双绞线与同轴线视频传输性能比较.docx
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双绞线与同轴线视频传输性能比较
双绞线与同轴线视频传输性能比较
2005-2-15 硬道理电子技术工作室
视频传输技术是监控工程中的一项关键技术之一，也是广大工程公司和技术人员十分关注的技术。
双绞线模拟视频传输技术的出现，无疑给视频传输技术增加了一个新成员，特别是在网络技术迅速发展的现在，更加引起了大家的关注。
广大工程技术人员，十分希望产品生产厂家，能够如实介绍他们的产品，帮助他们合理的选择和设计好每一个工程。
而误导宣传只能给监控工程一线的工程人员和工程公司造成麻烦和伤害。
一、双绞线模拟视频传输技术
双绞线模拟视频传输技术，是视频传输技术的补充和一个新的分支。
在网络技术迅速发展的现在，这一技术的出现、发展、完善和推广应用，既是行业的福音，也是大家的责任。
二、认真研究一下部分双绞线视频传输设备生产厂家的宣传：
这里把双绞线视频传输设备生产厂家宣传的原文节选，放在本文后面的附件里，供大家参阅。
其主要观点是：
①同轴电缆传输视频有严重缺点，传输距离只有200多米，加放大器传输距离一般也只能限制在四、五百米左右"，图像质量很差；
②在1-2公里范围视频传输工程中，同轴不行，光纤太贵，双绞线最好，"它很好地解决了上面的难题"。
它没有同轴电缆的"毛病"，可以传输1、2公里无失真，传输的图像质量可以与光端机媲美。
③价格便宜，施工简单，抗干扰性能好，可以多路传输等等优点。
为了推销自己的产品，说一些过头话，也是可以理解的。
但如果以技术权威的口气，公布一些"科学结论"，其结果就适得其反了。
三、双绞线与同轴线传输特性实测比较
我们选择了典型的SYWV75-5/64编电缆和典型的的五类非屏蔽双绞线。
测量设备为美国TEK公司VM700A和TSG271视频测量分析系统设备。
下面给出的测量曲线为1000米长度的衰减频率特性,衰减值为db.按视频6M带宽测量。
1000米双绞线和同轴线传输特性（表略）
为了便于工程应用，这里给出一个大致的数量级的概念：
大约430米双绞线的传输衰减和失真和1000米75-5，1600米75-7同轴电缆相当。
就电缆本身视频传输特性看，按相同失真度要求，5类非屏蔽双绞线传输距离只相当于75-5同轴电缆的43%，不到一半。
按照我国PAL-D视频失真度基本要求，传输线无补偿传输距离实测值是：
75-7同轴电缆为200-250m左右，75-5为100-150m左右，超5类双绞线为40-60m左右；双绞线的传输特性无论从理论上还是从实践上看，都要比同轴电缆差很多。
那么双绞线视频传输器生产厂家宣传的"同轴电缆只能传输200米，双绞线可以传输1500米"又是怎么回事呢？
原来他们是用无补偿的同轴电缆和有补偿的双绞线传输进行比较的。
这种"偷换概念"的例子还很多，例如：
在计算工程成本上，用75-9电缆的价格与普通非屏蔽双绞线比较；系统用四个同一位置的摄像机传输与4条75-9电缆比较，因为一条双绞线里有4对线；用同轴电缆的非传输设备（普通视频放大器）传输的效果，与双绞线专用传输系统比较……等等。
这种"故意"，不仅坏了自己的名声，误导了在工程一线的工程商，而且也坏了刚刚起步的双绞线专用传输系统的技术名声。
同轴线和双绞线产品都有国家标准，性能是不能改变的。
那么，在超性能、远距离传输模拟视频时，考虑和考验的只能是是传输设备的性能----即在6M带宽内，设备对视频信号特性的补偿能力，恢复能力和按什么标准，把图像质量恢复到什么程度的问题。
四、同轴与双绞线传输设备当前发展水平
1.同轴传输设备：
单程末端补偿（无前端设备）的视频恢复产品，最大补偿距离为：
75-5电缆2公里，75-7电缆大于3公里；加前端预补偿单程可达到5公里；
技术上采用我国自有知识产权的"频率加权视频放大技术"，全程距离不分档，连续可调，具有独特的轮廓增强和高频提升的改善图像功能。
除解决远距离传输外，其特有的图像改善功能也被更多的工程商看好。
产品已达到专业级水平。
补偿标准为：
按照我国PAL-D视频失真度6M带宽标准要求的视频特性恢复能力。
工程现场参考评价标准为"与摄像机原图像比较，没有差别"；如轮廓增强和高频提升功能用得适当，主观评价还会比原图像清晰；
2003年10月北京安防博览会上正式展示。
各地工程商普遍认可，也被部分双绞线产品生产和经销单位测试比较后认可；
2.双绞线传输设备：
单程（前端+末端）传输最大补偿距离，1.2-1.5公里；
补偿标准未见公开。
从博览会展示和部分工程商的使用反映，"标准就是看图像，觉得可以就行了"。
大部分产品视频恢复水平和图像质量还有待提高。
五、正确认识同轴与双绞线传输技术
1.双绞线视频传输系统，具有较强的抗共模干扰能力。
在有些应用工程中，如多信息综合布线系统，优势很大，在某些监控工程中，其综合成本与同轴电缆差不多，或低于同轴系统（但图像质量还有待进一步努力提高）。
这些优点，产品生产厂家已经宣传的有过之无不及；值得注意的是，许多工程商被误导的已经不知道东南西北了。
他们说，同轴电缆衰减比双绞线大多了，同轴电缆有干扰等等，认为双绞线一片大好，没有缺点。
有的工程商就是因为相信了这种误导宣传，工程图像质量达不到要求，被晾到了工程现场；
2.工程商除了要了解双绞线系统的优点外，目前主要矛盾还是对双绞线传输系统的缺点和问题认识不足，或认识很浅。
如：
双绞线传输衰减量和失真度远大于同轴电缆，双绞线不仅有欧姆衰减还有辐射衰减，回波衰减，线间互串，护套老化快等问题。
为什么用非屏蔽而不用抗干扰能力更强大的屏蔽双绞线呢？
因为屏蔽层对双绞线对都有偶合影响，会引起更大的衰减，显然，靠近双绞线的外部金属物体还会产生无规律的破坏平衡传输特性的影响，双绞线的抗外部电磁干扰能力也不是像说的那么理想，工程规范有强干扰环境不能使用双绞线的规定。
遗憾的是我们的厂家宣传中，对此却只字不提。
3.工程商如何选用和设计传输系统，涉及的因素很多，自然会根据具体情况全面考虑。
工程上主要考虑的还是在保证图像质量的原则下，谈距离，谈成本，谈合理设计，谈工程造价等等。
希望生产厂家能够客观真实的介绍产品有缺点。
大家都不要误导别人，一切有要由实践来检验真伪。
4.同轴电缆是传统传输线，但并不是像有人说的那样"过时了"，现在包括移动通信，网络短干线通信，有线电视，雷达系统，视频监控等许多领域里，仍然大量应用同轴电缆，其宽带性能是双绞线不能比的。
在视频传输领域里，同轴电缆也有它的缺点，工程中就怕遇到干扰，也容易产生一些人为干扰。
5.对视频同轴传输系统干扰产生和如何抗干扰的问题，笔者将在另一篇文章中与大家共商。
主要结论是：
①外界电磁干扰不是透过屏蔽层传到同轴电缆芯线上才形成干扰的，而是因为线缆太长，作为视频信号"地"的屏蔽层电阻不是零，干扰产生的感应电动势在屏蔽层电阻上产生了干扰电压，串在了视频信号传输的"地"回路中，便形成了与视频信号无法分离的干扰；
②布线不合理，地电位在屏蔽层上也会产生了感应电动势，形成干扰；
③干扰一旦进入视频信号中，目前还没有有效的剔除办法和产品。
所以工程设计和施工中，必须不能让干扰串入视频信号；
④我国自有知识产权的抗干扰同轴电缆已经开发成功，它对50周，变频电机等强电磁干扰，具有优异的抗干扰能力
双绞线
所有100Mb/sec以太网提议都使用双绞线，而且绝大多数新的商业安装使用的也是双绞线。
此外，RussNelson进一步提出“新的布线应该使用5类线。
使用其它的电缆都是在浪费安装者的时间，因为任一种100Base都将要求使用5类线。
”
如果只是连接两台机器，可以通过交换接收与发送线（1-2和3-6）来避免使用Hub。
如果你拿着RJ-45连接头冲着自己（就象你要把它插到自己嘴里），锁扣朝上，那么从左到右各插脚的编号依次是1到8。
各插脚的用途如下：
插脚编号任务
--------------------
1输出数据（+）
2输出数据（-）
3输入数据（+）
4保留为电话使用
5保留为电话使用
6输入数据（-）
7保留为电话使用
8保留为电话使用
如果你想自己制作一条电缆，请认真阅读下文。
一对差分信号必须使用同一条双绞线，以满足UTP电缆所要求的最小阻抗/损耗。
如果看一下上面的表格，就知道1+2和3+6是两对差分信号。
不是1+3和2+6！
！
！
！
在10MHz，长度较短的情况下，出这样的错还可以工作，但仅限于线路长度较短的情况下。
在100MHz时想都不要想出错会怎么样。
对于末端为“A”和“B”的普通接插线，你要做一个插脚到插脚的映射，输入和输出分别使用一对双绞线（出于阻抗的原因）。
这就意味着1A连到1B，2A连到2B，3A连到3B，6A连到6B。
连接1A-1B和2A-2B的必须是一条双绞线。
同样，连接3A-3B和6A-6B的必须是另一条双绞线。
如果目前没有Hub，想做一条“空电缆”，那么要做的就是把“B”的输出作为“A”的输入，把“A”的输出作为“B”的输入，同时不改变它们的极性。
也就是说，把1A连到3B（A的输出+到B的输入+），把2A连到6B（A的输出-到B的输入-）。
这两根线必须是一条双绞线。
它们把网卡/插脚“A”作为输出传送，把网卡/插脚“B”作为输入传送。
然后把3A连到1B（A的输入+到B的输出+），把6A连到2B（A的输入-到B的输出-）。
这两根线也必须是一条双绞线。
它们把网卡/插脚“A”作为输入传送，把网卡/插脚“B”作为输出传送。
因此，如果想使用普通接插线，需要砍掉它的一端，交换接收和发送双绞线的位置后插入新的插头，把它压紧，就得到一条“空”电缆了。
一点也不复杂。
只不过是把一块网卡的发送信号送到第二块网卡的接收端，如法炮制就可以了。
注意，在10BaseT被批准为标准之前，就存在其它使用RJ-45连接头的网络格式和上述的连线安排。
例如SynOptics的LattisNet和AT&T的StarLAN。
在某些情况下，（如使用早期的3C503网卡）可以设置网卡上的跳线使网卡能够与不同类型的Hub连接，但绝大多数情况下，为这些老式类型网络设计的网卡无法工作在标准10BaseT网络/Hub下。
（注意，如果网卡还有一个AUI端口，那么肯定可以把AUI和10BaseT收发器混合在一起使用。
）
概述
1、基带同轴电缆
同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。
这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料。
有两种广泛使用的同轴电缆。
一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输，即下一节要讲的宽带同轴电缆。
这种区别是由历史原因造成的，而不是由于技术原因或生产厂家。
同轴电缆的这种结构，使它具有高带宽和极好的噪声抑制特性。
同轴电缆的带宽取决于电缆长度。
1km的电缆可以达到1Gb/s~2Gb/s的数据传输速率。
还可以使用更长的电缆，但是传输率要降低或使用中间放大器。
目前，同轴电缆大量被光纤取代，但仍广泛应用于有线电视和某些局域网。
2、宽带同轴电缆
使用有限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”这个词来源于电话业，指比4kHz宽的频带。
然而在计算机网络中，“宽带电缆”却指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。
由于宽带网使用标准的有线电视技术，可使用的频带高达300MHz（常常到450MHz）；由于使用模拟信号，需要在接口处安放一个电子设备，用以把进入网络的比特流转换为模拟信号，并把网络输出的信号再转换成比特流。
宽带系统又分为多个信道，电视广播通常占用6MHz信道。
每个信道可用于模拟电视、CD质量声音（1.4Mb/s）或3Mb/s的数字比特流。
电视和数据可在一条电缆上混合传输。
宽带系统和基带系统的一个主要区别是：
宽带系统由于覆盖的区域广，因此，需要模拟放大器周期性地加强信号。
这些放大器仅能单向传输信号，因此，如果计算机间有放大器，则报文分组就不能在计算机间逆向传输。
为了解决这个问题，人们已经开发了两种类型的宽带系统：
双缆系统和单缆系统。
1）双缆系统
双缆系统有两条并排铺设的完全相同的电缆。
为了传输数据，计算机通过电缆1将数据传输到电缆数根部的设备，即顶端器（head-end），随后顶端器通过电缆2将信号沿电缆数往下传输。
所有的计算机都通过电缆1发送，通过电缆2接收。
2）单缆系统
另一种方案是在每根电缆上为内、外通信分配不同的频段。
低频段用于计算机到顶端器的通信，顶端器收到的信号移到高频段，向计算机广播。
在子分段（subsplit）系统中，5MHz~30MHz频段用于内向通信，40MHz~300MHz频段用于外向通信。
在中分（midsplit）系统中，内向频段是5MHz~116MHz，而外向频段为168MHz~300MHz。
这一选择是由历史的原因造成的。
3）宽带系统有很多种使用方式。
在一对计算机间可以分配专用的永久性信道；另一些计算机可以通过控制信道，申请建立一个临时信道，然后切换到申请到的信道频率；还可以让所有的计算机共用一条或一组信道。
从技术上讲，宽带电缆在发送数字数据上比基带（即单一信道）电缆差，但它的优点是已被广泛安装。
3、同轴电缆网络
同轴电缆网络一般可分为三类:
·主干网。
主干线路在直径和衰减方面与其他线路不同,前者通常由有防护层的电缆构成。
·次主干网。
次主干电缆的直径比主干电缆小。
当在不同建筑物的层次上使用次主干电缆时,要采用高增益的分布式放大器,并要考虑电缆与用户出口的接口。
·线缆。
同轴电缆不可绞接,各部分是通过低损耗的连接器连接的。
连结器在物理性能上与电缆相匹配。
中间接头和耦合器用线管包住,以防不慎接地。
若希望电缆埋在光照射不到的地方,那么最好把电缆埋在冰点以下的地层里。
如果不想把电缆埋在地下,则最好采用电杆来架设。
同轴电缆每隔100米设一个标记,以便于维修。
必要时每隔20米要对电缆进行支撑。
在建筑物内部安装时,要考虑便于维修和扩展,在必要的地方还需提供管道,保护电缆。
同轴电缆一般安装在设备与设备之间。
在每一个用户位置上都装备有一个连接器,为用户提供接口。
接口的安装方法如下:
（1）细缆将细缆切断,两头装上BNC头,然后接在T型连接器两端。
（2）粗缆粗缆一般采用一种类似夹板的Tap装置进行安装,它利用Tap上的引导针穿透电缆的绝缘层,直接与导体相连。
电缆两端头设有终端器,以削弱信号的反射作用。
二、参数指标
1、主要电气参数
（1）同轴电缆的特性阻抗同轴电缆的平均特性阻抗为50±2Ω,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±3Ω,其长度小于2米。
（2）同轴电缆的衰减一般指500米长的电缆段的衰减值。
当用10MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过8.5db（17db/公里）;而用5MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过6.0db（12db/公里）。
（3）同轴电缆的传播速度需要的最低传播速度为0.77C（C为光速）。
（4）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毫欧/米（在20℃下测量）。
2、同轴电缆的物理参数
同轴电缆是由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成,其结构如图1所示。
图1同轴电缆结构示意图
同轴电缆具有足够的可柔性,能支持254mm（10英寸）的弯曲半径。
中心导体是直径为2.17mm±0.013mm的实芯铜线。
绝缘材料必须满足同轴电缆电气参数。
屏蔽层是由满足传输阻抗和ECM规范说明的金属带或薄片组成,屏蔽层的内径为6.15mm,外径为8.28mm。
外部隔离材料一般选用聚氯乙烯（如PVC）或类似材料。
3、对电缆进行测试的主要参数有:
（1）导体或屏蔽层的开路情况。
（2）导体和屏蔽层之间的短路情况。
（3）导体接地情况。
（4）在各屏蔽接头之间的短路情况。
三、规格型号
同轴电缆可分为两种基本类型,基带同轴电缆和宽带同轴电缆。
目前基带常用的电缆,其屏蔽线是用铜做成的网状的,特征阻抗为50（如RG-8、RG-58等）;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（如RG-59等）。
粗同轴电缆与细同轴电缆是指同轴电缆的直径大还是小。
粗缆适用于比较大型的局部网络,它的标准距离长、可靠性高。
由于安装时不需要切断电缆,因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置。
但粗缆网络必须安装收发器和收发器电缆,安装难度大,所以总体造价高。
相反,细缆安装则比较简单,造价低,但由于安装过程要切断电缆,两头须装上基本网络连接头（BNC）,然后接在T型连接器两端,所以当接头多时容易产生接触不良的隐患,这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一。
为了保持同轴电缆的正确电气特性,电缆屏蔽层必须接地。
同时两头要有终端器来削弱信号反射作用。
无论是粗缆还是细缆均为总线拓扑结构,即一根缆上接多部机器,这种拓扑适用于机器密集的环境。
但是当一触点发生故障时,故障会串联影响到整根缆上的所有机器,故障的诊断和修复都很麻烦,因此,将逐步被非屏蔽双绞线或光缆取代。
最常用的同轴电缆有下列几种:
·RG-8或RG-11
50Ω
·RG-58
50Ω
·RG-59
75Ω
·RG-62
93Ω
计算机网络一般选用RG-8以太网粗缆和RG-58以太网细缆。
RG-59用于电视系统。
RG-62用于ARCnet网络和IBM3270网络。
四、布线结构
在计算机网络布线系统中,对同轴电缆的粗缆和细缆有三种不同的构造方式,即细缆结构、粗缆结构和粗/细缆混合结构。
1、细缆结构
细缆网络结构如图2所示。
图2细缆网络结构示意图
1）硬件配置
（1）网络接口适配器:
网络中每个结点需要一块提供BNC接口的以太网卡、便协式适配器或PCMCIA卡。
（2）BNC-T型连接器:
细缆Ethernet上的每个结点通过T型连接器与网络进行连接,它水平方向的两个插头用于连接两段细缆,与之垂直的插口与网络接口适配器上的BNC连接器相连。
（3）电缆系统:
用于连接细缆以太网的电缆系统包括:
·细缆（RG-58A/U）:
直径为5毫米,特征阻抗为50欧姆的细同轴电缆。
·BNC连接器插头:
安装在细缆段的两端。
·BNC桶型连接器:
用于连接两段细缆。
·BNC终端匹配器:
BNC50欧姆的终端匹配器安装在干线段的两端,用于防止电子信号的反射。
干线段电缆两端的终端匹配器必须有一个接地。
（4）中继器:
对于使用细缆的以太网,每个干线段的长度不能超过185米,可以用中继器连接两个干线段,以扩充主干电缆的长度。
每个以太网中最多可以使用四个中继器,连接五个干线段电缆。
2）技术参数
·最大的干线段长度:
185米。
·最大网络干线电缆长度:
925米。
·每条干线段支持的最大结点数:
30。
·BNC-T型连接器之间的最小距离:
0.5米。
3）特点
·容易安装。
·造价较低。
·网络抗干扰能力强。
·网络维护和扩展比较困难。
·电缆系统的断点较多,影响网络系统的可靠性。
2、粗缆结构
粗缆以太网结构如图3所示。
图3粗缆以太网结构示意图
1）硬件配置
建立一个粗缆以太网需要一系列硬件设备,包括:
（1）网络接口适配器:
网络中每个结点需要一块提供AUI接口的以太网卡、便提式适配器或PCMCIA卡。
（2）收发器（Transceiver）:
粗缆以太网上的每个结点通过安装在干线电缆上的外部收发器与网络进行连接。
在连接粗缆以太网时,用户可以选择任何一种标准的以太网（IEEE802.3）类型的外部收发器。
（3）收发器电缆:
用于连接结点和外部收发器,通常称为AUI电缆。
（4）电缆系统:
连接粗缆以太网的电缆系统包括:
·粗缆（RG-11A/U）:
直径为10毫米,特征阻抗为50欧姆的粗同轴电缆,每隔2.5米有一个标记。
·N-系列连接器插头:
安装在粗缆段的两端。
·N-系列桶型连接器:
用于连接两段粗缆。
·N-系列终端匹配器:
N-系列50欧姆的终端匹配器安装在干线电缆段的两端,用于防止电子信号的反射。
干线电缆段两端的终端匹配器必须有一个接地。
（5）中继器:
对于使用粗缆的以太网,每个干线段的长度不超过500米,可以用中继器连接两个干线段,以扩充主干电缆的长度。
每个以太网中最多可以使用四个中继器,连接五段干线段电缆。
2）技术参数
·最大干线段长度:
500米。
·最大网络干线电缆长度:
2500米。
·每条干线段支持的最大结点数:
100。
·收发器之间最小距离:
2.5米。
·收发器电缆的最大长度:
50米。
3）特点
·具有较高的可靠性,网络抗干扰能力强。
·具有较大的地理覆盖范围,最长距离可达2500米。
·网络安装、维护和扩展比较困难。
·造价高。
3、粗/细缆混合结构
1）硬件配置
在建立一个粗/细混合缆以太网时,除需要使用与粗缆以太网和细缆以太网相同的硬件外,还必须提供粗缆和细缆之间的连接硬件。
连接硬件包括:
·N-系列插口到BNC插口连接器。
·N-系列插头到BNC插口连接器。
2）技术参数
·最大的干线长度:
大于185米,小于500米。
·最大网络干线电缆长度:
大于925米,小于2500米。
为了降低系统的造价,在保证一条混合干线段所能达到的最大长度的情况下,应尽可能使用细缆。
可以用下面的公式计算在一条混合的干线段中能够使用的细缆的最大长度t=（500-L）/3.28，其中:
L为要构造的干线段长度,t为可以使用的细缆最大长度。
例如,若要构造一条400米的干线段,能够使用的细缆的最大长度为:
（500-400）/3.28=30（米）。
3）特点
·造价合理。
·网络抗干扰能力强。
·系统复杂。
·网络维护和扩展比较困难。
·增加了电缆系统的断点数,影响网络的可靠性。
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