數(shù)字傳輸用對絞電纜應用與性能分析

     　　1. 概述
　　隨著信息社會的發(fā)展，網(wǎng)絡技術變得越來越復雜，而作為網(wǎng)
絡的基石，龍骨——網(wǎng)絡線纜顯得更加重要。目前應用的網(wǎng)絡
中，主要存在三種電纜介質：光纜、同軸電纜和數(shù)字對絞電纜。
本文著重分析應用量最大的數(shù)字對絞電纜。
　　數(shù)據(jù)用對絞電纜是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質。
它由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成。把兩根絕緣的銅導線按
一定密度互相絞在一起，可降低信號干擾的程度，每一根導線在
傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消。如果把一對
或多對雙絞線放在一個絕緣套管中便成了對絞電纜。目前對絞電
纜分為兩類：非屏蔽雙絞線(UTP:Unshielded Twisted Pair)和屏
蔽雙絞線(STP:Shielded Twisted Pair)。
　　采用對絞電纜的局域網(wǎng)的帶寬取決于所用導線的質量、長度及傳輸技術。只要精心選擇和安裝，就可
以在有限距離內達到每秒幾百萬位的可靠傳輸率。當距離短，并采用適當?shù)膫鬏斣O備和傳輸協(xié)議時，傳輸
率可達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
向周圍產(chǎn)生的幅射。非屏蔽對絞電纜成為目前主流，主要是因為它性價比高、易安裝，并且具有獨立性和
靈活性，適用于結構化綜合布線。
　　2. 數(shù)字對絞電纜的
　　主要性能
　　在ANSI 和EIA/TIA568標準中按物理特性和應用級別將電纜分為幾類。當前實際局域網(wǎng)應用中主要以五
類、超五類和六類作為數(shù)據(jù)傳輸對絞電纜。三類電纜目前主要是作為語音線路在使用。
　　三類電纜的傳輸頻率為16MHz，用于語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；五類電纜增加了繞線密度，外套一種高質量的絕緣材料，傳輸頻率為100MHz，用于語音傳輸和數(shù)據(jù)傳
輸，主要用于100base-T的以太網(wǎng)電纜；超五類和六類電纜是為了適應吉比特以太網(wǎng)應用而出現(xiàn)的，其性能
指標目前還沒有最終完善。
　　從實際網(wǎng)絡應用的角度出發(fā)，作為網(wǎng)絡的底層鏈路，其電性能指標顯得尤為重要。對電纜性能分析有
兩種方式：其一是實驗室測試的方法，它按照國際和我國相應的標準要求對線纜進行常態(tài)性能測試和環(huán)境
性能測試；其二是現(xiàn)場型性能測試，對在樓宇內施工完畢的布線系統(tǒng)進行測量，考核線纜鋪設完畢后整體
布線性能。
　　實際應用中我們最關心的是表征其性能的幾個指標:
　　(1)衰減
　　衰減(Attenuation)是沿鏈路的信號損失度量。衰減與線纜的長度有關系，隨著長度的增加，信號衰減
也隨之增加。衰減用“db”作單位，表示源傳送端信號到接收端信號強度的比率。由于衰減隨頻率而變
化，因此，應測量在應用范圍內的全部頻率上的衰減。
　　(2)串擾
　　串擾分近端串擾和遠端串擾(FEXT)。近端串擾損耗是測量一條UTP鏈路中從一對線到另一對線的信號耦
合。對于UTP鏈路，NEXT是一個關鍵的性能指標，也是最難精確測量的一個指標。隨著信號頻率的增加，其
測量難度將加大。
　　NEXT并不表示在近端點所產(chǎn)生的串擾值，它只是表示在近端點所測量到的串擾值。這個量值會隨電纜
長度不同而變，電纜越長，其值變得越小。同時發(fā)送端的信號也會衰減，對其它線對的串擾也相對變小。
　　(3)直流電阻
　　直流環(huán)路電阻會消耗一部分信號，并將其轉變成熱量，它是指一對導線電阻的和。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。
　　
　　(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，它與一對電線之間的距離及絕緣體的電
氣性能有關。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)衰減串擾比(ACR)
　　在某些頻率范圍，串擾與衰減量的比例關系是反映電纜性能的另一個重要參數(shù)。ACR有時也以信噪比(S
NR :Signal-Noice Ratio)表示，它由最差的衰減量與NEXT量值的差值計算。ACR值較大，表示抗干擾的能
力更強。一般系統(tǒng)要求至少大于10分貝。
　　(6)電纜特性
　　通信信道的品質是由它的電纜特性描述的。SNR是在考慮到干擾信號的情況下，對數(shù)據(jù)信號強度的一個
度量。如果SNR過低，將導致數(shù)據(jù)信號在被接收時，接收器不能分辨數(shù)據(jù)信號和噪音信號，最終引起數(shù)據(jù)錯
誤。因此，為了將數(shù)據(jù)錯誤限制在一定范圍內，必須定義一個最小的可接收的SNR。
　　在對這些指標進行測試時有幾種不同的方式，其指標要求也略有差異。
　　以上性能指標都是按照電纜的物理特性要求的，在實際網(wǎng)絡應用中人們更想知道其傳輸帶寬究竟應該
滿足什么樣的要求。在對線纜分析時，物理帶寬（0~100MHz）與數(shù)據(jù)傳輸帶寬（0～100Mbit/s）是兩個完
全不同的概念。從香農定理可以看出物理帶寬和數(shù)據(jù)傳輸帶寬的相互關系：
　　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)字對絞電纜的物理帶寬是網(wǎng)絡應用的基礎。在此基礎上應用不同的網(wǎng)絡設備來
達到不同的網(wǎng)絡傳輸效果。提高線纜的物理能力則可大幅降低網(wǎng)絡設備成本，以達到最優(yōu)的網(wǎng)絡性能價格
比。表4為常用網(wǎng)絡的應用標準。
　　3. 綜合布線應用分析
　　針對當前網(wǎng)絡應用，正確設計數(shù)字輸出用對絞電纜的拓撲構架是一項十分重要的工作。
從標準的綜合布線網(wǎng)絡應用圖，我們可以清楚地看出傳輸介質與網(wǎng)絡設備、節(jié)點設備的關系。例如終端設
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到設計要求。但是
綜合布線是一項隱蔽工程，一次施工后短期內不會再進行變動，這樣就要求整體布線要有一定的先進性和
擴充性，在選擇傳輸介質時要根據(jù)實際需要，選擇具有一定超前性能的線纜。
　　目前為了適應網(wǎng)絡的發(fā)展，在設計中等規(guī)模以上的線纜拓撲構架時，采用多膜光纖作為建筑物內主干
子系統(tǒng)的傳輸介質，采用CAT5、CAT5E或CAT6作為水平子系統(tǒng)的傳輸介質。對于小規(guī)模的網(wǎng)絡構架，則無需
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，這時應采用高檔次的數(shù)字用對絞電纜。
　　數(shù)字傳輸用對絞電纜的連接配件，也是整個系統(tǒng)必須要考慮的因素。簡單地說，如果CAT6的對絞電纜
使用CAT5的連接配件，其鏈路整體性能指標也只能達到CAT5介質的性能
　　為使網(wǎng)絡達到優(yōu)良性能，傳輸介質是基礎保障。數(shù)字傳輸用對絞電纜是目前性價比最高的一種傳輸介
質，對它的性能進行較詳細的分析，將為設計網(wǎng)絡和應用網(wǎng)絡提供依據(jù)。