如何利用銅纜確保預(yù)期應(yīng)用？

自 20 世紀(jì) 90 年代雙絞線銅纜開(kāi)始支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸以來(lái)，其本身及其內(nèi)部組件的設(shè)計(jì)和制造始終致力于確保已安裝的電路能夠支持信號(hào)傳輸，從而達(dá)到規(guī)定的數(shù)據(jù)速率。盡管過(guò)去三十年發(fā)生了許多變化——包括安裝實(shí)踐的改進(jìn)、測(cè)試已安裝系統(tǒng)性能特征的能力，以及除了數(shù)據(jù)傳輸之外還考慮支持電力傳輸——但雙絞線電纜設(shè)計(jì)和制造工藝的優(yōu)化始終未變。

如今，要確保銅纜布線系統(tǒng)能夠穩(wěn)定支持預(yù)期的應(yīng)用需求，安裝人員與布線系統(tǒng)所有者必須綜合關(guān)注多個(gè)關(guān)鍵因素：包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量、規(guī)范的安裝實(shí)踐，以及已安裝系統(tǒng)電氣性能的準(zhǔn)確評(píng)估與測(cè)試。本文將系統(tǒng)回顧銅纜布線系統(tǒng)在應(yīng)用保障方面的發(fā)展歷程，并探討其當(dāng)前趨勢(shì)與技術(shù)重點(diǎn)。

10 Mbit/秒的10Base-T以太網(wǎng)是最早與雙絞線“聯(lián)姻”的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之一。這種關(guān)聯(lián)很可能就是雙絞線獲得“以太網(wǎng)電纜”綽號(hào)的原因，這個(gè)名稱在30多年后依然沿用。3類電纜支持10Base-T以太網(wǎng)。當(dāng)以太網(wǎng)速度提升十倍至100Base-T，同時(shí)工作波長(zhǎng)也從最大約16 MHz增加到接近100 MHz時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)3類電纜不足以支持更高的數(shù)據(jù)速率。

將 100 MHz 以上的以太網(wǎng)信號(hào)傳輸?shù)阶钸h(yuǎn) 100 米的距離，會(huì)給支撐雙絞線電纜帶來(lái)前所未有的壓力。解決方案是將電纜內(nèi)的線對(duì)絞合得更緊密，以便導(dǎo)體能夠成功傳輸高頻信號(hào)。導(dǎo)體對(duì)絞合的平衡使得該線對(duì)能夠傳輸 100 MHz 信號(hào)，同時(shí)最大程度地減少衰減或串?dāng)_造成的信號(hào)衰減。在 4 對(duì)電纜中，每對(duì)線的絞合率略有不同，以減少線對(duì)之間的串?dāng)_。

此外，用作 5 類電纜導(dǎo)體材料的銅通常比 3 類導(dǎo)體中使用的銅質(zhì)量更高。

20世紀(jì)90年代中期，隨著100Base-T標(biāo)準(zhǔn)的推出以及五類布線在市場(chǎng)上的顯著份額，布線行業(yè)開(kāi)始重視驗(yàn)證已安裝布線系統(tǒng)的性能，以確保其能夠支持預(yù)期應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)，最終促成了美國(guó)電信行業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）《電信系統(tǒng)公告TSB-67：非屏蔽雙絞線布線系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的傳輸性能規(guī)范》的發(fā)布。TSB-67是已安裝布線系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)證/驗(yàn)證/鑒定重要流程的開(kāi)創(chuàng)性文件。

速度提升

當(dāng)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)其下一個(gè)十倍速度提升（從 100 Mbits/秒到 1000 Mbits/秒或 1 Gbit/秒）時(shí)，IEEE 成功實(shí)現(xiàn)了在不增加頻率范圍的情況下實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。1000Base-T 的最高工作頻率為 100 MHz。這一成就背后的工程原理超出了本文的討論范圍，但簡(jiǎn)而言之，1000Base-T 通過(guò)四對(duì)全雙工傳輸運(yùn)行，這意味著每對(duì)線同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)而言之，1000Base-T 全雙工收發(fā)器內(nèi)置的復(fù)雜調(diào)制技術(shù)給 5 類布線系統(tǒng)帶來(lái)了前所未有的壓力。

盡管 IEEE 打算開(kāi)發(fā) 1000Base-T 在已安裝的 5 類電纜上運(yùn)行，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明并非所有 5 類系統(tǒng)都能勝任這項(xiàng)任務(wù)。TIA 文件再次解決了這個(gè)問(wèn)題。TSB-95《4 對(duì) 100 歐姆 5 類電纜附加傳輸性能指南》確定了電氣性能特性以及這些特性的可接受限值，以確定 5 類電路是否能夠支持 1000Base-T。

對(duì)于 100Base-T 性能，5 類鏈路必須達(dá)到某些電氣特性，而這些特性在開(kāi)發(fā)原始 5 類測(cè)試參數(shù)時(shí)并未考慮在內(nèi)。5 類測(cè)試套件包括線路圖、長(zhǎng)度、衰減（損耗）和近端串?dāng)_，而 TSB-95 則規(guī)定了延遲偏差、回波損耗、等電平遠(yuǎn)端串?dāng)_ (ELFEXT) 和功率總和等電平遠(yuǎn)端串?dāng)_ (PSELFEXT)。

在IEEE制定1000Base-T標(biāo)準(zhǔn)期間，該標(biāo)準(zhǔn)制定組織與TIA保持著密切的聯(lián)絡(luò)關(guān)系，不僅參與了TSB-95內(nèi)容的制定，還幫助TIA建立了全新的雙絞線類別——5e類?！癳”代表“增強(qiáng)型”，因?yàn)?e類布線比5類布線具有更優(yōu)異的電氣性能特性，并包含5類規(guī)范中未包含的參數(shù)。

聚焦工藝

在對(duì)已安裝的 5 類線進(jìn)行 1000Base-T 支持適用性測(cè)試時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)實(shí)情況是，安裝工藝對(duì)鏈路性能影響很大，而工藝水平并非總是一流的。其中一個(gè)問(wèn)題就是端接點(diǎn)處的線對(duì)解扭。由于緊密、均衡的導(dǎo)線絞合能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能，因此安裝人員在端接點(diǎn)處解扭每對(duì)線對(duì)的程度對(duì)于維持或降低性能起著重要作用。解扭程度越小，性能越好。5e 類標(biāo)準(zhǔn)要求安裝人員在電纜護(hù)套和端接點(diǎn)之間解扭的導(dǎo)線對(duì)長(zhǎng)度不得超過(guò) 0.5 英寸。

在 5e 類標(biāo)準(zhǔn)中，業(yè)界不僅獲得了一套布線系統(tǒng)的性能規(guī)范，而且還獲得了一些安裝要求（例如 0.5 英寸線對(duì)解扭），以及一組密切相關(guān)的測(cè)試參數(shù)，以確保安裝的系統(tǒng)符合規(guī)定的規(guī)格。

5e類是第三種與以太網(wǎng)應(yīng)用緊密相關(guān)的雙絞線性能類型（繼用于10Base-T的3類和用于100Base-T的5類之后）。自5e類和1000Base-T最終確定以來(lái)，布線性能類別和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的雙重路徑就不再像以前那樣緊密相關(guān)。它們各自的路徑時(shí)而分道揚(yáng)鑣，時(shí)而交叉。

盡管如此，在最終發(fā)展至1000Base-T的過(guò)程中，還是確立了三重奏。這三重奏是：1) 為實(shí)現(xiàn)某些性能特征而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造的電纜；2) 與電纜安裝相關(guān)的工藝問(wèn)題；3) 評(píng)估已安裝布線系統(tǒng)支持預(yù)期應(yīng)用能力的測(cè)試參數(shù)。

讓我們看幾個(gè)例子，看看這三重奏在過(guò)去的幾十年里是如何保持下去的。

2002年，TIA發(fā)布了六類布線標(biāo)準(zhǔn)。六類布線的最大頻率為250MHz，其開(kāi)發(fā)并非與以太網(wǎng)或任何其他數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的特定速度同步。它作為超五類的升級(jí)版進(jìn)入市場(chǎng)，在電氣性能參數(shù)方面比超五類提供了更大的空間（更佳的性能），并將正衰減串?dāng)_比 (ACR) 提高到接近250MHz，這使得六類布線能夠支持該頻率范圍內(nèi)尚未開(kāi)發(fā)的應(yīng)用。

TIA發(fā)布六類布線標(biāo)準(zhǔn)的同一年，IEEE最終確定了光纖10Gb以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.3ae)。雖然2002年時(shí)，10Gb銅纜傳輸在IEEE工程師眼中還只是曇花一現(xiàn)，但如果六類布線的工作頻率被定義為高達(dá)250MHz，它最終將能夠支持該應(yīng)用。

6 類和 5e 類之間一個(gè)顯著的區(qū)別是，6 類的銅導(dǎo)體通常為 23 AWG，比 5e 類導(dǎo)體的 24 AWG 更大。從電氣角度來(lái)看，導(dǎo)體越粗，電阻就越小。對(duì)于 6 類線纜而言，導(dǎo)體越粗，抗噪能力就越強(qiáng)，信號(hào)損耗越小，數(shù)據(jù)速率就越高，帶寬（工作頻率）也就越寬。6 類線纜的 23 AWG 導(dǎo)體是其帶寬達(dá)到 250 MHz 的重要原因。