綜合布線“綜合”探討

    [摘要]：綜合布線是建筑智能化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是智能建筑
的神經(jīng)系統(tǒng)。本文從理論與工程實(shí)踐兩個(gè)方面對(duì)綜合布線的“綜
合”問(wèn)題進(jìn)行探討，并對(duì)綜合布線的屏蔽與非屏蔽問(wèn)題進(jìn)行了對(duì)
比分析。
  
關(guān)鍵詞：布線   綜合    屏蔽    非屏蔽
  
前言
　　智能建筑進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)十多年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，I
ntenet的發(fā)展，人們工作和生活對(duì)信息，對(duì)資源共享的需求，無(wú)
論新建寫(xiě)字樓，綜合樓，智能小區(qū)等等各種建筑已將綜合布線系
統(tǒng)作為必須設(shè)計(jì)，必須實(shí)施的系統(tǒng)。它是建筑智能化系統(tǒng)的基
礎(chǔ)，是智能建筑的基本特征之一。
　　《GB/T50311—2000》“建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范”條文說(shuō)明的總則中有這樣一段話：
“綜合布線系統(tǒng)以一套單一的配線系統(tǒng)，綜合幾個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，可以協(xié)助所面臨的有關(guān)電話、數(shù)據(jù)、圖文、
圖像及多媒體設(shè)備的配線上之不便，并為未來(lái)的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)（ISDN）打下基礎(chǔ)”。這段說(shuō)明非常清
楚的指出，“單一的配線系統(tǒng)”，“綜合幾個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)”其媒體是電話、數(shù)據(jù)、圖文、圖像及多媒體很顯
然，綜合布線就是以一套單一的配線系統(tǒng)完成各種媒體的綜合傳輸。無(wú)論是樓宇內(nèi)機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的信
息媒體，還是安全防范系統(tǒng)的媒體，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警媒體、一卡通媒體，辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的媒體，通信網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)媒體，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的媒體，以及智能化系統(tǒng)集成媒體的傳輸都應(yīng)歸納于綜合布線系統(tǒng)。簡(jiǎn)言之，實(shí)
現(xiàn)一線通。
  
（一）綜合布線系統(tǒng)能綜合到什么程度
  
　　二十世紀(jì)九十年代初智能大廈在中國(guó)大地剛剛興起直至九十年代中期，由于對(duì)綜合布線的認(rèn)識(shí)不夠全
面、準(zhǔn)確、往往把“綜合布線”的功能神化、模糊化。（也許有某些開(kāi)發(fā)商的商業(yè)利益問(wèn)題）。早期曾今
出現(xiàn)過(guò)：“有綜合布線的大樓就是智能大樓”。經(jīng)過(guò)十幾年的實(shí)踐，已經(jīng)無(wú)人再幼稚的把綜合布線與智能
化大樓等同，但它的綜合功能究竟在實(shí)際工程中綜合了嗎？早期綜合布線的綜合功能主要體現(xiàn)在將語(yǔ)言與
數(shù)據(jù)綜合了，有了統(tǒng)一的物理布線，有了統(tǒng)一的系統(tǒng)管理，而且路徑可以相互調(diào)換，大大方便了語(yǔ)言和數(shù)
據(jù)的通訊，但僅此而已。
　　隨著“數(shù)字化”的發(fā)展，綜合布線的綜合功能在工程設(shè)計(jì)與實(shí)施中有了擴(kuò)展。但到目前為止并沒(méi)有完
全實(shí)現(xiàn)各種信息媒體傳輸全部綜合。為什么不能真正作為電話、數(shù)據(jù)、圖文、圖像及多媒體的綜合傳輸？
下面我想作一個(gè)簡(jiǎn)單的分析：首先，如果“信息”是以基帶在綜合布線上傳輸是困難的，所有媒體中以多
媒體的傳輸最為困難，其困難點(diǎn)在于視頻圖像尤其是圖像與語(yǔ)音的同步傳輸。要知道模擬信號(hào)的數(shù)字化及
其壓縮是關(guān)鍵，如一幀中等分辨率的圖像數(shù)字化后（640×480，彩色，24bit/s像素），的數(shù)據(jù)量為8Mbit/
s，動(dòng)態(tài)圖象的幀速率為30幀/秒，則視頻信息傳遞的速率大約為240Mbps。
　　音頻信號(hào)，采用PCM系統(tǒng)，系統(tǒng)頻率44.1KHZ。每個(gè)采樣點(diǎn)量為16bit/s，二通道立體聲，則音頻信號(hào)的
傳遞速率大約為160Kbps。用這種經(jīng)數(shù)字化后的多媒體信息采用六類雙絞線也難完成傳輸任務(wù)，因此對(duì)數(shù)字
化后的信息要進(jìn)行壓縮，即要實(shí)時(shí)地壓縮視頻和音頻等信號(hào)的數(shù)據(jù)量。如6MHZ的模擬信號(hào)（一路模擬會(huì)議
電視信號(hào)所占帶寬為6MHZ）數(shù)字化后約為100Mbit/s碼率。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)壓縮處理，在會(huì)議電視的特定環(huán)境下去
掉一些與視覺(jué)相關(guān)性不大的信息，壓縮為2Mbit/s信號(hào)（還可進(jìn)一步壓縮84Kbit/s或更低的 碼率信號(hào)）。
可見(jiàn)以這種數(shù)字化又經(jīng)壓縮的數(shù)字化信號(hào)在雙絞線上傳輸（超五類其寬帶可以達(dá)到100M，六類可以達(dá)到200
M或250M）可行了。當(dāng)然在模數(shù)、數(shù)模體制下在接收端還有一個(gè)解壓、數(shù)模還原的問(wèn)題。
　　在目前由模擬體制向模數(shù)體制轉(zhuǎn)變還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)全數(shù)字體制的情況下，必然造成成本增加。比如電
視監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻圖像要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上傳輸，必須增添視頻流轉(zhuǎn)接器之類的設(shè)備，每路要增加幾千元至上萬(wàn)
元的成本，再通過(guò)視頻服務(wù)器或數(shù)摸轉(zhuǎn)接器還原為圖像，又要增加成本，即使作低檔次的配置，每一路視
頻圖像的傳輸成本也要增加2倍以上。這是一般開(kāi)發(fā)商、投資者難以接收的，雖然從技術(shù)角度，模數(shù)、數(shù)模
轉(zhuǎn)換及壓縮技術(shù)越來(lái)越成熟，但經(jīng)濟(jì)問(wèn)題是阻礙“綜合”最大障礙之一。應(yīng)特別指出的是：不是說(shuō)技術(shù)上
解決了轉(zhuǎn)換與壓縮，就可以在傳輸通道上可以實(shí)現(xiàn)一線通了，這里僅僅是解決了傳輸帶寬和傳輸速率問(wèn)
題，而各個(gè)系統(tǒng)信號(hào)的傳輸通道仍然是單獨(dú)的，只是在綜合布線上多增加了線數(shù)。
　　各智能化系統(tǒng)仍然是獨(dú)立的，就像在 8芯4對(duì)UTP上不能同時(shí)傳輸語(yǔ)言和數(shù)據(jù)一樣，各用各的線，何時(shí)
能真正實(shí)現(xiàn)一線通在技術(shù)上還沒(méi)有完全解決，在語(yǔ)音通信中已采用的信道復(fù)用，頻分技術(shù)，虛擬技術(shù)等等
還沒(méi)有運(yùn)用到綜合布線上來(lái)。有些樓宇自控廠商，火災(zāi)報(bào)警廠商，保安監(jiān)控廠商等等號(hào)稱能進(jìn)入綜合布線
體系，也僅僅是在綜合布線中增了線數(shù)，而非真正的融合，一線通的實(shí)現(xiàn)還有待時(shí)日。在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一線通
的情況要特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綜合考慮從物理走向上各系統(tǒng)走線應(yīng)綜合設(shè)計(jì)，統(tǒng)一路徑在充分考慮相互干
擾的前題下統(tǒng)一布線，讓不同介質(zhì)的傳輸系統(tǒng)，盡量走在一起，以免相互強(qiáng)占空間，橋架尺寸的選取要綜
合考慮，隔離問(wèn)題統(tǒng)一安排。
　　施工統(tǒng)一調(diào)度，減少分系統(tǒng)間的施工協(xié)調(diào)。實(shí)施建筑弱電的總承包是解放業(yè)主精力，減少施工中的扯
皮是優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工的好辦法。也就是說(shuō)，在目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一線通的情況，綜合布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)
施時(shí)，首先應(yīng)考慮，綜合哪些智能化系統(tǒng)？哪些暫不綜合，不綜合的系統(tǒng)其統(tǒng)一管理問(wèn)題，施工協(xié)調(diào)問(wèn)題
如何辦？這都是業(yè)主、設(shè)計(jì)者總包商應(yīng)該考慮的問(wèn)題。
  
在綜合布線的綜合問(wèn)題上有一種傾向值得注意：
　　在某些正在設(shè)計(jì)，正在施工的工程中完全不考慮綜合布線的綜合。語(yǔ)音通信仍然采用兩芯電話線，計(jì)
算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單另布線。這樣做完全否定了綜合布線的綜合功能，更不符合GB/T503N—2000設(shè)計(jì)規(guī)范，在技術(shù)
上是一種很落后的設(shè)計(jì)，且不說(shuō)這種設(shè)計(jì)完全否定其綜合性，也拋棄了綜合布線的靈活性（語(yǔ)音和數(shù)據(jù)可
以隨意跳線使用）。在技術(shù)上是短視的。
　　設(shè)想，一旦數(shù)字電話普及時(shí)二芯線能用嗎？再去更換傳輸介質(zhì)就費(fèi)事了！還有一種情況也使人感到為
難，有的業(yè)主提出，綜合布線要作，同時(shí)還要單獨(dú)搞一套電話線，解決內(nèi)部互通電話問(wèn)題。是需要物理隔
離嗎？好象不是？綜合布線中的語(yǔ)音通道只作為外線？如果說(shuō)內(nèi)部要裝電話總機(jī)對(duì)內(nèi)，還不如搞虛擬總
機(jī)，內(nèi)、外都可以打電話，且內(nèi)部電話不計(jì)費(fèi)。真的，在技術(shù)體制的轉(zhuǎn)型期間（由模擬向數(shù)字）什么事都
會(huì)有。當(dāng)然，業(yè)主愿意出錢對(duì)設(shè)計(jì)施工來(lái)說(shuō)是沒(méi)有困難的。
  
（二）綜合布線系統(tǒng)的屏蔽與非屏蔽問(wèn)題
  
　　對(duì)綜合布線是使用屏蔽還是實(shí)施非屏蔽系統(tǒng)，是智能建筑業(yè)界爭(zhēng)論不休的問(wèn)題。北美和中國(guó)大部分地
區(qū)以非屏蔽系統(tǒng)為主，而歐洲推行屏蔽系統(tǒng)。
　　歐洲普遍認(rèn)為頻率高于30MHZ的信號(hào)使用UTP（外界的無(wú)線電干擾頻段在30MHZ—1GHZ范圍內(nèi)）。30MHZ
以上的數(shù)據(jù)傳輸容易受到外界電磁干擾（高頻共振）。因此傳30MHZ以上信號(hào)的PDS應(yīng)使用STP（屏蔽雙絞
線），而且認(rèn)為屏蔽雙絞線單獨(dú)決定整個(gè)系統(tǒng)的EMC性能（電磁兼容），由此，歐洲在1989年5月頒布EMC規(guī)
范89/336/EEC。1993年又進(jìn)一步修改為93/31/EEC，此規(guī)范成為歐洲成員的法規(guī)，到1996年1月1日在歐盟內(nèi)
強(qiáng)制執(zhí)行。
　　事情真的如此嗎？歐洲EMC到底規(guī)定了什么呢？
  
　　EMC規(guī)定了有源電子設(shè)備或系統(tǒng)在電磁干擾環(huán)境中仍能良好工作的能力，且本身不對(duì)周圍的其他設(shè)備產(chǎn)
生難以容忍的電磁干擾。
　　其實(shí)這個(gè)規(guī)范中沒(méi)有明確指出只有采用屏蔽措施才行。其實(shí)，改善EMC并不是只有屏蔽這一種辦法。如
平衡傳輸、選擇線路編碼方式濾波、屏蔽或綜合以上幾中方法都可以提高EMC性能。而UTP的最大特點(diǎn)就是
平衡傳輸，STP的最大特點(diǎn)是屏蔽。由此可見(jiàn)在EMC規(guī)范中，使用非屏蔽和屏蔽系統(tǒng)都是可以的，兩種系統(tǒng)
在典型辦公環(huán)境的工作性能是相同的。
　　這就清楚的指明：歐洲標(biāo)準(zhǔn)EW55022、EW5504及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CISPR22 ，CISPR22只是規(guī)定高頻輻射及抗干
擾標(biāo)準(zhǔn)，而沒(méi)有規(guī)定滿足EWC標(biāo)準(zhǔn)必須采用何技術(shù)。因此不存在頻率高30MHZ時(shí)需要使用STP這種說(shuō)法的基
礎(chǔ)。當(dāng)然采用屏蔽系統(tǒng)是解決EMC最簡(jiǎn)單有效的辦法。實(shí)際上，不同傳輸信號(hào)頻譜和輻射性能的關(guān)系取決
于：印刷線路板的布線，輸出濾波和磁場(chǎng)特性，傳輸信號(hào)電平及傳輸協(xié)議，信號(hào)端口的共模阻抗縱向平衡
度及傳輸介質(zhì)。就屏蔽系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其屏蔽還取決于屏蔽采用什么材料，屏蔽層是否360度完整接續(xù)，以及屏
蔽層是否良好接地，地線保持對(duì)地阻抗，接地系統(tǒng)是否滿足ISO11801規(guī)定的注意兩個(gè)接地點(diǎn)之間的電位差
小于1伏有效值（由于電源線開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換和高電阻地線而產(chǎn)生地線噪聲可能會(huì)成為一個(gè)大問(wèn)題）。屏蔽的作用
是阻止共模能量輻射。
　　如果所有屏蔽線均在接插板進(jìn)線端接，而雙絞線暴露在拼接板后面，則所有共模能量將在這個(gè)位置集
中和輻射，從而使它成為電磁輻射的焦點(diǎn)。如果屏蔽的一端懸空或者通過(guò)大電阻接地，它會(huì)形成發(fā)射天
線，進(jìn)而再輻射信號(hào)。在屏蔽系統(tǒng)中，連接器的屏蔽及對(duì)電纜的端接是否良好（360度良好接續(xù)）都嚴(yán)重的
影響著屏蔽系統(tǒng)的EMC性能?？梢?jiàn)，輻射性能并不僅取決于信號(hào)頻率。
  
　　至于屏蔽雙絞線單獨(dú)決定整個(gè)系統(tǒng)的EMC性能這種提法也是沒(méi)有依據(jù)的。屏蔽系統(tǒng)的EMC性能取決于系
統(tǒng)內(nèi)EMC最差的元件，而屏蔽雙絞線系統(tǒng)最薄弱的部分是配線架和信息出口（除設(shè)備接口本身外）STP和FTP
系統(tǒng)還必須在系統(tǒng)的整個(gè)生命周期內(nèi)保證屏蔽層的完整性。
  
　　到目前為止，屏蔽效果的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及方法沒(méi)有確定，不能對(duì)屏蔽系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。因此屏蔽后
的效果如何說(shuō)清？隨著政府對(duì)上網(wǎng)工程的重視，辦公自動(dòng)化，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，電子政務(wù)的普及以及重要部
門行業(yè)（如金融系統(tǒng)軍工單位等）對(duì)系統(tǒng)保密和安全的需求，在我國(guó)對(duì)PDS屏蔽系統(tǒng)的實(shí)施已不是個(gè)別工程
了，不少單位不僅提出了屏蔽系統(tǒng)，而且還實(shí)施內(nèi)、外網(wǎng)物理隔離，但一個(gè)系統(tǒng)的保密性和安全性，不僅
僅取決于綜合布線的屏蔽，有源設(shè)備與PDS的端接，有源設(shè)備本身以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟、硬件保護(hù)措施，都是一
個(gè)真正安全、保密系統(tǒng)要考慮的問(wèn)題。為了減少信號(hào)衰減，降低遠(yuǎn)、近端竄擾、它線竄擾，F(xiàn)TP或STP已從
單層屏蔽發(fā)展到雙層屏蔽，模塊線芯之間還加骨件，從超五類、六類又發(fā)展到七類。
  
　　是不是只有屏蔽系統(tǒng)才能解決EMC問(wèn)題，非也！
　　非屏蔽雙絞線UTP也能解決EMC問(wèn)題，眾所周知，雙絞線是使其信號(hào)能平衡傳輸。平衡傳輸即是雙絞線
上產(chǎn)生能量相同而極性相反的電磁場(chǎng)，從而使雙絞線不產(chǎn)生輻射。平衡傳輸使兩條導(dǎo)線的噪聲相當(dāng)極性相
反，使接入接收器端口的噪聲信號(hào)相互抵消，系統(tǒng)的平衡特性越好，輻射越小，抗干擾能力越強(qiáng)，因此平
衡法通常被視為改善EMC性能的一種節(jié)省成本的辦法，這就是為什么要絞線，且絞距越小能傳輸?shù)念l率越
高。
  
    我們來(lái)說(shuō)明與平衡雙絞線有關(guān)部分的兩個(gè)基本點(diǎn)參數(shù)。
  
　　橫向轉(zhuǎn)換損耗（TCL）描述橫向（差模）輸入信號(hào)，由于布線失衡而向縱向（共模）信號(hào)轉(zhuǎn)換，例如：
如果差模信號(hào)為+/－500mv（峰—峰電壓為1伏）并且有10mv轉(zhuǎn)換為共振信號(hào)，那么TCL為20log（10/（500+
500））=40dB。
　　電磁輻射（電場(chǎng)和磁場(chǎng)與設(shè)備的TCL有關(guān)）
  
　　縱向轉(zhuǎn)換傳輸損耗（LUTL）描述縱向（共模）輸入信號(hào)向橫向（差模）輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換。例如：如果
電纜線對(duì)感應(yīng)100mV共模噪聲信號(hào)，并且在雙絞線輸出測(cè)量到100mV（＋／－5mV）差模噪聲信號(hào)，那么，LC
TL為20log（10/1000）＝40dB，LCTL說(shuō)明布線系統(tǒng)對(duì)外部干擾的相對(duì)抵抗能力。一般，五類電纜本身在1MH
Z頻率到100MHz頻率范圍內(nèi)可以提供40db以上的平衡。但是，當(dāng)UTP加上屏蔽層后，屏蔽層將改變整個(gè)電纜
的電容及電感分布，這就增加了衰減，降低了雙絞線的平衡性，導(dǎo)致很強(qiáng)的共模信號(hào)進(jìn)入雙絞線。此外，
雙絞線與屏蔽層藕合度很高，因此屏蔽后必須良好接地，而且整個(gè)系統(tǒng)必須全部是屏蔽器件，還須接續(xù)得
非常好，沒(méi)有pigtail電路，否則這種共模信號(hào)將導(dǎo)致系統(tǒng)向外輻射而形成發(fā)射天線，這種情況在高頻時(shí)尤
為嚴(yán)重。因此，對(duì)雙絞線加屏蔽要求十分高，否則會(huì)弄巧成拙。
  
　　以上從理論上說(shuō)明非屏蔽系統(tǒng)的EMC特性并不象有的人講的那么差。有人作個(gè)這樣的試驗(yàn)如圖3以此來(lái)
進(jìn)一步證明UTP的良好EMC特性。
  
　　系統(tǒng)中選用INTEL Ether Express 10/100快速以太網(wǎng)集線器作為EMC敏感測(cè)試的平臺(tái)。集線器連接兩臺(tái)
個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)的文件傳輸和視頻運(yùn)用，按以太網(wǎng)推薦的最大利用率30%的負(fù)荷量進(jìn)行試驗(yàn)，為了充分
滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以布線通道都以TSB—67設(shè)定的最壞情況和ISO11801規(guī)定的最大布線長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)
試，設(shè)備用5類UTP進(jìn)行連接，線纜被松散地盤(pán)在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架上（保證水平布線能同時(shí)被干擾源干擾，以得到
最壞情況下的數(shù)據(jù)。）