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[2007-12-24]
 

LAN的传输速度越来越快,同时结构化布线的需求也不断增加, 一个问题是“对于综合布线系统,什么是提高LAN传输速度最重要的和需要考虑的”, 本文揭示了布线系统一个重要的性能参数 – Crosstalk(串扰)对LAN运行的影响。

  在CAT5系统和CAT5标准出现之前, LAN 的性能 主要还是受限于整个布线结构的建立和LAN的设备的影响。然而LAN的传输速度目前还在不断增加, 有一个同样的问题是设计者如何在网络的基础结构上支持千兆位传输, 由此出现了CAT5E和CAT6。由于LAN速度的增加和线缆不断的改善, LAN的设计者不仅仅需要考虑线缆的性能问题,而是需要考虑整个信道组成部分的性能。

  图1给出布线用于通讯传输的常用的信道结构链路。 LAN 的设备通常放置在通讯间内 ,通讯间往往是连接大楼的主干系统, 现在主干系统通常使用光纤。 用户通过一些网络集中设备连接LAN, 一般是集线器(HUB)和交换机(SWITCH), 在配线间中, 这部分的布线系统属于水平布线子系统, (在楼层和工作区之间), 是LAN需要考虑和 布线系统性能考量的重要区域。

  Connector Channel: 信道结构链路

  Work area equipment: 工作区设备间

  Legend:图例

串扰对局域网性能和布线信道的影响(图一)



            最长度

串扰对局域网性能和布线信道的影响(图二)

完整的布线系统提供所有设备的连接, 包括工作站和集线器,每一个部件都必须被严谨设计和生产来适用于整个信道的阻抗匹配和系统性能的保证。 在关注这些布线部件以前,我们先了解一下布线的一些性能参数:

  Impedance阻抗, Channel Return Loss回程损耗,

  Attenuation衰减 , Crosstalk串扰

  电路的阻抗是整个阻碍AC交流电传输的一个重要的因素。 比如说一个数据信号在特殊的频率和温度下的传输环境。这是电阻和电抗的结合,用欧姆值表示。在整个线缆上阻抗值被平均分配。 线缆, 硬件和 设备 的阻抗被分别定义,很重要的一点是它们必须是互相匹配。系统的不匹配会造成反射, 增加数据的丢失和误码率.

  信道的 Return Loss (RL)回程损耗 是衡量整个信道部件是否阻抗匹配的指标,用(dB)表示。线对中两根导线的间距、线对的扭距保持的一致性以及绝缘层横截面本身是否保持一致性都将影响该参数。这些因素在线缆、连接器和跳线的设计和生产过程中必须反复仔细测量,其中很小的变动(不一致)都会导致回损参数的变差.

  为什么要关注RL,是因为在信道中阻抗的变化将导致接受端的噪音。因此很重要的一点就是控制不一致性,使得RL的影响相对其它噪音,如串扰会很小。 正是出于这个原因,RL被增加到整个标准性能指标中去。

  衰减, 现在可参考插入损耗, 是整个线缆和信道上信号损失的总和。 它的计量单位是(dB) ,与距离和频率有关。 当信号在线缆上进行传输, 随着距离增加而信号逐渐减弱。 线缆或信道的衰减 用来定义接收器可以得到信号的最大的传输距离。今天,由于对铜芯的尺寸限制(因为考虑到铜芯的尺寸必须满足RJ45接头的要求), 衰减被有效的控制。 因此 ,若要显着提高衰减的性能, 只能采用崭新的接头---但绝大部分用户不接受新接头。

  串扰可能是数据进行高速传输中最重要的一个影响因素了。它是一个信号对另外一个信号耦合所产生的一种不受欢迎的能量值。 这个感应信号可能会导致数据传输的丢失和传输错误。 基于这个原因,我们来集中讨论一下串扰的问题。

  我们从四个方面全面的来讨论一下串扰:

  Crosstalk测量的方法 - Pair-to-Pair 或Power Sum.近端串扰, 远端串扰和 外部串扰。

  Crosstalk 在差分模式和共模模式下的影响。

  Crosstalk 性能 – 线缆,连接器,跳线 – 整个系统。

  Crosstalk串扰的测量

  目前有两种常用的方法来测量Crosstalk串扰 - Pair-to-Pair 和 Power Sum 方法。

  pair-to-pair 方法 需要对线缆中每个线对两两组合进行计算。对于一根4对线来说,就需要对所有6对组合所产生的串扰进行测量。“最差线对间串扰” 是其中最重要的评判标准。目前对四对线缆采用pair-to-pair 方法测试的原因是, 目前LAN的应用, 典型的数据传输是采用2对线缆来进行。值得注意的是,在不同的运用中会使用不同的线对,比如10Base-T, Token Ring 和 TPPMD。因此,虽然只有一对线在特定应用中被采用,但是随着应用的改变线对会变化,所以需要考虑每个组合。

  在平行传输模式中,比如1000BASET,线缆中所有的线对都被用来进行传输。 比如用户可能会需要信号在25对大对数电缆上传输12个2对的信号, 或者在4对的线缆上传输千兆位的信号。这时简单的pair-to-pair的串扰测试是不够的。即使pair-to-pair的串扰测试指标符合标准要求,但考虑所有其它线对对一个线对的耦合影响,其指标就会超出导致数据丢失。因此必须采用power sum测试方法,即考虑所有其它线对对某一线对的影响。

  power sum 串扰值一般比 pair-to-pair 测出的串扰值要差3~6dB。由此可见,不同的测试途径所得出的测试结果也是不一样的。因此对于客户来讲必须很清楚这两点之间的区别。

  另外必须注意的是,要对信道的性能进行全盘了解,需要在线缆的两端都进行测试。因为大多数系统在两端都有接收器和发射器,这一端的串扰值可能会不同于另外一端的串扰值。

  在串扰的测试中, 高的测试值(dB)优于低的测试值。 高的测试值意味着有较低的噪音被传输到临近的线对上。Crosstalk与频率相关,当频率的增加时,串扰值变得更低 (即有更多的噪音被传输) 。

  近端串扰, 远端串扰 和 外部串扰

  当LANs首次开始使用UTP系统作为传输媒质,噪音限制了应用范围,来源就是外部的噪音干扰和内部其它线对的干扰。外部的干扰已经通过更好的线缆和设备设计,遵循官方的关于辐射的标准,及改良的线缆安装程序大大减少。外部干扰的一个因素是从临近的线缆上拾取的信号引起的外部噪音。这个因素很大程度上依靠线缆是如何进行安装的。同时应遵循布线标准协会的指导方针和一些合适的测试方法。在线缆安装和管理时,必须杜绝对线缆在施工中的拉扯,牵压,极度弯曲和外力损伤等等。

  来自线缆表皮内的其它线对的噪音会因为控制信号方式和信号放大而相应的减少.比如我们可以看一下100Mbps,1Gbps以太网和155Mbps ATM系统。 在今天,影响LAN的性能的最主要的干扰是线缆的近端串扰(NEXT),该串扰是当设备在发送端传输的信号耦合到另一对线的相邻接收端引起的。图例2解释了这个现象。然而对于传输数据的速率越来越高,且采用的是平行传输模式的方法。LAN 系统还会受到新的部分的影响-远端串扰(FEXT)和等级远端串音干扰(ELFEXT)。远端串扰(FEXT)是指由电缆链路近端对别的线对上的信号引起的、感应到远端线对上的信号.

  ELFEXT 是由衰减与FEXT相减而得的。

  FIGURE 2
FIGURE 2

串扰对局域网性能和布线信道的影响(图三)


从上面我们可以看出,对于LAN来说,最大的可支持的传输距离,和最大的信号传输率的问题,一旦我们了解了信道传输的回波损耗、串扰和衰减的性能指标后,就可以决定了。这可能会因为实际的一些噪音模式、传输级别的变化和其它的一些环境限制而被更改。LAN传输的能力首要取决于衰减、串扰、编码方式所采用的频率范围,还有就是信号传输级别和允许的的传输误码率(BER)。因此针对一系列误码率和编码技术,改善衰减和串扰指标尤为重要。如GigaSPEED XL解决方案中显示的高性能,就可以考虑更高速的数据传输。

  串扰在差分模式或共模模式

  在整个串扰的产生过程中,基本上存在两种不同模式的信号。

  共模模式 (CM)

  差分模式 (DM)

  共模模式通过两种方式影响设备。 第一它能够直接影响到设备的运行。比如计算机被锁定,这是由于共模模式信号直接产生于设备内部而且导致了逻辑错误。这是由于差的设计和低劣的布线所导致的。

   第二,共模模式信号会通过设备和线缆变成差分信号。评定的参数是“平衡性”。系统的平衡性越好,共模模式信号转化成差分模式信号就越少。

  共模噪音确实存在却有些难以捉摸。只有在一个电气系统中对参考地测量时才会变得明显。现今许多电气制造商使用共模端接技术(如把未使用的线对进行共模端接)来帮助控制共模噪音。

  差模噪音使得在一个平衡的线路中传输的信号直接受到干扰。它会直接影响到传输线路或者来自于共模信号。

  串扰在系统运用中会同时受到共模模式和差分模式的影响。SYSTIMAX GigaSPEED XL 的设计有很好的平衡性, 同时有先进的设计工具比如MDM(模态分割建模)设备,可以计算所有可能产生的共模和差模因素。通过这些设备我们可以发现除了线缆,还有连接硬件和跳线都需要控制这些因素。SYSTIMAX 实验室能够通过线缆、接插件和跳线的整体设计来建设一个平衡的传输信道。通过 MDM传输设备, SYSTIMAX 实验室可以同时看清差分模式和共模模式对线缆的影响,并有能力去计算它。GigaSPEED XL 解决方案的设计在今天是一个划时代的设计,提供了所有元器件和整个系统的出色的串扰、损耗和平衡性能的指标。


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