网络双绞线长距离布线传输问题研究

第23卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.23,No.5 2007年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2007

网络双绞线长距离布线传输问题研究

张成军

（齐齐哈尔大学网络信息中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

摘要：在计算机网络中，当双绞线过长、质量太低或布线工艺较差时，网络往往无法连通。为了解决此问题，采用傅里叶公式对其进行了理论分析，提出了一种解决方法。

关键词：网络工程；双绞线；傅里叶公式

中图分类号：TP334.9文献标识码：A文章编号：1007-984X(2007)05-0062-02

网络双绞线在实际工程中应用的距离为100 m，本文主要讨论当距离超长时，在工程实际中可以使用双绞线布线，从而实现200 m的网络布线。以下是线缆传输特性的下降对线缆长度的限制的原理分析和解决方法推导

1 线缆传输特性的下降对线缆长度的限制

正常情况下，五类双绞线的直流阻抗为0.09 Ω/m，当双绞线长度不超过200 m时，其直流阻抗在18 Ω以内。而布线要求总阻抗不能大于19 Ω。所以200 m以内双绞线的直流阻抗引起的信号总体功率下降，一般不会影响接收设备对信号的获得，所以在此距离采用五类双绞线布线可以不必考虑直流阻抗的影响。

1.1 线缆频率特性下降对线缆长度的限制

根据傅里叶级数公式，任何持续的数据信号，都可以被分解为正弦和余弦函数的n次谐波。在计算机局域网中，使用双绞线进行基带传输，这样就可以将双绞线上的传输信号作为方波进行分解，变换为谐波后再进一步研究。当方波信号通过一个低通信道时，可以等幅衰减通过的谐波数量越多，则接收设备正确识别原始方波信号的可能性就越大，反之信号将难以识别。

双绞线的频率特性正是一个低通信道，可以等幅衰减地通过从低频到频率的谐波。当线缆距离过长时，会造成高低之间的距离变窄及等幅衰减通过谐波数量下降。

下面按照4种不同情况进行原理推导并得出解决线缆长度限制的结论。

1）在长度为100 m的五类非屏蔽双绞线，双绞线上传输速度为100 Mb/s的信号，双绞线的等幅衰减的带宽为B Hz的条件下，由于在传输速度为100 Mb/s的以太网中，采用的编码方式是4b/5b（即为解决传输中的同步问题，实际使用5b的码组来编码4b的实际输入数据[1]），则通信线路上实际传输的方波信号每秒状态的变化次数为125 M，即125 Mb/s。如果每秒信号变化125 M次，则状态变化8次需要的时间为：15.625 M s。根据傅里叶级数公式，一次谐波的周期T为：15.625 Ms；一次谐波的频率f为：125 /8 MHz。方波信号（每秒状态变化次数为125 M次）通过长度为100 m五类双绞线后，可以等幅衰减通过的谐波数量N1为：N1=B/f=B/(125/8)=64B×10-9

结论1：因为情况1符合五类双绞线的布线标准，所以当等幅衰减通过的谐波数量为N1时，接收方设备可以识别。

2）在长度为大于100 m的五类非屏蔽双绞线，双绞线上传输速度为100 Mb／s的信号，双绞线的等幅衰减带宽变窄为原来的一半B/2 Hz的条件下，可以等幅衰减通过的谐波数量N2为：N2=(B/2)/f=(B/2)/(125/8)=32B×10-9=N1/2 。

结论2：随着双绞线长度的增加，其等幅衰减频宽B变窄后，可以通过的等幅衰减谐波数量也将减少，，

收稿日期：2007-03-10

作者简介：张成军（1979-），男，黑龙江省齐齐哈尔人，助理工程师，主要从事计算机网络技术研究工作。

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当N2小于4时输出信号将难以被接收设备识别。然而在情况2下，很难保证等幅衰减通过足够的数量的谐波。根据傅里叶公式N＝b/f，当b减少时，只有降低谐波频率f（即降低双绞线上信号的传输速度），才能保证N不变。

3）在长度大于100 m的五类非屏蔽双绞线，双绞线上传输速度降为10 Mb/s的信号，双绞线的等幅衰减的带宽变窄为B/2 Hz的条件下，在以太网协议中，10 Mb/s与100 Mb/s为最常见的数据传输速度，所以可以考虑将数据传输速度降为10 Mb/s。在10 Mb／s的以太网中，采用的是曼彻斯特编码（即为了解决传输中的同步问题，实际使用2 b的码组来编码1 b的实际输入数据），所以通信线路上实际传输的方波信号每秒状态的变化次数为20 M，即20 M b/s。如果每秒信号变化20 M/s次，则状态变化8次需要的时间为：8／20M s。根据傅里叶级数公式，一次谐波的周期T为：8／20M s；一次谐波的频率f为：20／8 M Hz，方波信号（状态变化次数为20 M/s）通过此双绞线后，可以等幅衰减通过的谐波数量N3为：N3=B/f=(B/2)/(20/8)=200B×10-9，N3/N1=200B×10-9/（64B×10-9）=3.125。

结论3：即使线缆长度增加导致了等幅衰减带宽变窄一半，但如果将数据传输速度降为10 Mb/s，情况3下可通过的谐波数量N3将为假设1（正常情况）下N1的3.125倍。在此情况下，接收方设备完全可以识别信号。

4）在长度为大于100 m的五类非屏蔽双绞线，双绞线上传输速度为10 Mb／s的信号，双绞线的等幅衰减的带宽变窄为B/k Hz；等幅衰减通过的谐波数量N4＝N1的条件下，即（B/k）/(20/8)=B/(125/8)，可得出：k=6.25 。

结论4：在情况4下即使线缆等幅衰减带宽下降为原来16％（1／6.25），只要降低数据通信的速度，也可以保证接收的谐波数量达到正常的情况（假设1）下的N1，即接收方可以正确识别。

1.2 实际测试

在实际实验中，对使用一段长度约200 m的双绞线进行连接的计算机进行测试，得出：1）使用IE浏览器访问Internet正常；2）使用ping程序进行测试，10 min丢包率为0。

2 结论

根据以上的分析和测试，结果证明以上基于傅里叶的分析是合理的。距离为200 m的线路的时候，可以使用双绞线进行布线，但具体应采用以下解决方法：

1）为保证整体网络的速度，可以使用接口为10/100 Mb/s自适应的交换机，但将与这条双绞线连接的交换机端口强制设为10 Mb/s和全双工模式。

2）采用五类或超五类双绞线布线，提高施工工艺，尽量避开强干扰源，以减少线缆性能参数的下降。

3）当然如果双绞线的长度进一步增加，那么直流阻抗及其他参数对总功率的衰减，可能会造成接收设备无法检测到信号，所以这种依靠降低速度来实现通信的手段只能在200 m的范围内使用。

参考文献

[1] 张应中．数字通信工程基础[M]．北京：人民邮电出版社，1987．

[2] 高传善．数据通信与计算机网络[M]．北京：高等教育出版社，2000．

Non-standard applications of twisted-pair in long distance

distribution for a computer network

ZHANG Cheng-jun

(Center of Network Information,Qiqihar University,Heilongjiang Qiqihar 161006,China)

Abstract：For a computer network，when the twisted-pairis too long or its quality is too poor orthe processing oftwisted pairdistribution is worse，the computer network can not be kept connected frequently．To solve this problem，the paper proposes asolution and analyzes it using Fourier formula in this paper．

Key words：network engineering；twisted-pair；Fourier formula