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综合布线中影响线缆的关键参数

时间:2009-01-23

长期以来,NORDX/CDT一直致力于研究改善线缆总体性能的方法。在研发增强型线缆(5e类,6类,超6类等)时NORDX/CDT发现,在更高的使用频率下,影响线缆的传输性能的参数中,有两个关键传输参数限制了铜质电缆网络的最大数据传输速率。
最重要的参数是信号电平,它主要由线缆的衰减性能决定。另一个参数是噪声电平,它主要由线缆线对间产生的内部串扰决定的。

线缆衰减

线缆衰减指通过通讯线缆或设备传输信息期间发生的信号能量降低或损失。它遵循一种叫趋肤效应和近似效应的物理定律,随着频率的增加,衰减会增大。在高频范围,导体内部电子流产生的磁场迫使电子向导体外表面的薄层聚集。频率越高,这个薄层越薄。这一效应相当显着,并且随着频率的平方根的增加而增加。例如,如果线缆在100MHz下的衰减为20dB,那么在400MHz下的衰减将为40dB。这些数值换算到信号强度意味着:如果我们发送1伏的信号,衰减为20dB对应的信号电压为0.1伏,即原始电压的10%。而40dB的衰减则对应的电压为0.01伏,即原始电压的1%。

网络接收器在一个宽频带上再生并检测出弱信号的能力有一个限度,因而信道衰减的实际允许上限大约为35dB。受这个参数单独限制,使100米5类24AWG线缆传输数据的最大频率范围为约200MHz。另外,随着信号强度的降低,接收器对于外部噪声干扰如邻线串扰和脉冲噪声就越来越敏感。这就造成了更频繁的误码和传输可靠性的降低 。

同时,线缆的信号衰减还将受到温度的影响。温度每升高10个摄氏度,线缆的信号衰减就增大4%。这意味着40摄氏度下92.6米线缆的信号衰减与20摄氏度下100米线缆的信号衰减相同。所以,温度对于信号衰减的影响及作用要远远大于许多其它的固定因素。(参见图1 不同温度下的衰减曲线)

影响线缆传输性能的关键参数(图一)


图1 不同温度下IBDN 4800LX衰减性能的变化

表1比较了增强型5类标准布线系统与6类标准布线系统在不同温度下的带宽值。数据显示温度对于带宽的影响非常显着。

影响线缆传输性能的关键参数(图二)

表1 温度作用下的100米线缆带宽比较

线缆通常被安装在吊顶,排风道等环境温度往往较高的地方。最近,一项由加利福尼亚大学的Lawrence Berkeley National Laboratory作出的调研表明:许多钢混结构大厦的排风管道的温度在盛夏季节可达49摄氏度。然而,在工厂厂房等一些环境中,线缆的温度可能还要高。

NORDX/CDT提倡使用低衰减的布线系统,以符合6类标准布线系统在合理的最差温度条件——40摄氏度下达到目标带宽200MHz的要求。

线缆串扰

串扰是影响线缆性能的另一个重要参数。串扰是有害的干扰信号,它来自于线对间的耦合效应。这类噪声会造成信号幅度的随机变化,进而限制接收机检测信号波形变化的能力,影响传输信号的误码率(BER) 和可靠性。

线缆的串扰性能是由线缆内线对的绞距和4线对的相互位置等线缆芯几何结构决定的。当线对间的距离减小或线对的顺序在制造或安装期间发生改变时,线缆的串扰性能会下降。因此,为了得到非常稳定的串扰性能以增强对安装的适应性,在设计线缆时使线缆芯中的线对的距离和顺序保持稳定是十分必要的。

影响线缆传输性能的关键参数(图三)

图2 NORDX 6b类线缆结构与传统线缆结构比较

在6b类建议中,NORDX给出的十字线对分隔架的设计,可以使串扰性能达到更高的等级。图2给出了6类的两种建议线缆的比较。通过十字分隔架和线缆护皮一起将4个线对紧紧地固定在十字分隔架的4个象限内,可以保持线对绞距和线对相对位置在使用和安装时的稳定,因而带来稳定的串扰性能和稳定的高频段衰减性能。

与传统的5类线缆在近端串扰(NEXT)性能上的比较。在整个频率范围内,6b类建议的串扰性能比传统5类高18dB,比6 类建议高6dB。

综述

正如前面所说明的那样,两个关键的传输参数,即信号和噪声电平,主要由线缆的衰减和NEXT性能决定的。同时改进线缆的衰减和NEXT性能可以提供更大的性能余量及更大的信息传输能力。这可以通过检验衰减串扰比(ACR)来测量。ACR是测量信噪比的一种近似方法。ACR包含了最主要的噪声源,通常是NEXT。实际的信噪比还包括其它的噪声源,如FEXT、冲击噪声、邻线串扰等。

通过增加导线直径和选择更优良的材料可以改善UTP线缆的衰减性能。另外,线缆中的4对双绞线的绞距和绞合结构在制造和安装时发生的变化会引起线缆高频阻抗的变化,带来线缆衰减性能在高频段的抖动。要改善这部分的性能必须保持线缆芯几何结构的稳定。

IBDN4800LX线缆提供了高可扩展的信道带宽,可支持高达4.8Gb/s的传输速率,并且克服了高温环境使系统性能降低这一难题。考虑到未来网络的信息容量,6b类将能提供最大的能力,在将来可以提供多千兆位的数据速率。这给予了IEEE LAN设备开发者们对于下一代布线系统所提出的 “改善衰减性能”比改善串扰性能更为重要的倡导一个满意的答复。

2003年,拥有超过百年历史的国际领先布线专业厂商丽特(NORDX/CDT)公司宣布其IBDN 4800LX系统作为高质量视频的最佳双绞线方案,带宽可扩展到650MHz。该布线系统极低的性能损失指标达到并远远超过了6类标准的规定,能够为客户提供高新质量视频传输的最佳性能双绞线布线解决方案。