电缆与光缆

【项目描述】

1．泄漏电缆与无线AP。

2．交换机。

3．电缆与光缆。

【项目目标】

1．掌握泄漏电缆的特点、分类及工作原理。

2．了解无线AP的作用及设置原则。

3．掌握交换机的概念、功能及工作原理。

4．掌握电缆的分类、信号电缆、光缆及同轴电缆的相关知识。

【能力目标】

1．能准确叙述泄漏电缆的特点及分类，正确理解泄漏电缆的工作原理。

2．能叙述无线AP的作用及其设置原则。

3．能正确理解交换机的概念，准确叙述其功能，正确分析交换机的工作原理。

4．能正确认识各种电缆的结构组成。

5．能准确叙述信号电缆的类型、选用原则及接续成端。

6．能准确叙述光缆的特点、分类、鉴别方法及维护。

7．能准确叙述同轴电缆的分类及维护。

【场景设计】

1．通过参观城轨交通系统信号数据通信网络基础设备进行现场教学，或利用多媒体展示相关设备在现场的实际应用状态。

2．将学生每6～8人分为1组。

3．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

基于通信的列车运行控制系统（CBTC）通过车地双向数据通信方式对列车进行控制和监督，增强列车运行安全的操作与管理，提高了列车的安全性和运输效率。无线CBTC是列车运行控制系统的发展方向。开放标准的无线扩频通信方式不但可满足城市轨道交通列车控制系统的信息传输需求，而且与专用无线通信方式相比，可大幅度降低系统建造成本，提供更加便捷的维护性和互操作性。当前，CBTC系统中应用的连续式车-地双向无线通信的方式有无线移动通信方式（包括UHF电波、VHF电波、扩频通信、卫星通信、GSM-R等），泄漏电缆、泄漏波导方式，交叉感应环线方式等。

（1）泄漏电缆

漏泄同轴电缆（Leaky Coaxial Cable）简称为泄漏电缆或漏泄电缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致，由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体3部分组成，如图5．1．1所示。电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波；外界的电磁场也可通过槽孔感应到泄漏电缆内部并传送到接收端。目前，泄漏电缆的频段覆盖为450 MHz～2 GHz，适应现有的各种无线通信体制，应用场合包括无线传播受限的地铁、铁路隧道和公路隧道等。在国外，泄漏电缆也用于室内覆盖。

图5．1．1

1）泄漏电缆的特点

与传统的天线相比较而言，泄漏电缆具有以下优点：

①使用频率宽，场强辐射均匀稳定，抗高压，抗张强度高。

②泄漏电缆本质上是宽频带系统，某些型号的可同时用于CDMA800，GSM900，GSM1800，WCDMA，WLAN等系统。

③信号覆盖均匀，尤其适合隧道等狭小空间。

④泄漏电缆绝缘采用高物理发泡的均匀细密封闭的微泡结构，不仅较之传统的空气绝缘结构在特性阻抗、驻波系数、衰减等传输参数更加均匀稳定，而且可抵御在潮湿环境中潮气对电缆的侵入可能传输性能的下降或丧失，免除了充气维护的烦恼，大大提高了产品的使用寿命和稳定可靠性。

⑤泄漏电缆价格虽然较贵，但当多系统同时引入隧道时可大大降低总体造价。

在基站与移动站之间的通信通常是依靠无线电传送。目前，通信业的不断发展越来越要求基站与移动站之间随时随地能接通，甚至要求在隧道中也是如此。

然而在隧道中，移动通信用的电磁波传播效果不佳。隧道中利用天线传输通常也很困难，所以关于泄漏电缆的研究也应运而生。无线电地下传输有着极其广泛的用途。如图5．1．2所示为一发射站位于隧道口的典型图例。

图5．1．2

随着新型无线移动发射系统的发展，新型漏泄元件应能以较低的衰减转发900 MHz波段内的信号。

2）泄漏电缆的工作原理

横向电磁波通过同轴电缆从发射端传至电缆的另一端。当电缆外导体完全封闭时，电缆传输的信号与外界是完全屏蔽的，电缆外没有电磁场，或者说，测量不到有电磁辐射。同样，外界的电磁场也不会对电缆内的信号造成影响。

然而通过同轴电缆外导体上所开的槽孔，电缆内传输的一部分电磁能量发送至外界环境。同样，外界能量也能传入电缆内部。外导体上的槽孔使电缆内部电磁场和外界电波之间产生耦合。具体的耦合机制取决于槽孔的排列形式。

泄漏电缆的一个典型例子是编织外导体同轴电缆。绝大部分能量以内部波的形式在电缆中传输，但在外导体覆盖不好的位置点上，就会产生表面波，沿着电缆正向或逆向向外传播，且相互影响。

无线电通信信号的质量通常因为电缆外界电波电平波动情况不同而相差很大。电缆敷设方式和敷设环境对电缆辐射效果也有影响。大部分隧道内还有各种各样金属导体，如沿两侧墙面安装的电力电缆、铁轨、水管等，这些导体将彻底改变电磁场的特性。

3）泄漏电缆的主要电性能指标

①纵向衰减

衰减常数是考核电磁波在电缆内部所传输能量损失的最重要特性。

普通同轴电缆内部的信号在一定频率下，随传输距离而变弱。衰减性能主要取决于绝缘层的类型及电缆的大小。

而对于泄漏电缆来说，周边环境也会影响衰减性能，因为电缆内部少部分能量在外导体附近的外界环境中传播。因此，衰减性能也受制于外导体槽孔的排列方式。

②耦合损耗

耦合损耗描述的是电缆外部因耦合产生且被外界天线接收能量大小的指标，它定义为特定距离下，被外界天线接收的能量与电缆中传输的能量之比。由于影响是相互的，也可用类似的方法分析信号从外界天线向电缆的传输。

（2）无线AP

无线AP是将无线信号接入轨旁有线以太局域网的无线设备。AP沿轨道线路设置，安装于轨道桅杆上或车站的建筑物上，或安装于轨旁的隧道壁上，如图5．1．3和图5．1．4所示。由于地铁轨道的线性特征，轨旁无线AP采用定向天线来取得更高的接收信噪比和更大的无线覆盖。车辆段和停车线由于具有较大的弯度，为了达到全线覆盖采用大角度定向天线，使系统对于无线信道的衰落具有较强的抵抗能力。

图5．1．3

图5．1．4

车载移动电台MR和轨旁无线AP均选用业界卓越品质的系列无线通信设备。该设备为基础的无线通信，具有较小的传输延时和高可靠性。

WLAN网络工作在基础设施模式（Infrastructure），即所有列车和有线网络间通信都通过AP进行。几个AP能连接在一起形成更大的网络，允许无线设备在其中漫游，定义为扩展服务集（ESS）。MR可在所有设置为同一扩展服务集的基站之间漫游，当相邻基站覆盖区域彼此重叠时，可以实现无缝切换。

【任务实施】

任务提出：

电缆槽孔形式及外界环境对信号的干扰或反射将影响耦合的损耗。宽频范围内，辐射越强意味着耦合损耗越低。根据信号与外界的耦合机制不同，将泄漏电缆分为辐射型（RMC）、耦合型（CMC）和泄漏型（LSC）3种。针对地铁环境的特殊性，介绍了无线AP的天线选择及设置原则。

（1）泄漏电缆的分类

1）辐射型泄漏电缆（RMC）

辐射型电缆的电磁场是由电缆外导体上周期性排列的槽孔产生的。槽孔间距d与工作波长λ相当，如图5．1．5所示。

图5．1．5

考虑下面的情形，电缆的外导体上开了一组周期性槽孔，屏蔽层的辐射机制类似于朝着电缆轴向的一系列磁性偶极子的辐射。最简单的例子是，外导体上每个相邻小孔间距为半波长距离，如100 MHz下为1．5 m。

辐射模式所有槽孔都符合相位迭加原理。只有当槽孔排列恰当及在特定的辐射频率段，才会出现此模式。也只在很窄的频段下，才有低的耦合损耗。高于或低于此频率，都将因干扰因素导致耦合损耗增加。

电磁波的传播方向如图5．1．6所示，呈放射状发散。

2）耦合型泄漏电缆（CMC）

耦合型电缆有许多不同的结构形式，如在外导体上开一长条形槽，或开一组间距远远小于工作波长的小孔，如图5．1．7所示。还有就是两侧开缝。

图5．1．6

图5．1．7

电磁场通过小孔衍射激发电缆外导体外部电磁场。电流沿外导体外部传输，电缆像一个可移动的长天线向外辐射电磁波。因此，耦合型电缆也等同于一根长的电子天线。

与耦合模式对应的电流平行于电缆轴线，电磁能量以同心圆的形式紧密分布在电缆周围，并随距离的增加而迅速减小，故这种模式也被称为“表面电磁波”。这种模式的电磁波主要分布在电缆周围，但也有少量因随机存在于附近的障碍物和间断点（如墙壁）而被衍射，如一部分能量沿径向随机衍射。

3）漏泄型泄漏电缆（LSC）

这种模式可理解为在一根非漏泄电缆中，插入一段泄漏电缆，如图5．1．8所示。

图5．1．8

这一段漏缆等同于一个通过功率分配器与同轴电缆相连的定位天线。其中电缆内部只有一小部分的能量转变为辐射能。选择相邻漏泄段之间的合适间距，以便为不同频段提供满意的效果。事实表明，10～50 m的间距可满足1 000 MHz内的所有情形的通信。

这样设计的漏缆型电缆，在同样的条件下又可作为连续的补偿馈线，且具有更好的衰减常数和耦合损耗特性。

漏泄部分相当于有效的模式转换器，可控制电缆附近的电磁场强度大小，它是漏泄部分长度和电气性能的函数。

使用漏泄型电缆的系统的一个特点是漏泄部分长度占电缆总长度的2%～3%，这样便减少了由于辐射引起的附加损耗。这些模式转换器有很低的插入损耗，通常只有0．3 dB或0．2 dB，因此，使用这些模式转换器引起的同轴电缆纵向衰减增加很小。

例如，如图5．1．9所示的为使用完全相同的等间距的模式转换器后，场强沿电缆长度方向变化的情况。

图5．1．9

・x轴表示的是模式转换器在x轴上的位置，用“MC”表示。

・Px=95%功率接收可能性对应的电平与y轴的交点。

・Po=输入功率。

・Prmin=最低接收功率（灵敏度）。

・Px与Po之差为漏缆的耦合损失。

・95%功率衰减线与最低接收功率线交点表示电缆最大传输长度。

（2）轨旁天线AP的选择及分析

地铁环境大多为隧道环境，其多路径反射问题严重。针对地铁环境的特殊性，由于隧道环境多径发射问题严重，在这种环境下，全向天线势必带来更严重的多径发射问题，故认为定向天线具有较小的信号辐射角度，可大大降低多径问题带来的影响。因此，在这种环境下，方案采用定向天线。项目将采用高增益的八木天线作为轨旁AP的外置天线。这种八木天线的尺寸比较适合在地铁隧道中安装，不会对列车运行造成隐患。考虑到隧道内一般的施工／安装环境，统一采用6 m射频电缆（在2．4 GHz频段传输产生1．3 dB的衰减）连接天线与无线接入点。

在整个DCS系统中，带宽瓶颈主要集中在车地双向传输系统，也就是AP与MR之间的无线链路上。而地铁隧道本身就是一个波导，地铁内无线信号的传播情况很难找到确切的理论公式来准确计算无线路径损耗和覆盖范围。参考以往工程经验和测试的结果，根据经验沿线大约每隔200 m左右安装一个无线AP。如图5．1．10所示，具体的AP位置通过详尽的线路测量来确定。无线AP的设置的总体原则是列车上的每个MR在轨道上的任何一点都能至少检测到两个AP发送的信号。

图5．1．10

为解决列车头尾换端能够自适应网络，采用轨旁AP双天线方式，即轨旁每AP配备两个天线，AP与天线之间采用功分器进行连接。两天线背向安装于隧道壁，如图5．1．4所示。

（3）WA2220-AGE型无线AP

1）外观及天线

WA2220-AGE型无线AP外观结构及轨旁天线如图5．1．11和图5．1．12所示。

图5．1．11　轨旁AP WA2220X-AGE

图5．1．12　轨旁天线

2）技术参数

●尺寸：长×宽×高=245 mm×245 mm×74 mm（不含天线和安装附件）。

●质量：2 kg。

●工作温度：-40～70℃。

●工作湿度：10%～95%（非冷凝）。

●整机功耗：＜20 W。

●供电方式（POE不用）：本地供电范围为100～240 VAC，50／60 Hz。

●MTBF：＞40年（25℃）。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．通过参观城轨交通系统信号数据通信网络基础设备的交换机进行现场教学，或利用多媒体展示交换机在现场的实际应用状态。

2．将学生每6～8人分为1组。

3．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

（1）概念

交换机（Switch）（译为“开关”）是一种用于电信号转发的网络设备。它可为接入交换机的任意两个网络节点提供单独的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。

（2）工作原理

工作在数据链路层，交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可有效地减少冲突域，但它不能划分网络层广播，即广播域。交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。

以10 Mbit／s的以太网交换机为例，该交换机总流通量为2×10 Mbit／s=20 Mbit／s，而使用10 Mbit／s的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10 Mbit／s。因此，交换机是一种基于MAC地址识别，可实现封装转发数据帧功能的网络设备。

（3）功能

交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前，交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。

1）学习

以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

2）转发／过滤

当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（数据帧为广播／组播帧则转发至所有端口）。

3）消除回路

当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网）之间起到互连作用。目前大部分交换机都能够提供支持快速以太网等的高速连接端口，用于连接网络中的其他交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。

一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提供更快的接入速度，可把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

交换机的基本功能可概括如下：

①交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽性能。

②交换机也提供了大量可供线缆连接的端口，因此可采用星形拓扑布线方式。

③交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。

④当交换机转发帧时，会重新产生一个不失真的方形电信号。

⑤此外交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网（VLAN）。

【任务实施】

任务提出：

以S9500E交换机为例，介绍交换机的结构、特点及性能指标。

（1）正面结构

正面结构如图5．2．1所示。具体部件的含义如下：

①主控板槽位。每个交换机有两个主控板槽位，1+1备份。

②接口板槽位。9505E有5个，9508E-V有8个，9512E有12个。

③电源框槽位。每个交换机有两个3 500 W电源框，可以插两个1 800 W电源模块（需要使用16 A电源线）。

④风扇框。9508E-V风扇框在正面，9505E和9512E在背面。

⑤POE电源框模块。预留支持POE供电。

图5．2．1

（2）背面结构

背面结构如图5．2．2所示。具体部件的含义如下：

①风扇框。9505E有一个风扇框，9512E有两个风扇框，两种风扇框相同。

②后盖板把手。不能承重，搬运机箱时勿用。

③接地端子。

图5．2．2

（3）技术特性

S9500E可安装在19 in（1 in=2．54 cm）标准机柜中，需安装在机柜滑道上并固定挂耳，机柜滑道承重需大于设备质量，地板承重板需要大于机柜及内部设备质量之和。外形尺寸及设备质量如表5．2．1所示。

表5．2．1　S9500E外形尺寸及设备质量

技术特性如下：

①工作环境温度：0～45℃（长期）；-10～55℃（短期）。

②工作环境湿度：5%～90%（无冷凝）。

③抗干扰要求：远离强功率电磁干扰源。

④灰尘含量及粒径：≤3×104粒／m3，粒径≥5 μ m。

⑤接地要求：接地良好，接地电阻＜1 Ω。

⑥额定电压范围：100～120 V AC，60 Hz；200～240 V AC，50 Hz；-48～-60 V DC。

（4）风扇框技术特性

风扇框如图5．2．3、图5．2．4所示。其技术特性如下：

图5．2．3

图5．2．4

①S9500E只配置一个风扇框（9512E配置上下两个，负责上下各半机箱的散热）。

②支持自动调速功能，降低功耗与噪声。

③风扇告警灯在风扇框上，S9505E，9512E位于机箱背面，9508E-V位于机箱正面。

④S9500E系列交换机风扇框支持热插拔。

⑤发生故障要立即更换。

（5）面板指示灯及含义

面板指示灯的外观如图5．2．5、图5．2．6所示。

图5．2．5

图5．2．6

面板指示灯的含义如下：

①SMB同轴时钟接口（预留）。

②接口板状态指示灯（LPU）。

③主控板状态指示灯。

④RESET键。

⑤主USB接口（HOST）。

⑥从USB接口（DEV）及其指示灯。

⑦AUX接口。

⑧Console口。

⑨RS232／485接口（暂未支持）。

⑩网络管理接口。

CF卡插槽及其指示灯。

其中主控板指示灯的状态及含义如表5．2．2所示。

表5．2．2　S9500E主控板指示灯的状态及含义

其中接口板指示灯的状态及含义如表5．2．3所示。

表5．2．3　S9500E接口板指示灯的状态及含义

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

续表

【场景设计】

1．通过参观城轨交通系统的电缆与光缆进行现场教学，或利用多媒体展示电缆与光缆在现场的实际应用状态。

2．将学生每6～8人分为1组。

3．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

（1）电缆

1）电线电缆主要分类

①用于电力系统

用于电力系统的电线电缆产品主要有架空裸电线、汇流排、电力电缆、橡套线缆、架空绝缘电缆、分支电缆、电磁线以及电力设备用电气装备电线电缆等。

②用于信息传输系统

用于信息传输系统的电线电缆主要有市话电缆、电视电缆、电子线缆、射频电缆、光纤缆、数据电缆、电磁线、电力通信或其他复合电缆等。

③用于机械设备、仪器仪表系统

此部分除架空裸电线外几乎其他所有产品均有应用，但主要是电力电缆、电磁线、数据电缆、仪器仪表线缆等。

2）信号系统电缆介绍

信号电缆的导电芯线采用标称直径为φ 1．0 mm的软铜线，其允许工作电压不低于工频500 V或直流1 000 V。芯线数从4芯到61芯各种不同规格。电缆线芯以星绞为主，星绞、对绞和个别线芯扭绞相结合的方式绞制成缆。信号电缆按护套结构分为塑料护套、综合护套和铝护套3种。按芯线结构分为普通型和综合扭绞型两种。此外还有室内柔软电缆。如图5．3．1所示为综合护套信号电缆的结构图。

图5．3．1

1—导电线芯（φ 1．0 mm）；2—聚乙烯绝缘（厚0．6 mm）；3—四线组；4—塑料隔热层；5—塑-铝-塑综合护层；6—钢带铠装；7—聚乙烯（聚氯乙烯）外护套；8—绝缘单线

下面介绍信号电缆信号编制原则，依照如表5．3．1所示规律来编制。

表5．3．1　信号电缆型号组成

铜芯代表字母“T”，型号中一般省略。

3）选用信号电缆注意事项

①普通型电缆适用于非音频制设备。综合扭绞型电缆的扭绞线既适用于音频制设备又可用于非音频制设备。

②塑料护套不带铠装电缆用于室内，当用于室外时需设槽管以防外力。塑料护套带铠装电缆可直埋。

③综合护套带铠装电缆用于室外，可直埋。

④铝护套无论是否带铠装，均可用于室外直埋。

⑤选用钢带铠装或有金属护套的电缆，对外界电磁场都有一定的屏蔽作用，可用于需要设置屏蔽电缆的地方。

4）信号电缆相关要求

①电缆导电芯线应采用标称直径φ 1．0 mm的软铜线，其允许工作电压不得低于工频500 V或直流1 000 V。

②电缆弯曲半径不得小于电缆外径的15倍，不得出现背扣、小弯现象。

③音频信号设备应采用综合扭绞电缆中的星绞组或对绞组芯线。用于音频数据传输时，必须采用通信或信号电缆中特设的低频四芯组信号电缆的导线芯线。

④维修更换电缆时，电缆两端应有2 m储备量，信号楼内应有5 m储备量。

⑤敷设信号电缆时，电缆的连接接线应为A端与B端相连。电缆A，B端的识别方法是绿色组在红色组的顺时针方向为A端；反之，则为B端。

⑥电缆埋设深度不少于700 mm，遇有石灰地带埋设深度不少于500 mm。

（2）光缆基本知识

1）基本知识

光缆是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可单独或成组使用的通信线缆组件。光缆主要原材料分8大类：光纤、光纤涂料、光纤二次被覆用料、光纤光缆填充膏、光缆用加强件、光缆用阻水纱、阻水带光缆用复合钢带、复合铝带及护套料，如图5．3．2所示。在信号系统当中，子系统间的数据传输都应用到光缆。本节简单介绍光缆的基本知识。

图5．3．2

型号命名：光缆形式由5部分组成：①-②-③-④-⑤。

①表示光缆类别。

GY——通信用室外光缆；GJ——室内光缆；MG——煤矿用光缆。

②加强构件类型。

无——金属加强构件；F——非金属加强构件。

③结构特征。

D——光纤带结构；无——松套层绞式结构；X——中心管式结构；G——骨架式结构；T——填充；Z——阻燃结构；C8——8字形自承式结构。

④护层。

Y——聚乙烯护层；W——夹带钢丝钢-聚乙烯黏结护层；S——钢-聚乙烯黏结护层；A——铝-聚乙烯黏结护层；V——聚氯乙烯护套。

⑤外护层。

23——绕包钢带铠装聚乙烯护套；33——细钢丝绕包铠装聚乙烯护套；43——粗钢丝绕包铠装聚乙烯护套；53——皱纹钢带纵包铠装聚乙烯护套；333——双层细钢丝绕包铠装聚乙烯护套。

2）光缆优点

①传输频带宽。

②电磁绝缘性能好，抗干扰能力强。由于光束不受外界电磁干扰与影响，而且本身也不向外辐射信号，因此，它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。

③衰减较小。可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。

④中继器的间隔较大，因此，可减少整个通道中继器的数目，可降低成本。

⑤线径细，质量轻。

⑥抗化学腐蚀能力强。

3）光缆分类

①按敷设方式。有自承重架空光缆、管道光缆、铠装地埋光缆及海底光缆。

②按光缆结构。有束管式光缆、层绞式光缆、紧抱式光缆、带式光缆、非金属光缆及可分支光缆。

③按用途。有长途通信用光缆、短途室外光缆、混合光缆及建筑物内用光缆。

4）鉴别方法

①外皮。室内光缆外表应光滑、光亮，具柔韧性，易剥离。劣质光缆外皮光洁度很差，容易和紧套、芳纶粘连。室外光缆的PE护套成缆后外皮平整、光亮、厚薄均匀、无气泡。

②光纤。正规采用大厂的A级纤芯，一些低价劣质光缆通常使用C级、D级光纤和来路不明的走私光纤。例如，采用劣质光缆，会出现带宽很窄、传输距离短；粗细不均匀，不能和尾纤对接；光纤缺乏柔韧性，盘纤时一弯就断等问题。

③加强钢丝。正规室外光缆的钢丝是经过磷化处理的，表面呈灰色，这样的钢丝成缆后不增加氢损，不生锈，强度高。劣质光缆一般用细铁丝或铝丝代替，鉴别方法：外表呈白色，捏在手上可以随意弯曲。

④钢铠。正规企业采用双面刷防锈涂料的纵包扎纹钢带，劣质光缆采用的是普通铁皮，通常只需一面作过防锈处理。

⑤松套管。光缆中装光纤的松套管采用PBT材料，强度高，不变形，抗老化。劣质光缆通常用PVC料生产套管，这样的套管外径很薄，用手一捏就扁。

⑥纤膏。室外光缆内的纤膏可防止光纤氧化，因水汽进入发潮等，劣质光纤中用的纤膏很少，严重影响光纤的寿命。

⑦芳纶。又名凯夫拉，是一种高强度的化学纤维。室内光缆和电力架空光缆都是用芳纶作加强件，劣质室内光缆把外径做得很细，光缆在穿管时很容易被拉断。

5）主要参数

①衰减。是指光在沿光纤传输过程中光功率的减少。光纤损耗是指光纤输出端功率与发射到光纤时功率的比值。损耗同光纤的长度成正比。光缆损耗因子（α）反映光纤衰减的特性。衰减的测试方法主要有剪断法、插入衰减法、背向散射法。

②回波损耗。又称为反射消耗，是指在光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数。回波损耗越大越好，以减少反射光对光源和系统的影响。改进回波损耗的方法为尽量将光纤端面加工成球面或斜球面。

③插入损耗。是指光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。插入损耗越小越好。插入损耗的测量方法同衰减的测量方法相同。

6）光缆接续

采用接头盒来完成光缆间的连接、分支、密封光纤接头的保护。其主要步骤如下：

①光缆准备（光缆检查和长度核实。光缆连接部位每侧预留余长8 m）。

②接头盒支架安装。

③加强芯、金属层接续。

④光纤连接。

⑤余纤收容（光纤连接后应将60～80 cm余留纤按半径（R≥40 mm）盘留收容板上）。

⑥接头护套密封。

（3）同轴电缆

1）同轴电缆命名

图5．3．3

同轴电缆通常由4部分组成，结构如图5．3．3所示。第一部分用英文字母，分别代表电缆的代号、芯线绝缘材料、护套材料和派生特性，第二、第三、第四部分均用数字表示，分别代表电缆的特性阻抗（Ω）、芯线绝缘外径（mm）和结构序号。例如，“SYV-75-5-1”所表示的含义是该电缆为同轴射频电缆，芯线绝缘材料为聚乙烯，护套材料为聚氯乙烯，电缆的特性阻抗为75 Ω，芯线绝缘外径为5 mm，结构序号为1。

2）同轴电缆分类

①基带同轴电缆（50 Ω电缆）

用于数字传输。其屏蔽线是用铜做成的网状，特征阻抗为50 Ω（如RG-8，RG-58等）。同轴电缆的带宽取决于电缆长度。

②宽带同轴电缆（75 Ω电缆）

使用有线电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统被称为宽带同轴电缆。宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75 Ω（如RG-59等）。

3）同轴电缆主要特性

①特性阻抗

同轴电缆的特性阻抗有50 Ω，70 Ω，100 Ω这3种。沿单根同轴电缆的阻抗的周期性变化为正弦波，中心平均值±3 Ω，其长度小于2 m。达到最好的传输效果，终端负载阻抗也应尽量等于电缆的特性阻抗。

②衰减

同轴电缆的衰减特性通常用衰减常数来表示，即单位长度电缆对信号衰减的分贝数。当用10 MHz的正弦波进行测量时，它的值不超过8．5 dB（17 dB／km）；而用5 MHz的正弦波进行测量时，它的值不超过6．0 dB（12 dB／km）。

③温度系数

表示温度变化对电缆特性的影响程度，温度升高，电缆的损耗增加，温度降低，电缆的损耗减少。

④屏蔽特性

屏蔽特性是衡量同轴电缆抗干扰能力的一个参数，也是衡量同轴电缆防泄漏的一个重要参数。如果电缆屏蔽不好，传输信号不仅会受到外来杂波的串扰，也会泄漏出去干扰其他信号。

⑤传播速度

需要的最低传播速度为0．77c（c为光速）。

⑥同轴电缆直流回路电阻

电缆的中心导体的电阻与屏蔽层的电阻之和不超过10 mΩ／m。

【任务实施】

任务提出：

以设备的维护为主题，介绍信号电缆、光纤、同轴电缆的维护。

（1）信号电缆维护

1）电缆接续及要求

电缆接续应A端与B端相接，相同的芯组内颜色相同的芯线相接。电缆芯线不得有任何损伤。室内架（柜）设备间的零层配线，宜采用配线电缆；架（柜）间的侧面端子配线，宜采用多股铜芯塑料绝缘软线。芯线上的端子必须固定、拧紧，每个配线端子不得超过3根芯线，芯线之间应放垫圈。屏蔽连接线、电缆芯线焊接时不得使用腐蚀性焊剂，严禁虚接、假焊、有毛刺。信号电缆引入箱盒时，其金属护套应与箱盒金属构件相绝缘。电缆金属护套应进行屏蔽连接。电缆引出端应有标明去向的铭牌。

采用结构合理、密封性好、寿命长的免维护型地下电缆接续盒。在地下电缆接续盒中，将电缆芯线用压接端子可靠对接；内屏蔽层和外屏蔽层（铝护套）用适当规格的金属屏蔽网完整、可靠连接；电缆钢带固定在强度较高的金属环上，再将金属环用强度较高金属杆可靠连接。最后，用地下电缆接续盒对所有连接部位进行可靠防护。

2）电缆成端

电缆成端包括电缆端头的切剥、固定、密封以及电缆金属护套的屏蔽连接、屏蔽接地、电缆芯线与端子的连接等。在电缆的始、终端处的电缆箱盒内设置接地端子排，将每根电缆的内屏蔽层、铝护套、钢带用适当规格的铜芯导线分别与箱盒内其他电缆的内屏蔽层、铝护套、钢带可靠环连后，连接到设置在箱盒内并与贯通地线可靠连接的接地端子排上。电缆引入箱盒内的根部部位灌注冷封胶进行密封处理。与端子连接的电缆线禁止出现环状。

（2）光纤维护

光缆的主要组成部分——光纤，是光导纤维的简称，由直径大约为φ 0．1 mm的细玻璃丝构成。透明、纤细，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构，如图5．3．4所示。

1）光纤种类

①按光在光纤中的传输模式分类：

按光在光纤中的传输模式分为单模光纤和多模光纤。

单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9 μ m或10 μ m），只能传一种模式的光，如图5．3．5所示。其模间色散很小，适用于远程通信。单模光纤相比于多模光纤可支持更长传输距离，单模光纤都可支持超过5 000 m的传输距离。信号系统中在同一设备房内相互设备间的传输多采用多模光纤。信号系统中在不同设备房内相互设备间的传输多采用单模光纤。多模光纤的中心玻璃芯较粗（芯径为50 μ m或62．5 μ m），可传多种模式的光。但其模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，通常在距离较短时应用。

图5．3．4

1—聚乙烯外护套；2—双面覆塑钢带；3—套管；4—光纤；5—阻水油膏；6—纤油膏；7—芯

图5．3．5

②按最佳传输频率窗口分类：

按最佳传输频率窗口分为常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。

常规型：通常将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1 300 μ m。色散位移型：将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如1 300 μ m和1 550 μ m。

③按折射率分布情况分类：

按折射率分布情况分为突变型和渐变型光纤。

突变型的光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。单模光纤由于模间色散很小，因此，单模光纤都采用突变型。渐变型光纤的光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，多模光纤多为渐变型光纤。

光纤带有接头的那一端可“直接插入”终端级，而尾纤是用来连接其他光纤，如图5．3．6所示。两根光缆连接时需要使用到“光纤连接机”，由人工手动操作尾纤。

尾纤接头主要有以下3种类型：

图5．3．6

●“SC”接头是标准方形接头。传输设备侧光接口一般用SC接头。

●“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，金属接头的可插拔次数比塑料要多。

除了以上3种外，还有MTRJ，ST，MU等。

尾纤日常不要经常挪动和被压，保持弯曲半径合理；接头不要经常插拔，拔出一段时间的话，要加上盖帽防尘防潮，要定期检查插头的连接质量。尾纤若不小心弄脏，用棉圈或专用纸巾蘸少量酒精拭擦，否则会出现误码现象。一旦尾纤头的玻璃平面擦损严重，就不能再用，只能重新熔接。

2）光纤接头损耗测量

光纤接头的质量直接影响线路的传输特性，因此对于接头损耗的要求比较高。下面简要介绍光纤接头损耗的测量方法。

①比较法

比较法是在相同测试条件下，把正式接头与参考接头相比较，从而确定正式接头的损耗。如图5．3．7所示为用比较法测试光纤接头损耗。

图5．3．7

做接头前，从A纤一端送光源，在A纤的另一端测输出光功率（P1）。然后将A，B纤熔接，接头接好之后在B纤输出侧接光功率计测输出光功率（PS1），再将B纤在距熔接头1 m处切断接光功率计，测A纤经熔接头后的输出光功率（P2），则熔接头损耗AS1=10 lg P1／P2。

将第一次熔接头去掉，对A，B纤正式熔接，熔接后测试B纤输出功率（PS2），设正式接头熔接损耗为AS2，则两次熔接后数据为10 lg P1／PS1=AS1+ AB1和10 lg P1／PS2=AS2+AB1 （AB1为B纤衰减值），经计算可得AS2= AS1-10 lg PS2／PS1。

②背向散射法

背向散射法测试光纤接头损耗，使用光时域反射仪（OTDR），监测是在同一端进行。

在接头点将处理好的待接续的光纤端头放在熔接机调整架上，经调整使光纤达到最佳对接位置。通过监测的OTDR，可知接头点反射峰的大小和接头后光功率的损耗程度。

熔接时，从OTDR可看到，接头的反射峰消失，接头后的损耗曲线上升。使用OTDR在光纤的背后散射曲线的接头损耗显示位置，活动“游标”，可测出接头损耗值。

③接头损耗值测试法

两根光纤熔接后，会出现正、反两个方向测得的熔接损耗值不一样的情况，一般规定取两个数值的代数平均值为接头损耗值。该测试是用OTDR从一端测出两端的接头损耗值。主要方法有前向双向测试法、后向双向测试法和末端反射双向测试法。

3）光纤主要维护工具

①光时域反射仪（OTDR）。

②故障定位器（故障跟踪器）。

③光损耗测试设备（又称光万用表或光功率计）。

④光纤熔接机（见图5．3．8）。

图5．3．8

4）光纤的维护

①每年或半年应对各条光纤的技术数据定测一遍，并与原始数据比较。发现问题尽快地分析讨论疑点。

②定期对光缆线路进行巡视，对巡视中发现电缆、护套、电缆接头、线路垂度等问题要作详细记录，便于尽早发现和处理问题。

③定期测试光接收机入口光功率和出口电平，发现与原记录相差较大时，应分析故障是来自光缆还是光接收机原因所造成。

（3）同轴电缆维护

1）接头制作

同轴电缆两端通过BNC接头（一种用于同轴电缆的连接器）连接，BNC接头有压接式、组装式和焊接式。下面介绍压接式BNC接头制作步骤：

①剥线

同轴电缆由外向内分别为保护胶皮、金属屏蔽网线（接地屏蔽线）、乳白色透明绝缘层和芯线。剥线用小刀将同轴电缆外层保护胶皮剥去1．5 cm，不要割伤金属屏蔽线，再将芯线外的乳白色透明绝缘层剥去0．6 cm，使芯线裸露。

②连接芯线

BNC接头由BNC接头本体、屏蔽金属套筒、芯线插针3件组成。芯线插针用于连接同轴电缆芯线；剥好线后请将芯线插入芯线插针尾部的小孔中，用专用卡线钳前部的小槽用力夹一下，使芯线压紧在小孔中。使用电烙铁焊接芯线与芯线插针时，在焊接芯线插针尾部的小孔中置入一点松香粉或中性焊剂后焊接。焊接时，注意不要将焊锡露在芯线插针外表面，会导致芯线插针报废。

③装配BNC接头

连接好芯线后，先将屏蔽金属套筒套入同轴电缆，再将芯线插针从BNC接头本体尾部孔中向前插入，使芯线插针从前端向外伸出，最后将金属套筒前推，使套筒将外层金属屏蔽线卡在BNC接头本体尾部的圆柱体上。

④压线

保持套筒与金属屏蔽线接触良好，用卡线钳上的六边形卡口夹紧，使套筒形变为六边形。使用前最好用万用电表检查一下，断路和短路均会导致无法通信。

2）简易检测

①绝缘介质圆整度检查

标准同轴电缆的截面很圆整，电缆外导体、铝箔贴于绝缘介质的外表面，介质的外表面越圆整，铝箔与它外表的间隙就越小，越不圆整间隙就越大。

②绝缘介质一致性检测

同轴电缆绝缘介质直径波动影响电缆的回波系数。可剖出一段电缆的绝缘介质，用千分尺仔细检查各点外径，看其是否一致。

③编织网检测

剖开同轴电缆外护套，剪一小段同轴电缆编织网，对编织网数量进行鉴定，如果与所给指标数值相符为合格，比所给指标数值少为不合格。

④铝箔质量检查

剖开护套层，观察编织网线和铝箔层表面是否保持良好光泽；再取一段电缆，紧绕在金属小轴上，拉直向反向转绕，反复几次，再割开电缆护套层观看铝箔有无折裂现象。也可剖出一小段铝箔在手中反复揉搓和拉伸，经多次揉搓和拉伸仍未断裂，具有一定韧性的为合格，否则为次品。

3）故障点查找

同轴电缆出现故障，关于故障点的查找，现以xz04型测试仪为例，对同轴电缆的开路、短路及阻抗失配等故障能迅速地判断出来。

利用测试仪，把一根已知长度同型号的电缆传播速度，根据被测的传播速度，对故障电缆进行以下检测，其步骤如下：

①接上损坏的同轴电缆，将仪器电源接通，将传播速度扭旋到事先已知该电缆的传播速度位置。

②将全程、延时开关k4-2扭放在全程位置。

③根据被测电缆的长度，把测试量程选择开关k5置于合适的挡位，调节聚焦、水平位移、垂直位移电位器w1，w2，w3，w4使图像清楚。

④调平衡调节电位器w5，w6使机内平衡电路阻抗和被测电缆端阻抗相匹配，使反射幅度增大。

⑤根据故障性质，选择时标极性。

当以上都调好后，调节反射时间置于开关k6，k7，k8，使活动电子时标靠近反射波，微调反射时间电位器w8，使时标前沿对准反射波前沿，此时数字显示器显示出的数字即为故障点距离。

4）故障点性质判断

①当线路正常时，无反射波。

②当线路断开或接触不良，反射脉冲和发射脉冲相同。

③当线路短路或电缆受潮、进水时使绝缘能力降低，反射脉冲和发射脉冲波反相。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【项目小结】

本项目主要介绍了信号系统数据通信网络基础设备，包括泄漏电缆与无线AP、交换机、电缆及光缆。

泄漏电缆又称为漏泄同轴电缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致，由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体3个产中分组成。对泄漏电缆的工作原理重点掌握，对其特点一般了解。无线AP是将无线信号接入轨旁有线以太局域网的无线设备。对于无线AP的安装位置、设置原则应明确。交换机是一种网络设备，它可为接入交换机的任意两个网络节点提供单独的电信号通路，对其工作原理应深入理解。通过项目的学习，强化理解信号电缆与光缆的区别及作用。

【思考与练习】

1．试述泄漏电缆的作用。

2．试述泄漏电缆的特点。

3．分析泄漏电缆的工作原理。

4．AP的含义是什么？在哪种车-地通信方式中使用了AP？

5．简述无线AP的作用。

6．AP设备如何完成车-地通信？

7．简述AP设备的组成及各部分作用。

8．城市轨道交通信号控制系统中AP设置的总体原则是什么？

9．简述交换机的概念。

10．试述交换机的主要功能。

11．分析交换机的工作原理。

12．试述各种电缆的结构组成。

13．信号电缆的类型有哪些？

14．信号电缆的选用原则有哪些？

15．信号电缆如何接续成端？

16．试述光缆的特点。

17．试述光缆的分类。

18．光缆如何鉴别？

19．简述光缆进行维护的内容。

20．同轴电缆的分类有哪些？

21．同轴电缆的维护有哪些内容？