2.2 双绞线
2.2.1 双绞线的概述
1. 双绞线的定义
双绞线是由一对带有绝缘层的铜线，以螺旋的方式缠绕在一起所构成的，通常的双绞线电缆是由一对或多对这样的双绞线对所组成的，如图2-1所示。绝缘材料使两根线中的金属导体不会因为互碰而导致电路短路。双绞线通常用于传输平衡信号。也就是说，在两条导线同时传输信号，但它们分别携带的信号的相位相差180度。外界的电磁干扰给两条导线带来的影响将相互抵消，从而使信号不至于迅速衰退。螺旋状的结构也有助于抵消电流流经导线过程中有可能增大的电容，而如果是两根平行的导线就会形成一幅天线，不存在这种抵消效应。多对双绞线通常被捆扎起来，并外敷保护层。这样，成捆的电缆就可以被掩埋起来。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。很长一段时间以来，双绞线一直被广泛用于电话通信以及局域网建设中，是综合布线工程中最常用的一种传输介质。
图2-1 双绞线的结构
虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量及传输技术。
2. 双绞线的特征
区分或评价各种类型双绞线的特征主要包括：导线直径、含铜量、导线单位长度绕数、屏蔽措施等，这些因素的综合作用决定了双绞线的传输速率和传输距离。
（1）导线直径：即是铜导线的直径，一般直径越大，传输能力越强；
（2）含铜量：直观的表现就是导线的柔软程度，越柔软的导线含铜量越高，传输能力越强；
（3）导线单位长度绕数：表示了导线螺旋缠绕的紧密程度，单位长度内的绕数越多，对干扰的抵消作用就越强；
（4）屏蔽措施：屏蔽措施越好，抗干扰的能力就越强。根据双绞线缆是否带有金属封装的屏蔽层可以把双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP），如图2-2所示。理论上，屏蔽双绞线的传输性能更好，但在实际的使用中，屏蔽双绞线对于工程安装的要求较高，而且如果金属屏蔽层的接地不好，有些条件下其性能甚至还不如非屏蔽双绞线。因此，被广泛使用的实际上是非屏蔽双绞线。
(a) 非屏蔽双绞线
(b) 屏蔽双绞线
图2-2 非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线
3. 双绞线的分类
双绞线传输模拟信号带宽可以达到250kHz，而传输数字信号的数据速率随距离而不同。EIA/TIA为双绞线电缆定义了不同的规格型号，根据双绞线所支持的传输速率，主要可以分为以下几类：
（1）一类线：由两对双绞线组成的非屏蔽双绞线。频谱范围窄，主要用于传输语音，而较少用于数据传输，最高只能支持20kbit/s的数据速率；
（2）二类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和最高可达4Mbit/s的数据传输；
（3）三类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。主要用于语音传输和最高可送10Mbit/s的数据传输，10 base-T的以太网，即是采用三类线；
（4）四类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。用于语音传输和最高达16Mbit/s的数据传输；
（5）五类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。用于语音传输和高于100Mbit/s的数据传输，主要用于百兆以太网，如用在100 base-T的以太网中。图2-3中可见，通过颜色的组合来区分互相缠绕的双绞线对；
图2-3 双绞线对的组合
线对的组合如表2-2所示：
（6）超五类线：由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线。与五类线相比，超五类线所使用的铜导线质量更高、单位长度绕数也更多，因而衰减更小、信号串扰更小、具有更小的时延误差，在使用4对双绞线同时用于传输的情况下，可以用于1000 base- T的千兆以太网；
（7）六类线、七类线：作为传输能力更强的双绞线，它们的标准还处于进一步的发展之中。
以最常见的三类线和五类线为例，它们之所以具有不同的传输能力，差别主要在于导线单位长度绕数和屏蔽材料。与三类线相比，五类线的单位长度绕数更多，同时也采用了更好的屏蔽材料。
2.2.2 双绞线的特点
双绞线具有以下的优点：
（1）低成本，易于安装：相对于各种同轴电缆，双绞线是比较容易制作的，它的材料成本与安装成本也都比较低，这使得双绞线得到了广泛的应用；
（2）应用广泛：目前在世界范围内已经安装了大量的双绞线，绝大多数以太网线和用户电话线都是双绞线。这对于接入网的建设产生了巨大的影响，因为短时间内全部替换这些双绞线的可能性几乎是不存在的。
同时双绞线还具有很多的缺点：
（1）带宽有限：由于材料与本身结构的特点，双绞线的频带宽度是有限的。像在千兆以太网中就不得不使用4对导线同时进行传输，此时单对导线已无法满足要求；
（2）信号传输距离短：双绞线的传输距离只能达到1000 m左右，这对于很多用场合的布线存在着比较大的限制，而且传输距离的增长还会伴随着传输性能的下降；
（3）抗干扰能力不强：双绞线对于外部干扰很敏感，特别是外来的电磁干扰，而且湿气、腐蚀以及相邻的其它电缆这些环境因素都会对双绞线产生干扰。在实际的布线中双绞线一般不应与电源线平行布置的，否则就会 引入干扰；而且对于需要埋入建筑物的双绞线，还应套入其它防腐防潮的管材中，以消除湿气的影响。
2.2.3 双绞线的应用
（1）ISDN：窄带ISDN中的基本速率接口（BRI）和基群速率接口（PRI）常使用双绞线作为传输介质。
BRI：提供2B+D（2×64K bit/s+16K bit/s）共144K bit/s的接入速率；
PRI：提供30B+D（30×64K bit/s+64K bit/s）的接入速率。
ISDN用于接入网时常采用BRI接口，此时就可以直接利用原先的电话线路作为接入线路。
（2）xDSL：基于数字用户线路技术（DSL）存在着多种接入网络的解决方案，如ADSL、SDSL、VDSL等，它们共同的特点是通过使用调制和编码技术在双绞线上实现了数字传输，达到了较高的接入速率。但这些DSL技术又在通信距离、是否对称传输、最高速率、使用双绞线对数等很多方面存在着不同。根据本地网络状况、带宽需求、用户使用习惯等不同，它们有着不同的应用场合。目前在我国，非对称数字用户线路（ADSL）技术被大规模的用于接入网络建设中。在我国的电话网络中，特别是公共电话网络用户线路的布线中还存在着大量的平行线，在电话通信中使用平行线代替双绞线的影响不大，但当利用这样的接入线路作ADSL接入时，就会产生较大的影响。ADSL下行的最大速率可以达到8M bit/s，而采用平行线替代了双绞线一般只能达数百K bit/s的下行速率。
（3）以太网：目前十兆/百兆/千兆以太网的主要传输介质都是双绞线，这其中，十兆/百兆以太网使用了2对双绞线，千兆以太网使用了4对双绞线，一般的以太网线都包含4对双绞线。部分以太网线也采用平行线或同轴电缆作为传输介质。
