選擇綜合布線系統(tǒng)線纜的注意事項
文中闡述了綜合布線系統(tǒng)線纜選擇的基本原則及其應(yīng)綜合考慮的各種因素，論述了線纜選擇與系統(tǒng)的增長性、靈活性、可擴展性，探討了信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線的電磁兼容性。
一、概 述
布線是信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此布線系統(tǒng)設(shè)計人員必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特性、線纜性能、系統(tǒng)總投資綜合規(guī)劃設(shè)計。因網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)設(shè)計不佳造成的網(wǎng)絡(luò)性能不良，使得系統(tǒng)性能價格比下降在布線系統(tǒng)設(shè)計中是最常見的，同時代價也是非常昂貴的，因此優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)布線設(shè)計是保證信息網(wǎng)絡(luò)具有高質(zhì)量、高性能的基礎(chǔ)。
線纜的選擇應(yīng)綜合考慮各種因素，但在布線系統(tǒng)中應(yīng)首先確定是使用線纜的類別和布線的結(jié)構(gòu)(屏蔽線纜、非屏線電纜、光纜，還是將它們接合在一起使用)。線纜通常使用帶有絕緣層的導(dǎo)線并使用一層或多層塑料外皮。而線纜中通常由2到1800個線對組成。大對數(shù)線纜通常用于主干布線系統(tǒng)，它們特別適合在話音和低速率數(shù)據(jù)應(yīng)用中使用。這些線纜在干線和水平(集線器到桌面)布線系統(tǒng)應(yīng)用中的最大長度在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC IS11801中有詳細(xì)的說明。需要注意的是這些最大長度限制適用于所有的媒介。它們并沒有考慮由于網(wǎng)絡(luò)使用的線纜類型和協(xié)議類型的不同而造成性能方面的差異的影響。實際上，最大線纜長度將取決于系統(tǒng)的應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)類型和電纜的質(zhì)量。
在確定線纜類型前，對線纜走線的可用空間進(jìn)行檢查也是非常重要的一點。尺寸、重量和屏蔽靈活性等因素主要取決于線纜是否采用金屬箔或編制護(hù)層，以及電纜中使用了多少導(dǎo)線。這些因素與線纜所使用的屏蔽、反射材料一起將決定線纜對抗電磁干擾(EMI)能力。在選擇線纜之前，考慮線纜使用的屏蔽、反射材料也是至關(guān)重要的。
在最近幾年中，對非屏蔽雙絞線(UTP)的研究取得的突破使得它們可以在622Mbit/s或更高的傳輸速率上傳輸數(shù)據(jù)。這樣就使得人們可以在原來只能使用屏蔽型線纜的應(yīng)用中使用這種價格更低、體積更小的線纜。UTP線纜通過將線纜線對進(jìn)行更緊密的匹配來減小EMI干擾。這種線纜被稱為平衡電路。在理想的平衡電路中，導(dǎo)體中引入的噪聲電壓的和是零，這樣線對之間的信號傳輸將沒有干擾。然而這種理想情況是無法完全實現(xiàn)的，線纜的信噪比(SNR)是用來測量線纜中在存在噪聲信號的情況下信號質(zhì)量的指標(biāo)。屏蔽線纜中由于存在屏蔽，因此它的平衡特性較差，因此良好的屏蔽完整性和良好的接地對屏蔽線纜來說是非常重要的。高質(zhì)量的UTP線纜在不需要接地或整個電路不需要屏蔽的情況下可以實現(xiàn)良好的平衡電路特性。
由于光纖通過光波傳輸信號，因此它不受任何形式的電磁屏蔽影響。在傳輸速率要求超過155Mbit/s和需要更長傳輸距離的應(yīng)用中，光纖通常是最佳選擇。光纖具有體積小、耐用等優(yōu)點，但目前它的成本要比其他類型的線纜高。大多數(shù)在局域網(wǎng)中使用的光纜是多膜光纖。它比高性能的單膜光纖更容易安裝。在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中，一般都采用光纜作為干線，而使用UTP線纜用來水平布線。然而，隨著通信速率的提高和設(shè)備價格的下降，使用光纖直接到桌面的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量也在不斷增長。對于那些由于受安裝時間、空間或其他限制而不易安裝電纜的系統(tǒng)來說，無線局域網(wǎng)可以作為一種可替代的方案。在無線局域網(wǎng)中使用無線電波替代物理連接來實現(xiàn)信號的傳輸，它們特別適合于在老建筑物中網(wǎng)絡(luò)的安裝。
二、線纜選擇
2.1 傳輸頻率與傳輸速率
傳輸頻率和傳輸速率是結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)設(shè)計中接觸最多的兩個基本概念。線纜的頻帶帶寬(MHZ)和線纜上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率(Mbps)是兩個截然不同的概念。MHZ表示的是單位時間內(nèi)線路中的信號振蕩的次數(shù)，是一個表征頻率的物理量，而Mbps表示的是單位時間內(nèi)線路中傳輸?shù)亩M(jìn)制位的數(shù)量，是一個表征速率的物理量。傳輸頻率表示傳輸介質(zhì)提供的信息傳輸?shù)幕編?，帶寬取決于所用導(dǎo)線的質(zhì)量、每一根導(dǎo)線的精確長度及傳輸技術(shù)。而傳輸速率則在特定的帶寬下對信息進(jìn)行傳輸?shù)哪芰Γ饬科骷鬏斝阅艿闹笜?biāo)包括衰減和近端串音，整體鏈路性能的指標(biāo)則用衰減/串音比ACR來衡量。帶寬越寬傳輸越流暢，容許傳輸速率越高。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的編碼方式建立了MHZ和Mbps之間的聯(lián)系，某些特殊的網(wǎng)絡(luò)編碼方案能夠在有限的頻率帶寬度上高速的傳輸數(shù)據(jù)。一般情況下設(shè)計者關(guān)心的是特定傳輸介質(zhì)在滿足系統(tǒng)傳輸性能下的最高傳輸速率，以下通過表1來直觀地體現(xiàn)二者的區(qū)別。
選型應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)性能、投資概算、產(chǎn)品工程業(yè)績以及售后服務(wù)質(zhì)量等加綜合考慮。Cat5+和Cat6的選擇:對于Cat5+所測試的參數(shù)極限與實驗的數(shù)據(jù)已經(jīng)相近，超五類系統(tǒng)可以支持千兆以太網(wǎng)的運行，而且不同廠商的Cat5+系統(tǒng)之間可以互用。Cat6價格較之Cat5+昂貴，但其帶寬卻擴大25%，顯示了傳輸速率的增強，Cat6系統(tǒng)是專用的，即意謂著各個廠商的元件都有其獨特的設(shè)計和性能指標(biāo)，不同廠商的元件互通性的可能性很小，元件的指標(biāo)仍在研究之中。Cat6已經(jīng)在少數(shù)工程中超前采用，值得注意的兩個問題：使用Cat6線纜應(yīng)選擇相同等級和商家生產(chǎn)的接插件器件，因為CAT6是專用件，各廠家的產(chǎn)品尚不能互通;Cat6對固定鏈路和通道其測試內(nèi)容，除按EIA/TIA 568-67標(biāo)準(zhǔn)各項內(nèi)容外，還需增加：等效遠(yuǎn)端串?dāng)_(ELFEXT)、綜合等效遠(yuǎn)端串?dāng)_(PS ELFEXT)、回波損耗(RETURN LOSS)、綜合近端串?dāng)_(PS NEXT)、綜合衰減串?dāng)_比(PS ACR)等內(nèi)容。目前Cat6只有商家的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一般來看，企標(biāo)的各項測試指標(biāo)往往高于規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，但是否可以作為驗收確認(rèn)仍然是一個待定的問題。
2.2 屏蔽與非屏蔽雙絞線的選擇
在布線系統(tǒng)中，使用最多的傳輸介質(zhì)是各種各樣的線纜。常用的線纜包括銅纜和光纜，而銅纜以其性價比高而成為布線系統(tǒng)的主力，且結(jié)構(gòu)化布線中所使用的銅纜均為雙絞線。雙絞線是由兩根具有絕緣保護(hù)的銅導(dǎo)線組成的。把兩根絕緣導(dǎo)線按一定的密度互相絞在一起，可降低信號干擾的影響。每根導(dǎo)線在傳輸中輻射出來的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消。雙絞線一般由兩根22～26號絕緣銅導(dǎo)線相互纏繞而成。雙絞線可分非屏蔽雙絞線UTP(Unshielded Twisted Pair)和屏蔽雙絞線STP(Shileded Twisted Pair)。而屏蔽雙絞線又可分為鋁箔屏蔽雙絞線(FTP)、鋁箔、銅網(wǎng)雙層屏蔽雙絞線(S-FTP)、獨立屏蔽雙絞線(STP)。雙絞線結(jié)構(gòu)差異決定了其性能、價格差異，為用戶提供了各種選擇機會。但怎樣選擇系統(tǒng)傳輸介質(zhì)，往往是設(shè)計人員面臨的一個首要問題。
當(dāng)然系統(tǒng)中保密技術(shù)不僅可在鏈路上實行，而且可在信元上實行，非屏蔽系統(tǒng)采用鋼管布線，抗干擾能力有較大提高。隨著技術(shù)的發(fā)展，解決問題的方法和手段也在不斷的變化和提高。
UTP和FTP纜線的選擇;關(guān)鍵取決于外部EMC的干擾的影響，干擾場強低于3V/m時，一般不考慮防護(hù)措施，根據(jù)對纜線性能測試表明;在30MHz頻段內(nèi)，UTP與FTP的傳輸效果和抗EMC能力相近，超過時，則FTP較之UTP的隔離度明顯要高出20～30dB，根據(jù)干擾信號超過標(biāo)準(zhǔn)的量級大小可分別選擇FTP、SFTP或STP等不同的屏蔽纜線和屏蔽配線設(shè)備，對于FTP的接地要求嚴(yán)格，且應(yīng)為360的完全屏蔽，否則屏蔽層反而成為輻射干擾源。此外，注意FTP的屏蔽結(jié)構(gòu)改變了整條電纜的電容耦合，衰減也會較之同級的UTP稍有增加。FTP的綜合造價約為：FTP=1.2～1.6UTP。因此，F(xiàn)TP適用于EMC嚴(yán)重區(qū)域和保密性強的場所，如黨政專網(wǎng)、機場、軍事部門和工業(yè)企業(yè)。
2.3 其它因素
連接在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備類型以及線纜上所承載的通信負(fù)載是選擇線纜的關(guān)鍵因素。
同時，在進(jìn)行電纜選擇時還應(yīng)考慮以下因素：
2.3.1 網(wǎng)絡(luò)集線器和節(jié)點(信息口)之間的最大距離;
2.3.2 在管道和地板、天花板中的布線可用空間;
2.3.3 電磁干擾(EMI)的程度;
2.3.4 為系統(tǒng)服務(wù)的設(shè)備的可能的變化情況和它們的使用方式;
2.3.5 系統(tǒng)復(fù)元力、網(wǎng)絡(luò)擴展性;
2.3.6 網(wǎng)絡(luò)要求的生命周期;
2.3.7 電纜走線的限制和線纜彎曲半徑的限制;
2.3.8 具有潛在重復(fù)性使用可能的現(xiàn)有線纜安裝情況;
2.4 規(guī)范規(guī)定
除了以上這些定性的分析外，《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范修訂本》(以下簡稱《規(guī)范》)，還定量作了以下規(guī)定：
2.4.1 各種纜線和配線設(shè)備的抗干擾能力，采用屏蔽后的綜合布線下系統(tǒng)平均可減少噪聲20dB。
2.4.2 各種線纜配線設(shè)備的選用原則宜符合下列要求：
(1)當(dāng)周圍環(huán)境的干擾場強度或綜合布線的噪聲電平低于規(guī)范12.2.1條3款規(guī)定。干擾源信號或計算機網(wǎng)絡(luò)信號頻率小于30MHZ，又能符合規(guī)范表12.2.2各項規(guī)定時，可采用UTP纜線系統(tǒng)和非屏蔽配線設(shè)備。
(2)當(dāng)周圍環(huán)境的干擾程度或綜合布線的噪聲電平高于12.21條3款規(guī)定，干擾源信號或計算機網(wǎng)絡(luò)信號頻率大于等于30MHZ，應(yīng)根據(jù)其超過標(biāo)準(zhǔn)的量級大小，分別選用FTP、SFTP、STP等不同的屏蔽纜線系統(tǒng)和屏蔽配線設(shè)備。另外，規(guī)范表12.2.2要求的間距不能保證時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。
(3)當(dāng)用戶對系統(tǒng)有保密要求，不允許信號往外發(fā)射時，或系統(tǒng)發(fā)射指標(biāo)不能滿足規(guī)范12.2.1條4款規(guī)定時，應(yīng)采用屏蔽纜線和屏蔽配線設(shè)備或光纜系統(tǒng)。
綜上所述，究竟使用屏蔽系統(tǒng)還是非屏蔽系統(tǒng)，要根據(jù)業(yè)主的應(yīng)用場所、應(yīng)用需求、對未來的預(yù)期及投資狀況等方面綜合考慮，選擇適合的系統(tǒng)。
三、關(guān)注增長與靈活性
大多數(shù)綜合布線系統(tǒng)線纜廠商為它們的產(chǎn)品規(guī)定了15年的保質(zhì)期。在這段時間內(nèi)，變化是不可避免的，同時也是無法準(zhǔn)確預(yù)測的。唯一的解決方法是設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時為滿足網(wǎng)絡(luò)變化和增長的要求而進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃。在正常使用條件下，新型網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)該成為15年建筑物整修周期內(nèi)限制系統(tǒng)升級。經(jīng)過精心設(shè)計的布線系統(tǒng)可以承受超過大多數(shù)局域網(wǎng)傳輸速率10-15倍的數(shù)據(jù)流量。這將允許在不改變布線系統(tǒng)的情況下使用新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)目前所支持的應(yīng)用被定義為網(wǎng)絡(luò)的最低指標(biāo)要求。在一些應(yīng)用中，可能使用3類電纜就可以滿足當(dāng)前的應(yīng)用要求，但為了滿足未來應(yīng)用的升級可能，設(shè)計時還是應(yīng)采用五類或超五類電纜。
通用布線和海量布線是結(jié)構(gòu)化布線的核心內(nèi)容，一般它使用一種開放式結(jié)構(gòu)平臺，支持所有的主要專用網(wǎng)絡(luò)和非專用網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，使用UTP電纜和光纜作為傳輸媒介，采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用標(biāo)準(zhǔn)插座進(jìn)行端接。一個好的布線系統(tǒng)應(yīng)該具有使用的線纜類型簡單、組成模塊化網(wǎng)絡(luò)、在不影響用戶使用的情況下可以很容易的對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴展或改變的特點。對于高速發(fā)展的公司來說，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)可以使公司對網(wǎng)絡(luò)具有平穩(wěn)的、進(jìn)行可控制擴展的運行能力，同時它允許公司在逐步增加投資的情況下使用新設(shè)備和新線纜。由于結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)全部使用了標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)布線系統(tǒng)中鋪設(shè)新型線纜并增加新的信息插座時，這就簡化了任務(wù)的實施。靈活性高、直徑小的線纜比同軸電纜更加容易走線，并占據(jù)更小的空間。
隨著專用網(wǎng)絡(luò)向開放式計算系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，布線系統(tǒng)也逐漸從專用系統(tǒng)轉(zhuǎn)向公用布線系統(tǒng)。公用布線系統(tǒng)可以為許多不同類型的設(shè)備提供服務(wù)，這些設(shè)備可以是計算機和打印機，也可以是攝象機和溫度調(diào)節(jié)裝置等。通用布線系統(tǒng)的主要優(yōu)點是用戶可以利用它將不同廠商的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。同時，它也允許用戶在同一個布線網(wǎng)絡(luò)上運行幾個獨立的系統(tǒng)。比方說用戶可以在一個布線系統(tǒng)上建立電話、計算機和環(huán)境控制等系統(tǒng)。位于每個建筑或建筑群內(nèi)的配線架是用來實現(xiàn)計算機、外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)集線器和其他設(shè)備快速接入或撤出網(wǎng)絡(luò)的部件。在結(jié)構(gòu)和布局不斷進(jìn)行調(diào)整的公司內(nèi)，它可以節(jié)約大量的成本。
四、抗干擾
每種有源電子和電氣設(shè)備都可能產(chǎn)生電磁干擾來破壞網(wǎng)絡(luò)通信。隨著電子設(shè)備使用的增加，這個問題也變得越來越突出。在選擇線纜和線纜布線的考慮中，如何防止EMI干擾以保護(hù)通信也是一個非常關(guān)鍵的問題。除了外部干擾源可能會對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾外，在多線對電纜內(nèi)部的各線對之間也會互相干擾。這種干擾被稱為串音干擾(cross talk)。
有兩中方式來測量線纜的串音性能，線對之間的串音和Power Sum串音。線對之間的串音只是用于測量線纜中線對產(chǎn)生的最大干擾的情況的。當(dāng)多線對線纜中的許多線對上有數(shù)據(jù)傳輸時，線纜性能的損耗比線對之間的串音干擾給出的值要大。Power Sum以更真實的反映串音干擾的情況。它是在多線對線纜的所有線對上都有信號傳輸時進(jìn)行測量的方法。對于線纜中線對數(shù)超過4對的電纜，Power Sum是唯一一種可正確測試串音性能的方法。
在系統(tǒng)中用于測量對EMI干擾的抑制情況的指標(biāo)是信噪比(SNR)。網(wǎng)絡(luò)的信噪比越高，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸錯誤的風(fēng)險就越小。包括連接器和配線架在內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)部件，必須都具有抗EMI干擾的一些措施。當(dāng)使用不同廠商的產(chǎn)品構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時，這一點尤其要加以注意。
當(dāng)使用屏蔽線纜時，線纜與連接器正確的端接和線纜外皮的良好接地特性是非常重要的一點。任何屏蔽的不完整將降低屏蔽層的保護(hù)作用，從而降低抗電磁干擾(EMI)的效率。綜合布線系統(tǒng)線纜的走線應(yīng)遵照廠商推薦的方法進(jìn)行，應(yīng)盡量避免潛在的信號源干擾。在此應(yīng)該充分考慮快速發(fā)展的與線纜走線相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的指標(biāo)。例如，在EIA/TIA 569中規(guī)定，通信線纜與熒光燈的距離不得小于15厘米，因為熒光燈是造成EMI的主要干擾源之一。象電梯馬達(dá)、自動門和空調(diào)單元等都是潛在的EMI干擾源。設(shè)備越陳舊，產(chǎn)生的EMI干擾就越大。對于那些無法避免和克服的EMI干擾源來說，使用封閉的金屬管道可以為布線系統(tǒng)提供額外保護(hù)措施。在特定的電磁干擾或敏感環(huán)境中，使用光纖可能是唯一的選擇。
系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、工程監(jiān)理和測試驗收人員應(yīng)共同來保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與其他電子設(shè)備具有電磁兼容性(EMC)。設(shè)計人員在設(shè)計中要保證選擇綜合布線系統(tǒng)線纜的技術(shù)性能指標(biāo)、走線和管道的設(shè)計能夠消除EMI問題。廠商生產(chǎn)、供應(yīng)的綜合布線系統(tǒng)線纜進(jìn)行認(rèn)證，提供安裝的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)EMC性能的保證。安裝人員確保按設(shè)計和規(guī)范組織施工，驗收人員嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計進(jìn)行測試和驗收，以確保信息網(wǎng)絡(luò)的高質(zhì)量、高性能。
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