铜缆在数据高速传输中的应用及发展

姚　新　建

　【摘要】 本文就铜缆在数据高速传输领域中的应用及其现状和今后的发展方向作了简要介绍，并重点 讨论了几个目前较有争议的问题。
　　关键词： 数据铜缆　频率　屏蔽　ACR

1　引 言
　　随着计算机技术的日新月异，现代通信技术亦愈来愈趋向于数字化、综合化、宽带化和个 人化。多媒体技术的出现以及IT产业的兴起，一方面促进了LAN的普及和发展，另一方面也 对用于数据传输的铜缆的性能提出了更高要求。
　　五类缆的出现基本满足了小于100 MHz的数据传输要求，但随着网络技术的不断进步，传 输内容的不断增加，人们对数据传输速率的要求也在不断提高，由最初的100 Mb/s渐增至80 0 Mb/s，甚至1 Gb/s。五类缆能否适应这一变化，铜缆是否会为光缆所取代的争论也随之而 来，至于在网络建设与发展过程中，究竟应选择光缆还是铜缆，是UTP缆好抑或是STP缆佳的 争论不绝于耳。本文拟就上述几个方面以及铜缆在数据高速传输领域的发展作一简要介绍。

2　数据铜缆应用与发展过程中的几个问题
　　目前，用于局域网的铜缆按结构可简单分为对称与非对称两大类，前者以五类缆为代表 ， 后者则以同轴电缆为代表。同轴电缆在高速局域网应用中已基本被淘汰。影响数据电缆传输 性能的主要电气参数包括特性阻抗(Z_C)、结构回损(SRL)、ACR(衰减-串音比)及近端串音 衰(NEXT)等。
2.1　数据铜缆的传输频率极限
　　与铜缆相比，光缆在高频传输方面的确优于铜缆，但就LAN水平布线而言，铜缆却雄居主 导地位。其原因在于，对短距离而言，铜缆价格较光缆便宜，而且易于安装、维护。Teldor 电缆有限公司出产的“The HI-GIGA-Solution”电缆传输率高达800 MHz，充分说明数据 铜缆并未止步于五类UTP缆。只要数据传输速率不超过1.24 Gb/s，铜缆就依然有用武之地 。
　　但不可否认，光缆在数据传输网中的使用近年来在不断增长，光纤到桌(Fiber to the De sk)的趋势亦愈来愈明显。
　　顺带补充一点，五类UTP缆的使用频率亦可扩大至155 MHz，但要使用相应的设备及通讯协 议。有的观点认为：网络中的干扰源多来自传输连接点而非来自电缆本身，因此良好而合理 的布线系统，将显著降低铜缆布线的复杂性，提高网络的传输性能。
2.2　屏蔽与非屏蔽
　　一般而言，为了减少干扰，增加屏蔽是一种有效手段。而从屏蔽的作用机理亦不难看出， 对称性越好的布线系统，其产生的信号干扰也越小，抗干扰能力也越强。理论上而言，完全 对称的布线系统即使不加屏蔽亦能达到EMC(Electromagnetic Compatibility)的要求。但事 实上根本不存在完全对称的布线系统，也不可能有完全对称的UTP五类缆，即使有也会因使 用过程中与其它设备连接而产生不对称，从而达不到EMC要求。对称性好只可以降低布线系 统对屏蔽的要求，但决不会因对称性好而取代屏蔽。现今许多LAN新标准为适应EMC标准要求 都对屏蔽的要求作了相应修改。
　　需要特别指出的是，线缆屏蔽连接不佳比没有屏蔽更糟。任何屏蔽的不连续性或不对称都 会产生干扰，从而严重降低其EMC性能。因此在安装使用过程中必须强调，屏蔽必须两端接 地，编织层应全部接地而非单根或几根接地。任何两个接地点间的直流电阻必须很小。
　　有关UTP与STP孰优孰劣之争实际上就是需不需要屏蔽之争。坚称UTP优者认为，通过改善 绞对线上的干扰信号的对称性便能消除干扰，从而达到EMC要求；实际上，UTP缆在生产成本 、安装使用成本以及简易程度方面的确优于STP缆，鼓吹STP优者则认为，UTP与STP在对称性 方面的差异并不大，屏蔽对EMC性能有更大影响，只有使用屏蔽才能有效、可靠地降低干扰 。在抗干扰要求较高的地方，STP缆仍是现实的选择。理论上的争执与实现中的具体应用毕 竟是两回事。

3　数据铜缆的发展趋势
　　随着数据传输速率的不断提高，现有五类缆布线系统无论是在数据传输，还是在安装使用 方面都已不能满足现代网络传输的需要。只有发展速率更高、频带更宽的数据铜缆才能适应 这一变化。千兆比网的出现更加速了开发新型高速数据缆的研究。
　　要提高数据铜缆的传输速率，则必须考虑数据铜缆的结构设计、生产工艺以及标准、协议 等诸多因素。通过前文的分析，不难知道，只有改善数据铜缆的绝缘介质性能，提高铜导体 和绝缘单线的均匀性、一致性，同时采取优化线对节距，分隔不同线对，加屏蔽等措施才能 有效改善数据铜缆的ACR，NEXT，FEXT以及衰减等参数，从而达到最终提高数据电缆的传输 速率的目的。
　　诚然，生产过程中采用精度高的现代化设备也是保证绞对线节距稳定，提高其对称性，消 除不确定因素影响的必要条件。
　　另一重要方面就是根据数据铜缆的发展要求制定颁布相关的新标准，新协议。由于网络传 输速率的不断提高，尤其是千兆位以太网的出现，使得FEXT、NEXT、ACR等参数变得非常非 常之重要，而目前安装使用的布线系统却并非都能满足这些关键参数的要求，因此，几乎所 有 现有标准都需要为此而做修改。ISO/IEC、欧洲的CENELEC及美国的TIA/EIA目前都在从事这 方面的开发研究。下面简要介绍几个正在修改之中的标准以及所修改的内容。
　　ISO/IEC 11801：
　　ISO/IEC综合布线系统标准11801拟修改的主要内容有：“链路”的新定义，以永久性链路 及信道取代链路配置；永久性链路及信道对ELFEXT、NEXT、ACR等参数的要求；但对电缆及 连接硬件未作新要求。此外还定义了D级5类、E级6类、F级7类的性能；5类及6类连接硬件的 定义以及涉及布线要求和7类缆连接器等的有关定义。布线系统的EMC性能要求亦在讨论之中 。
　　CENELEC EN 50173：
　　CENELEC布线标准与ISO/IEC布线标准相比，主要内容大同小异，但由于双方侧重点的不同 ，有些内容也会有所不同。CENELEC EN 50173的修订内容与ISO/IEC 11801的拟修订内容相 同，预计第二版的CENELEC EN 50173于2000年左右出版。
　　ANSI/TIA/EIA-568-A：
　　TIA/EIA标准在美国以及远东地区使用得最为广泛，它主要侧重于非屏蔽布线而对屏蔽布 线却着墨不多，目前只规定了FTP以及7类缆都未作规定。该标准正在修订的内容包括：新增 5类布线、电缆及连接硬件的要求；新增增强型5类布线、电缆及连接硬件的要求；TIA/EIA 标准是目前唯一一个包含增强型5类要求的标准。此外还包括6类布线、电缆和连接硬件的要 求以及屏蔽布线、电缆(只包括FTP)、连接硬件和接插软线的要求。ISO/IEC布线标准比TIA/ EIA布线标准更严格。已颁布的数据铜缆标准有CENELEC EN 50288-x-x系列标准，对100～ 600 MHz屏蔽及非屏蔽水平缆、主干缆及接插软线等作了详尽规定。另外，TIA/EIA PN-328 7：TSB-67标准主要规定了测试仪器方法及4对100 Ω UTP缆的基本连接要求等；NEM A WC-66-19XX草案，对100 Ω对绞屏蔽电缆在300～600 MHz范围内的最小电气特性及机械 特性作 出了规定。
　　在五类缆的基础上目前有些厂家宣传已发展出增强型五类缆、六类、七类及八类缆等数据 铜缆，如以色列Teldor公司称其产品已达600 MHz甚至800 MHz。Lucent公司亦称开发出“Gi ga Speed”铜缆。下面简要列出Teldor公司在因特网上介绍的高频电缆结构及性能。
　　(1)ULTRA-SIX-SOLUTIONS
　　^.结构有UTP及STP两种，测试频率可达300 MHz；
　　^.系水平布线缆，主要用于LAN，阻抗100 Ω，4对，线规：24 AWG；
　　^.实际应用，传输频率可达200 MHz;
　　(2)MEGA-Solutions
　　^.系增强型五类缆，测试频率达300 MHz;
　　^.阻抗100 Ω，4对，每对单独屏蔽，外加编织或屏蔽，线规：24、23、22 AWG；
　　(3)GIGA-Solution
　　^.使用频率可达到600 MHz，远超出ISO/IEC JTC 1 SC 25 WG3 N 493提案对七类缆的要求 。
　　^.阻抗100 Ω，4对，每对单独屏蔽外加编织，线规22、23 AWG；
　　^.系水平缆
　　(4)HI-GIGA-Solution
　　属于八类缆，测试频率高达800 MHz，其使用性能还在进一步研究当中。
4　结论
　　尽管光缆在数据高速传输方面有着不可比拟的优越性能，但数据铜缆的应用前景并未因此 而暗淡，只要设计合理，控制得当，其在高速数据传输领域就依然大有用武之地。
作者单位：深圳宝通电缆厂