一个为正、一个为负，大小也正好相等。这就是说在1.31m波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31m处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31m波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1.31m常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU-T在G652会议中确定的，因此它又称G652光纤。SMF光纤没有多模色散，不仅传输频带较多模光纤更宽，再加上SMF的材料色散和结构色散的相加抵消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使传输
27、频带更宽。（2）多模光纤（Multi-Mode Fiber，MMF）多模光纤可以在单根或多根光纤上同时携带几种光波，如图3-12右图所示。MMF光纤纤芯直径较粗，通常为50m或62.5m。由于其模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600Mb/s/km的光纤在2km时则只有300Mb/s的带宽。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几千米。MMF按折射率分布进行分类时，可分为：渐变（GI）型和阶跃（SI）型两种。GI型的折射率以纤芯中心为最高，沿向包层徐徐降低。从几何光学角度来看，在纤芯中前进的光束以蛇行状传播。由于光的各个路径所需时间大致相同，所以传输
28、容量较SI型大。3.5.2 按纤芯直径来分类如果按光纤纤芯直径大小来分类的话，可以分为如下。缓变型多模光纤：50/125m。n缓变增强型多模光纤：62.5/125m。n缓变型单模光纤：8.3/125m。n因为光纤的包层直径均为125m，所以以上3种类型的光纤就可标识为：50m/125m（光纤直径/包层直径）缓变型多模光纤、62.5m/125m缓变增强型多模光纤、8.3m/125m突变型单模光纤。在综合布线系统中较为常用的是62.5m/125m缓变增强型多模光纤，其他两种光纤应根据工程的实际需要选用。50/62.5/8.3（m）均为光纤纤芯直径大小，125（m）均为光纤玻璃包层的直径大小。3.5
29、.3 按光纤纤芯折射率分布分类在这种划分标准下，光纤又可以分为以下几种。（1）阶跃型光纤（Step Index Fiber，SIF）又称“突变型光纤”，目前，单模光纤多属此类，最早的多模光纤也属此类。这种SIF光纤纤芯的折射率与包层的折射率成阶跃型分布。它的特点是芯的折射率是均匀的，在芯和包层之间的分界面上，折射率有一不连续的阶跃性突变。纤芯直径为50100m，光线以曲折形状传播，特点是信号畸变大。（2）渐变型光纤（Graded Index Fiber，GIF）GIF光纤也称为梯度光纤，它有单模和多模两种类型的光纤，其特点是纤芯中心的折射率最大，沿径向往外逐步变小，最后达到包层的折射率。分布曲
30、线近似为抛物线，形成一个连续渐变的梯度或坡度。纤芯直径为50m，光线以正弦形状传播，信号畸变小。 （3）单模环型光纤（Ring Fiber）这种光纤折射率分布与突变型光纤相似，纤芯直径为812m，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为光纤只能传一个模式，所以称为单模光纤，其折射率最高，信号畸变小。（4）单模W形光纤（W-Fiber）也称为双包层光纤，因其折射率分布像W形而得名。它的横截面也分为三个区域，每个区域内的折射率也都是均匀的，中心的折射率最高，中间区域折射率最低，最外面区域折射率介于两者之间。可以实现10Gb/s容量的100km的超大容量超长距离的信号传送。（5）单模三角形光纤这种
31、光纤纤芯折射率分布曲线为三角形，是一种新型单模光纤。这种光纤在1.55m有微量色散，有效面积较大，适合于密集波分复用系统使用。（6）单模椭圆形光纤同样，也是因其纤芯折射率分布为椭圆形而得名。这种光纤具有双折射特性，即两个正交偏振模的传输常数不同。强双折射特性能使传输光保持其偏振状态，因而又称为双折射光纤或偏振保持光纤，其优点是传输距离长。3.5.4 按光纤的组成材料分类按光纤的组成材料可分为：石英玻璃光纤（主要材料为SiO2）、复合光纤（主要材料为SiO2、Na2O和CaO等氧化物）、硅酸盐光纤、氟化物光纤、塑包光纤、全塑光纤、液芯光纤、测光光纤、尾光光纤、工业光纤等。光通信中主要用石英光纤，
32、以后所说的光纤也主要是指石英光纤。（1）石英玻璃光纤石英玻璃光纤是一种以高折射率的纯石英玻璃（SiO2）材料为芯，以低折射率的有机或无机材料为包皮的光学纤维。由于石英玻璃光纤传输波长范围宽（从近紫外到近红外，波长从0.382.0m），所以石英玻璃光纤适用于紫外到红外各波长信号及能量的传输。另外，石英玻璃光纤数值孔径大、光纤芯径大、机械强度高、弯曲性能好和很容易与光源耦合等优点，故在传感、光谱分析、过程控制及激光传输、激光医疗、测量技术、刑侦，信息传输和照明等领域的应用极为广泛。尤其是在工业和医学等领域的激光传输中得到了广泛的应用，这是其他种类的光纤无法比拟的。 （2）复合光纤复合光纤（Comp
33、ound Fiber）是在SiO2原料中再适当混合诸如氧化钠（Na2O）、氧化硼（B2O2）、氧化钾（K2O2）等氧化物的多成分玻璃作成的光纤。其特点是多成分玻璃比石英的软化点低且纤芯与包层的折射率差很大。主要用在医疗业务的光纤内窥镜。（3）氟化物光纤氟化物光纤（Fluoride Fiber）是由氟化物玻璃作成的光纤。这种光纤原料又简称ZBLAN（即将氟化铝（ZrF4）、氰化钡（BaF2）、氟化镧（LaF3）、氟化铝（A1F2）、氰化钠（NaF）等氯化物玻璃原料简化成的缩语）。它主要工作在210pm波长的光传输业务。由于ZBLAN具有超低损耗光纤的可能性，正在进行着用于长距离通信光纤的可行性开
34、发，如其理论上的最低损耗在3pm波长时可达310dB/km，而石英光纤在1.55pm时却在0.150.16dB/km之间。目前，ZBLAN光纤由于难于降低散射损耗，只能用在2.42.7pm的温敏器和热图像传输，尚未广泛实用。不过最近，为了利用ZBLAN进行长距离传输，正在研制1.3pm的掺错光纤放大器（PDFA）（4）塑包光纤塑包光纤（Plastic Clad Fiber）是用高纯度的石英玻璃制作成纤芯，而将折射率比石英稍低的如硅胶等塑料作为包层的阶跃型光纤。它与石英光纤相比较，具有纤芯粗、数值孔径（NA）高的特点。因此，易与发光二极管LED光源结合，损耗也较小。所以，非常适用于局域网（LAN
35、）和近距离通信。（5）全塑光纤全塑光纤是将纤芯和包层都用塑料（聚合物）制作成的光纤。早期产品主要用于装饰和导光照明及近距离光链路的光通信中。原料主要是有机玻璃（PMMA）、聚苯乙稀（PS）和聚碳酸酯（PC）。损耗受到塑料固有的C-H结合结构制约，一般每千米可达几十分贝。为了降低损耗很多公司正在开发应用氟索系列塑料。由于塑料光纤（Plastic Optical Fiber）的纤芯直径为1 000pm，是单模石英光纤的100倍，接续简单，而且易于弯曲，施工容易。近年来，加上宽带化的进度，作为渐变型（GI）折射率的多模塑料光纤的发展受到了社会的重视。最近，在汽车内部LAN中应用较快，未来在家庭LAN
36、中也可能得到应用。（6）碳涂层光纤碳涂层光纤是在石英光纤的表面涂敷碳膜的光纤，称为碳涂层光纤（CCF，Carbon Coated Fiber）。其机理是利用碳素的致密膜层，使光纤表面与外界隔离，以改善光纤的机械疲劳损耗和氢分子的损耗增加。CCF是密封涂层光纤（HCF）的一种。（7）金属涂层光纤金属涂层光纤（Metal Coated Fiber）是在光纤的表面涂上Ni、Cu、A1等金属层的光纤。它是抗恶环境性光纤之一，也可作为电子电路的部件用。早期产品是在拉丝过程中，涂上熔解的金属制作而成的。由于此法因玻璃与金属的膨胀系数差异太大，会增加弯曲造成损耗，实用率不高。近期，由于在玻璃光纤的表面采用低
37、损耗的非电解镀膜法，使其性能大有改善。 （8）掺稀土光纤掺稀土光纤是在光纤的纤芯中，掺杂铒（Er）、钕（Nd）、镨（Pr）等稀土族元素的光纤。1985年英国的索斯安普顿（Sourthampton）大学的佩思（Payne）等首先发现掺杂稀土元素的光纤（Rare Earth Doped Fiber）有激光振荡和光放大的现象。现在使用的1.55pm EDFA就是利用掺铒的单模光纤，其利用1.47pm的激光进行激励，得到1.55pm光放大信号。另外，掺镨的氟化物光纤放大器（PDFA）正在开发中。（9）发光光纤发光光纤是采用含有荧光物质制造的光纤。它是在受到辐射线、紫外线等光波照射时，产生的荧光一部分，
38、可经光纤闭合进行传输的光纤。发光光纤（Luminescent Fiber）可以用于检测辐射线和紫外线，以及进行波长变换，或用做温度敏感器、化学敏感器。在辐射线的检测中也称做闪光光纤（Scintillation Fiber）。3.5.5 按光纤的套塑层分类按光纤的套塑层可分为“紧套光纤”和“松套光纤”两类。“紧套光纤”中光纤被套管紧紧箍住，不能在其中松动，它与塑料套层是一个整体结构。而“松套光纤”可在套管层中松动。套管内填充油膏，以防水渗入。若一根管内含有多根光纤，则称为松套光纤束。紧套光纤和松套光纤外观及截面结构分别如图3-13左、右图所示。其实光纤的分类还非常多，如还可以按一条光纤中所含光芯
39、数量分，目前常见的有4芯、6芯、8芯、10芯、12芯和14芯等，当然也有单芯的。注意这是指芯数，而不是指光传输模式中的单模和多模。无论单模还是多模光纤都可以有单芯和多芯光纤。图3-13 紧套光纤和松套光纤外观及截面结构3.6 光纤结构及主要应用通过前面的学习我们已对光纤这种传输介质的分类有一个基本的了解，本节要深入介绍一些有关光纤的物理结构、连接器附件、特性和应用方面的知识。3.6.1 光纤结构及主要附件为了使大家对光纤结构有个初步了解，本节介绍一些常见类型的光纤结构，实际上光纤类型相当复杂，不同类型的光纤结构也是多种多样的。如图3-14左、右图所示的分别为单芯光纤和多芯光纤截面结构示意图。在
40、光纤结构中我们还要了解的一点就是光纤的接口类型。我们经常见到诸如ST-ST光纤、ST-SC光纤，或者称ST和SC光纤。这里的ST、SC是什么意思呢？ST和SC是指光纤连接器的两种接口类型，对于10BASE-F以太网标准，连接器通常是ST类型的；而对于100BASE-FX以太网标准，连接器大部分情况下为SC类型的。ST连接器的芯外露，SC连接器的芯在接头里面。如图3-15左、右图所示的分别是ST-ST和ST-SC光纤；如图3-16从左到右依次为ST连接器、SC连接器、ST适配器和SC适配器产品图。注意，不同品牌的这些附件产品外观可能有较大区别。图3-14 单/多模光纤结构图3-15 带ST-ST
41、/ST-SC连接器的光纤图3-16 ST/SC连接器和适配器光纤中的接口类型比较多，常见的有ST、SC、FC、LC等。ST连接插头呈圆形，用于10BASE-F网络中，此时光缆中只有单根光导纤维（而非多股的带状结构），并且光缆以交叉连接或互联的方式连至光电设备上。在所有的单工终端应用中，综合布线均使用ST光纤连接器。“SC”接头是标准方型接头，用于100BASE-FX网络中，是目前应用比较广的一种光纤接口类型。传输设备侧光纤接口一般用SC接头。它采用工程塑料，具有耐高温、不容易氧化的优点。LC接头与SC接头形状相似，较SC接头小一些。“FC”接头是金属接头，紧固方式为螺丝扣。3.6.2 光纤色散
42、光纤是光信号的物理传输媒质，其特性直接影响光纤传输系统的带宽和传输距离，目前已开发出不同特性的光纤以适应不同的应用。常用的光纤类型有常规单模光纤G.652、色散位移光纤G.653和非零色散位移光纤G.655 3种。这3类光纤的低损耗区都在1 3101 600nm波长范围内。色散位移光纤G.653主要为1 550nm频段的单一波长高速率传输研制的。非零色散位移光纤G.655包括大有效面积光纤（LEAF）、色散平坦光纤（DFF）、全波光纤（Allwave）等。影响光纤传输距离和传输性能的关键性因素之一是色散，尤其是DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexin
43、g，密集波分复用）系统指标的重要因素是光纤的非线性，它们对于不同类型光纤的传输性能有决定性的影响，特别是WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）系统的传输性能。所谓色散是指入射到光纤的光脉冲经光纤传输以后，出射端光脉冲将发生时间展宽的这种现象。光纤色散按产生原因的不同，大致可分为3种：模式色散、材料色散和波导色散。（1）模式色散在多模光纤中由于各传输模式的传输路径不同，各模式到达出射端的时间不同，从而引起光脉冲展宽，由此产生的色散称为模式色散。（2）材料色散光纤材料石英玻璃的折射率对不同的传输光波长有不同的值，许多不同波长的太阳光通过棱镜以后可分成七
44、种不同颜色就是一个证明。由于上述原因，材料折射率随光波长而变化从而引起脉冲展宽的现象称为材料色散。（3）波导色散由于光纤的纤芯与包层的折射率差别很小，因而在界面产生全反射现象时，有一部分光进入到包层之内。由于出现在包层内的这部分光，大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。具有一定波谱线宽的光源所发出光脉冲射入到光纤后，由于不同波长的光其传输路程不完全相同，所以到达光纤出射端的时间也不相同，从而使脉冲展宽。具体说入射光的波长越长，进入到包层的光强比例就越大，传输路径距离越长。由上述原因所形成的脉冲展宽现象叫做波导色散。以上“材料色散”和“波导色散”都与光波长有关，所以又统
45、称为“波长色散”。“模式色散”仅在多模光纤中存在，在单模光纤中不产生模式色散，而只有材料色散和波导色散。通常各种色散的大小顺序是模式色散材料色散波导色散，因此多模光纤的传输带宽几乎仅由模式色散所制约。在单模光纤中由于没有模式色散，所以它具有非常宽的带宽。色散的单位是指单位光源光谱宽度、单位光纤长度所对应的光脉冲的展宽（延时差）。G.652单模光纤在C波段1 5301 565nm和L波段1 5651 625nm范围内的色散较大，一般为1722ps/nmkm。当系统速率达到2.2Gb/s以上时，需要进行色散补偿，在10Gb/s时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中辅设最为普遍的一种光纤。G.65
46、3色散位移光纤在C波段和L波段的色散一般为13.3ps/nmkm，在1 550nm波段时是零色散，系统速率最高可达到40Gb/s，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM扩容时，会出现非线性效应，导致信号串扰，产生四波混频（FWM），因此不适合采用DWDM。G.655非零色散位移光纤在C波段的色散系数为16ps/nmkm，在L波段的色散系数一般为610ps/nmkm，色散较小，避开了零色散区，既抑制了FWM，可采用DWDM扩容，也可以开通高速系统。Lucent公司和康宁公司的G.655光纤，分别叫做真波光纤（TrueWave）和SMF-LSTM光纤。真波光纤的零
47、色散点在1 530bm以下短波长区，在1 5491 561nm波长的色散系数为2.03.0ps/nmkm；SMF-LSTM光纤的零色散点在长波长区1 570nm附近，系统工作在色散负区，在波长1 545nm的色散系数为1.5ps/nmkm。新型的G.655光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的1.52倍，大有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。3.7 物理层接口数据通信是在各种类型的用户终端和计算机之间，或者同一型号或不同型号的计算机之间进行的，因此计算机、终端和数据通信设备之间的连接需要标准的接口，即在插接方式、引线分配、电气特性及应答关系上均应符合统一的标准和规范。DTE和DCE之间
48、有很多个同类型的接口，目前最通用的类型如下。美国电子工业协会EIA的RS-232C接口。ITU-T的V系列接口和X系列接口。国际标准化组织ISO和ISO 2110、ISO 1177等。3.7.1 串行接口标准在计算机网络数据通信中，有几个接口标准是经常见到和用到的，那就是通常所说的RS-232、RS-422与RS-485标准。它们都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制定并发布的。RS-232接口（又称EIA RS-232）是目前最常用的一种串行通信接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通信的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了
