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銅纜在數(shù)據(jù)高速傳輸中的應(yīng)用及發(fā)展
姚 新 建
【摘要】 本文就銅纜在數(shù)據(jù)高速傳輸領(lǐng)域中的應(yīng)用及其現(xiàn)狀和今后的發(fā)展方向作了簡要介紹，并重點(diǎn) 討論了幾個目前較有爭議的問題。
關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)銅纜 頻率 屏蔽 ACR
1 引 言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，現(xiàn)代通信技術(shù)亦愈來愈趨向于數(shù)字化、綜合化、寬帶化和個 人化。多媒體技術(shù)的出現(xiàn)以及IT產(chǎn)業(yè)的興起，一方面促進(jìn)了LAN的普及和發(fā)展，另一方面也 對用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)你~纜的性能提出了更高要求。
五類纜的出現(xiàn)基本滿足了小于100 MHz的數(shù)據(jù)傳輸要求，但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳 輸內(nèi)容的不斷增加，人們對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也在不斷提高，由最初的100 Mb/s漸增至80 0 Mb/s，甚至1 Gb/s。五類纜能否適應(yīng)這一變化，銅纜是否會為光纜所取代的爭論也隨之而 來，至于在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與發(fā)展過程中，究竟應(yīng)選擇光纜還是銅纜，是UTP纜好抑或是STP纜佳的 爭論不絕于耳。本文擬就上述幾個方面以及銅纜在數(shù)據(jù)高速傳輸領(lǐng)域的發(fā)展作一簡要介紹。
2 數(shù)據(jù)銅纜應(yīng)用與發(fā)展過程中的幾個問題
目前，用于局域網(wǎng)的銅纜按結(jié)構(gòu)可簡單分為對稱與非對稱兩大類，前者以五類纜為代表 ， 后者則以同軸電纜為代表。同軸電纜在高速局域網(wǎng)應(yīng)用中已基本被淘汰。影響數(shù)據(jù)電纜傳輸 性能的主要電氣參數(shù)包括特性阻抗(ZC)、結(jié)構(gòu)回?fù)p(SRL)、ACR(衰減-串音比)及近端串音 衰(NEXT)等。
2.1 數(shù)據(jù)銅纜的傳輸頻率極限
與銅纜相比，光纜在高頻傳輸方面的確優(yōu)于銅纜，但就LAN水平布線而言，銅纜卻雄居主 導(dǎo)地位。其原因在于，對短距離而言，銅纜價格較光纜便宜，而且易于安裝、維護(hù)。Teldor 電纜有限公司出產(chǎn)的“The HI-GIGA-Solution”電纜傳輸率高達(dá)800 MHz，充分說明數(shù)據(jù) 銅纜并未止步于五類UTP纜。只要數(shù)據(jù)傳輸速率不超過1.24 Gb/s，銅纜就依然有用武之地 。
但不可否認(rèn)，光纜在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)中的使用近年來在不斷增長，光纖到桌(Fiber to the De sk)的趨勢亦愈來愈明顯。
順帶補(bǔ)充一點(diǎn)，五類UTP纜的使用頻率亦可擴(kuò)大至155 MHz，但要使用相應(yīng)的設(shè)備及通訊協(xié) 議。有的觀點(diǎn)認(rèn)為：網(wǎng)絡(luò)中的干擾源多來自傳輸連接點(diǎn)而非來自電纜本身，因此良好而合理 的布線系統(tǒng)，將顯著降低銅纜布線的復(fù)雜性，提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。
2.2 屏蔽與非屏蔽
一般而言，為了減少干擾，增加屏蔽是一種有效手段。而從屏蔽的作用機(jī)理亦不難看出， 對稱性越好的布線系統(tǒng)，其產(chǎn)生的信號干擾也越小，抗干擾能力也越強(qiáng)。理論上而言，完全 對稱的布線系統(tǒng)即使不加屏蔽亦能達(dá)到EMC(Electromagnetic Compatibility)的要求。但事 實(shí)上根本不存在完全對稱的布線系統(tǒng)，也不可能有完全對稱的UTP五類纜，即使有也會因使 用過程中與其它設(shè)備連接而產(chǎn)生不對稱，從而達(dá)不到EMC要求。對稱性好只可以降低布線系 統(tǒng)對屏蔽的要求，但決不會因?qū)ΨQ性好而取代屏蔽�，F(xiàn)今許多LAN新標(biāo)準(zhǔn)為適應(yīng)EMC標(biāo)準(zhǔn)要求 都對屏蔽的要求作了相應(yīng)修改。
需要特別指出的是，線纜屏蔽連接不佳比沒有屏蔽更糟。任何屏蔽的不連續(xù)性或不對稱都 會產(chǎn)生干擾，從而嚴(yán)重降低其EMC性能。因此在安裝使用過程中必須強(qiáng)調(diào)，屏蔽必須兩端接 地，編織層應(yīng)全部接地而非單根或幾根接地。任何兩個接地點(diǎn)間的直流電阻必須很小。
有關(guān)UTP與STP孰優(yōu)孰劣之爭實(shí)際上就是需不需要屏蔽之爭。堅(jiān)稱UTP優(yōu)者認(rèn)為，通過改善 絞對線上的干擾信號的對稱性便能消除干擾，從而達(dá)到EMC要求；實(shí)際上，UTP纜在生產(chǎn)成本 、安裝使用成本以及簡易程度方面的確優(yōu)于STP纜，鼓吹STP優(yōu)者則認(rèn)為，UTP與STP在對稱性 方面的差異并不大，屏蔽對EMC性能有更大影響，只有使用屏蔽才能有效、可靠地降低干擾 。在抗干擾要求較高的地方，STP纜仍是現(xiàn)實(shí)的選擇。理論上的爭執(zhí)與實(shí)現(xiàn)中的具體應(yīng)用畢 竟是兩回事。
3 數(shù)據(jù)銅纜的發(fā)展趨勢
隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提高，現(xiàn)有五類纜布線系統(tǒng)無論是在數(shù)據(jù)傳輸，還是在安裝使用 方面都已不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰�。只有發(fā)展速率更高、頻帶更寬的數(shù)據(jù)銅纜才能適應(yīng) 這一變化。千兆比網(wǎng)的出現(xiàn)更加速了開發(fā)新型高速數(shù)據(jù)纜的研究。
要提高數(shù)據(jù)銅纜的傳輸速率，則必須考慮數(shù)據(jù)銅纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝以及標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議 等諸多因素。通過前文的分析，不難知道，只有改善數(shù)據(jù)銅纜的絕緣介質(zhì)性能，提高銅導(dǎo)體 和絕緣單線的均勻性、一致性，同時采取優(yōu)化線對節(jié)距，分隔不同線對，加屏蔽等措施才能 有效改善數(shù)據(jù)銅纜的ACR，NEXT，F(xiàn)EXT以及衰減等參數(shù)，從而達(dá)到最終提高數(shù)據(jù)電纜的傳輸 速率的目的。
誠然，生產(chǎn)過程中采用精度高的現(xiàn)代化設(shè)備也是保證絞對線節(jié)距穩(wěn)定，提高其對稱性，消 除不確定因素影響的必要條件。
另一重要方面就是根據(jù)數(shù)據(jù)銅纜的發(fā)展要求制定頒布相關(guān)的新標(biāo)準(zhǔn)，新協(xié)議。由于網(wǎng)絡(luò)傳 輸速率的不斷提高，尤其是千兆位以太網(wǎng)的出現(xiàn)，使得FEXT、NEXT、ACR等參數(shù)變得非常非 常之重要，而目前安裝使用的布線系統(tǒng)卻并非都能滿足這些關(guān)鍵參數(shù)的要求，因此，幾乎所 有 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)都需要為此而做修改。ISO/IEC、歐洲的CENELEC及美國的TIA/EIA目前都在從事這 方面的開發(fā)研究。下面簡要介紹幾個正在修改之中的標(biāo)準(zhǔn)以及所修改的內(nèi)容。
ISO/IEC 11801：
ISO/IEC綜合布線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)11801擬修改的主要內(nèi)容有：“鏈路”的新定義，以永久性鏈路 及信道取代鏈路配置；永久性鏈路及信道對ELFEXT、NEXT、ACR等參數(shù)的要求；但對電纜及 連接硬件未作新要求。此外還定義了D級5類、E級6類、F級7類的性能；5類及6類連接硬件的 定義以及涉及布線要求和7類纜連接器等的有關(guān)定義。布線系統(tǒng)的EMC性能要求亦在討論之中 。
CENELEC EN 50173：
CENELEC布線標(biāo)準(zhǔn)與ISO/IEC布線標(biāo)準(zhǔn)相比，主要內(nèi)容大同小異，但由于雙方側(cè)重點(diǎn)的不同 ，有些內(nèi)容也會有所不同。CENELEC EN 50173的修訂內(nèi)容與ISO/IEC 11801的擬修訂內(nèi)容相 同，預(yù)計(jì)第二版的CENELEC EN 50173于2000年左右出版。
ANSI/TIA/EIA-568-A：
TIA/EIA標(biāo)準(zhǔn)在美國以及遠(yuǎn)東地區(qū)使用得最為廣泛，它主要側(cè)重于非屏蔽布線而對屏蔽布 線卻著墨不多，目前只規(guī)定了FTP以及7類纜都未作規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)正在修訂的內(nèi)容包括：新增 5類布線、電纜及連接硬件的要求；新增增強(qiáng)型5類布線、電纜及連接硬件的要求；TIA/EIA 標(biāo)準(zhǔn)是目前唯一一個包含增強(qiáng)型5類要求的標(biāo)準(zhǔn)。此外還包括6類布線、電纜和連接硬件的要 求以及屏蔽布線、電纜(只包括FTP)、連接硬件和接插軟線的要求。ISO/IEC布線標(biāo)準(zhǔn)比TIA/ EIA布線標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。已頒布的數(shù)據(jù)銅纜標(biāo)準(zhǔn)有CENELEC EN 50288-x-x系列標(biāo)準(zhǔn)，對100～ 600 MHz屏蔽及非屏蔽水平纜、主干纜及接插軟線等作了詳盡規(guī)定。另外，TIA/EIA PN-328 7：TSB-67標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了測試儀器方法及4對100 Ω UTP纜的基本連接要求等；NEM A WC-66-19XX草案，對100 Ω對絞屏蔽電纜在300～600 MHz范圍內(nèi)的最小電氣特性及機(jī)械 特性作 出了規(guī)定。
在五類纜的基礎(chǔ)上目前有些廠家宣傳已發(fā)展出增強(qiáng)型五類纜、六類、七類及八類纜等數(shù)據(jù) 銅纜，如以色列Teldor公司稱其產(chǎn)品已達(dá)600 MHz甚至800 MHz。Lucent公司亦稱開發(fā)出“Gi ga Speed”銅纜。下面簡要列出Teldor公司在因特網(wǎng)上介紹的高頻電纜結(jié)構(gòu)及性能。
(1)ULTRA-SIX-SOLUTIONS
.結(jié)構(gòu)有UTP及STP兩種，測試頻率可達(dá)300 MHz；
.系水平布線纜，主要用于LAN，阻抗100 Ω，4對，線規(guī)：24 AWG；
.實(shí)際應(yīng)用，傳輸頻率可達(dá)200 MHz;
(2)MEGA-Solutions
.系增強(qiáng)型五類纜，測試頻率達(dá)300 MHz;
.阻抗100 Ω，4對，每對單獨(dú)屏蔽，外加編織或屏蔽，線規(guī)：24、23、22 AWG；
(3)GIGA-Solution
.使用頻率可達(dá)到600 MHz，遠(yuǎn)超出ISO/IEC JTC 1 SC 25 WG3 N 493提案對七類纜的要求 。
.阻抗100 Ω，4對，每對單獨(dú)屏蔽外加編織，線規(guī)22、23 AWG；
.系水平纜
(4)HI-GIGA-Solution
屬于八類纜，測試頻率高達(dá)800 MHz，其使用性能還在進(jìn)一步研究當(dāng)中。
4 結(jié)論
盡管光纜在數(shù)據(jù)高速傳輸方面有著不可比擬的優(yōu)越性能，但數(shù)據(jù)銅纜的應(yīng)用前景并未因此 而暗淡，只要設(shè)計(jì)合理，控制得當(dāng)，其在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域就依然大有用武之地。
作者單位：深圳寶通電纜廠
參考文獻(xiàn)