数字通信技术及对电缆性能要求简介1
数字通信技术及对电缆电性能要求简介
通信的基本任务就是克服时域、时空障碍，迅速及时地传递信息。人类社会要进行信息交流就离不开通讯。通信是推动社会文明、进步及发展的巨大推动力。现代的人类社会已经进入信息时代。现代通信系统就是信息时代的生命线。
电线电缆（含光纤光缆）作为通信和通信系统传输信息的一种主要传输媒介，它的品种规格、电缆的结构和性能，它的生产制造工艺、新型材料的使用和发展，都和通信及通信系统的发展息息相关。因此电线电缆工作者，有必要对通信和通信系统有所认识和了解。 1通信
通信即信息的传送过程，通信就是把信息从一个地方传送到另一个地方。信息可以是声音、图像、数据、以及它们的各种组合。
现代通信是集声音、图像、文字为一体的综合性的多种信息服务体系。因此现代通信网已是一个综合业务数字网。为适应世界性的经济和政治活动的需要，人们已经建立起了世界性的全球通信网，现代通信已成为当今世界最重要的信息技术服务。
现代通信技术可分为：电通信和光通信两类。电通信又可分为有线通信（从架空通信明线到对称通信电缆、同轴电缆、光纤光缆）和无线通信（广播电视、微波接力、移动通信、卫星等）。 2 信息
知识来源于信息，信息是事物运动状态及变化的反映。当今世界已步入信息时代，信息已成为经济发展的战略资源和独特的生产要
接在光层中完成，这样的网络称为全光网（ON），它将使信息传输进入一个全新的时代。 4 通信系统
实现信息转换成信号这一过程的全部技术设备和设施统称为系统。在通信领域中将实现通信过程的全部技术设备和设施通称为通信系统。
一个实际的通信系统主要有终端设备、传输链路（信道）和交换设备三大部分组成。
以有线电话传输为例，两地的电话机就是终端设备，电话电缆就是传输链路（传输媒介），电话局就是交换设备。
以一个典型的移动无线通信网为例，它至少包含有：移动站(MS)，它实际就是你的手机，是终端设备；移动通信基站（BS），它包含有基站控制器(BSC)和一个或多个基站收发系统(BTS)和外部自由空间构成了无线传输链路，转发信息到交换设备（电信局），从而完成通信。
根据传输信号的特征，通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。早期的通信是模拟通信，当今的通信发展方向是数字通信。
5 模拟信号和数字信号
在现代通信系统中，信号可用两种形式之一的电（或光）信号传输：模拟信号或数字信号。
模拟通信技术支配了通信和通信系统长达100年之久。模拟信号是电信号通过连续变化电流的模拟通信。模拟信号是随时间连续变化的，如图1所示。例如由麦克风或摄像机等将声音或图像转换成连续变化的音频或视频信号。
图1模拟信号
数字信号仅取一些离散值，对二进制只可能取1和0两个值，如图2所示。例如对电流或光的通和断，这分别称为比特1和比特0。
TB模拟信号1111t 图 2 数字信号
每个比特持续一定时间Tb ，Tb称为比特周期或比特时隙。比特率定义为每秒传输的比特数目，因而B=1/Tb 。
模拟信号和数字信号之间是可以互相转换的。根据抽样定理，模拟信号可以等间隔地抽样转换为数字形式，只要抽样频率Fs 满足奈奎斯特（Nyquist）定理：
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fs ≥2 △f
则一个带宽（△f ）有限度模拟信号就可以不丢失任何信息地由离散样本表示，如图3所示。
输入信号输出信号取样滤波量化解码编码 图 3 模拟信号转换成数字信号
6，信号的传输
信号在信道（媒介中）传输，不论是在有线或无线中传输都会出现幅度的衰减和波形的畸变，传输的距离越长，衰减和畸变的程度就会越来越严重。无论是模拟信号还是数字信号，都符合这一基本规律。
信号的衰减起因于信道的吸收、散射、反射等因素；信号的畸变起因于信道中的噪声和干扰。信号的衰耗和畸变程度取决于信道的质量和长度，它还与传输信号本身的强弱和频谱结构有关。
数字信号和模拟信号传输的本质区别是：模拟信号一旦发生畸变，就没有办法使其复原，畸变就意味失真，此时最终容许传输距离取决于接受端（用户）对失真的认可程度。比如听电话者能否分出男
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女、分出张三还是李四；电视机能否看清图像、听清声音；信号接收机能否有效工作等等。数字信号本身只表示“传输号码”和“不传输号码”即“传号”和“空号”两种逻辑状态，其波形的细节并不重要，只要接收机能够正确识别数字信号原来表示的是那种逻辑状态，就可以通过再生机制将已经畸变的数字信号复原。 7，信道
信道是信息传输的通道，是信号的传输媒介。在通信网中信道称为传输线路，它是电磁波传输的路径。传输媒介可以是有线，也可以是无线。有线和无线二者可以有多种物理传输媒介形式，
若电磁波的传播是导行传播，即采用有形的解质，如电缆、波导、光缆等来作传播信息的信道，则为有线传输，它是利用有线信道的传输系统。有线通信传输系统的发展是脉冲编码调制（PCM）数字通信（时分制），替代以往使用的模拟通信（频分制）。
若电磁波的传播是采用无界面传播信道，如微波、广播电视等通过大气层或电离层来传输的，就是无线传输，它是利用无线信道的传输系统。
8，信道容量
任何模拟通信系统和数字通信系统的信道容量，都和它所传输的频率和传输媒介有关。
这里主要介绍数字通信系统的信道容量。数字通信系统的信道容量，除与它所传输的频率和传输媒介有关外，还依赖于编码技术种类和系统的信噪比要求的限制。这种限制香农（Shannon）在【信息论】
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中用信道容量的概念说明，
业已证明，在存在高斯噪声时，一个二进制数字信号无误码传输时存在一个最大的容许比特率。这个最大的容许比特率称为信道容量C。
C=B ㏒2 （1＋SNR ）＝△f㏒2（1＋SNR ）
式中：C-------------传输速率，bps 或bit/s；
B-------------信道带宽，△f带宽是指能够以适当保真度
传输信号的频率范围（Hz）；
SNR---------信噪比。
对于噪声信道，根据Claude Shannon（香农）定理，它把最大数据传输速率 C和频率f（信道带宽B）和信噪比联系在一起。这表明信道的最大容量取决于信息占用的频带带宽和信道的信噪比SNR。由公式表明信道的带宽和信躁比越大，可传输的比特率就可越高。提高信道的带宽和改善信躁比都可以提高信道传输速率。
在无噪声系统，根据奈奎斯特（Nyquist）定理：
Rb＝B ㏒2 N
式中：Rb-----------信息传输速率bps 或bit/s；
B------------码元传输速率，它表明了每秒传送码元的数
目，单位为波特（Baud）；
N------------编码的进制数字。
9，带宽
模拟信号和数字信号都可以用它们的带宽来表示它们的特
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性。
带宽是信道频谱含量的一个度量,信号带宽代表信号傅立叶变换所含的频率范围。例如,一个普通音频模拟电话占用4KHz的带宽,就足够了。因为一般人的声音范围是300－3400Hz它的带宽为3100Hz（3.1KHz）；一路模拟电视所需的频谱范围约为3—4MHz的带宽。由此可见同样传输10路电视和电话所需传输媒介(信道)的带宽是不一样的，传输电视所需的带宽是电话的十倍。
一种传输媒介的带宽，受限于它的衰耗(衰减)，抗干扰能力(噪声)和接受信号设备或系统对这些性能指标的接受和认可要求。 早期使用的对称电缆，它的使用频率就是受到电缆的衰耗在高频时损耗过大、串音严重，从而只能传输几十路电话，限制使用在KHz的频率范围，不能使用在更高的MHz频率范围，在更高的传输频率范围其衰减和串音的严重程度，使得信号接受设备或系统达到无法接受和认可，从而限制了它的使用和发展。
人们为了提高传输带宽，为此发展了同轴电缆。基于同轴电缆具有损耗比较低，抗干扰性能好的优点，从而可以传输更高的频率，也就是有更宽的带宽。光纤光缆可以传输更高的频率，具有更低的衰耗，抗干扰性能更好，因而更适合传输带宽要求高的数字通信传输。 现在发展的数据用对称电缆除借助数字技术的发展外，对称电缆在所使用材料、结构、制造工艺等等方面得到很大改进和提高，从而降低了电缆的损耗和串音，使得它从原来只能传输几百千赫兹(KHz)的最高使用频率，提高到现在的可传输几百～几千兆赫兹(ＭHz)的使
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用频率，它的带宽变宽了，从而可以传输更多的信息和信号。 10，调制和解调
将信号频谱由一个频率位置搬移到另一个更高的频率位置上，用基带信号控制载波(连续波或脉冲波)的几个参数中的一个，使这个参数按基带信号的规律变化，这就是调制。调制前的载波形式可表达为：
E（t）＝Acos（ω0 ＋φ）
式中：E（t）―――电场；
A ――――载波波形的振幅； ω0 ―――――载波频率； φ―――――载波波形的相位；
信号至所以要进行调制，这是基于：一是，一般信号都具有较低的频谱分量，不适合在信道中直接传输；二是为了实现信道复用，提高信道的利用率和通信系统的抗干扰能力，有效地传输信号，进而对信号进行处理，把它变成某种格式的波形传输，这个过程就是调制。反过来，将信号恢复成原来形式的信号的过程，就称为解调。
根据传输信号与载波形式和调制器不同，可以有不同的调制方式。对于模拟信号的调制，可分为：调制振幅A的调幅调制（ＡＭ）;调制频率的调制方式称为调频调制（FM）;调制相位的调制方式称为调相调制（ＰＭ）；
对于数字信号调制，可根据光载波的振幅、频率、相位是否在一个二进制信号的二种状态间变化进行调制，分别称为幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
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11，传输速度和速率
电磁波在自由空间传输时，它是以光速3×108 m/s 的速度向各个方向辐射传播。当电磁波沿电缆线路传输时，电缆线路给出了电磁波的传输方向，由于有导线和绝缘介质，就使电磁波不再在各个方向扩散，而仅仅沿着电缆导线传输。电磁波沿电缆线路传输时，电磁能的携带者是电缆的绝缘介质。当电磁波在绝缘介质中传输时，由于受到介质的影响，电磁波的传输速度将小于光速。电磁波传输速度减小程度和绝缘介质的介电常数值大小成正比，介电常数值越小，电磁波传输速度减小越少，也就是传输速度越接近电磁波在自由空间的传输速度：光速3×108 m/s。
电磁波的传输速度V是电磁波在一秒钟内所经过的路程。
V＝λ f
电磁波的波长λ是一个振荡周期内（1Hz），电磁波所经过的路程。在这个周期内电磁波的相位改变了2π度。
电磁波的传输频率f ，表明电磁波在一秒钟内的振荡周期数，也就是每完成一个振荡周期2π度所需要的时间是1/f 秒。由上公式可见：在一定传输速度时，所传输电磁波的频率越高，则所传输的电磁波的波长就越短。
电磁波沿电缆传播的速度、特性，取决于电缆所传输电流的频率和电缆线路的性能参数（一次参数和二次参数）。
在数据通信中通常是以码元速率来衡量电磁波的传输速度。码元传输速率，它表明了每秒传送码数的数目，单位为波特（Baud）。波
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特（Baud）是码元的传输速率，它是指发送到通信线路上的电脉冲速率，1波特＝1bit/s，代表每秒的比特，如500波特（Baud）＝500 bit/s，它是度量通信线路基本电信号发送速率的一种度量，它仅仅是电学上的度量单位，而不是信息的度量单位。
信息传输速率Rb是在单位时间内传输的比特数，单位是比特/秒(bit/s或b/s)，又可以表示为bps。
B=1/TB
TB是比特1和比特0的持续时间，称为比特周期或比特间隙。 信息传输速率Rb，它被定义为每秒钟传递的信息量。在N进制下信息速率Rb（bit/s），有以下表达式：
Rb＝B㏒2 N
B为码元速率；例如，当一个八进制系统的码元速率为1200B，则该系统的信息传输速率应该为3600 bit/s。 12，数字通信的优点
数字通信系统中传输的是数字信号，它与模拟通信系统传输的模拟信号相比，具有以下优点：
1， 数字信号抗干扰能力强，数字通信系统可以通过再身中继
器消除噪声积累；
2， 数字信号传输的高可靠性，数字通信通过采用差错控制技
术提高了信号传输的可靠性；
3， 数字通信的信号便于进行各种信号处理，使数字通信和计
算机技术相结合组成综合化、智能化的数字通信网；
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4， 数字通信系统可以使数字传输与交换相结合，电话、数据
和图像传输相结合，有利于实现综合业务数字网； 5， 数字通信系统的器件和设备易于实现集成化、微型化。 数字通信也存在占用频带带宽宽的缺点，但是当今光纤通信和卫星通信提供了足够宽的带宽，因而该缺点已相对不再突出和重要。 13，脉冲编码调制（PCM）
当今数字通信采用二进制代码将每个抽样量化值转换为比特1和比特0的序列，每个样码编码所需的比特数m与量化电平数M的关系为：
m＝㏒2 M
这种编码方式称为脉冲编码调制（PCM），其比特率与PCM数 字信号的关系为：
B＝m fs ≥2△f ㏒2 M
根据抽样定理，模拟信号可以等间隔地抽样转换为数字形式，只要抽样频率fs 满足奈奎斯特（Nyquist）定理：
fs ≥2 △f
则一个带宽（△f ）有限度模拟信号就可以不丢失任何信息地由离散样本表示，由此可见从模拟信号转换成数字信号，数字传输速率应至少是模拟信号传输带宽的二倍。这样以音频电话每话路占用4KHz（实际300—3000Hz）带宽是3.1KHz，也就是说这个带宽足以区分每个人的声音，这也事一般人的声音范围。因此在以前的载波电缆上，通过载波（调制）手段在252KHz频谱范围内，可以传输60
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路模拟信号的电话（4×60＝240再加上12KHz的基本频谱），每个电话话路占用4KHz的频谱带宽。而从模拟信号转换成数字信号，数字传输速率按简单的二倍来计算2×3.1 KHz＝6.2Kb/s，但是实际上线路存在噪声，这样在存在高斯噪声时，一个二进制数字信号无误码传输时，从模拟信号转换成数字信号，数字传输速率按奈奎斯特（Nyquist）准则，传输速率B和带宽△f之间有以下关系式：
B ＞△f（SNR ）/3
音频电话每话路占用4KHz（实际300－3400Hz）带宽是3.1KHz，SNR＝30dB，则可得：
B ＞31kb/s
实际系统中，数字电话音频信道工作于64kb/s。也就是说每个电话话路占用64kb/s，这里考虑了予留量，包含有信号命令（信令），它的作用是使通信系统正常运行。信令包括系统状态标志信令、操作指令信令、呼叫和拨号信令等。
根据奈奎斯特（Nyquist）定理：
fs ≥2 △f＝64kb/s
由此可得△f＝32KHz，数字音频电话所需的带宽是模拟音频电话所需带宽的10倍。 14，数字通信系统的群路等级
国际电报电话咨询委员会（CCITT）现在的国际电信联盟（ITU）规定，将多路编码数字电话按两种标准组成各种群路。ITU－T.G703 《Transmisson Systems and Medis Digital Systems and
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Network》规定了E线路和T线路传输线的电气参数要求。
T线路是为传输数字、数据、语音或音频信号而设计的数字线路，他也可应用在模拟信号传输，只要对模拟信号经过采样、量化、编码等转变为数字信号，进行时分复用即可。E线路是T线路的欧洲版本，两个概念上是相当的，只是容量不同。E1/T1分别是PCM数字系统中基群的两种不同制式PCM30/PCM24的简称。E1的标准速率为2048kbit/s（1.024MHz），T1的标准速率为1544 kbit/s（0.772MHz）。
我国和欧洲采用30路音频信号复用一个基群（E线路PCM30），复合比特率为2.048Mb/s。为了便于在接受端将复合信号分开，在复合比特流中加入了额外的控制位。四个基群按时间划分依次排列，组成4×30＝120路数字电话二次群，依次类推可组成三次群、四次群、五次群。
数字通信系统群路等级及标准比特率
群路级别 基群 二次群 三次群 四次群 五次群 15，复用
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标准话路数 北美 欧洲 日本 24 30 24 96 120 96 标准比特率/Mbs-1 北美 欧洲 日本 1.544 2.048 1.544 6.312 8.488 6.32 672 480 480 44.736 34.368 32.604 1334 1920 1440 4032 7680 5760 90.0 139.206 97.728 274.176 565.0 396.20 复用是在一个通信信道内，同时传输多路信号，提高信道的利用率，增加信息流量。复用可采用频分复用（FDM）。时分复用（TDM）、和波分复用或光频分复用（WDM或OFDM）。
频分复用（FDM）是借助于频谱搬移技术，实现多路信号在同一信道中同时传输的技术。频分复用是模拟信号通信系统中，最初使用的一种基本方法，如当初的载波通信、载波电话电缆等。当要在一个信道里同时传输n路信号时，每个信号都控制在W（Hz）以下，将n路信号分别调制（载波）到W1、W2、W3―――――Wn频段上，为使各个信号的频谱在信道上不重叠，则应使各相临载波频率之间的间隔至少要相隔为W（Hz），防止信号频谱重叠引起干扰和串音，然后把占据不同频率位置的已调制信号组合在一起即相加，送入信道。这些已组合的已调制信号占据n W（Hz）的带宽。复用路数越多，则要求信道带宽越宽。组合信号到达接受端后，通过滤波方式分离、复原、解调成各自的信号。频分复用对模拟和数字信号都适用并且可以应用于多路无线电广播和广播电视传送。
时分复用（TDM）是将信道按时间加以分割，各路信号的抽样值依一定值的次序占用某一时间间隔（时隙），即多路信号利用同一信道在不同时间进行各自独立的传输，信号交替排列组合成复合比特流在同一信道上传输。例如，对于64kb/s的单音频信号，它的比特间隔约为15μs，若将相继的相同的单音频信号的比特流延迟3μs插入，即可插入5个这样的信号，如图4所示。
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15MS3MS振 幅t 图 4 时分复用
时分复用（TDM）是将时间分成若干个时隙，一个时隙Ts1 传送一路信号，依次类推，第二个时隙Ts2 传送第二个信号等等。这些组合信号则构成一个帧，下一帧仍按原规则依次传送各路信号。帧结构可以有两种：一种是每路分配一个短时隙，每时隙1bit码字，称为bit复接；另一种是每路分配一个较长时隙，传送若干个bit组成的码字，称为码组复接。PCM30/32路通信就是采用码组复接时分复用系统的实例。
频分复用（FDM）和时分复用（TDM）一样，实现了用一个信道传输多路信号的目的。这就是说，若干路数字（或模拟）信号可以采用时分复用方式复接成一路高速率的复合数字信号——群路信号。
波分复用（WDM）。光纤光缆数字通信中的传输速率一般为2.5Gb/s，受到电子器件高频性能的限制，超过10Gb/s传输速率的器件要求很高、制造难度大，用提高数字传输速率的方法来提高和扩大
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光纤光缆的传输容量已经将接近极限，因此采用波分复用技术来扩大光纤带宽资源的利用率。波分复用技术就是在一根光纤中同时传送不同波长的信道，只要不同波长间有足够的间隔，将不会引起信道间的干扰。每个不同波长分别携带各自的信息（数字信号或模拟信号），实现不同波长的光信号同时在一根光纤的复用传输，从而成倍地扩大光纤带宽资源的利用率，提高光纤传输信号的容量。
密集波分复用（DWDM）。目前标准单模光纤适用的工作区有两个窗口：1310nm和1550nm，其低损耗区大约在1260～1360nm，有100nm带宽，相当于17507GHz频段的带宽；1550nm其低损耗区大约在1480～1580nm，也有100nm的带宽，相当于12830GHz频段的带宽。两个窗口共有200nm宽的低损耗区可利用，这一巨大的资源目前只利用了大约0.01﹪。基于目前WDM的波长分辩率和技术水平，ITU－T利用1528.77～1560.1nm的波长范围，最小信道间隔为100GHz或0.8nm的整数倍。如果以1.6～0.8nm间隔，每个信道传输2.5Gb/s的信号，信道数为8个则可传输容量到达2.5×8＝20Gb/s的速率（1Gb/s ，这一信息流量相当于每秒传送6.2万张A4型打字纸，也相当于同时传送1.5万路电话）。进一步缩小信道间隔，使信道间隔达到0.8～0.4nm利用上整个可利用的波长范围，那样可利用的信道数就会超过100个，这就是密集波分复用（DWDM）。
光纤通信的潜在容量为：40000Gbit/s。目前使用的DWDM密集波分复用的信道间隔为50GHz。进一步减小信道间隔使光波分复用的信道间隔再减小一个数量级，减小到5GHz，这就是光频分复用
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OFDM。光频分复用OFDM的波长间隔达到0.04nm，如此短的波长是难以想象的，为此光频分复用还存在异议。有人提出未来实现光纤通信容量极限的多路通信模式可能是：电时分复用＋光波分复用＋光时分复用。
＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 电线电缆作为通信和通信系统传输信息的一种主要传输媒介，随着数字通信技术的发展，对它的品种规格、电缆的结构和性能，生产制造工艺、新型材料的使用和发展，都提出了一系列的要求。从整体看：要求电缆结构更小型化、电缆的传输带宽更宽、性能指标要求更严格；使用导电性能好的导体材料、使用衰减小、耐温性能好而稳定的绝缘材料、使用环保、防鼠、阻燃低烟无卤护套材料；生产制造工艺要求制造精度高、稳定、均匀等等。
现代数字通信对电缆电性能提出了更高的要求，现就主要电性能方面的要求作一简介。 16，特性阻抗
特性阻抗是电缆设计和选用者首先要考虑的参数。
特性阻抗定义为电缆处于匹配状态，即线路上无反射波时沿线电压和电流的比值，实际上它代表了无限长线路始端所呈现的阻抗。通信系统选择电缆的特性阻抗和系统设备、连接器的匹配，至关重要。任何的不匹配都会造成信号反射和传输能量的损耗，使传输效率降低、传输信号产生干扰和失真；反射会使电缆沿线存在驻波，有些地方会出现电压和电流的过载，甚至会造成电缆的电击穿或热击穿，影
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响电缆的正常使用。
大部分同轴电缆的特性阻抗是50、75和95欧姆。50欧姆阻抗电缆主要应用于微波和无线通信；75欧姆电缆主要应用于电缆电视和视频系统；95欧姆电缆应用于数字传输系统。
E1和T1电缆的特性阻抗要求如下表：
E1和T1电缆的特性阻抗
数字系统类型 E1 T1 17，衰减
电缆的衰减，表示电缆在行波状态（匹配无反射）下工作时传输功率或电压的损耗程度，它反映了电信号沿电缆的传输效率，表明了电磁波沿电缆传输时的损耗大小。电缆的衰减越大，表明电信号损耗越严重，电缆的传输效率就越差。电缆的低衰减是确保接收机能接受到的信号有足够的强度来解释所传输的数字信号。衰减是决定电缆可以使用多长的主要因素。如果电缆的衰减达到3dB，则表明信号沿电缆传输后，电压或电流的幅度大约下降30﹪，信号功率则下降50﹪
为了提高电缆的传输效率，总是希望电缆的衰减越小越好，但是这种考虑和要求，必须和其它因素结合起来考虑，如电缆的外径尺寸、电缆的柔软性、电缆的价格成本等等。
E1和T1电缆的衰减频率特性符合f 开根号的关系。为了保证有效接受信号，需要将电缆的衰减限制在一定范围内，下表列出E1
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平衡电路 120±12 Ω 100±5 Ω 不平衡电路 75±3 Ω ／ 和T1电缆的容许的最大衰减。在实验室环境测量E1和T1信号，可以近似认为是无噪声信道，根据奈奎斯特（Nyquist）定理：
B＝m fs ≥2△f ㏒2 M
E1信号的M＝2，传输速率为2.048Mbps，所以
2.048Mbps＝2△f ㏒2 M ＝ 2△f △f＝2.048Mbps/2＝1.024MHz E1和T1电缆的容许的最大衰减
电缆类型 E1 T1 测试频率（MHz） 1.024 0.772 衰减≤6dB 6 6 18，结构回波损耗和回波损耗
结构回波损耗SRL（Structure Return Loss）主要用来反映和考察电缆结构均匀性（阻抗均匀性），SRL主要用于对电缆结构的评价它是反映电缆制造工艺水平和电缆结构稳定性的指标。
回波损耗（Return Loss）主要用于标志传输链路或信道的性能，当主要关心系统性能时必须规定回波损耗。链路是系统中所有通过的器件如电缆、连接器、接线板等等。回波损耗对于现代同步双向数字传输系统，电缆的两端必须同时传递和接受数字信号，作为传送端在传送数据的同时又在接受数据。回波损耗，它的大小反映了系统或电缆、连接器等的阻抗失配程度（不匹配）。失配将会引起信号或能量的反射，反射造成信号的畸变、失真和衰减增大，图5显示这种影响。图5中显示了反射所产生的回波，也就是反射信号将以噪声的形式在
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接受端出现。
电缆阻抗的不均匀变化会影响回波损耗，因此任何影响电缆阻抗变化的因素，都会影响回波损耗。这包括电缆的结构尺寸、形状和中心导体的位置；绝缘材料的选择和制造；屏蔽结构形式和材料的选择；护套印字方法等都会影响到回波损耗。
图5回波損耗圖解
19，串音衰减
串音衰减是用来表示电磁波能量从一个主串线路串入到被串线路时衰减程度。串音衰减越大，表明在串音过程中能量衰减越大，也就是串音影响越小、被串音线路受到的干扰越小。串音可分为如图6所示的近端串音和图7所示的远端串音。
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图6近端串音图示
图 7远端串音示图
随着通信频率的不断提高，双向或双工传输发展的要求，一对电缆线路是即发送又接受的信道，此时人们所关注的不仅仅是电缆线路对间的近端串音和远端串音，而是所有给定线到之间的综合性能的影响：功率和近端串音（PS NEXT ）和功率和远端串音（PS FEXT ）等性能，图8形象地表明了这些影响的路径和作用。
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图8 功率和近端串音和功率和远端串音
和回波损耗影响
要提高电缆的串音衰减，必须合理组合电缆的对绞和成缆节距并保证电缆制造中的均匀性（包括节距、对绞、成缆张力等）。 20，衰减串音比（ACR）
衰减串音比ACR是表示信号电平与串音时产生的噪声电平之间的关联，串音衰减比ACR是给定频率下衰减和近端串音之差，其现象如图9所示。
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图 9 近端串音和衰减的影响
衰减串音比，事实上是通信系统内信号噪声比（SNR），唯一可测试的一项指标。衰减串音比ACR与系统的比特误码率BER直接相关。系统的比特误码率的改善，直接关系到线路传输信号的可靠性。
数字通信传输系统一个主要的技术特性是误码特性，只有无误码的传输才是有效的传输。数字传输系统的其它特性，如抖动特性、漂移特性等都将反映为对误码特性的影响。
比特误码率BER是指错误接受比特与总接受比特信号的比率。在高速传输网络及密集型信息传输应用中，需要最低的比特误码率来保证信号的传输质量；在数据传输应用中，较高的比特误码率，会导致信号的干扰码和重发；在视频应用中，较高的误码率会导致图像间断、丢失或产生白斑；在任何数字传输应用系统中，高的比特误码率都会导致令人不满意的传输质量。
当不考虑其它噪声时，信号噪声比SNR就是电缆线路的串音衰减比ACR，低的信号噪声比或说较好的信号噪声比就意味改善的比特误码率，从而提高了系统的传输性能。数字通信中应用的电缆的衰减串
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音比ACR，实际上是系统中线路里信号噪声比唯一可测试的指标。这就是为何关心用于数字传输电缆衰减串音比的原因。 21，时延和时延差
电磁波沿电缆线路传输时，其单位长度传输电磁波所需要的时间T即是时延时间，电磁波的传输速度V是电磁波在一秒钟内所经过的路程。
T＝ 1/ V ＝ 1/λf
电磁波沿电缆传输时，由于受到介质的影响，电磁波的传输速度将小于光速。电磁波传输速度减小程度和绝缘介质的介电常数值大小成正比，介电常数值越小，电磁波传输速度减小越少，也就是越接近电磁波在自由空间的传输速度。
传输时延差是电缆线对间的传输时间之差。时延差是指不同速度的信号传输同样的距离，所需要的时间不同即各个信号的时延不同，这种时间上的差别称为时延差（Differwntial phase delay或 skew ）。在数据传输中，一个数据流会分为多路，由多个线对平行传输，如果线对间时延差过大，会破坏数据帧结构。传输时延和传输时延差，它对于千兆比速率传输更是重要的指标要求。因为数据信号通过电缆线对发生了蜕变，信号到达接受端时信号需要重新组合，如果传输时延和传输时延差过大，超过规定指标要求，则将影响信号传输的准确性，产生扰码信号。图10显示了始端同时发送的信号，由于传输时延不等，信号抵达接受端时抵达时间不一，存在传输时延差的图形。
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图 10传输时
延差
对于高速数字传输系统，希望信号传输的速度越快越好，线对间传输时延差越小越好，针对电缆来说就是要求电缆绝缘的相对介电常数越小越好；电缆的结构尺寸的均匀性和一致性越好越好，这样电缆线对的信号传输速度快，线对间传输时延差小。
产生对内或对间时延差的原因，主要有以下方面：
1），最通常的是各层电缆线芯的长度不等，信号传输时间不等； 2），对绞对两根芯线的对绞张力不等，形成不良的对绞结果：一根芯线紧，一根芯线松，形成对内的时延差；
3），对绞芯线绝缘介质变形，尤其是一根受压变形，形成对内的时延差；
4），绝缘介质着色使绝缘介质介电常数ε发生变化形成对内或对间的时延差；
5），使用了结构尺寸不匹配芯线对绞造成不均匀；
6），绝缘和导体的附着力不好，形成气隙，使对绞的芯线不均匀。 22，屏蔽效率
电缆线路之间的相互串音干扰和外部干扰都会影响信号的传输
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质量，造成信号失真和畸变。为了减少电缆相互间的串扰和外部电磁场干扰造成的影响，增加电缆屏蔽来保证电缆传输的信号质量。
电缆屏蔽的有效性（效率）是电缆的又一重要特性。它既表明电缆对外部电磁场影响，同时也反映外部电磁场对电缆内部信号传输的影响。电缆一方面对周围辐射能量，引起电缆的附加损耗；另一方面外部电磁场的干扰造成和引起传输信号的噪声。电缆的屏蔽效率表示了电缆的电磁兼容性能EMC。电磁兼容EMC（Eelectromagnetic Compatibility），它是指电子及电气设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。
电缆屏蔽效率可以用屏蔽衰减BS和转移阻抗ZT 来衡量。由于转移阻抗仅仅包含电阻和电感不含电容，它的测量方法采用三同轴法，测试不方便并且测试频率只能到300MHz，有一定的局限性。屏蔽效率通常采用测量屏蔽衰减的方法，来衡量屏蔽效率。屏蔽衰减的测量是应用吸收钳法。它作为工业应用，测试频率高、简单、可靠、重复性好等优点。
屏蔽衰减BS 是表示电缆屏蔽效率的一个参数，屏蔽衰减值越大，电缆的屏蔽性能越好，它表示为：
BS ＝㏑ 1/S ＝20㏒ 1/S dB
S是电缆的屏蔽系数，屏蔽系数S是电缆屏蔽层设置前后同一点的场强之比：
S ＝ EB / E ＝ HB /H
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式中：EB ――――屏蔽空间某一点的电场强度；
E ――――未设屏蔽层时空间同一点的电场强度； HB ――――屏蔽空间某一点的磁场强度；
H ――――未设屏蔽层时空间同一点的磁场强度； 影响屏蔽衰减的因素有：屏蔽的结构形式和所采用的材料；电缆绝缘介质直径和机械应力（如弯曲等），绝缘直径增大,屏蔽衰减增加；屏蔽衰减和频率、长度有关。屏蔽衰减的测试标准是以一米为测试长度。
23，无源互（交）调PIM
无源互调PIM（Passive intermodulation）是在射频信号传输时，当同一传输信道内，同时存在两个以上不同频率信号时，如果载波信号较大（大于30dB）时，由于电缆或连接器的非线性，引起使不同频率之间产生的由原来基波和相应的谐波互调形成的交调生成物，将会使有效传输信号发生畸变、失真，产生噪声和杂波，占用有效信道影响有效信号传输。
在线性系统，输出信号直接正比于输入信号。在非线性系统，输入信号经过传输被放大时，输出信号会失真，这种互调失真产生新的输出信号，就跟更多个输入信号互相混合形成非线性组合。一个非线性电路将会产生两个最基本频率的噪声信息（f1和f2），如果f1和f2的频率是紧靠时，形成三次互调失真2f1－f2 和2f2 －f1，三次无源交调产生的信号噪声，可以处在有效频带（接受或传输通道）附近，其危害是不能被接受端滤波出来的。这种互调失真增加系统失真和减少
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系统通信能力。
电缆通常被看成线性元器件，然而真正的线性元件是不存在的，电缆和连接器都具有非线性性。互调失真在较低功率，互调失真影响不大；而在传输功率较大的移动通信、数据通信系统等，由于传输功率较大，系统又是双工传输，无源交调失真的影响就变得明显起来。无源交调失真对所需信号产生干扰，当无线通信系统中存在大量互调失真时，无线用户就会感到信道可用性下降，线路噪声大、呼叫频繁被拒绝等问题。
国际电工委员会IEC为此专门成立了WG6工作组，专门从事无源交调失真测试方法标准化，并制定了《射频连接器、电缆组件和电缆——互调电平测量》，还准备制定一系列新标准。
减少无源交调失真的产生，对电缆来说，要求电缆结构尽可能的均匀一致以达到电缆最大程度线性化；在电缆结构上，电缆的编织外导体和扭绞内导体，它会在电通路上形成无数的接触，这是无源互调的源头，采用实芯（单根）内导体，使用具有硬和半硬型的无缝（密封）外导体如铜管、皱纹管、编织浸锡，以消除和减小无源交调失真等措施；在电缆组件制作、连接器的选用等方面采取一系列措施，如连接器避免使用铁磁性材料、连接器的电涂零件应该清洗干净、连接器涂层应达到一定厚度，以保证导电性能等措施；在电缆组件制作上，减少过多的接触面或焊接面、不要有松散的连接等。以减小电缆组件的无源交调的产生。
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李富根编写于科宝光电公司
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