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影響線纜傳輸性能的關鍵參數
2007-05-08   http://www.networkland.cn

長期以來,NORDX/CDT一直致力于研究改善線纜總體性能的方法。在研發增強型線纜(5e類,6類,超6類等)時NORDX/CDT發現,在更高的使用頻率下,影響線纜的傳輸性能的參數中,有兩個關鍵傳輸參數限制了銅質電纜網絡的最大數據傳輸速率。最重要的參數是信號電平,它主要由線纜的衰減性能決定。另一個參數是噪聲電平,它主要由線纜線對間產生的內部串擾決定的。

線纜衰減

線纜衰減指通過通訊線纜或設備傳輸信息期間發生的信號能量降低或損失。它遵循一種叫趨膚效應和近似效應的物理定律,隨著頻率的增加,衰減會增大。在高頻范圍,導體內部電子流產生的磁場迫使電子向導體外表面的薄層聚集。頻率越高,這個薄層越薄。這一效應相當顯著,并且隨著頻率的平方根的增加而增加。例如,如果線纜在100MHz下的衰減為20dB,那么在400MHz下的衰減將為40dB。這些數值換算到信號強度意味著:如果我們發送1伏的信號,衰減為20dB對應的信號電壓為0.1伏,即原始電壓的10%。而40dB的衰減則對應的電壓為0.01伏,即原始電壓的1%。

網絡接收器在一個寬頻帶上再生并檢測出弱信號的能力有一個限度,因而信道衰減的實際允許上限大約為35dB。受這個參數單獨限制,使100米5類24AWG線纜傳輸數據的最大頻率范圍為約200MHz。另外,隨著信號強度的降低,接收器對于外部噪聲干擾如鄰線串擾和脈沖噪聲就越來越敏感。這就造成了更頻繁的誤碼和傳輸可靠性的降低 。

同時,線纜的信號衰減還將受到溫度的影響。溫度每升高10個攝氏度,線纜的信號衰減就增大4%。這意味著40攝氏度下92.6米線纜的信號衰減與20攝氏度下100米線纜的信號衰減相同。所以,溫度對于信號衰減的影響及作用要遠遠大于許多其它的固定因素。(參見圖1 不同溫度下的衰減曲線)

圖1 不同溫度下IBDN 4800LX衰減性能的變化

表1比較了增強型5類標準布線系統與6類標準布線系統在不同溫度下的帶寬值。數據顯示溫度對于帶寬的影響非常顯著。

帶寬

增強型5類

IBDN2400

6類

IBDN4800LX

20℃

115MHz

220MHZ

250MHz

超過300MHZ

40℃

100MHz

190MZH

225MHz

300MHZ

表1 溫度作用下的100米線纜帶寬比較

線纜通常被安裝在吊頂,排風道等環境溫度往往較高的地方。最近,一項由加利福尼亞大學的Lawrence Berkeley National Laboratory作出的調研表明:許多鋼混結構大廈的排風管道的溫度在盛夏季節可達49攝氏度。然而,在工廠廠房等一些環境中,線纜的溫度可能還要高。

NORDX/CDT提倡使用低衰減的布線系統,以符合6類標準布線系統在合理的最差溫度條件——40攝氏度下達到目標帶寬200MHz的要求。

線纜串擾

串擾是影響線纜性能的另一個重要參數。串擾是有害的干擾信號,它來自于線對間的耦合效應。這類噪聲會造成信號幅度的隨機變化,進而限制接收機檢測信號波形變化的能力,影響傳輸信號的誤碼率(BER) 和可靠性。

線纜的串擾性能是由線纜內線對的絞距和4線對的相互位置等線纜芯幾何結構決定的。當線對間的距離減小或線對的順序在制造或安裝期間發生改變時,線纜的串擾性能會下降。因此,為了得到非常穩定的串擾性能以增強對安裝的適應性,在設計線纜時使線纜芯中的線對的距離和順序保持穩定是十分必要的。

圖2 NORDX 6b類線纜結構與傳統線纜結構比較

在6b類建議中,NORDX給出的十字線對分隔架的設計,可以使串擾性能達到更高的等級。圖2給出了6類的兩種建議線纜的比較。通過十字分隔架和線纜護皮一起將4個線對緊緊地固定在十字分隔架的4個象限內,可以保持線對絞距和線對相對位置在使用和安裝時的穩定,因而帶來穩定的串擾性能和穩定的高頻段衰減性能。

與傳統的5類線纜在近端串擾(NEXT)性能上的比較。在整個頻率范圍內,6b類建議的串擾性能比傳統5類高18dB,比6 類建議高6dB。

綜述

正如前面所說明的那樣,兩個關鍵的傳輸參數,即信號和噪聲電平,主要由線纜的衰減和NEXT性能決定的。同時改進線纜的衰減和NEXT性能可以提供更大的性能余量及更大的信息傳輸能力。這可以通過檢驗衰減串擾比(ACR)來測量。ACR是測量信噪比的一種近似方法。ACR包含了最主要的噪聲源,通常是NEXT。實際的信噪比還包括其它的噪聲源,如FEXT、沖擊噪聲、鄰線串擾等。

通過增加導線直徑和選擇更優良的材料可以改善UTP線纜的衰減性能。另外,線纜中的4對雙絞線的絞距和絞合結構在制造和安裝時發生的變化會引起線纜高頻阻抗的變化,帶來線纜衰減性能在高頻段的抖動。要改善這部分的性能必須保持線纜芯幾何結構的穩定。

IBDN4800LX線纜提供了高可擴展的信道帶寬,可支持高達4.8Gb/s的傳輸速率,并且克服了高溫環境使系統性能降低這一難題。考慮到未來網絡的信息容量,6b類將能提供最大的能力,在將來可以提供多千兆位的數據速率。這給予了IEEE LAN設備開發者們對于下一代布線系統所提出的 “改善衰減性能”比改善串擾性能更為重要的倡導一個滿意的答復。

2003年,擁有超過百年歷史的國際領先布線專業廠商麗特(NORDX/CDT)公司宣布其IBDN 4800LX系統作為高質量視頻的最佳雙絞線方案,帶寬可擴展到650MHz。該布線系統極低的性能損失指標達到并遠遠超過了6類標準的規定,能夠為客戶提供高新質量視頻傳輸的最佳性能雙絞線布線解決方案。

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