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计算机网络长距离布线时双绞线的非标准应用


　　假设1：
　　①长度为100 m的五类非屏蔽双绞线；
　　②双绞线上传输速度为100 Mb／s的信号；
　　③双绞线的等幅衰减的带宽为BHz（如图3）：B＝C－A。
　　推导1：
　　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5 b的码组来编码4 b的实际输入数据［3］），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125M，即125M b／s。
　　如果每秒信号变化125M次，则状态变化8次需要的时间为：8／125M s。
　　根据傅里叶级数公式，一次谐波的周期T为：8／125M s；一次谐波的频率f为：125M／8 Hz。
　　方波信号（每秒状态变化次数为125M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（个）为：
　　
　　结论1：
　　因为假设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。
　　假设2：
　　①长度为大于100 m的五类非屏蔽双绞线；
　　②双绞线上传输速度为100 Mb／s的信号；
　　③双绞线的等幅衰减带宽变窄为B／2 Hz。
　　推导2：
　　可以等幅衰减通过的谐波数量N2（个）为：
　　
　　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，如图2所示，当N2小于4时输出信号将难以被接收设备识别。
　　然而在假设2下，很难保证等幅衰减通过足够的数量的谐波。
　　根据公式N＝B／f，当B减少时，只有降低f（即降低双绞线上信号的传输速度），才能保证N不变。
　　假设3：
　　①长度大于100 m的五类非屏蔽双绞线；
　　②双绞线上传输速度降为10 Mb／s的信号；
　　③双绞线的等幅衰减的带宽变窄为B／2 Hz。
　　推导3：
　　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20M，即20M b／s。
　　如果每秒信号变化20M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：20M／8 Hz。
　　方波信号（每秒状态变化次数为20M次）通过此双绞线后，可以等幅衰减通过的谐波数量N3为：
　
　　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，假设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。
　　 假设4：
　　①长度为大于100 m的五类非屏蔽双绞线；
　　②双绞线上传输速度为10 Mb／s的信号；
　　③双绞线的等幅衰减的带宽变窄为B／k Hz；
　　④等幅衰减通过的谐波数量N4＝N1。
　　 推导4：
　
　　结论4：
　　在假设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。

3　结语
　　根据以上的分析，笔者认为在设计一段距离为200 m以内的线路的时候，可以非标准的使用双绞线进行布线，但具体应采用以下方法：
　　（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。
　　在实际工程中，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：
　　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％。结果证明以上基于傅里叶的分析是合理的。
　　另外，本方法也可以适用于早期的3类双绞线或由于线缆品质低及布线工艺较差造成无法在10／100 M自适应网络中使用的情况，可以降低成本并减少重新布线的麻烦。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一定的范围内使用。


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］AndrewSTanenbaum．计算机网络（第3版）［M］．北京：清华大学出版社，1998．
［3］高传善．数据通信与计算机网络［M］．北京：高等教育出版社，2000．

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