1、数字通信电缆的发展趋势及测试技术,蒋明清电信科学技术第五研究所,2005-09-12,要 点一. 铜缆万兆以太网布线标准的进展二. 宽带市话电缆的发展三. 数字通信电缆测试的几个问题,2005-09-12,在千兆比以太网之后提出了万兆以太网。 IEEE最初通过的标准是光纤支持10G以太网，随后提出了一份建议，并成立了研究小组，研究铜缆开通万兆比以太网的可能性。 对从事电缆和连接器行业的人员来说，更关注的问题是万兆网给铜缆布线带来什么样的限制，同时又带来什么样的机遇。,一. 铜缆万兆以太网布线标准的进展,1. 铜缆也能支持万兆以太网,2005-09-12,最初建议采用最高为800900 MHz的
2、频率及类似的千兆比编码系统，以便在四个线对的每个线对上实现2.5Gbps的带宽，从而在信道上实现10Gbps的吞吐量。 由于电缆传输频率的提高，在开发电缆和连接硬件规范过程中提出了外来串扰问题。人们认识到外来串扰的影响可能性要更大，因此设计了各种已安装的电缆模型，来测量多条电缆非常接近地捆在一起时在更高传输频率上产生的外来串扰的典型值。,1. 铜缆也能支持万兆以太网,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,但是，仍有许多问题有待解决： 对信道长度的研究是其中的一个重要问题，通过一系列调查，研究考察在不同类别的铜缆中，10Gbps以太网可以开通多远的距离。个别的试验结果是： 5e类(
3、D级)，最远20米； 6 类(E级)，最远30米； 7 类(F级)，接近100米。，,1. 铜缆也能支持万兆以太网,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,由于距离的限制，基本上放弃了5e 类的方案。对于7类布线(ISO/IEC 规定到600 MHz)，基本采用屏蔽布线，100 m上支持万兆比以太网没有多大问题。因此人们关注着 6 类布线能否支持10Gbps。在实际布线中，绝大部分水平链路的距离低于60 m。研究考察 6 类布线至少能在55100 m距离上支持10Gbps以太网。另外，人们还在考察屏蔽 6 类布线和增强型非屏蔽 6 类(有时称为E级)能否在100 m距离内实现10G
4、bps以太网。,1. 铜缆也能支持万兆以太网,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,IEEE 802.3an工作组最早对10GBase-T物理层的脉冲振幅调制编码方式定义沿用了1000 Base-T的PAM5编码，可以达到较好的带宽利用。基于PAM5的10GBase-T对布线带宽的需求是625 MHz。负责布线事务的TIA TR 42委员会，最早拟定的增强型6类平台的带宽需求为625 MHz。,2. 布线系统的带宽要求由625 MHz修改为500 MHz,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,IEEE 802.3an工作组在2004年6月份的会议上，为了提高系统的噪
5、声免疫力和减少收发器的复杂程度，把PHY的编码方式从PAM5 修订为PAM8，支持833 Mb/s和400 MHz带宽，对布线系统的带宽要求也相应地由625 MHz修改为500 MHz。 2004年9月30日TIA TR-42.7 与IEEE联络，说明他们将把500 MHz 作为频率上限写入下一版本的TSB155和超6类标准草案。,2. 布线系统的带宽要求由625 MHz修改为500 MHz,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,TIA TR-42正在研究TSB-155和568-B.2-10，前者ANSI/TIA-TSB-155：Additional guidelines for
6、 4-pair 100 category 6 cabling for 10GBase-T applications是针对现有已安装的 6 类布线系统，而后者ANSI/TIA/EIA-568-B.2-10：Transmission performance specifications for 4-pair 100 augmented category 6 cabling是新修订的超 6 类标准。,2. 布线系统的带宽要求由625 MHz修改为500 MHz,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,TSB-155的目标是验证现有 6 类布线系统能否在55米的距离上支持10GBASE-T
7、的应用，根据IEEE 802.3an的最新要求，信道和链路参数的测试规范扩展到500 MHz，但250 MHz以下的指标值与 6 类原有的指标值保持一致。此外还增加了外部串音参数ANEXT(外部近端串音)及PS ANEXT(外部近端串音功率和)的要求。,2. 布线系统的带宽要求由625 MHz修改为500 MHz,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,568-B.2-10的目标是定义一个新的“超 6 类”标准，包含布线部件和系统的规格指标和测试程序，以支持100米4个连接点的10GBASE-T平衡双绞线传输。此标准同样把带宽定义在500 MHz，但是与TSB-155相比，提出了更
8、高的性能要求，如外部串音和插入衰减余量等。预计此标准会先于IEEE 802.3an 10GBASE-T标准发布。,2. 布线系统的带宽要求由625 MHz修改为500 MHz,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,ISO/IEC JTC 1/SC 25标准委员会也正在修订现有标准，在最新的文件N981里，ISO回应了来自IEEE 10GBASE-T工作组的请求，在原有ISO11801：2002 Ed2的基础上，扩展E/F级链路的带宽，并且从屏蔽外部串音的角度出发，增加了unbalance attenuation(不平衡衰减)、coupling attenuation(耦合衰减)和
9、PS ANEXT(外部近端串音功率和)的指标。,2. 布线系统的带宽要求由625 MHz修改为500 MHz,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,10GBase-T的应用比1000Base-T更突出了对双绞线系统性能上要求的加严。 在1000Base-T中，比以前增加了两个参数：等电平远端串音衰减和回波损耗。 在10GBase-T中，除了要考虑4对线的内部的噪声，还要考虑与信道无关联的外部影响，包括外部串音(Alien NEXT)和其他背景噪声。,3. 提出了外部串音和插入衰减余量的性能要求,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,实际上，4对线内的串音可以通过信道
10、末端的数字信号处理技术(DSP)抵消掉一部分。 但是外部串音(Alien NEXT)和其他背景噪声的干扰，无法用DSP技术来消除。因此，外部串音是10GBase-T不得不考虑的噪声源。 外部串音是布放在同一个路由上的一捆线缆中，各线缆之间的串音影响。,3. 提出了外部串音和插入损耗余量的性能要求,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,在设备间和办公区，数量不等的线缆通常会被捆扎在一起。捆扎起来的线缆可能会放在管道或是线槽中。同一捆线中一根线缆里的线对会给其他线缆里的线对带来串音影响。 这种串音通常称为“外部串音”，在非屏蔽电缆中尤为明显。,3. 提出了外部串音和插入损耗余量的性能
11、要求,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,在一捆线缆中，其他线缆包围某根线缆的位置在其全长度范围内不是固定的。当一根线缆被不同结构的线缆包围时，线缆间的外部串音会小很多。 同根线缆中任何一个线对的节距沿长度都是基本恒定的，为减少线对间相互串音，不同线对之间的节距是不一样的。因此，在同一捆线缆中，1号线缆中蓝色线对会对邻近它的2号线缆中蓝色线对带来更强的耦合影响。,3. 提出了外部串音和插入损耗余量的性能要求,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,一根线缆被周围 6 根线缆包围时的串音影响。 箭头指向的是，中心线缆的蓝色线对受到其他线缆的蓝色线对的串音影响。,3.
12、提出了外部串音和插入损耗余量的性能要求,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,铜缆万兆以太网布线标准的进展,两根线缆间的外部串音 一条线缆中棕色线对受到的外部串音。一般而言，节距相同的线对间的耦合是最大的。 节距不同的线对间的耦合要小得多。,2005-09-12,有两种方法可以有效地减小外部串音。 1. 在同一路由上采用不同厂家的电缆，或采用同一厂家不同设计的线缆。不同厂家的电缆或是同一厂家不同型号的电缆线对节距会是不同的； 2. 电缆生产厂家设计出一种新结构电缆，电缆线对节距沿长度不是均匀不变的，而是沿长度（伪）随机变化的。 当然还有一种可行的方式，就是采用屏蔽电缆。,铜缆万兆
13、以太网布线标准的进展,2005-09-12,带有外屏蔽层的线缆可以有效降低外部串音的影响，基本可以满足最长100米的10Gbase-T对信道要求。 然而，采用屏蔽电缆需要注意： 1) 安装比较复杂，主要是端接时对屏蔽层的处理，目前也没有检查屏蔽层端接时的RF性能的方法，而且造价较高。,4. 关于屏蔽和非屏蔽缆的选择,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,2) 环地电流问题。如果在电源系统中有环地电流，电缆屏蔽层可能会形成与电源相关的环地问题，因而将引入环地电流的影响。早先IBM Type 1 型布线系统，虽然从电气传输角度看是出色的布线系统，但确实容易受到环地电流的影响。,4.
14、关于屏蔽和非屏蔽缆的选择,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,然而，新设计的“增强”6类非屏蔽系统可以满足在100米信道长度上的10GBase-T的要求。 总之，非屏蔽布线系统与屏蔽布线系统都可以支持10GBase-T系统的应用。 要根据实际情况考虑是否选用屏蔽布线系统或非屏蔽布线系统。,4. 关于屏蔽和非屏蔽缆的选择,铜缆万兆以太网布线标准的进展,2005-09-12,美国国家标准ANSI/ICEA S-98-688-1997及S-99-689-1997聚烯烃绝缘铜导线宽频双绞线电缆中，规定空气心和填充两种电缆的最高传输频率分为30 MHz和100 MHz两档。 IEC在20
15、03-2004年发布了IEC 62255用于宽带数字通信(高比特率数字信道通信网络)的多芯对称对绞/星绞电缆-户外电缆标准中，规定空气心和填充两种电缆的最高传输频率分为30 MHz、60 MHz和100 MHz三档。,二.宽带市话电缆的发展,2005-09-12,我国于2003年也发布了行业标准YD/T 1281-2003适于宽带应用的铜芯聚烯烃绝缘铝塑综合护套市内通信电缆中，规定电缆的最高传输频率分为30 MHz和100 MHz两档。 市内宽带通信电缆，主要适用于远程光网络单元到用户之间的传输系统，以及大楼综合布线系统中楼宇间传输的子系统。,宽带市话电缆的发展,2005-09-12,现有的市
16、话电缆网络，由于受其带宽的限制，质量较好的市话电缆线路的ADSL选线率约为25，一般只有1015。 新型市内宽带通信电缆在ADSL应用中，无论在同步速率、下载速率和上网率上都优于普通市话电缆。这一点，在今天，有着特别重要的意义。 近年来，国内部分市话电缆生产厂家，已经生产这种市内宽带通信电缆，来满足宽带业务发展的需要。,宽带市话电缆的发展,2005-09-12,宽带市话电缆是普通市话电缆的升级换代产品。 这种新型电缆的结构与普通市话电缆基本相同，同种规格的两种电缆所用原材料品种与消耗定额基本相同。 使用同样的原材料制造出新型的、符合宽带要求的电缆，对于开拓进取的电缆厂是明智的抉择。,宽带市话电
17、缆是市话电缆的发展方向,2005-09-12,宽带市话电缆是市话电缆的发展方向,对于电信运营商而言， 新增或更换旧的市话电缆时有两种选择：选用普通的市话电缆选用具有扩容余地的新型宽带市话电缆,2005-09-12,宽带市话电缆标准YD/T 1281-2003和 市话电缆标准YD/T 322-1996比较,宽带市话电缆的发展,2005-09-12,宽带市话电缆的发展,2005-09-12,不难看出，市话电缆生产厂家，通过改造或增添少量设备(比如串联线、绞对机)和适当的检测仪表，就可能生产宽带市话电缆。 现有的市话电缆生产厂应深入研究生产工艺，精心调整生产设备，认真设计和精心制造，把现有电缆的技术
18、水平提高一个档次，以提供更宽频带的电缆。,宽带市话电缆的发展,2005-09-12,1.不能用便携式的工程仪表来测试数字电缆 便携式的工程仪表是布线工程验收、网络维护的重要仪表，是工程现场必备的测试手段。便携式工程仪表的测试对象是布线链路与信道，但是不适合用于测量电缆本身。这是因为： a)判断的对象不同。工程仪表是用来判断链路 的，链路包括电缆、接头、接插软线等整体的总特性。,三.数字通信电缆测试的几个问题,2005-09-12,b) 不符合标准要求的测试方法。 c) 测试不准确。因需将电缆先接到RJ45接头上，再与仪表连接后才能来测试，在测试的结果中会还含有RJ45接头的影响。 d) 有的参
19、数不能测试。例如大对数宽带市话电缆的近端串音衰减功率和，外部近端串音衰减功率和等。也无法测量不同长度的电缆，如305 m长的整箱电缆。,数字通信电缆测试的几个问题,2005-09-12,2.测试数字电缆的仪表应含有网络分析仪 TIA和IEC都规定含有网络分析仪的仪表作为基准的方法，以测试数字通信电缆。 3. 测试软件应易于升级 随着技术的不断发展，新产品的不断出现，产品的技术标准会不断更新，只有测试仪表的软件不断升级，才能满足更新以后的标准的要求。,数字通信电缆测试的几个问题,2005-09-12,结 束 语 通过以上分析，不难看出： 铜线通信电缆在一定的历史时期，还是有相当的发展前途。我国从事铜线通信电缆的生产企业，应该励精图治，奋发图强，赶上该行业发展的世界水平。 为了保证电缆产品的质量，应当采用标准规定的测试方法和相应的测试仪表。,谢 谢电信科学技术第五研究所蒋 明 清,
