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[2010-3-10]
 
双绞线(Twisted Pairwire,TP)是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根22~26号绝缘铜导线相互缠绕而成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆,如在局域网中常用的五类、六类、七类双绞线就是由4对双绞线组成的。在双绞线内,不同线对具有不同的扭绞长度,一般地说,扭绞长度在13 mm以内,按逆时针方向扭绞,相邻线对的扭绞长度在12.7 cm以上。

  虽然双绞线与其他传输介质相比,在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定的限制,但价格较为低廉,且其不良限制在一般快速以太网中影响甚微,所以目前双绞线仍是企业局域网中首选的传输介质。

  双绞线可分为非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair,UTP)和屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair,STP)两种。屏蔽双绞线在线径上要明显精过非屏蔽双绞线,而且由于它具有较好的屏蔽性能,所以也具有较好的电气性能。但由于屏蔽双绞线的价格较非屏蔽双绞线贵,且非屏蔽双绞线的性能对于普通的企业局域网来说影响不大,甚至说很难察觉,所以在企业局域网组建中所采用的通常是非屏蔽双绞线。不过七类双绞线除外,因为它要实现全双工10 Gbps速率传输,所以只能采用屏蔽双绞线,而没有非屏蔽的七类双绞线。六类双绞线通常也建议采用屏蔽双绞线。

  一 双绞线布线标准概述

  随着网络技术的发展和应用需求的提高,双绞线这种传输介质标准也得到了一步步的发展与提高。从最初的一、二类线,发展到今天最高的七类线,而且据悉这一介质标准还有继续发展的空间。在这些不同的标准中,它们的传输带宽和速率也相应得到了提高,七类线已达到600 MHz,甚至1.2 GHz的带宽和10 Gbps的传输速率,支持千兆位以太网的传输。

  这些不同类型的双绞线标注方法是这样规定的,如果是标准类型则按CATx方式标注,如常用的五类线和六类线,则在线的外包皮上标注为CAT 5、CAT 6。而如果是改进版,就按xe方式标注,如超五类线就标注为5e(字母是小写,而不是大写)。在北美,也是在国际上最有影响力的3家综合布线组织如下。

   ANSI(American National Standards Institute,美国国家标准协会)

   TIA(Telecommunication Industry Association,美国通信工业协会)

   EIA(Electronic Industries Alliance,美国电子工业协会)

  由于TIA和ISO两组织经常进行标准制定方面的协调,所以TIA和ISO颁布的标准的差别不是很大。目前,在北美,乃至全球,在双绞线标准中应用最广的是ANSI/EIA/ TIA-568A和ANSI/EIA/TIA-568B(实际上应为ANSI/EIA/TIA-568B.1,简称为T568B)。

下面是对这个标准中规定的各双绞线类型的一些简单说明。

  一类线是ANSI/EIA/TIA-568A标准中最原始的非屏蔽双绞铜线电缆,但它开发之初的目的不是用于计算机网络数据通信,而是用于电话语音通信。

  二类线是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 2类/A级标准中第一个可用于计算机网络数据传输的非屏蔽双绞线电缆,传输频率为1 MHz,传输速率达4 Mbps。主要用于旧的令牌网。

  三类线是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 3类/B级标准中专用于l0Base-T以太网络的非屏蔽双绞线电缆,传输频率为16 MHz,传输速度可达10 Mbps。

  四类线是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 4类/C级标准中用于令牌环网络的非屏蔽双绞线电缆,传输频率为20 MHz,传输速度达16 Mbps。主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。

  五类线是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 5类/D级标准中用于运行CDDI(CDDI是基于双绞铜线的FDDI网络)和快速以太网的非屏蔽双绞线电缆,传输频率为100 MHz,传输速度达100 Mbps。

  超五类线是ANSI/EIA/TIA-568B.1和ISO 5类/D级标准中用于运行快速以太网的非屏蔽双绞线电缆,传输频率也为100 MHz,传输速度也可达到100 Mbps。与五类线缆相比,超五类在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比4个主要指标上都有较大的改进。

  六类线是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆,它也主要应用于百兆位快速以太网和千兆位以太网中。因为它的传输频率可达200~250 MHz,是超五类线带宽的2倍,最大速度可达到1 000 Mbps,能满足千兆位以太网需求。

  超六类线是六类线的改进版,同样是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆,主要应用于千兆位网络中。在传输频率方面与六类线一样,也是200~250 MHz,最大传输速度也可达到1 000 Mbps,只是在串扰、衰减和信噪比等方面有较大改善。

  七类线是ISO 7类/F级标准中最新的一种双绞线,它主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展。但它不再是一种非屏蔽双绞线了,而是一种屏蔽双绞线,所以它的传输频率至少可达500 MHz,是六类线和超六类线的2倍以上,传输速率可达10 Gbps。

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  二 双绞线的主要测试指标

  在双绞线布线标准中,对一些用户最关心的双绞线性能指标做了明确的说明。这些指标包括衰减(Attenuation)、近端串扰(NEXT)、直流电阻、阻抗特性、衰减串扰比(ACR)和电缆特性(SNR)等。

  在测试的前期工作中,测试的连接图表示出每条线缆的8条布线与接线端口的连接实际状态。正确的线对为:1/2,3/6,4/5,7/8,参见图1。

  1.衰减(Attenuation)

  衰减是沿链路的信号损失度量。由于集肤效应、绝缘损耗、阻抗不匹配、连接电阻等因素,信号沿链路传输损失的能量称为衰减,表示为测试传输信号在每个线对两端间的传输损耗值及同一条电缆内所有线对中最差线对的衰减量相对于所允许的最大衰减值的差值。衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加信号衰减也相应增加。衰减用dB(分贝)做单位,表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。由于衰减随频率的变化而变化,因此,应测量在应用范围内的全部频率上的衰减。

  2.近端串扰(NEXT)

  串扰分近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)两种。由于存在线路损耗,因此FEXT的量值的影响较小,测试仪主要测量NEXT。NEXT损耗是测量一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合。对于UTP链路,NEXT是一个关键的性能指标,也是最难精确测量的一个指标,且随着信号频率的增加,其测量难度将加大。

  NEXT并不表示在近端点所产生的串扰值,它只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度的不同而变化,电缆越长,其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减,对其他线对的串扰也相对变小。实验证明,只有在40 m内测量得到的NEXT才是较真实的。如果另一端是远于40 m的信息插座,虽然它会产生一定程度的串扰,但测试仪可能无法测量到这个串扰值。因此最好在两个端点都进行NEXT测量。现在的测试仪都配有相应功能,可以在链路一端就能测量出两端的NEXT值。

  以上两个指标是TSB67测试标准中的主要内容,但某些型号的测试仪还可以给出直流电阻、特性阻抗、衰减串扰比等指标。

  3.直流电阻

  TSB67标准中无此参数。直流环路电阻会消耗一部分信号,并将其转变成热量。三类链路不超过170  ,三类以上链路不超过30  。在ISO/IEC 11801标准中规定双绞线的直流电阻不得大于19.2  。每对双绞线间的直流电阻的差异应小于0.1  ,否则表示接触不良,必须检查连接点。

  4.特性阻抗

  特性阻抗是指链路在规定工作频率范围内呈现的电阻。与环路直流电阻不同,特性阻抗包括电阻及频率为1~100 MHz的电感阻抗及电容阻抗,它与一对电缆之间的距离及绝缘体的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗,而双绞线电缆则有100  、120  及150  几种类型,通常采用100  的。但无论三类、四类、五类或六类线缆,其每对芯线的特性阻抗在整个工作带宽范围内应保证恒定和均匀。链路上任何点的阻抗不连续性将导致该链路信号反射和信号畸变。链路特征阻抗与标准值之差不大于20  。

  5.衰减串扰比(ACR)

  衰减串扰比的定义为:在受相邻发信线对串扰的线对上其串扰损耗(NEXT)与本线对传输信号衰减值(A)的差值(单位为dB),即ACR(dB)=NEXT(dB) A(dB)。对于五类及高于五类线缆和同类接插件构成的链路,由于高频效应及各种干扰因素,ACR的标准参数不单纯从串扰损耗值NEXT与衰减值A在各相应频率上的直接的代数差值导出,通常可通过提高链路串扰损耗NEXT或降低衰减A以改善链路ACR。对于六类布线链路在200 MHz时ACR要求为正值,六类布线链路要求测量到250 MHz。

  在某些频率范围内,串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。ACR有时也以信噪比(Signal-Noice Ratio,SNR)表示,由最差的衰减量与NEXT量值的差值计算。ACR值较大,表示抗干扰的能力更强。一般系统要求至少大于10 dB(分贝)。

  6.电缆特性(SNR)

  通信信道的品质是由它的电缆特性(SNR)描述的。SNR是在考虑到干扰信号的情况下,对数据信号强度的一个度量。如果SNR过低,将导致数据信号在被接收时接收器不能分辨数据信号和噪声信号,最终引起数据错误。因此为了将数据错误限制在一定范围内,必须定义一个最小的可接收的SNR。

  7.传播时延(T)

  在通道连接方式或基本连接方式或永久连接方式下,对五类及五类以下链路传输10~30 MHz频率的信号时,要求线缆中任一线对的传输时延满足T≤1 000 ns(纳秒);对于超五类、六类链路则要求T≤548 ns。

  8.线对间传播时延差

  以同一缆线中信号传播时延最小的线对的时延值做参考,其余线对与参考线对时延差值不得超过45 ns。若线对间时延差超过该值,则在链路高速传输数据下4个线对同时并行传输数据信号时,将造成数据帧结构严重破坏。

  9.回波损耗(RL)

  回波损耗由线缆特性阻抗和链路接插件偏离标准值导致功率反射引起。RL为输入信号幅度和由链路反射回来的信号幅度的差值。

  10.链路脉冲噪声电平

  它指由大功率设备间断性启动对布线链路带来的电冲击干扰。布线链路在不连接有源器械和设备的情况下,高于200 mV的脉冲噪声发生个数的统计,测试2分钟捕捉脉冲噪声个数不大于10。


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