综合布线的传输介质及选择

通信传输介质是网络系统的重要组成部分，是计算机网络的第二个基本元素;而综合布线技术又是构造网络系统、实现通信传输的关键技术。

一、计算机网络传输介质
　　在单独一种服务希望能被共享之前，计算机必须要有一条通路与其它计算机进行联系。目前计算机都采用电流、无线电波、微波或者是采用电磁频谱中的光谱能量来传递信号，传输这些能量的通路就是计算机网络的第二个基本元素--传输介质。在建立一个网络之前，首要的问题就是确定最合适的传输介质。传输介质可分为有线和无线两种。有线仅是利用电缆或光缆来充当传输导体，而无线则不必。每一种传输介质的容量都以频带宽度来定义，我们常常简称为带宽，它用Hz来定义频率范围。对带宽的测量是相对的，因为介质的容量随着传输距离以及采用的信号编码技术的不同而变化。

　　在计算机网络中，我们关心的主要问题是:
　　* 在媒介的有效带宽中，可以有多少个二进制数据(0或1)能被可靠地传输--传输率;
　　* 在传输过程中，能量被削弱的趋势或失真的程度--衰减;
　　* 难以约束和引导的能量对正常信号的影响--干扰。

　　1、双绞线电缆
　　双绞线(TP)是一种最常用的传输介质。双绞线是由两根具有绝缘保护的铜导线组成，把两根绝缘铜导线，按一定的密度互相绞在一起，可以减少串扰及信号放射影响的程度，每一根导线在导电传输中放出的电波会被另一根线上发出的电波所抵消。
　　双绞线由两根22号至26号绝缘铜导线相互缠绕而成，而将一对或多对双绞线安置在一个套桷中，便形成了双绞线电缆。
　　双绞线电缆广泛应用于传统的通信领域。在计算机网络通信的早期阶段，点到点传输方式均使用双绞线电缆。随着技术的进步，双绞线电缆所能支持的通信速率不断提高。目前三类双绞线电缆能支持10Mbps100米，即10BASE-T标准， 五类双绞线支持100Mbps速率100米，即CDDI标准甚至能支持155Mbps的ATM速率。根据最新的研究结果，双绞线能支持600Mbps以上的速率。

　　a、非屏蔽双绞线电缆
　　非屏蔽双绞线电缆是由多对双绞线和一个塑料外皮构成。国际电气工业协会(EIA)为双绞线电缆定义了五种不同的质量级别。
　　计算机网络中常使用的是第三类和第五类以及超五类非屏蔽双绞线电缆。
　　第三类双绞线适用于大部分计算机局域网络，而第五类双绞线利用增加缠绕密度、高质量绝像材料，极大地改善了传输介质的性质。
　　由于继承了声音电信通信的办法，计算机网络用的非屏蔽双绞线电缆在安装上通常与大部分电话系统相同，采用同一种方法，一个用户设备，通过RJ-45(4对线)或RJ-11(2对线)的电话连接器端口与非屏蔽双绞线电缆相连。目前，非屏蔽双绞线可在100米内，使数据传输率达到100Mbps(每秒百万位)。

　　b、屏蔽双绞线电缆
　　屏蔽双绞线电缆的内部与非屏蔽双绞线电缆一样是双绞铜线，外层由铝箔包着。 Apple计算机公司以及IBM公司所用的各种传输介质都要求使用屏蔽双绞线电缆。屏蔽双绞线相对来讲要贵一些，但它仍然比同轴粗缆和光缆便宜些。它的安装要比非屏蔽双绞线电缆难一些，类似同轴电缆。它必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器和相应的安装技术。它具有较高的传输速率，100米以内达500Mbps，但是通常使用的传输率都不超过155Mbps。目前使用最普遍的速率是16Mbps。屏蔽双绞线电缆的最大使用距离也限制在百米之内。

　　2、同轴电缆
　　同轴电缆(Coaxial Cable)由绕同一轴线的两个导体所组成。典型的同轴电缆中央(轴心)是一根单芯铜导线或是一股铜导线，它由泡沫塑料包裹与外层绝缘开。这层绝缘体又被第二层呈网状导体(有的用导电铝箔)包住，用于屏蔽电磁干扰和幅射。最后，电缆表面由坚硬的绝缘塑料包封。
　　最常见的同轴电缆有下列几种:
　　RG-8或RG-11， 50欧姆(Ω);
　　RG-58 ，50欧姆(Ω);
　　RG-59 ，75欧姆(Ω);
　　RG-62 ，93欧姆(Ω)。
　　计算机网络最常用的是:RG-8以太网粗缆，RG-58以太网细缆。而RG-62是ARCnet网络及 IBM 3270网络使用的，RG-59用于电视系统电缆。这些千万不可混淆，否则您花了很大力气，结果却事倍功半。
　　同轴电缆大部分都安装在设备与设备之间，在每一个用户位置上都装有一个连接器为用户提供接口。接口安装方法:细缆是将其切断，两头装上BNC头，然后接在T型连接器两端;粗缆是采用一种类似夹板的装置Tap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。
　　为保持同轴电缆的正确电气特征，电缆必须接地，同时两头要有终端器来消弱信号反射作用。同轴细电缆的安装要相对简单一些，粗缆要略微复杂一点。一般都采用粗缆做干线，通过Tap接细缆，这样可以使设备的连接更容易。目前同轴电缆的传输率一般为10Mbps。

　　3、光缆
　　光缆由光导玻璃或塑料芯构成。它被另一层玻璃包住，称作包层，最外一层是坚硬的保护层。中心为光通路，包层由多层反射玻璃构成。它可以将光折射到中芯之上。每一芯及包层或紧或松弛地被外壳包裹着。 在紧型结构中，光纤被外层塑料壳完全裹住;要松型结构中，光纤与保护壳之间有一层液体胶或其它材料。无论哪一种结构，外壳都是起着提供必要光缆强度的作用，以防止光纤受外界温度、弯曲、外拉、折断等影响。
　　光缆可以由单外壳光纤构成，也可将多股光纤捆在一起放在光缆中心。光纤要比铜导线小得多，也轻得多，所以大型光缆能比同尺寸的铜电缆有更多的导体作用。这一特点使光纤在空间有限的环境下使用更理想。
　　光纤可以分为单模和多模两种传输方式。
　　单模只提供一条光通路;
　　多模提供多条光通路。
　　多模光纤由它的包层根据光的不同折射率来控制不同模的速度，使光纤传输的信号各个部分能同时到达，接收者感觉到的仅是一个脉冲。
　　单模光纤具有更大的容量，但是它的生产要比多模光纤昂贵。
　　光纤传输的特点是损耗低、频带宽、串音干扰极小，由于光纤本身不导电，通信中受外界电磁影响极小。由于光纤光缆具有比电缆明显的优点，因此在长途线路上已逐渐成为重要的传输介质。
　　随着计算机网络本身速度的提高，尤其是FDDI的普及，光纤光缆会成为计算机网络布线系统中最常遇见的部件之一。
　　光纤与双绞线及同轴电缆一样，既可用来传输模拟信号，也可用来传输数字信号。目前除了电视图象等传输仍使用模拟信号外，大部分应用，包括数据和电话均采用数字信号。
　　光纤的类型由模、材料(玻璃式塑料纤维)及芯和外层尺寸所决定，芯的尺寸及纯度决定了光的传输量，常用的光纤缆有:
　　·8.3微米芯/125微米外层，单模
　　·62.5微米芯/125微米外层，多模
　　·50微米芯/125微米外层，多模
　　·100微米芯/140微米外层，多模
　　当前最常使用的是62.5/125多模光纤，其次是8.3/125的单模光纤。
　　光缆在普通计算机网络的安装是从用户设备开始的。由于每根光纤在任何时候都只能单向传输。因此，要实行双向通信，它必须成对出现，一个用于输入，一个用于输出，光纤两端到光学接口上。
　　每一条光纤缆的连接都需要小心地磨光端头，通过电烧烤或化学环氯工艺与光学接口连在一起，整个安装过程，必须要确保光通道没有被阻塞，也不能将光纤拉得过紧或者形成直角。
　　最常在计算机网络中使用的光纤为玻璃多模850mm波长的LED，传输率100Mbps，有效范围约20公里。
　　目前正在研制超高速光纤通信系统，除2.4Gbps系统已投入商用外，5Gbps、10 Gbps、20Gbps的系统正处于研制阶段。超高速系统中最主要的问题是速度受到光纤和电子器件速率的限制，因而需要研究解决高速调制的方法和器件。
　　在增大容量方面，利用特高频或微波作为负荷波进行调制和频分多用技术形成多路调制信号。
　　光纤的传输距离仅受波长的影响，它的衰减率极低。同时为了更有效增大传输距离，一般都采用1.55μm零色散波长光纤，同时利用掺铒光纤放大器做为接收机的前置放大器或在光纤线路中作为中继器，可使光纤的传输距离为几十公里，甚至上百公里。
　　由于光纤采用的是光谱技术，它没有泄漏信号的现象，也不受电磁波和高频失真的影响。这些特点使它更适合有危险的、高压的或者泄漏信号、干扰信号很强的环境。

二、无线介质
　　无线介质不使用电或光导体进行电磁信号的传递工作。从理论上讲，地球上的大气层为大部分无线传输提供了物理数据通路。由于各种各样的电磁波都可用来携载信号，所以电磁波就被认为是一种介质。

　　1、无线电频率电波

　　电磁波频谱10KHz至1GHz之间为无线电频率，它包含的广播频道被称为:
　　短波无线频带;
　　甚高频(VHF)电视及调频无线电频带;
　　超高频(UHF)无线电及电视频带。
　　无线电频率按管制带宽和非管制带宽划分:
　　管制带宽的用户必须从无线电管理部门得到许可证才能使用。对无线电管理部门(如美国的FCC、加拿大的CDC等)有权管理的频率区域，用户一旦得到使用许可，即可保证能在这一特定区域内得到良好的传输效果。
　　在美国，FCC将902MHz至928MHz，2.4GHz、5.72GHz至5.82GHz分给无照者使用。国际上一般不对2.4GHz进行管制，这些不受管制的频率，由于没有限制而被充分利用。对非管制的频率竞争情况迅速增长，目前对900MHz使用的最多，而2.4GHz的发展最快。
　　无线电波可以通过各种传输天线产生全方位广播或有向发射。典型的天线包括方向塔、缠绕天线、半波偶极天线以及杆型天线。
　　天线的发射器决定了频率和无线信号的功率。发送和接收站使用适合系统要求的频率范围，全球系统使用短波，当地视频系统内使用VHF进行传播信号。

　　⑴低功率、单频率无线电仅适用于短距离、开放式环境中。尽管低频相对长的波长可在大多数材料上通过，但是低功率的特性限制了这种系统只能在短距离或者是无障碍的通路上传输。低功率、低频不能保持高的传输率，它的标准传输率是1Mbps。单频系统可以提供与铜线相近的传输率，然而它的衰减率较大，抗电磁干扰的能力也非常小，因而它一般的有效距离仅为几十米。
　　⑵大功率、单频率无线电也可以在整个无线电频率范围使用，同小功率、单频率无线电的差别是主要用于长距离户外环境。大功率决定了信号通路的灵活性，目前它已成为理想的移动式传输手段。它的传输率可达10Mbps，但所需费用是相当昂贵的。
　　⑶扩展频谱无线电的传播，同样依赖于频率，但它是同时采用多种频率的方式。目前AT&T公司的WaveLAN和Windata FreePort的无线网络均采用此技术。

　　当前较通用的扩展频谱调制的方案有:
　　·直接序列调制
　　直接序列调制包括编码的数据展开为一个个芯片(chip)，每一芯片都跨越一组频率。每一芯片中除了正常的数据还可能包含伪信号，接收器会知道哪一些频率是有效的，去掉伪信息，将有效信号收集重新组成正确数据。由于在任何一段频率中，都可以利用多个频率集，所以直接序列信号可以与其它信号同时存在，不需要的信号可以看成是伪信号或噪音被忽略掉。目前900MHz直接顺序系统提供的传输率为2-6Mbps。

　　·频率跳跃调制
　　扩展频谱系统可以利用整个频率区域，但它一般都在非控制区域中运行。在美国902MHz到928MHz的设备最为广泛，同时设备生产厂家正向2.4GHz区域靠近，以适应管理规定和增大传输率。当前的扩频速率为2-6Mbps。随着GHz频率的使用，传输率将会进一步提高。由于它们的功率一般都较小，所以衰减也较高。一般传输范围在几公里或几十公里之内。像所有的无线电波一样，扩展频谱也没有什么抗电磁干扰的能力。但是由于它的信号采用多种频率，对一种频率的干扰不会破坏整个信号，由于顺序和时间片都是保密的，所以它对窃听有一定的抵制功能，并且可以引入伪信号来增加安全性。

　　2、微波
　　微波数据通信系统主要分为地面系统与卫星系统两种。尽管它们使用同样的频率，又非常相似，但能力上有较大的差别。
　　⑴地面微波，一般采用定向抛物面天线，这要求发送与接收方之间的通路没有大障碍或视线能及。地面微波信号一般在低GHz频率范围。由于微波连接不需要什么电缆，所以它比起基于电缆方式的连接，较适合跨跃荒凉或难以通过的地段。一般它经常用于连接两个分开的建筑物或在建筑群中构成一个完整网络。
　　地面微波系统的频率一般为4-6GHz或21-23GHz。对于几百米的短距离系统较为便宜，甚至采用小型天线进行高频传输即可，超过几公里的系统价格则要相对贵一些。
　　微波数据系统无论大小，它的安装都比较困难，需要良好的定位，并要申请许可证。传输率一般取决于频率，小的1-10Mbps。衰减程度随信号频率和天线尺寸而变化。对于高频系统，长距离会因雨天或雾天而增大衰减;近距离对天气的变化不会有什么影响。无论近距离、远距离，微波对外界干扰都非常灵敏。
　　⑵卫星微波，是利用地面上的定向抛物天线，将视线指向地球同频卫星。卫星微波传输跨越陆地或海洋。所需要的时间与费用，与只传输几公里没有什么差别。由于信号传输的距离相当远，所以会有一段传播延迟。这段传播延迟时间小为500毫秒，大至数秒。
　　卫星微波也常使用低GHz频率，一般在11GHz-14GHz之间，它的设备费用相当昂贵，但是对于超长距离通信时，它的安装费用则会比电缆安装要低。由于涉及卫星这样现代空间技术，它的安装要复杂得多。地球站的安装要简单一些。对于单频数据传输来讲，传输速率一般小于1MHz-10MHz。同地面微波一样，高频微波会由于雨天或大雾，使衰减增加较大，抗电磁干扰性也较差。

　　3、红外系统
　　还有一种无线传输介质是建立在红外线基础之上的。红外系统采用光发射二极管(LED)、激光二极管(ILD)来进行站与站之间的数据交换。红外设备发出的光，非常纯净，一般只包含电磁波或小范围电磁频谱中的光子。传输信号可以直接或经过墙面、天花板反射后，被接收装置收到。
　　红外信号没有能力穿透墙壁和一些其它固体，每一次反射都要衰减一半左右，同时红外线也容易被强光源给盖住。红外波的高频特性可以支持高速度的数据传输，它一般可分为点到点与广播式两类。
　　⑴点到点红外系统
　　这是我们大家最熟悉的，如大家常用的遥控器。红外传输器使用光频(大约100GHz到1000THz)的最低部分。除高质量的大功率激光器较贵以外，一般用于数据传输的红外装置都非常便宜。然而它的安装必须精确到绝对点对点。目前它的传输率一般为几Kbps，根据发射光的强度、纯度和大气情况，衰减有较大的变化，一般距离为几米到几公里不等。聚焦传输具有极强的抗干扰性。
　　⑵广播式红外系统
　　广播式红外系统是把集中的光束，以广播或扩散方式向四周散发。这种方法也常用于遥控和其它一些消费设备上。利用这种设备，一个收发设备可以与多个设备同时通信