數字傳輸用對絞電纜應用與性能分析

    隨著信息社會的發展，網絡技術變得越來越複雜，而作為網絡的基石，龍骨——網絡線纜顯得更加重要。目前應用的網絡中，主要存在三種電纜介質：光纜、同軸電纜和數字對絞電纜。本文著重分析應用量最大的數字對絞電纜。
    數據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:UnshieldedTwistedPair)和屏蔽雙絞線(STP:ShieldedTwistedPair)。

    採用對絞電纜的區域網的帶寬取決於所用導線的質量、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，並採用適當的傳輸設備和傳輸協議時，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，並且具有獨立性和靈活性，適用於結構化綜合布線。

    2.數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。當前實際區域網應用中主要以五類、超五類和六類作為數據傳輸對絞電纜。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，用於語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbit/s的數據傳輸，主要用於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，用於語音傳輸和數據傳輸，主要用於100base-T的乙太網電纜；超五類和六類電纜是為了適應吉比特乙太網應用而出現的，其性能指標目前還沒有最終完善。

    從實際網絡應用的角度出發，作為網絡的底層鏈路，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性能測試和環境性能測試；其二是現場型性能測試，對在樓宇內施工完畢的布線系統進行測量，考核線纜鋪設完畢後整體布線性能。

    實際應用中我們最關心的是表徵其性能的幾個指標:

    (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係，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。由於衰減隨頻率而變化，因此，應測量在應用範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。對於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並不表示在近端點所產生的串擾值，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

    直流環路電阻會消耗一部分信號，並將其轉變成熱量，它是指一對導線電阻的和。ISO11801規格的雙絞線的直流電阻不得大於19.2歐姆。每對間的差異不能太大(小於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)

    在某些頻率範圍，串擾與衰減量的比例關係是反映電纜性能的另一個重要參數。ACR有時也以信噪比(SNR:Signal-NoiceRatio)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。一般系統要求至少大於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，對數據信號強度的一個度量。如果SNR過低，將導致數據信號在被接收時，接收器不能分辨數據信號和噪音信號，最終引起數據錯誤。因此，為了將數據錯誤限制在一定範圍內，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，在實際網絡應用中人們更想知道其傳輸帶寬究竟應該滿足什麼樣的要求。在對線纜分析時，物理帶寬（0~100MHz）與數據傳輸帶寬（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據傳輸帶寬的相互關係：

    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=10×log10（S/N）。

    由此我們可以看到，數字對絞電纜的物理帶寬是網絡應用的基礎。在此基礎上應用不同的網絡設備來達到不同的網絡傳輸效果。提高線纜的物理能力則可大幅降低網絡設備成本，以達到最優的網絡性能價格比。表4為常用網絡的應用標準。

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