綜合布線系統信道對網絡傳輸性能影響

      在最近的許多通信雜志和IT行業展覽會上，布線系
統傳輸性能對數據網絡傳輸比特誤碼率的影響成為引人注目的焦
點。一般來講，因阻抗不匹配而產生的信道回波損耗是導致高比
特誤碼率的主要原因，而且回波損耗對所有的系統性能都有一定
的影響，近端串擾衰耗的影響則更為嚴重。 
標準規定的設計與測試要求信道必須符合應用性能，而這些信道
卻可能無法提供充足的富余量來擔負許多未來高寬帶網絡需求應
用。為了比較及驗證6類布線方案比新近頒布的5e類標準能提供更
好的傳輸質量及更快的網絡速度，Avaya實驗室最近利用三種高
速、高密集信息量傳輸的應用系統進行了實驗。所選的應用系統
是270 Mb/s的串行數字視頻信號，100BASE-TX視頻流和100BASE-T
X數據文件傳輸。并把同護套大對數共享線纜接入 
實驗中，模擬最差條件下的近端串擾的干擾網絡傳輸環境。 
這些實驗的結果表明，在標準規定的要求下，使用高性能大富余量的布線系統能夠顯著的提高網絡傳輸速
度。另外，通過實驗還證明了使用6類布線系統能夠為現在市場現存的應用系統提供更好的傳輸及使用性
能。 
背景 
信道傳輸量的定義是指信道在一定時間內通過或傳輸數據的總量。信道最大傳輸量僅在理想信道條件下方
可實現，而在現實的環境下無法達到。所有信道都存在不同的損耗，因此信道只能在低于最大工作能力或
傳輸量的條件下工作。在通信系統或特定的局域網中，信道的設計必須考慮要能彌補這些損耗。 
系統元器件以及周圍環境等因素給信道的傳輸特性帶來一定的損害，從而影響結構化布線系統的傳輸性
能。一些干擾因素給結構化布線系統的信道傳輸性能帶來負面影響，這些干擾因素被記入在1000BASE-T的I
EEE 802.3ab千兆以太網標準中，現將其列出如下： 
·散射 
·外界干擾 
·延遲偏差 
·衰減 
·阻抗失配/回波損耗 
·近端串擾及遠端串擾 
所有這些潛在的干擾因素都可能導致信道比特誤碼，從而降低結構化布線系統的信道傳輸量。比特誤碼率
是指錯誤接收比特與總傳輸比特的比率。在使用高速網絡帶寬及密集型信息傳輸應用中，需要最低的比特
誤碼來保證最高傳輸性能。在數據應用中，較高的比特誤碼率、網絡性能遲緩會導致信號重發。在視頻應
用中，較高比特差碼率導致圖像間斷，丟失禎或產生白斑（雪花）。在任何應用領域，較高的比特誤碼率
都會導致令人不滿的性能。以下各節將探討一些對比特誤碼率及其后傳輸量有影響的因素。 
散射： 
散射是位脈沖在通過信道時產生的擴散。它起因于每一比特與相鄰比特的疊加，從而導致信道終端接收到
的傳輸位發生錯誤。散射的影響通常被稱為內擾，能夠用可見圖形來反映，以跳動來測量。信道纜線和連
接線匹配性是產生散射的主要原因。對于象270Mb/s串行數字視頻的數字傳輸應用而言，散射會增加比特誤
碼率及降低信道的性能，造成接收端的圖像分辨率降低。通常會把自適應性均衡電路加入通信硬件系統的
電路接口處來補償散射的影響。 
外界干擾： 
噪音通過信道附近的外部電場和磁場進入信道，這就是外界干擾。ESD或EFT的不定向發射是外界干擾來源
的一種。需要注意的是，即使是設計和安裝非常完美的結構化布線系統信道，外界電磁場的轉化仍然會對
其起作用，影響比特誤碼率，并導致原有的不平衡因素由通信硬件電路與纜線接口處侵入信道，從而對系
統性能造成不良效果。 
延遲偏差： 
延遲偏差是在多對線纜套內不同對線纜產生的傳輸速率差異，絞合率變化以及線對的絕緣結構限定了偏
差，并以秒為單位。一些應用系統需要信號在復合雙絞線上傳輸，并且同時到達信道末端的接收器。所以
把延遲偏差減至最小非常重要。 
利用雙絞線進行現場傳輸的典型案例是在證券交易所內把金融信息發送到高分辨率顯示屏。這類顯示屏需
要100兆赫茲以上的可用帶寬和RGB同步模擬視頻信號。過度的延遲偏差可能會導致色素分散，隨著信道長
度增加則會產生重影。1000BASE-T（千兆位以太網）是另一個需要使用UTP雙絞線進行傳輸的案例。延遲偏
差在IEEE802.3ab協議標準中被定義為在2MHz到100MHz頻率之間，所有對組合之間雙工信道的偏差差異不得
超過50ns 。 
衰減： 
衰減是信號幅度通過信道時能量的減小。與散射類似，纜線與連接接插件是造成衰減的主要因素。IEEE 80
2.3協議中對1000BASE-T標準規定，衰減是接入損耗，雙工信道的最大衰減使用下面的公式計算： 
接入損耗(f) = 2.1 f (0.529) + 0.4/f (dB) [f=1MHz to 100MHz] 
信道衰減的不良影響可以通過考察模擬視頻信號的傳輸效果來論證。過度衰減導致視頻流中的低頻亮度信
號部分的強度低于高頻色度信號部分，使得接收的影像灰暗，對比度過低。 
阻抗失配/回波損耗： 
阻抗失配/回波損耗發生在負載阻抗與設備內部阻抗不平衡的情況下。對結構化布線系統而言，這類損耗多
出現于構成信道的組件沒有適當匹配的情況下。這樣會影響能源與負載間的最大傳輸功率。對于使用混合
功能接口電路的1000BASE-T的系統而言，將阻抗匹配失衡減至最小是非常重要的。混合功能常用來實現數
據信息的全雙工傳送。 
混合電路提供四對終端，信號由一個終端對進入后，從相鄰兩對分發出來，但卻不能到達相對應的終端線
對。設備電路與信道的阻抗匹配是相當重要的，否則產生回波，也就是反射的傳輸能量將以噪音的形式在
接收端出現。將回波補償電路并入1000BASE-T接口電路，目的是有效的抵制混合功能產生的回波影響。 
1000BASE-T ，IEEE 802.3ab標準指出阻抗失配就象回波損耗一樣用分貝來表示，即每一個特定頻率段上的
相關阻抗（100歐姆）。回波損耗是由于阻抗不匹配而產生的應用信號反射，是一個分數數值的比率。IEEE
802.3ab 標準記錄了信道上的阻抗失配影響，并用以下公式表示阻抗失配的容限范圍。 
Return Loss (f)=15 (dB) {f= 1MHz to 20MHz} 
Return Loss (f) =15 - 10log(f/20) (dB) 
{f= 20MHz to 100MHz} 
第二個公式允許在回波損耗適合值里有一個較寬的容限。例如，這個容限范就是標準規定的100 MHz頻率下
8dB的回波損耗。這個回波損耗等于100歐姆（-57歐姆到133歐姆）的阻抗失配。諸如1000BASE-T之類應用
的能力可以容許很寬范圍的阻抗失配。這表明，此類損害因素還沒有象其他因素那樣危及到布線傳輸性
能。 
近端串擾及遠端串擾： 
從一對或多對線纜到其他相鄰線對上的信號耦合被稱做串擾。近端串擾損耗被定義為：耦合信號與原來的
傳輸信號從同一信道端被測量情況下，傳輸信號大小與耦合信號大小的比率。遠端串擾損耗被定義為：耦
合信號在原來傳輸信號相對另一端進行測量的情況下，傳輸信號大小與耦合信號大小的比率。近端串擾和
遠端串擾損耗同樣是用分貝(dB)來表示的。 
對于1000BASE-T等多線對傳輸系統來講，把近端串擾最小化是非常關鍵的。每個1000BASE-T全雙工信道接
收器從與四對信道相連接的三個相鄰傳送器感受近端串擾。因此，在1000BASE-T傳送系統中，引入近端串
擾補償以減少近端串擾的干擾。同樣的方式，把遠端串擾補償引入1000BASE-T傳送系統也可以降低遠端串
擾的干擾。但是，如果遠端串擾與近端串擾作的影響比較起來，就明顯小的很，以至于可以忽略不計。 
另外，近端串擾干擾產生于相鄰的的線纜之間，這些線纜不在同一護套內。近端串擾一般指來自于外在的
近端串擾干擾，當線纜被緊緊束在一起的時產生。外在的近端串擾一般被視為外部干擾。 
總而言之，結構化布線系統信道的傳輸性能被一些潛在干擾因素所影響。不管是近端串擾、遠端串擾還是
外部噪音產生的串擾，對比特誤碼率都有非常重要的影響，隨之也殃及到結構化布線系統信道的傳輸性
能。串擾就象其他影響結構化布線系統信道的損害因素一樣，它可以蔓延到難以控制的地步并且影響更多
的應用。 
演示 
Avaya實驗室做出的實驗表明，對三個不同的高帶寬大型密集型應用而言，近端串擾（NEXT）是主要影響傳
輸性能的損害因素。實驗是以二個四連接器信道來評估的，其中一條信道用市場上通用的CAT5e超五類相關
產品，另一信道使用市場上通用的SYSTIMAX GigaSPEED?六類布線系統。 
1. 100BASE-TX局域網大型數據文件傳輸： 
比特誤碼率性能影響著局域網上傳輸大型文件所需的時間，甚至影響工作效率。 
演示 
a) 100BASE-TX 局域網大型數據文件傳輸 
b) 100BASE-TX局域網視頻信號傳輸流 
c) 串行數字視頻信號(SDV) 
利用諾頓克隆精靈多點傳送服務器軟件，把一個248 MB的視像文件從服務器傳輸到客戶端。在傳輸過程中
監測傳輸速 和所用時間。利用惠普公司8112A脈沖發生器，在4對信道內相鄰對信道近端處引入干擾信號脈
沖。 
使用5e類線纜信道的實驗結果： 
當連接客戶端PC的局域網使用一般廠家CAT5e類信道時，文件傳輸需要129秒，平均每分鐘傳輸速率為115 M
B。 
使用GigaSPEED 六類線纜信道的實驗結果： 
利用GigaSPEED 6類信道，文件傳輸需要72秒，平均每分鐘傳輸速率為206 MB。在同樣的串擾干擾條件下，
同樣的信息數量，用GigaSPEED 6類信道傳輸的時間是用5e類信道傳輸的時間的80%。 
2. 100BASE-TX局域網視頻信號流： 
在局域網上傳輸多媒體內容需要有足夠的傳輸能力。對于用戶的實時瀏覽而言，從多媒體服務器到終端用
戶傳輸大量數據的能力以及糾錯能力都非常關鍵。既可以對接收到的數字信號的視頻和音頻質量做出主觀
評估，也可以測定比特誤碼的數量。
一個56MB、40秒的視頻文件，在服務器與客戶機間通過一對帶有4個連接器的結構化布線信道以15禎/秒的
速度進行傳輸，信道分別使用其他廠家5e類纜線與GigaSPEED 6類線纜。通常，計算機視頻格式的禎傳輸速
度是15禎/秒。文件使用微軟公司的多媒體設備以多點播送模式進行傳輸。該文件是寄宿生在積雪的山坡滑
雪的圖象。利用惠普公司8112A脈沖發生器，在4對信道內某一相鄰對信道近端處引入干擾脈沖。引入脈沖
的大小、周期、上升/下降時間都不相同，從而模擬最差的近端串擾環境。纜線未用端使用100歐姆節線器
來終止。使用統計軟件來測量發送與丟失的數據包，網絡的利用率以及CRC位誤碼。 
使用其他廠家CAT5e類纜線信道的實驗結果： 
在CAT5e類纜線信道里，CRC比特誤碼導致視頻圖象變形，例如圖象出現凝滯。每個錯誤都會使數據包無
效，導致圖象禎的丟失，造成接收畫面抖動。 
使用GigaSPEED 6類線纜信道的實驗結果： 
在相同的近端串擾環境下，使用GigaSPEED線纜不會產生比特誤碼，因此接收的視頻圖象質量相當好。 
3. 串行數字視頻（SDV）： 
SDV傳輸是基于SMPTE 259M標準的。這個標準廣泛應用于動畫制作領域，將電影數字化并以270Mb/s的速度
非壓縮傳輸。這種系統也可用45Mb/s的壓縮視頻傳輸速度來傳送的重要影象，以143Mb/s的非壓縮視頻傳輸
速度來傳送電視圖象。只有270Mb/s的非壓縮視頻才可用來傳送高質量電影圖象。270Mb/s的位流被編輯并
傳送到廣播的前端用來做實況廣播。纜線長度一般小于或等于100米。 
SDV來自模擬基帶視頻與音頻信號，要求4.2MHz和20KHz獨立的、數字化的、可組合的帶寬。在單根75歐姆
同軸電纜上以270Mb/sNRZI串行位流傳輸。視頻信號中的亮度與色差元素是分離的。嵌入式數字音頻要求3M
Hz帶寬。一般跳動為0.2UI（單位間隔），約為0.5ns。SMPTE 259M標準允許大于18分貝的回波損耗。合成
的SDV基帶信號峰到峰的電壓值為0.8V（+/-10%），需要最小的帶寬為135MHz，而下面的譜線分析圖中有效
能量光譜可延展到270MHz。 
SDV的演示配置可以實現比特誤碼數量和跳動的測量，也可主觀評估接收信號的視頻和音頻質量。實驗由So
ny和Tektronix公司制造的音頻和視頻設備組成，用于主觀評估和獨立的數量測量。它包含傳輸/接收SDV到
UTP適配器，SDV信號在非平衡75歐姆的同軸電纜上傳輸為270 Mb/s，超過了平衡的100歐姆4對UTP線纜。兩
個SDV信號在相對的方位上傳輸，即4對線纜中的2和3線對，目的是為了在信道的每端都產生串擾。標準適
配器完成自適應均衡，根據形變狀態和數量，在信道線纜長度范圍內，提供自動補償的服務。標準適配器
被設計成連接插線/插頭裝置的15個插腳的連接器。多插腳連接器的作用與目前線纜測試裝置的作用類似。
它可以把任何信道所測定的連接器串擾最小化。信道內不用的線纜用適配器終結，并把每個適配器設為
“Y” 形式。 
一對四個連接器的結構化布線信道是用市場上其他廠家通用的CAT5e類和SYSTIMAX GigaSPEED 6類相關組件
構成的。Tektronix TSG601 SDV信號發生器把16個可選之中的一個SDV測試樣本以270 Mb/s的速率，以嵌入
式AES/EBU數字音頻、CRC數據的方式傳送到Tektronix WFM601M SDV波形監測器。監測器履行實時數字錯誤
偵察，并根據SMPTE標準RP-165匯報CRC誤差。 
當檢測到以前和現在視頻幀之間的CRC位值有所不同時便立即報告錯誤。跳動可以被精確測定并顯示為一個
眼狀圖形。疊加所有可能到達信道接收端的傳輸脈沖序列，就構成了這個圖形。效果圖象一個眼的形狀。
這個眼狀圖形是評估象SDV這樣的基帶信號性能的方法。在信道中，當噪音、干擾、或跳動增加時，眼睛的
睜開的程度就會減小，睜開的高度表明在噪音環境下裕量存在的程度。Tektronix WFM601M SDV 波形監測
器也可提供一個被動的閉合回路，允許在高分辨率NTSC Sony 20”顯示器上顯示接收的視頻信 號。Sony D
VW-510 Digital Betacam ? Player以嵌入式AES/EBU數字音頻方式，通過一個3.5分鐘Digital Betacam格
式化磁帶，把數字視頻傳輸到高分辨率SDV Sony 20”顯示器。顯示器被特別裝備以視頻和音頻串行數字接
口，以便于對兩者進行自動評估。 
使用其他廠家CAT5e類纜線信道的實驗結果： 
最初用單一SDV信號單向傳輸視頻和音頻時沒有明顯的問題。然而，當在信道中加入第二個SDV 信號產生近
端串擾時，視頻和音頻的質量就變的很差。影象出現很多的白斑（雪花）。這個白斑產生的原因是由于比
特誤碼導致的圖片元素即像素損失的結果。傳輸的音頻部分存在明顯的、令人不滿的靜電干擾。Tektronix
WFM601M波形監視器顯示紅色警報以表明CRC比特誤碼發生。跳動被顯示為眼狀圖形，測定的結果是962微微
秒。當來自于Tektronix TSG601 Signal Generator 或 Sony Digital Betacam Player的傳輸信號被取
消，所有可見的和可聽的干擾終止了，跳動減少到592微微秒。CRC比特誤碼、白斑或靜電將不再出現。 
使用GigaSPEED 6類線纜信道的實驗結果： 
使用6類GigaSPEED信道進行雙向傳輸時，沒有監測到任何可視和可聽的干擾，也沒有記錄到CRC比特誤碼。
跳動測定的結果是592微微秒，與在5e類信道中只有一個SDV傳輸信號時的跳動記錄相同。很明顯，近端串
擾裕量設計給6類GigaSPEED信道帶來非常好的傳輸性能。 
總結 
當文件在結構化布線信道上傳輸時，很多干擾因素都影響著高速、高帶寬密集型網絡應用的傳輸性能，實
驗清楚地揭示了近端串擾存在的嚴重影響。目前使用其他廠家的CAT 5e類纜線的兩類應用程序——文件傳
輸和局域網視頻流，在很差的近端串擾環境下， 利用GigaSPEED 6類纜線取得了顯著優越的運行效果。近
端串擾附加的10 dB富余量 ，很 大程度地改善了6類信道數據傳輸性能。額外的裕量改善了信噪比，另
外，當信道產生的串擾減小時，還可以傳輸更多的信號。