數(shù)字傳輸用對(duì)絞電纜應(yīng)用與性能分析

     　　1. 概述
　　隨著信息社會(huì)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)變得越來(lái)越復(fù)雜，而作為網(wǎng)
絡(luò)的基石，龍骨——網(wǎng)絡(luò)線纜顯得更加重要。目前應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)
中，主要存在三種電纜介質(zhì)：光纜、同軸電纜和數(shù)字對(duì)絞電纜。
本文著重分析應(yīng)用量最大的數(shù)字對(duì)絞電纜。
　　數(shù)據(jù)用對(duì)絞電纜是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。
它由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按
一定密度互相絞在一起，可降低信號(hào)干擾的程度，每一根導(dǎo)線在
傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消。如果把一對(duì)
或多對(duì)雙絞線放在一個(gè)絕緣套管中便成了對(duì)絞電纜。目前對(duì)絞電
纜分為兩類(lèi)：非屏蔽雙絞線(UTP:Unshielded Twisted Pair)和屏
蔽雙絞線(STP:Shielded Twisted Pair)。
　　采用對(duì)絞電纜的局域網(wǎng)的帶寬取決于所用導(dǎo)線的質(zhì)量、長(zhǎng)度及傳輸技術(shù)。只要精心選擇和安裝，就可
以在有限距離內(nèi)達(dá)到每秒幾百萬(wàn)位的可靠傳輸率。當(dāng)距離短，并采用適當(dāng)?shù)膫鬏斣O(shè)備和傳輸協(xié)議時(shí)，傳輸
率可達(dá)100Mbit/s～155Mbit/s，甚至千兆。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁泊包裹，以減小雙絞線傳輸信息時(shí)
向周?chē)a(chǎn)生的幅射。非屏蔽對(duì)絞電纜成為目前主流，主要是因?yàn)樗詢r(jià)比高、易安裝，并且具有獨(dú)立性和
靈活性，適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線。
　　2. 數(shù)字對(duì)絞電纜的
　　主要性能
　　在ANSI 和EIA/TIA568標(biāo)準(zhǔn)中按物理特性和應(yīng)用級(jí)別將電纜分為幾類(lèi)。當(dāng)前實(shí)際局域網(wǎng)應(yīng)用中主要以五
類(lèi)、超五類(lèi)和六類(lèi)作為數(shù)據(jù)傳輸對(duì)絞電纜。三類(lèi)電纜目前主要是作為語(yǔ)音線路在使用。
　　三類(lèi)電纜的傳輸頻率為16MHz，用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10base
-T；五類(lèi)電纜增加了繞線密度，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，傳輸頻率為100MHz，用于語(yǔ)音傳輸和數(shù)據(jù)傳
輸，主要用于100base-T的以太網(wǎng)電纜；超五類(lèi)和六類(lèi)電纜是為了適應(yīng)吉比特以太網(wǎng)應(yīng)用而出現(xiàn)的，其性能
指標(biāo)目前還沒(méi)有最終完善。
　　從實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的角度出發(fā)，作為網(wǎng)絡(luò)的底層鏈路，其電性能指標(biāo)顯得尤為重要。對(duì)電纜性能分析有
兩種方式：其一是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的方法，它按照國(guó)際和我國(guó)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)線纜進(jìn)行常態(tài)性能測(cè)試和環(huán)境
性能測(cè)試；其二是現(xiàn)場(chǎng)型性能測(cè)試，對(duì)在樓宇內(nèi)施工完畢的布線系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，考核線纜鋪設(shè)完畢后整體
布線性能。
　　實(shí)際應(yīng)用中我們最關(guān)心的是表征其性能的幾個(gè)指標(biāo):
　　(1)衰減
　　衰減(Attenuation)是沿鏈路的信號(hào)損失度量。衰減與線纜的長(zhǎng)度有關(guān)系，隨著長(zhǎng)度的增加，信號(hào)衰減
也隨之增加。衰減用“db”作單位，表示源傳送端信號(hào)到接收端信號(hào)強(qiáng)度的比率。由于衰減隨頻率而變
化，因此，應(yīng)測(cè)量在應(yīng)用范圍內(nèi)的全部頻率上的衰減。
　　(2)串?dāng)_
　　串?dāng)_分近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_(FEXT)。近端串?dāng)_損耗是測(cè)量一條UTP鏈路中從一對(duì)線到另一對(duì)線的信號(hào)耦
合。對(duì)于UTP鏈路，NEXT是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo)，也是最難精確測(cè)量的一個(gè)指標(biāo)。隨著信號(hào)頻率的增加，其
測(cè)量難度將加大。
　　NEXT并不表示在近端點(diǎn)所產(chǎn)生的串?dāng)_值，它只是表示在近端點(diǎn)所測(cè)量到的串?dāng)_值。這個(gè)量值會(huì)隨電纜
長(zhǎng)度不同而變，電纜越長(zhǎng)，其值變得越小。同時(shí)發(fā)送端的信號(hào)也會(huì)衰減，對(duì)其它線對(duì)的串?dāng)_也相對(duì)變小。
　　(3)直流電阻
　　直流環(huán)路電阻會(huì)消耗一部分信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變成熱量，它是指一對(duì)導(dǎo)線電阻的和。ISO11801規(guī)格的雙
絞線的直流電阻不得大于19.2歐姆。每對(duì)間的差異不能太大(小于 0.1歐姆)，否則表示接觸不良，必須檢
查連接點(diǎn)。
　　
　　(4)特性阻抗
　　特性阻抗包括電阻及頻率為1～100MHz的電感阻抗及電容阻抗，它與一對(duì)電線之間的距離及絕緣體的電
氣性能有關(guān)。各種電纜有不同的特性阻抗，而雙絞線電纜則有100歐姆 、120歐姆及150歐姆幾種。
　　(5)衰減串?dāng)_比(ACR)
　　在某些頻率范圍，串?dāng)_與衰減量的比例關(guān)系是反映電纜性能的另一個(gè)重要參數(shù)。ACR有時(shí)也以信噪比(S
NR :Signal-Noice Ratio)表示，它由最差的衰減量與NEXT量值的差值計(jì)算。ACR值較大，表示抗干擾的能
力更強(qiáng)。一般系統(tǒng)要求至少大于10分貝。
　　(6)電纜特性
　　通信信道的品質(zhì)是由它的電纜特性描述的。SNR是在考慮到干擾信號(hào)的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)強(qiáng)度的一個(gè)
度量。如果SNR過(guò)低，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)在被接收時(shí)，接收器不能分辨數(shù)據(jù)信號(hào)和噪音信號(hào)，最終引起數(shù)據(jù)錯(cuò)
誤。因此，為了將數(shù)據(jù)錯(cuò)誤限制在一定范圍內(nèi)，必須定義一個(gè)最小的可接收的SNR。
　　在對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試時(shí)有幾種不同的方式，其指標(biāo)要求也略有差異。
　　以上性能指標(biāo)都是按照電纜的物理特性要求的，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中人們更想知道其傳輸帶寬究竟應(yīng)該
滿足什么樣的要求。在對(duì)線纜分析時(shí)，物理帶寬（0~100MHz）與數(shù)據(jù)傳輸帶寬（0～100Mbit/s）是兩個(gè)完
全不同的概念。從香農(nóng)定理可以看出物理帶寬和數(shù)據(jù)傳輸帶寬的相互關(guān)系：
　　C=Blog2(1＋S/N)
　　其中C是可得到的鏈路速度，B是鏈路的帶寬，S是平均信號(hào)功率，N是平均噪聲功率，信噪比（S/N）通
常用分貝（dB）表示，分貝數(shù)=10×log10（S/N）。
　　由此我們可以看到，數(shù)字對(duì)絞電纜的物理帶寬是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)
達(dá)到不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸效果。提高線纜的物理能力則可大幅降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本，以達(dá)到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能價(jià)格
比。表4為常用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
　　3. 綜合布線應(yīng)用分析
　　針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，正確設(shè)計(jì)數(shù)字輸出用對(duì)絞電纜的拓?fù)錁?gòu)架是一項(xiàng)十分重要的工作。
從標(biāo)準(zhǔn)的綜合布線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用圖，我們可以清楚地看出傳輸介質(zhì)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、節(jié)點(diǎn)設(shè)備的關(guān)系。例如終端設(shè)
備全部選用10Mbit/s的網(wǎng)卡作為借口，那么整體布線全部采用Cat3的雙絞電纜就可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但是
綜合布線是一項(xiàng)隱蔽工程，一次施工后短期內(nèi)不會(huì)再進(jìn)行變動(dòng)，這樣就要求整體布線要有一定的先進(jìn)性和
擴(kuò)充性，在選擇傳輸介質(zhì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要，選擇具有一定超前性能的線纜。
　　目前為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在設(shè)計(jì)中等規(guī)模以上的線纜拓?fù)錁?gòu)架時(shí)，采用多膜光纖作為建筑物內(nèi)主干
子系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，采用CAT5、CAT5E或CAT6作為水平子系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)。對(duì)于小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，則無(wú)需
采用樓層配線區(qū)管理模式，直接從主配線區(qū)連接至終端節(jié)點(diǎn)，這時(shí)應(yīng)采用高檔次的數(shù)字用對(duì)絞電纜。
　　數(shù)字傳輸用對(duì)絞電纜的連接配件，也是整個(gè)系統(tǒng)必須要考慮的因素。簡(jiǎn)單地說(shuō)，如果CAT6的對(duì)絞電纜
使用CAT5的連接配件，其鏈路整體性能指標(biāo)也只能達(dá)到CAT5介質(zhì)的性能
　　為使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到優(yōu)良性能，傳輸介質(zhì)是基礎(chǔ)保障。數(shù)字傳輸用對(duì)絞電纜是目前性價(jià)比最高的一種傳輸介
質(zhì)，對(duì)它的性能進(jìn)行較詳細(xì)的分析，將為設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)提供依據(jù)。