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雙絞線


by flamephoenix

一、概述
二、規(guī)格型號(hào)
三、性能指標(biāo)
四、測(cè)試數(shù)據(jù)
五、常用的雙絞線電纜
六、超5類(lèi)布線系統(tǒng)

一、概述

雙絞線(TP:Twisted Pairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起,可降低信號(hào)干擾的程度,每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消。雙絞線一般由兩根22～26號(hào)絕緣銅導(dǎo)線相互纏繞而成。如果把一對(duì)或多對(duì)雙絞線放在一個(gè)絕緣套管中便成了雙絞線電纜。在雙絞線電纜(也稱(chēng)雙扭線電纜)內(nèi),不同線對(duì)具有不同的扭絞長(zhǎng)度,一般地說(shuō),扭絞長(zhǎng)度在38.1cm至14cm內(nèi),按逆時(shí)針?lè)较蚺そg,相臨線對(duì)的扭絞長(zhǎng)度在12.7cm以上。與其他傳輸介質(zhì)相比,雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定限制,但價(jià)格較為低廉。目前,雙絞線可分為非屏蔽雙絞線(UTP:Unshilded Twisted Pair)和屏蔽雙絞線(STP:Shielded Twisted Pair)。

雖然雙絞線主要是用來(lái)傳輸模擬聲音信息的,但同樣適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸,特別適用于較短距離的信息傳輸。在傳輸期間,信號(hào)的衰減比較大,并且產(chǎn)生波形畸變。采用雙絞線的局域網(wǎng)的帶寬取決于所用導(dǎo)線的質(zhì)量、長(zhǎng)度及傳輸技術(shù)。只要精心選擇和安裝雙絞線,就可以在有限距離內(nèi)達(dá)到每秒幾百萬(wàn)位的可靠傳輸率。當(dāng)距離很短,并且采用特殊的電子傳輸技術(shù)時(shí),傳輸率可達(dá)100Mbps～155Mbps。由于利用雙絞線傳輸信息時(shí)要向周?chē)?信息很容易被竊聽(tīng),因此要花費(fèi)額外的代價(jià)加以屏蔽。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁泊包裹,以減小幅射,但并不能完全消除輻射。屏蔽雙絞線價(jià)格相對(duì)較高,安裝時(shí)要比非屏蔽雙絞線電纜困難。類(lèi)似于同軸電纜,它必須配有支持屏蔽功能的特殊連結(jié)器和相應(yīng)的安裝技術(shù)。但它有較高的傳輸速率,100米內(nèi)可達(dá)到155Mbps。

另外,非屏蔽雙絞線電纜具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)無(wú)屏蔽外套,直徑小,節(jié)省所占用的空間;
(2)重量輕、易彎曲、易安裝;
(3)將串?dāng)_減至最小或加以消除;
(4)具有阻燃性;
(5)具有獨(dú)立性和靈活性,適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線。

　

二、規(guī)格型號(hào)

EIA/TIA為雙絞線電纜定義了五種不同質(zhì)量的型號(hào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合布線使用第三、四、五類(lèi)。這五種型號(hào)如下：

1、第一類(lèi)：主要用于傳輸語(yǔ)音（一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)主要用于八十年代初之前的電話線纜），不用于數(shù)據(jù)傳輸。
2、第二類(lèi)：傳輸頻率為1MHz，用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見(jiàn)于使用4Mbps規(guī)范令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌網(wǎng)。
3、第三類(lèi):指目前在ANSI和EIA/TIA568標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜。該電纜的傳輸頻率為16MHz,用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10base-T。
4、第四類(lèi):該類(lèi)電纜的傳輸頻率為20MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10base-T/100base-T。
5、第五類(lèi):該類(lèi)電纜增加了繞線密度,外套一種高質(zhì)量的絕緣材料,傳輸頻率為100MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100base-T和10base-T網(wǎng)絡(luò)，這是最常用的以太網(wǎng)電纜。

雙絞線分為屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線兩大類(lèi)。在這兩大類(lèi)中又分100歐姆電纜、雙體電纜、大對(duì)數(shù)電纜、150歐姆屏蔽電纜。具體型號(hào)有多種,如圖1所示。圖中AWG表示美國(guó)線纜規(guī)格。

三、性能指標(biāo)

對(duì)于雙絞線,用戶最關(guān)心的是表征其性能的幾個(gè)指標(biāo)。這些指標(biāo)包括衰減、近端串?dāng)_、阻抗特性、分布電容、直流電阻等。

(1)衰減
   衰減(Attenuation)是沿鏈路的信號(hào)損失度量。衰減與線纜的長(zhǎng)度有關(guān)系,隨著長(zhǎng)度的增加,信號(hào)衰減也隨之增加。衰減用"db"作單位,表示源傳送端信號(hào)到接收端信號(hào)強(qiáng)度的比率。由于衰減隨頻率而變化,因此,應(yīng)測(cè)量在應(yīng)用范圍內(nèi)的全部頻率上的衰減。
(2)近端串?dāng)_
   串?dāng)_分近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_(FEXT),測(cè)試儀主要是測(cè)量NEXT,由于存在線路損耗,因此FEXT的量值的影響較小。近端串?dāng)_(NEXT)損耗是測(cè)量一條UTP鏈路中從一對(duì)線到另一對(duì)線的信號(hào)耦合。對(duì)于UTP鏈路,NEXT是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo),也是最難精確測(cè)量的一個(gè)指標(biāo)。隨著信號(hào)頻率的增加,其測(cè)量難度將加大。
   NEXT并不表示在近端點(diǎn)所產(chǎn)生的串?dāng)_值,它只是表示在近端點(diǎn)所測(cè)量到的串?dāng)_值。這個(gè)量值會(huì)隨電纜長(zhǎng)度不同而變,電纜越長(zhǎng),其值變得越小。同時(shí)發(fā)送端的信號(hào)也會(huì)衰減,對(duì)其它線對(duì)的串?dāng)_也相對(duì)變小。實(shí)驗(yàn)證明,只有在40米內(nèi)測(cè)量得到的NEXT是較真實(shí)的。如果另一端是遠(yuǎn)于40米的信息插座,那么它會(huì)產(chǎn)生一定程度的串?dāng)_,但測(cè)試儀可能無(wú)法測(cè)量到這個(gè)串?dāng)_值。因此,最好在兩個(gè)端點(diǎn)都進(jìn)行NEXT測(cè)量。現(xiàn)在的測(cè)試儀都配有相應(yīng)設(shè)備,使得在鏈路一端就能測(cè)量出兩端的NEXT值。NEXT測(cè)試的結(jié)果參照表1和表2。

表1 各種連接為最大長(zhǎng)度時(shí)各種頻率下的衰減極限

頻率(MHz)	最大率減20ºC
	信道(100米)			鏈路(90米)
	3類(lèi)	4類(lèi)	5類(lèi)	3類(lèi)	4類(lèi)	5類(lèi)
1	4.2	2.6	2.5	3.2	2.2	2.1
4	7.3	4.8	4.5	6.1	4.3	4.0
8	10.2	6.7	6.3	8.8	6	5.7
10	11.5	7.5	7.0	10	6.8	6.3
16	14.9	9.9	9.2	13.2	8.8	8.2
20		11	10.3		9.9	9.2
25			11.4			10.3
31.25			12.8			11.5
62.5			18.5			16.7
100			24			21.6

表2 特定頻率下的NEXT衰減極限

頻率(MHz)	最小NEXT
	信道(100米)			鏈路(90米)
	3類(lèi)	4類(lèi)	5類(lèi)	3類(lèi)	4類(lèi)	5類(lèi)
1	39.1	53.3	60.0	40.1	54.7	60.0
4	29.3	43.3	50.6	30.7	45.1	51.8
8	24.3	38.2	45.6	25.9	40.2	47.1
10	22.7	36.6	44.0	24.3	38.6	45.5
16	19.3	33.1	40.6	21	35.3	42.3
20		31.4	39.0		33.7	40.7
25			37.4			39.1
31.25			35.7			37.6
62.5			30.6			32.7
100			27.1			29.3

   以上兩個(gè)指標(biāo)是TSB67測(cè)試的主要內(nèi)容,但某些型號(hào)的測(cè)試儀還可以給出直流電阻、特性阻抗、衰減串?dāng)_比等指標(biāo)。
(3)直流電阻
   TSB67無(wú)此參數(shù)。直流環(huán)路電阻會(huì)消耗一部分信號(hào),并將其轉(zhuǎn)變成熱量。它是指一對(duì)導(dǎo)線電阻的和,11801規(guī)格的雙絞線的直流電阻不得大于19.2歐姆。每對(duì)間的差異不能太大(小于 0.1歐姆),否則表示接觸不良,必須檢查連接點(diǎn)。
(4)特性阻抗
   與環(huán)路直流電阻不同,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(duì)電線之間的距離及絕緣體的電氣性能有關(guān)。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?dāng)_比(ACR)
   在某些頻率范圍,串?dāng)_與衰減量的比例關(guān)系是反映電纜性能的另一個(gè)重要參數(shù)。ACR有時(shí)也以信噪比(SNR :Signal-Noice ratio)表示,它由最差的衰減量與NEXT量值的差值計(jì)算。ACR值較大,表示抗干擾的能力更強(qiáng)。一般系統(tǒng)要求至少大于10分貝。
(6)電纜特性
   通信信道的品質(zhì)是由它的電纜特性描述的。SNR是在考慮到干擾信號(hào)的情況下,對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)強(qiáng)度的一個(gè)度量。如果SNR過(guò)低,將導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)在被接收時(shí),接收器不能分辨數(shù)據(jù)信號(hào)和噪音信號(hào),最終引起數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。因此,為了將數(shù)據(jù)錯(cuò)誤限制在一定范圍內(nèi),必須定義一個(gè)最小的可接收的SNR。

四、測(cè)試數(shù)據(jù)

100歐姆4對(duì)非屏蔽雙絞線有3類(lèi)線、4類(lèi)線、5類(lèi)線和超5類(lèi)線之分。主要的性能指標(biāo)為衰減、分布電容、直流電阻、直流電阻偏差值、阻抗特性、返回?fù)p耗、近端串?dāng)_。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表3 雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)
(a)

類(lèi)型	率減(單位db)	分布電容 (以1khz計(jì)量)	直流電阻 20ºC測(cè)量校正值	直流電阻偏差值 20º時(shí)測(cè)量校正值
3類(lèi)	<2.320sqrt(f) + 0.238(f)	<330pf/100米	<9.38歐姆/100米	5%
4類(lèi)	<2.050sqrt(f) + 0.1(f)	<330pf/100米	同上	5%
5類(lèi)	<1.9267sqrt(f) + 0.075(f)	<330pf/100米	同上	5%

(b)

類(lèi)型	阻抗特性 1Mhz至最高的參考頻率值	返回?fù)p耗 測(cè)量長(zhǎng)度>100米	近端串?dāng)_ 測(cè)量長(zhǎng)度>100米
3類(lèi)	100歐姆 + 15%	12db	43db
4類(lèi)	同上	12db	58db
5類(lèi)	同上	23db	64db

　

五、常用的雙絞線電纜

綜合布線中最常用的雙絞線電纜有以下幾種:

1、5類(lèi)4對(duì)非屏蔽雙絞線

它是美國(guó)線纜規(guī)格為24的實(shí)芯裸銅導(dǎo)體,以氟化乙烯做絕緣材料,傳輸頻率達(dá)100MHz。導(dǎo)線組成如表4所示,物理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　

表4 導(dǎo)線色彩編碼

圖2 5類(lèi)4對(duì)非屏蔽雙絞線

電氣特性如表5所示。其中,"9.38 歐姆MAX. Per100m @ 20℃"是指在20℃的恒定溫度下,每100米的雙絞線的電阻為9.38 歐姆(下表中類(lèi)同)。

　

表5 5類(lèi)4對(duì)非屏蔽雙絞線電氣特性

2、5類(lèi)4對(duì)24AWG100歐姆屏蔽電纜

它是美國(guó)線規(guī)為24的裸銅導(dǎo)體,以氟化乙烯做絕緣材料,內(nèi)有一24AWG TPG漏電線。傳輸頻率達(dá)100MHz,導(dǎo)線組成如表6所示,物理結(jié)構(gòu)如圖3所示,電氣特性如表7所示。表6中屏蔽項(xiàng)"0.002[0.051]鋁/聚酯帶最小交疊@20℃及一根24AWG TPC漏電線"的含義是:

·屏蔽層厚度為0.002厘米或0.051英寸。
·@20℃代表在20℃恒定溫度下。

　

表6 導(dǎo)線色彩編碼

圖3 5類(lèi)4對(duì)24AWG100歐姆屏蔽電纜

表7 5類(lèi)4對(duì)24AWG100歐姆屏蔽電纜電氣特性

3、5類(lèi)4對(duì)26AWG屏蔽軟線

它由4對(duì)線和一根26AWG TPC漏電線組成,傳輸頻率達(dá)100MHz。導(dǎo)線組成如表8所示,物理結(jié)構(gòu)如圖4所示,電氣特性如表9所示。

　

表8 導(dǎo)線色彩編碼

圖3 5類(lèi)4對(duì)24AWG非屏蔽電線電氣特性

4. 5類(lèi)4對(duì)24AWG非屏蔽軟線

它由4對(duì)線組成,用于高速數(shù)據(jù)傳輸,適合于擴(kuò)展傳輸距離,應(yīng)用于互連或跳接線。傳輸速率達(dá)100MHz。導(dǎo)線組成如表9所示,它的物理結(jié)構(gòu)如圖5所示, 電氣特性如表10所示。

　

表9 導(dǎo)線色彩編碼

圖5 5類(lèi)4對(duì)24WAG100非屏蔽軟線

表10 5類(lèi)424WAG100對(duì)非屏蔽軟線電氣特性

六、超5類(lèi)布線系統(tǒng)

超5類(lèi)布線系統(tǒng)是一個(gè)非屏蔽雙絞線(UTP)布線系統(tǒng),通過(guò)對(duì)它的"鏈接"和"信道"性能的測(cè)試表明,它超過(guò)TIA/EIA568的5類(lèi)線要求。與普通的5類(lèi)UTP比較,其衰減更小,串?dāng)_更少,同時(shí)具有更高的衰減與串?dāng)_的比值(ACR)和信噪比(SRL)、更小的時(shí)延誤差,性能得到了提高。它具有四大優(yōu)點(diǎn):

(1)提供了堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),可以方便轉(zhuǎn)移、更新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
(2)能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的要求,并且滿足低偏差和低串?dāng)_總和的要求。
(3)被認(rèn)為是為將來(lái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供的解決方案。
(4)充足的性能余量,給安裝和測(cè)試帶來(lái)方便。

與5類(lèi)線纜相比,超5類(lèi)在近端串?dāng)_、串?dāng)_總和、衰減和信噪比四個(gè)主要指標(biāo)上都有較大的改進(jìn)。

近端串?dāng)_(NEXT)是評(píng)估性能的最重要的標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)高速的LAN在傳送和接收數(shù)據(jù)時(shí)是同步的。NEXT是當(dāng)傳送與接收同時(shí)進(jìn)行時(shí)所產(chǎn)生的干擾信號(hào)。NEXT的單位是db,它表示傳送信號(hào)與串?dāng)_信號(hào)之間的比值。

在普通應(yīng)用中,衡量NEXT的標(biāo)準(zhǔn)方法是用一對(duì)線進(jìn)行傳送,另一對(duì)線用于接收,如10BASET和TokenRing,甚至100BASET 和155Mbps ATM。但是,有時(shí)候也可以使用另外兩對(duì)線,并接到另一工作站,這樣可以加快LAN的速度,如622Mbps ATM和1000BASE-T,不只用一對(duì)(可能用全部的4對(duì)線)來(lái)傳送和接收。在一根線纜中使用多對(duì)線進(jìn)行傳送會(huì)增加這根線纜的串?dāng)_。現(xiàn)在的四對(duì)5類(lèi)雙絞線沒(méi)有考慮這種情況。

串?dāng)_總和( Power Sum NEXT)是從多個(gè)傳輸端產(chǎn)生NEXT的和。如果一個(gè)布線系統(tǒng)能夠滿足5類(lèi)線在Power Sum下的NEXT要求,那么就能處理從應(yīng)用共享到高速LAN應(yīng)用的任何問(wèn)題。超5類(lèi)布線系統(tǒng)的NEXT只有5類(lèi)線要求的1/8。

信噪比(Structural Return Loss)是衡量線纜阻抗一致性的標(biāo)準(zhǔn),阻抗的變化引起反射。一部分信號(hào)的能量被反射到發(fā)送端,形成噪聲。SRL是測(cè)量能量變化的標(biāo)準(zhǔn),由于線纜結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致阻抗變化,使得信號(hào)的能量發(fā)生變化。反射的能量越少,意味著傳輸信號(hào)越完整,在線纜上的噪聲越小。

比起普通5類(lèi)雙絞線,超5類(lèi)系統(tǒng)在100MHz的頻率下運(yùn)行時(shí),為用戶提供8db近端串?dāng)_的余量,用戶的設(shè)備受到的干擾只有普通5類(lèi)線系統(tǒng)的1/4,使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的獨(dú)立性和可靠性。