數(shù)字通信技術(shù)及對電纜性能要求簡介.doc

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數(shù)字通信技術(shù)和對電纜電性能要求簡介 通信的基本任務就是克服時域、時空障礙，迅速及時地傳遞信息。人類社會要進行信息交流就離不開通訊。通信是推動社會文明、進步及發(fā)展的巨大推動力?，F(xiàn)代的人類社會已經(jīng)進入信息時代。現(xiàn)代通信系統(tǒng)就是信息時代的生命線。 電線電纜（含光纖光纜）作為通信和通信系統(tǒng)傳輸信息的一種主要傳輸媒介，它的品種規(guī)格、電纜的結(jié)構(gòu)和性能，它的生產(chǎn)制造工藝、新型材料的使用和發(fā)展，都和通信及通信系統(tǒng)的發(fā)展息息相關(guān)。因此電線電纜工作者，有必要對通信和通信系統(tǒng)有所認識和了解。 1通信 通信即信息的傳送過程，就是把信息從一個地方傳送到另一個地方。信息可以是聲音、圖像、數(shù)據(jù)、以及它們的各種組合。 現(xiàn)代通信是集聲音、圖像、文字為一體的綜合性的多種信息服務體系。因此現(xiàn)代通信網(wǎng)已是一個綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)。為適應世界性的經(jīng)濟和政治活動的需要，人們已經(jīng)建立起了世界性的全球通信網(wǎng)，現(xiàn)代通信已成為當今世界最重要的信息技術(shù)服務。 現(xiàn)代通信技術(shù)可分為：電通信和光通信兩類。電通信又可分為有線通信（從架空通信明線到對稱通信電纜、同軸電纜、光纖光纜）和無線通信（廣播電視、微波接力、衛(wèi)星等）。 2 信息 知識來源于信息，信息是事物運動狀態(tài)及變化的反映。當今世界已步入信息時代，信息已成為經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略資源和獨特的生產(chǎn)要素。以遠程通信網(wǎng)絡(luò)計算機、視頻等多媒體終端相結(jié)合建立起來的現(xiàn)代信息傳輸系統(tǒng)和完備的信息服務體系，已成為一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達程度的重要標志。 人類社會需要交流、溝通、傳遞的信息有聲音、文字、符號、音樂、圖像和數(shù)據(jù)以及它們的各種組合。如電視是聲音和圖像的組合，此時電視信息通常是被頻率為幾兆赫（MHz）到幾百兆赫（THz）的電磁波所攜帶。 3，信號 現(xiàn)代通信的任務是傳遞信息、語音、圖像和數(shù)據(jù)等，信息本身并不能直接快速地、遠距離地傳送。為此需要通過物理變化將語音、圖像、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應的電信號，這些電信號再經(jīng)過處理（調(diào)制）后乘載在高頻載波上，已調(diào)制的載波以電磁波的形式在信道（有線或無線）中傳輸。在接受端再將電信號，還原（解調(diào)）成原有的語音、圖像、數(shù)據(jù)等信息。 現(xiàn)在普遍采用的是用電信號進行的電通信；目前的光通信網(wǎng)通信采用的已然是采用光——電——光（OEO）技術(shù)，即將電信號轉(zhuǎn)化成光信號，然后在光纖光纜中傳輸，在系統(tǒng)的接受端再將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。在高速數(shù)據(jù)傳輸時，采用這種光電子轉(zhuǎn)換方法的價格相當高。在40Gb/s下的電信號的交換已經(jīng)相當困難。 隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，今后將會實現(xiàn)全光通信。全光通信，它是在發(fā)送端將各種信息轉(zhuǎn)換成光信號發(fā)送出去，然后在接收端把光信號還原，實現(xiàn)信息的傳遞是以光傳輸方式進行的，網(wǎng)絡(luò)的交換功能直接在光層中完成，這樣的網(wǎng)絡(luò)稱為全光網(wǎng)（ON），它將使信息傳輸進入一個全新的時代。 4 通信系統(tǒng) 實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換成信號這一過程的全部技術(shù)設(shè)備和設(shè)施統(tǒng)稱為系統(tǒng)。在通信領(lǐng)域中將實現(xiàn)通信過程的全部技術(shù)設(shè)備和設(shè)施通稱為通信系統(tǒng)。 一個實際的通信系統(tǒng)主要有終端設(shè)備、傳輸鏈路（信道）和交換設(shè)備三大部分組成。 以有線電話傳輸為例，兩地的電話機就是終端設(shè)備，電話電纜就是傳輸鏈路（傳輸媒介），電話局就是交換設(shè)備。 以一個典型的移動無線通信網(wǎng)為例，它至少包含有：移動站(MS)，它實際就是你的手機，是終端設(shè)備；移動通信基站（BS），它包含有基站控制器(BSC)和一個或多個基站收發(fā)系統(tǒng)(BTS)和外部自由空間構(gòu)成了無線傳輸鏈路，轉(zhuǎn)發(fā)信息到交換設(shè)備（電信局），從而完成通信。 根據(jù)傳輸信號的特征，通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類。早期的通信是模擬通信，當今的通信發(fā)展方向是數(shù)字通信。 5 模擬信號和數(shù)字信號 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，信號可用兩種形式之一的電（或光）信號傳輸：模擬信號或數(shù)字信號。 模擬通信技術(shù)支配了通信和通信系統(tǒng)長達100年之久。模擬信號是電信號通過連續(xù)變化電流的模擬通信。模擬信號是隨時間連續(xù)變化的，如圖1所示。例如由麥克風或攝像機等將聲音或圖像轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的音頻或視頻信號。 圖1模擬信號 數(shù)字信號僅取一些離散值，對二進制只可能取1和0兩個值，如圖2所示。例如對電流或光的通和斷，這分別稱為比特1和比特0。 圖 2 數(shù)字信號 每個比特持續(xù)一定時間Tb ，Tb稱為比特周期或比特時隙。比特率定義為每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)目，因而B=1/Tb 。 模擬信號和數(shù)字信號之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。根據(jù)抽樣定理，模擬信號可以等間隔地抽樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，只要抽樣頻率Fs 滿足奈奎斯特（Nyquist）定理： fs ≥2 △f 則一個帶寬（△f ）有限度模擬信號就可以不丟失任何信息地由離散樣本表示，如圖3所示。 圖 3 模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 6，信號的傳輸 信號在信道（媒介中）傳輸，不論是在有線或無線中傳輸都會出現(xiàn)幅度的衰減和波形的畸變，傳輸?shù)木嚯x越長，衰減和畸變的程度就會越來越嚴重。無論是模擬信號還是數(shù)字信號，都符合這一基本規(guī)律。 信號的衰減起因于信道的吸收、散射、反射等等因素；信號的畸變起因于信道中的噪聲和干擾。信號的衰耗和畸變程度取決于信道的質(zhì)量和長度，它還與傳輸信號本身的強弱和頻譜結(jié)構(gòu)有關(guān)。 數(shù)字信號和模擬信號傳輸?shù)谋举|(zhì)區(qū)別是：模擬信號一旦發(fā)生畸變，就沒有辦法使其復原，畸變就意味失真，此時最終容許傳輸距離取決于接受端（用戶）對失真的認可程度。比如聽電話者能否分出男女、分出張三還是李四；電視機能否看清圖像、聽清聲音；信號接收機能否有效工作等等。數(shù)字信號本身只表示“傳輸號碼”和“不傳輸號碼”即“傳號“和“空號”兩種邏輯狀態(tài)，其波形的細節(jié)并不重要，只要接收機能夠正確識別數(shù)字信號原來表示的是那種邏輯狀態(tài)，就可以通過再生機制將已經(jīng)畸變的數(shù)字信號復原。 7，信道 信道是信息傳輸?shù)耐ǖ?，是信號的傳輸媒介。在通信網(wǎng)中信道稱為傳輸線路，它是電磁波傳輸?shù)穆窂?。傳輸媒介可以是有線，也可以是無線。有線和無線二者可以有多種物理傳輸媒介形式， 若電磁波的傳播是導行傳播，即采用有形的解質(zhì)，如電纜、波導、光纜等來作傳播信息的信道，則為有線傳輸，它是利用有線信道的傳輸系統(tǒng)。有線通信傳輸系統(tǒng)的發(fā)展是脈沖編碼調(diào)制（PCM）數(shù)字通信（時分制），替代以往使用的模擬通信（頻分制）。 若電磁波的傳播是采用無界面?zhèn)鞑バ诺溃缥⒉?、廣播電視等通過大氣層或電離層來傳輸?shù)?，就是無線傳輸，它是利用無線信道的傳輸系統(tǒng)。 8，信道容量 任何模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)的信道容量，都和它所傳輸?shù)念l率和傳輸媒介有關(guān)。 這里主要介紹數(shù)字通信系統(tǒng)的信道容量。數(shù)字通信系統(tǒng)的信道容量，除與它所傳輸?shù)念l率和傳輸媒介有關(guān)外，還依賴于編碼技術(shù)種類和系統(tǒng)的信噪比要求的限制。這種限制香農(nóng)（Shannon）在【信息論】中用信道容量的概念說明， 業(yè)已證明，在存在高斯噪聲時，一個二進制數(shù)字信號無誤碼傳輸時存在一個最大的容許比特率。這個最大的容許比特率稱為信道容量C。 C=B ㏒2 （1＋SNR ）＝△f㏒2（1＋SNR ） 式中： C-------------傳輸速率，bps 或bit/s； B-------------信道帶寬，△f帶寬是指能夠以適當保真度傳輸信號的頻率范圍（Hz）； SNR---------信噪比。 對于噪聲信道，根據(jù)Claude Shannon（香農(nóng)）定理，它把最大數(shù)據(jù)傳輸速率 C和頻率f（信道帶寬B）和信噪比聯(lián)系在一起。這表明信道的最大容量取決于信息占用的頻帶帶寬和信道的信噪比SNR。由公式表明信道的帶寬和信躁比越大，可傳輸?shù)谋忍芈示涂稍礁摺Ｌ岣咝诺赖膸捄透纳菩旁瓯榷伎梢蕴岣咝诺纻鬏斔俾省? 在無噪聲系統(tǒng)，根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）定理： Rb＝B ㏒2 N 式中： Rb-----------信息傳輸速率bps 或bit/s； B------------碼元傳輸速率，它表明了每秒傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud）； N------------編碼的進制數(shù)字。 9，帶寬 模擬信號和數(shù)字信號都可以用它們的帶寬來表示它們的特性。 帶寬是信道頻譜含量的一個度量,信號帶寬代表信號傅立葉變換所含的頻率范圍.例如,一個普通音頻模擬電話占用4KHz的帶寬,就足夠了。因為一般人的聲音范圍是300－3400Hz它的帶寬為3100Hz（3.1KHz）；一路模擬電視所需的頻譜范圍約為3—4MHz的帶寬。由此可見同樣傳輸10路電視和電話所需傳輸媒介(信道)的帶寬是不一樣的，傳輸電視所需的帶寬是電話的十倍。 一種傳輸媒介的帶寬，受限于它的衰耗(衰減)，抗干擾能力(噪聲)和接受信號設(shè)備或系統(tǒng)對這些性能指標的接受和認可要求。 早期使用的對稱電纜，它的使用頻率就是受到電纜的衰耗在高頻時損耗過大、串音嚴重，從而只能傳輸幾十路電話，限制使用在KHz的頻率范圍，不能使用在更高的MHz頻率范圍，在更高的傳輸頻率范圍其衰減和串音的嚴重程度，使得信號接受設(shè)備或系統(tǒng)達到無法接受和認可，從而限制了它的使用和發(fā)展。 人們?yōu)榱颂岣邆鬏攷挘瑸榇税l(fā)展了同軸電纜。基于同軸電纜具有損耗比較低，抗干擾性能好的優(yōu)點，從而可以傳輸更高的頻率，也就是有更寬的帶寬。光纖光纜可以傳輸更高的頻率，具有更低的衰耗，抗干擾性能更好，因而更適合傳輸帶寬要求高的數(shù)字通信傳輸。 現(xiàn)在發(fā)展的數(shù)據(jù)用對稱電纜除借助數(shù)字技術(shù)的發(fā)展外，對稱電纜在所使用材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝等等方面得到很大改進和提高，從而降低了電纜的損耗和串音，使得它從原來只能傳輸幾百千赫茲(KHz)的最高使用頻率，提高到現(xiàn)在的可傳輸幾百兆赫茲(ＭHz)的使用頻率，它的帶寬變寬了，從而可以傳輸更多的信息和信號。 10，調(diào)制和解調(diào) 將信號頻譜由一個頻率位置搬移到另一個更高的頻率位置上，用基帶信號控制載波(連續(xù)波或脈沖波)的幾個參數(shù)中的一個，使這個參數(shù)按基帶信號的規(guī)律變化，這就是調(diào)制。調(diào)制前的載波形式可表達為： E（t）＝Acos（ω0 ＋φ） 式中： E（t）―――電場； A ―――――載波波形的振幅； ω0 ―――――載波頻率； φ―――――載波波形的相位； 信號至所以要進行調(diào)制，這是基于：一是，一般信號都具有較低的頻譜分量，不適合在信道中直接傳輸；二是為了實現(xiàn)信道復用，提高信道的利用率和通信系統(tǒng)的抗干擾能力，有效地傳輸信號，進而對信號進行處理，把它變成某種格式的波形傳輸，這個過程就是調(diào)制。反過來，將信號恢復成原來形式的信號的過程，就稱為解調(diào)。 根據(jù)傳輸信號與載波形式和調(diào)制器不同，可以有不同的調(diào)制方式。對于模擬信號的調(diào)制，可分為：調(diào)制振幅A的調(diào)幅調(diào)制（ＡＭ）;調(diào)制頻率的調(diào)制方式稱為調(diào)頻調(diào)制（FM）;調(diào)制相位的調(diào)制方式稱為調(diào)相調(diào)制（ＰＭ）； 對于數(shù)字信號調(diào)制，可根據(jù)光載波的振幅、頻率、相位是否在一個二進制信號的二種狀態(tài)間變化進行調(diào)制，分別稱為幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。 11，傳輸速度和速率 電磁波在自由空間傳輸時，它是以光速3108 m/s 的速度向各個方向輻射傳播。當電磁波沿電纜線路傳輸時，電纜線路給出了電磁波的傳輸方向，由于有導線和絕緣介質(zhì)，就使電磁波不再在各個方向擴散，而僅僅沿著電纜導線傳輸。電磁波沿電纜線路傳輸時，電磁能的攜帶者是電纜的絕緣介質(zhì)。當電磁波在絕緣介質(zhì)中傳輸時，由于受到介質(zhì)的影響，電磁波的傳輸速度將小于光速。電磁波傳輸速度減小程度和絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)值大小成正比，介電常數(shù)值越小，電磁波傳輸速度減小越少，也就是越接近電磁波在自由空間的傳輸速度：光速。 電磁波的傳輸速度V是電磁波在一秒鐘內(nèi)所經(jīng)過的路程。 V＝λ f 電磁波的波長λ是一個振蕩周期內(nèi)（1Hz），電磁波所經(jīng)過的路程。在這個周期內(nèi)電磁波的相位改變了2π 度。 電磁波的傳輸頻率f ，表明電磁波在一秒鐘內(nèi)的振蕩周期數(shù)，也就是每完成一個振蕩周期2π度所需要的時間是1/f 秒。由上公式可見：在一定傳輸速度時，所傳輸電磁波的頻率越高，則所傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL就越短。 電磁波沿電纜傳播的速度、特性，取決于電纜所傳輸電流的頻率和電纜線路的性能參數(shù)（一次參數(shù)和二次參數(shù)）。 在數(shù)據(jù)通信中通常是以碼元速率來衡量電磁波的傳輸速度。碼元傳輸速率，它表明了每秒傳送碼數(shù)的數(shù)目，單位為波特（Baud）。波特（Baud）是碼元的傳輸速率，它是指發(fā)送到通信線路上的電脈沖速率，1波特＝1bit/s，代表每秒的比特，如500波特（Baud）＝500 bit/s，它是度量通信線路基本電信號發(fā)送速率的一種度量，它僅僅是電學上的度量單位，而不是信息的度量單位。 信息傳輸速率Rb是在單位時間內(nèi)傳輸?shù)谋忍財?shù)，單位是比特/秒bit/s或b/s，又可以表示為bps。 B=1/TB TB是比特1和比特0的持續(xù)時間，稱為比特周期或比特間隙。 信息傳輸速率Rb，它被定義為每秒鐘傳遞的信息量。在N進制下信息速率Rb（bit/s），有以下表達式： Rb＝B㏒2 N B為碼元速率；例如，當一個八進制系統(tǒng)的碼元速率為1200B，則該系統(tǒng)的信息傳輸速率應該為3600 bit/s。 12，數(shù)字通信的優(yōu)點 數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，它與模擬通信系統(tǒng)傳輸?shù)哪M信號相比，具有以下優(yōu)點： 1， 數(shù)字信號抗干擾能力強，數(shù)字通信系統(tǒng)可以通過再身中繼器消除噪聲積累； 2， 數(shù)字信號傳輸?shù)母呖煽啃?，?shù)字通信通過采用差錯控制技術(shù)提高了信號傳輸?shù)目煽啃裕? 3， 數(shù)字通信的信號便于進行各種信號處理，使數(shù)字通信和計算機技術(shù)相結(jié)合組成綜合化、智能化的數(shù)字通信網(wǎng)； 4， 數(shù)字通信系統(tǒng)可以使數(shù)字傳輸與交換相結(jié)合，電話、數(shù)據(jù)和圖像傳輸相結(jié)合，有利于實現(xiàn)綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)； 5， 數(shù)字通信系統(tǒng)的器件和設(shè)備易于實現(xiàn)集成化、微型化。 數(shù)字通信也存在占用頻帶帶寬寬的缺點，但是當今光纖通信和衛(wèi)星通信提供了足夠?qū)挼膸挘蚨撊秉c已相對不再突出和重要。 13，脈沖編碼調(diào)制（PCM） 當今數(shù)字通信采用二進制代碼將每個抽樣量化值轉(zhuǎn)換為比特1和比特0的序列，每個樣碼編碼所需的比特數(shù)m與量化電平數(shù)M的關(guān)系為： m＝㏒2 M 這種編碼方式稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM），其比特率與PCM數(shù) 字信號的關(guān)系為： B＝m fs ≥2△f ㏒2 M 根據(jù)抽樣定理，模擬信號可以等間隔地抽樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，只要抽樣頻率fs 滿足奈奎斯特（Nyquist）定理： fs ≥2 △f 則一個帶寬（△f ）有限度模擬信號就可以不丟失任何信息地由離散樣本表示，由此可見從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字傳輸速率應至少是模擬信號傳輸帶寬的二倍。這樣以音頻電話每話路占用4KHz（實際300—3000Hz）帶寬是3.1KHz，也就是說這個帶寬足以區(qū)分每個人的聲音，這也事一般人的聲音范圍。因此在以前的載波電纜上，通過載波（調(diào)制）手段在252KHz頻譜范圍內(nèi)，可以傳輸60路模擬信號的電話（460＝240再加上12KHz的基本頻譜），每個電話話路占用4KHz的頻譜帶寬。而從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字傳輸速率按簡單的二倍來計算23.1 KHz＝6.2Kb/s，但是實際上線路存在噪聲，這樣在存在高斯噪聲時，一個二進制數(shù)字信號無誤碼傳輸時，從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字傳輸速率按奈奎斯特（Nyquist）準則，傳輸速率B和帶寬△f之間有以下關(guān)系式： B ＞△f（SNR ）/3 音頻電話每話路占用4KHz（實際300－3400Hz）帶寬是3.1KHz，SNR＝30dB，則可得： B ＞31kb/s 實際系統(tǒng)中，數(shù)字電話音頻信道工作于64kb/s。也就是說每個電話話路占用64kb/s，這里考慮了予留量，包含有信號命令（信令），它的作用是使通信系統(tǒng)正常運行。信令包括系統(tǒng)狀態(tài)標志信令、操作指令信令、呼叫和撥號信令。 14，數(shù)字通信系統(tǒng)的群路等級 國際電報電話咨詢委員會（CCITT）現(xiàn)在的國際電信聯(lián)盟（ITU）規(guī)定，將多路編碼數(shù)字電話按兩種標準組成各種群路。ITU－T.G703 《Transmisson Systems and Medis Digital Systems and Network》規(guī)定了E線路和T線路傳輸線的電氣參數(shù)要求。 T線路是為傳輸數(shù)字、數(shù)據(jù)、語音或音頻信號而設(shè)計的數(shù)字線路，他也可應用在模擬信號傳輸，只要對模擬信號經(jīng)過采樣、量化、編碼等轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，進行時分復用即可。E線路是T線路的歐洲版本，兩個概念上是相當?shù)?，只是容量不同。E1/T1分別是PCM數(shù)字系統(tǒng)中基群的兩種不同制式PCM30/PCM24的簡稱。E1的標準速率為2048kbit/s（1.024MHz），T1的標準速率為1544 kbit/s（0.772MHz）。 我國和歐洲采用30路音頻信號復用一個基群（E線路PCM30），復合比特率為2.048Mb/s。為了便于在接受端將復合信號分開，在復合比特流中加入了額外的控制位。四個基群按時間劃分依次排列，組成430＝120路數(shù)字電話二次群，依次類推可組成三次群、四次群、五次群。 數(shù)字通信系統(tǒng)群路等級及標準比特率 群路級別 標準話路數(shù) 標準比特率/Mbs-1 北美 歐洲 日本 北美 歐洲 日本 基群 24 30 24 1.544 2.048 1.544 二次群 96 120 96 6.312 8.488 6.32 三次群 672 480 480 44.736 34.368 32.604 四次群 1334 1920 1440 90.0 139.206 97.728 五次群 4032 7680 5760 274.176 565.0 396.20 15，復用 復用是在一個通信信道內(nèi)，同時傳輸多路信號，提高信道的利用率，增加信息流量。復用可采用頻分復用（FDM）。時分復用（TDM）、和波分復用或光頻分復用（WDM或OFDM）。 頻分復用（FDM）是借助于頻譜搬移技術(shù)，實現(xiàn)多路信號在同一信道中同時傳輸?shù)募夹g(shù)。頻分復用是模擬信號通信系統(tǒng)中，最初使用的一種基本方法，如當初的載波通信、載波電話電纜等。當要在一個信道里同時傳輸n路信號時，每個信號都控制在W（Hz）以下，將n路信號分別調(diào)制（載波）到W1、W2、W3―――――Wn頻段上，為使各個信號的頻譜在信道上不重疊，則應使各相臨載波頻率之間的間隔至少要相隔為W（Hz），防止信號頻譜重疊引起干擾和串音，然后把占據(jù)不同頻率位置的已調(diào)制信號組合在一起即相加，送入信道。這些已組合的已調(diào)制信號占據(jù)n W（Hz）的帶寬。復用路數(shù)越多，則要求信道帶寬越寬。組合信號到達接受端后，通過濾波方式分離、復原、解調(diào)成各自的信號。頻分復用對模擬和數(shù)字信號都適用并且可以應用于多路無線電廣播和廣播電視傳送。 時分復用（TDM）是將信道按時間加以分割，各路信號的抽樣值依一定值的次序占用某一時間間隔（時隙），即多路信號利用同一信道在不同時間進行各自獨立的傳輸，信號交替排列組合成復合比特流在同一信道上傳輸。例如，對于64kb/s的單音頻信號，它的比特間隔約為15μs，若將相繼的相同的單音頻信號的比特流延遲3μs插入，即可插入5個這樣的信號，如圖4所示。 圖 4 時分復用 時分復用（TDM）是將時間分成若干個時隙，一個時隙Ts1 傳送一路信號，依次類推，第二個時隙Ts2 傳送第二個信號等等。這些組合信號則構(gòu)成一個幀，下一幀仍按原規(guī)則依次傳送各路信號。幀結(jié)構(gòu)可以有兩種：一種是每路分配一個短時隙，每時隙1bit碼字，稱為bit復接；另一種是每路分配一個較長時隙，傳送若干個bit組成的碼字，稱為碼組復接。PCM30/32路通信就是采用碼組復接時分復用系統(tǒng)的實例。 頻分復用（FDM）和時分復用（TDM）一樣，實現(xiàn)了用一個信道傳輸多路信號的目的。這就是說，若干路數(shù)字（或模擬）信號可以采用時分復用方式復接成一路高速率的復合數(shù)字信號——群路信號。 波分復用（WDM）。光纖光纜數(shù)字通信中的傳輸速率一般為2.5Gb/s，受到電子器件高頻性能的限制，超過10Gb/s傳輸速率的器件要求很高、制造難度大，用提高數(shù)字傳輸速率的方法來提高和擴大光纖光纜的傳輸容量已經(jīng)將接近極限，因此采用波分復用技術(shù)來擴大光纖帶寬資源的利用率。波分復用技術(shù)就是在一根光纖中同時傳送不同波長的信道，只要不同波長間有足夠的間隔，將不會引起信道間的干擾。每個不同波長分別攜帶各自的信息（數(shù)字信號或模擬信號），實現(xiàn)不同波長的光信號同時在一根光纖的復用傳輸，從而成倍地擴大光纖帶寬資源的利用率，提高光纖傳輸信號的容量。 密集波分復用（DWDM）。目前標準單模光纖適用的工作區(qū)有兩個窗口：1310nm和1550nm，其低損耗區(qū)大約在1260～1360nm，有100nm帶寬，相當于17507GHz頻段的帶寬；1550nm其低損耗區(qū)大約在1480～1580nm，也有100nm的帶寬，相當于12830GHz頻段的帶寬。兩個窗口共有200nm寬的低損耗區(qū)可利用，這一巨大的資源目前只利用了大約0.01﹪。基于目前WDM的波長分辯率和技術(shù)水平，ITU－T利用1528.77～1560.1nm的波長范圍，最小信道間隔為100GHz或0.8nm的整數(shù)倍。如果以1.6～0.8nm間隔，每個信道傳輸2.5Gb/s的信號，信道數(shù)為8個則可傳輸容量到達2.58＝20Gb/s的速率（1Gb/s ，這一信息流量相當于每秒傳送6.2萬張A4型打字紙，也相當于同時傳送1.5萬路電話）。進一步縮小信道間隔，使信道間隔達到0.8～0.4nm利用上整個可利用的波長范圍，那樣可利用的信道數(shù)就會超過100個，這就是密集波分復用（DWDM）。 光纖通信的潛在容量為：40000Gbit/s。目前使用的DWDM密集波分復用的信道間隔為50GHz。進一步減小信道間隔使光波分復用的信道間隔再減小一個數(shù)量級，減小到5GHz，這就是光頻分復用OFDM。光頻分復用OFDM的波長間隔達到0.04nm，如此短的波長是難以想象的，為此光頻分復用還存在異議。有人提出未來實現(xiàn)光纖通信容量極限的多路通信模式可能是：電時分復用＋光波分復用＋光時分復用。 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 電線電纜作為通信和通信系統(tǒng)傳輸信息的一種主要傳輸媒介，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，對它的品種規(guī)格、電纜的結(jié)構(gòu)和性能，生產(chǎn)制造工藝、新型材料的使用和發(fā)展，都提出了一系列的要求。從整體看：要求電纜結(jié)構(gòu)更小型化、電纜的傳輸帶寬更寬、性能指標要求更嚴格；使用導電性能好的導體材料、使用衰減小、耐溫性能好而穩(wěn)定的絕緣材料、使用環(huán)保、防鼠、阻燃低煙無鹵護套材料；生產(chǎn)制造工藝要求制造精度高、穩(wěn)定、均勻等等。 現(xiàn)代數(shù)字通信對電纜電性能提出了更高的要求，現(xiàn)就主要電性能方面的要求作一簡介。 16，特性阻抗 特性阻抗是電纜設(shè)計和選用者首先要考慮的參數(shù)。 特性阻抗定義為電纜處于匹配狀態(tài)，即線路上無反射波時沿線電壓和電流的比值，實際上它代表了無限長線路始端所呈現(xiàn)的阻抗。通信系統(tǒng)選擇電纜的特性阻抗和系統(tǒng)設(shè)備、連接器的匹配，至關(guān)重要。任何的不匹配都都會造成信號反射和傳輸能量的損耗，使傳輸效率降低、傳輸信號產(chǎn)生干擾和失真；反射會使電纜沿線存在駐波，有些地方會出現(xiàn)電壓和電流的過載，甚至會造成電纜的電擊穿或熱擊穿，影響電纜的正常使用。E1和T1電纜的特性阻抗要求如下表： E1和T1電纜的特性阻抗 數(shù)字系統(tǒng)類型 平衡電路 不平衡電路 E1 12012 Ω 753 Ω T1 1005 Ω ／ 17，衰減 電纜的衰減，表示電纜在行波狀態(tài)（匹配無反射）下工作時傳輸功率或電壓的損耗程度，它反映了電信號沿電纜的傳輸效率，表明了電磁波沿電纜傳輸時的損耗大小。電纜的衰減越大，表明電信號損耗越嚴重，電纜的傳輸效率就越差。電纜的低衰減是確保接收機能接受到的信號有足夠的強度來解釋所傳輸?shù)臄?shù)字信號。衰減是決定電纜可以使用多長的主要因素。如果電纜的衰減達到3dB，則表明信號沿電纜傳輸后，電壓或電流的幅度大約下降30﹪，信號功率則下降50﹪ 為了提高電纜的傳輸效率，總是希望電纜的衰減越小越好，但是這種考慮和要求，必須和其它因素結(jié)合起來考慮，如電纜的外徑尺寸、電纜的柔軟性、電纜的價格成本等等。 E1和T1電纜的衰減頻率特性符合f 開根號的關(guān)系。為了保證有效接受信號，需要將電纜的衰減限制在一定范圍內(nèi)，下表列出E1和T1電纜的容許的最大衰減。在實驗室環(huán)境測量E1和T1信號，可以近似認為是無噪聲信道，根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）定理： B＝m fs ≥2△f ㏒2 M E1信號的M＝2，傳輸速率為2.048Mbps，所以 2.048Mbps＝2△f ㏒2 M ＝ 2△f △f＝2.048Mbps/2＝1.024KHz E1和T1電纜的容許的最大衰減 電纜類型 測試頻率（KHz） 衰減≤6dB E1 1024 6 T1 0.772 6 18，結(jié)構(gòu)回波損耗和回波損耗 結(jié)構(gòu)回波損耗SRL（Structure Return Loss）主要用來反映和考察電纜結(jié)構(gòu)均勻性（阻抗均勻性），SRL主要用于對電纜結(jié)構(gòu)的評價它是反映電纜制造工藝水平和電纜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的指標。 回波損耗（Return Loss）主要用于標志傳輸鏈路或信道的性能，當主要關(guān)心系統(tǒng)性能時必須規(guī)定回波損耗。鏈路是系統(tǒng)中所有通過的器件如電纜、連接器、接線板等等?；夭〒p耗對于現(xiàn)代同步雙向數(shù)字傳輸系統(tǒng)，電纜的兩端必須同時傳遞和接受數(shù)字信號，作為傳送端在傳送數(shù)據(jù)的同時又在接受數(shù)據(jù)?；夭〒p耗它的大小反映了系統(tǒng)或電纜、連接器等的阻抗失配程度（不匹配）。失配將會引起信號或能量的反射，反射造成信號的畸變、失真和衰減增大，圖5顯示這種影響。圖5中顯示了反射所產(chǎn)生的回波，也就是反射信號將以噪聲的形式在接受端出現(xiàn)。 電纜阻抗的不均勻變化會影響回波損耗，因此任何影響電纜阻抗變化的因素，都會影響回波損耗。這包括電纜的結(jié)構(gòu)尺寸、形狀和中心導體的位置；絕緣材料的選擇和制造；屏蔽結(jié)構(gòu)形式和材料的選擇；護套印字方法等都會影響到回波損耗。 圖5回波損耗圖解 19，串音衰減 串音衰減是用來表示電磁波能量從一個主串線路串入到被串線路時衰減程度。串音衰減越大，表明在串音過程中能量衰減越大，也就是串音影響越小、被串音線路受到的干擾越小。串音可分為如圖5所示的近端串音和圖6所示的遠端串音。 圖6近端串音圖示 圖 7遠端串音示圖 隨著通信頻率的不斷提高，雙向或雙工傳輸發(fā)展的要求，一對電纜線路是即發(fā)送又接受的信道，此時人們所關(guān)注的不僅僅是電纜線路對間的近端串音和遠端串音，而是所有給定線到之間的綜合性能是影響：功率和近端串音（PS NEXT ）和功率和遠端串音（PS FEXT ）等性能，圖7形象地表明了這些影響的路徑和作用。 圖8 功率和近端串音和功率和遠端串音 和回波損耗影響 20，衰減串音比（ACR） 衰減串音比ACR是表示信號電平與串音時產(chǎn)生的噪聲電平之間的關(guān)聯(lián)，串音衰減比ACR是給定頻率下衰減和近端串音之差，其現(xiàn)象如圖9所示。 圖 9 近端串音和衰減的影響 衰減串音比，事實上是通信系統(tǒng)內(nèi)信號噪聲比（SNR），唯一可測試的一項指標。衰減串音比ACR與系統(tǒng)的比特誤碼率BER直接相關(guān)。系統(tǒng)的比特誤碼率的改善，直接關(guān)系到線路傳輸信號的可靠性。 數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)一個主要的技術(shù)特性是誤碼特性，只有無誤碼的傳輸才是有效的傳輸。數(shù)字傳輸系統(tǒng)的其它特性，如抖動特性、漂移特性等都將反映為對誤碼特性的影響。 比特誤碼率BER是指錯誤接受比特與總接受比特信號的比率。在高速傳輸網(wǎng)絡(luò)及密集型信息傳輸應用中，需要最低的比特誤碼率來保證信號的傳輸質(zhì)量；在數(shù)據(jù)傳輸應用中，較高的比特誤碼率，會導致信號的干擾碼和重發(fā)；在視頻應用中，較高的誤碼率會導致圖像間斷、丟失或產(chǎn)生白斑；在任何數(shù)字傳輸應用系統(tǒng)中，高的比特誤碼率都會導致令人不滿意的傳輸質(zhì)量。 當不考慮其它噪聲時，信號噪聲比SNR就是電纜線路的串音衰減比ACR，低的信號噪聲比或說較好的信號噪聲比就意味改善的比特誤碼率，從而提高了系統(tǒng)的傳輸性能。數(shù)字通信中應用的電纜的衰減串音比ACR，實際上是系統(tǒng)中線路里信號噪聲比唯一可測試的指標。這就是為何關(guān)心用于數(shù)字傳輸電纜衰減串音比的原因。 21，時延和時延差 電磁波沿電纜線路傳輸時，其單位長度傳輸電磁波所需要的時間T即是時延時間，電磁波的傳輸速度V是電磁波在一秒鐘內(nèi)所經(jīng)過的路程。 T＝ 1/ V ＝ 1/λf 電磁波沿電纜傳輸時，由于受到介質(zhì)的影響，電磁波的傳輸速度將小于光速。電磁波傳輸速度減小程度和絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)值大小成正比，介電常數(shù)值越小，電磁波傳輸速度減小越少，也就是越接近電磁波在自由空間的傳輸速度。 傳輸時延差是電纜線對間的傳輸時間之差。時延差是指不同速度的信號傳輸同樣的距離，所需要的時間不同即各個信號的時延不同，這種時間上的差別稱為時延差（Differwntial phase delay或 skew ）。在數(shù)據(jù)傳輸中，一個數(shù)據(jù)流會分為多路，由多個線對平行傳輸，如果線對間時延差過大，會破壞數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。傳輸時延和傳輸時延差，它對于千兆比速率傳輸更是重要的指標要求。因為數(shù)據(jù)信號通過電纜線對發(fā)生了蛻變，信號到達接受端時信號需要重新組合，如果傳輸時延和傳輸時延差過大，超過規(guī)定指標要求，則將影響信號傳輸?shù)臏蚀_性，產(chǎn)生擾碼信號。圖10顯示了始端同時發(fā)送的信號，由于傳輸時延不等，信號抵達接受端時抵達時間不一，存在傳輸時延差的圖形。 圖 10傳輸時延差 對于高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)，希望信號傳輸?shù)乃俣仍娇煸胶茫€對間傳輸時延差越小越好，針對電纜來說就是要求電纜絕緣的相對介電常數(shù)越小越好；電纜的結(jié)構(gòu)尺寸的均勻性和一致性越好越好，這樣電纜線對的信號傳輸速度快，線對間傳輸時延差小。 22，屏蔽效率 電纜線路之間的相互串音干擾和外部干擾都會影響信號的傳輸質(zhì)量，造成信號失真和畸變。為了減少電纜相互間的串擾和外部電磁場干擾造成的影響，增加電纜屏蔽來保證電纜傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量。 電纜屏蔽的有效性（效率）是電纜的又一重要特性。它既表明電纜對外部電磁場影響，同時也反映外部電磁場對電纜內(nèi)部信號傳輸?shù)挠绊?。電纜一方面對周圍輻射能量，引起電纜的附加損耗；另一方面外部電磁場的干擾造成和引起傳輸信號的噪聲。電纜的屏蔽效率表示了電纜的電磁兼容性能EMC。電磁兼容EMC（Eelectromagnetic Compatibility），它是指電子及電氣設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即要求在同一電磁環(huán)境中的上述各種設(shè)備都能正常工作又互不干擾，達到“兼容”狀態(tài)。 電纜屏蔽效率可以用屏蔽衰減BS和轉(zhuǎn)移阻抗ZT 來衡量。由于轉(zhuǎn)移阻抗僅僅包含電阻和電感不含電容，它的測量方法采用三同軸法，測試不方便并且測試頻率只能到300MHz，有一定的局限性。屏蔽效率通常采用測量屏蔽衰減的方法，來衡量屏蔽效率。屏蔽衰減的測量是應用吸收鉗法。它作為工業(yè)應用，測試頻率高、簡單、可靠、重復性好等優(yōu)點。 屏蔽衰減BS 是表示電纜屏蔽效率的一個參數(shù)，屏蔽衰減值越大，電纜的屏蔽性能越好，它表示為： BS ＝㏑ 1/S ＝20㏒ 1/S dB S是電纜的屏蔽系數(shù)，屏蔽系數(shù)S是電纜屏蔽層設(shè)置前后同一點的場強之比： S ＝ EB / E ＝ HB /H 式中： EB ――――屏蔽空間某一點的電場強度； E ――――未設(shè)屏蔽層時空間同一點的電場強度； HB ――――屏蔽空間某一點的磁場強度； H ――――未設(shè)屏蔽層時空間同一點的磁場強度； 影響屏蔽衰減的因素有：屏蔽的結(jié)構(gòu)形式和所采用的材料；電纜絕緣介質(zhì)直徑和機械應力（如彎曲等），絕緣直徑增大,屏蔽衰減增加；屏蔽衰減和頻率、長度有關(guān)。屏蔽衰減的測試標準是以一米為測試長度。 23，無源互（交）調(diào)PIM 無源互調(diào)PIM（Passive intermodulation）是在射頻信號傳輸時，當同一傳輸信道內(nèi)，同時存在兩個以上不同頻率信號時，如果載波信號較大（大于30dB）時，由于電纜或連接器的非線性，引起使不同頻率之間產(chǎn)生的由原來基波和相應的諧波互調(diào)形成的交調(diào)生成物，將會使有效傳輸信號發(fā)生畸變、失真，產(chǎn)生噪聲和雜波，占用有效信道影響有效信號傳輸。 在線性系統(tǒng)，輸出信號直接正比于輸入信號。在非線性系統(tǒng)，輸入信號經(jīng)過傳輸被放大時，輸出信號會失真，這種互調(diào)失真產(chǎn)生新的輸出信號，就跟更多個輸入信號互相混合形成非線性組合。一個非線性電路將會產(chǎn)生兩個最基本頻率的噪聲信息（f1和f2），如果f1和f2的頻率是緊靠時，形成三次互調(diào)失真2f1－f2 和2f2 －f1，三次無源交調(diào)產(chǎn)生的信號噪聲，可以處在有效頻帶（接受或傳輸通道）附近，其危害是不能被接受端濾波出來的。這種互調(diào)失真增加系統(tǒng)失真和減少系統(tǒng)通信能力。 電纜通常被看成線性元器件，然而真正的線性元件是不存在的，電纜和連接器都具有非線性性?；フ{(diào)失真在較低功率，互調(diào)失真影響不大；而在傳輸功率較大的移動通信、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等，由于傳輸功率較大，系統(tǒng)又是雙工傳輸，無源交調(diào)失真的影響就變得明顯起來。無源交調(diào)失真對所需信號產(chǎn)生干擾，當無線通信系統(tǒng)中存在大量互調(diào)失真時，無線用戶就會感到信道可用性下降，線路噪聲大、呼叫頻繁被拒絕等問題。 國際電工委員會IEC為此專門成立了WG6工作組，專門從事無源交調(diào)失真測試方法標準化，并制定了《射頻連接器、電纜組件和電纜——互調(diào)電平測量》，還準備制定一系列新標準。 減少無源交調(diào)失真的產(chǎn)生，對電纜來說，要求電纜結(jié)構(gòu)盡可能的均勻一致以達到電纜最大程度線性化；在電纜結(jié)構(gòu)上，電纜的編織外導體和扭絞內(nèi)導體，它會在電通路上形成無數(shù)的接觸，這是無源互調(diào)的源頭。采用實芯（單根）內(nèi)導體，使用具有硬和半硬型的無縫（密封）外導體如銅管、皺紋管、編織浸錫，以消除和減小無源交調(diào)失真；在電纜組件制作、連接器的選用等方面采取一系列措施，以減小無源交調(diào)的產(chǎn)生。 李富根編寫于科寶光電,2000,5