双绞线 flamephoenix编撰 一、概述 二、规格型号 三、性能指标 四、测试数据 五、常用的双绞线电缆 六、超5类布线系统 一、概述 双绞线(tp:twisted pairwire)是综合布线工程中常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆(也称双扭线电缆)内,不同线对具有不同的扭绞长度,一般地说,扭绞长度在38.1cm至14cm内,按逆时针方向扭绞,相临线对的扭绞长度在12.7cm以上。与其他传输介质相比,双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制,但价格较为低廉。目前,双绞线可分为非屏蔽双绞线(utp:unshilded twisted pair)和屏蔽双绞线(stp:shielded twisted pair)。 虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的,但同样适用于数字信号的传输,特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间,信号的衰减比较大,并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。只要精心选择和安装双绞线,就可以在有限距离内达到每秒几百万位的可靠传输率。当距离很短,并且采用特殊的电子传输技术时,传输率可达100mbps～155mbps。由于利用双绞线传输信息时要向周围幅射,信息很容易被知道,因此要花费额外的代价加以屏蔽。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹,以减小幅射,但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高,安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。类似于同轴电缆,它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率,100米内可达到155mbps。 另外,非屏蔽双绞线电缆具有以下优点: (1)无屏蔽外套,直径小,节省所占用的空间; (2)重量轻、易弯曲、易安装; (3)将串扰减至小或加以消除; (4)具有阻燃性; (5)具有独立性和灵活性,适用于结构化综合布线。 二、规格型号 eia/tia为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。计算机网络综合布线使用第三、四、五类。这五种型号如下： 1、类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。 2、第二类：传输频率为1mhz，用于语音传输和高传输速率4mbps的数据传输，常见于使用4mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。 3、第三类:指目前在ansi和eia/tia568标准中指定的电缆。该电缆的传输频率为16mhz,用于语音传输及高传输速率为10mbps的数据传输，主要用于10base-t。 4、第四类:该类电缆的传输频率为20mhz,用于语音传输和高传输速率16mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-t/100base-t。 5、第五类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100mhz,用于语音传输和高传输速率为100mbps的数据传输，主要用于100base-t和10base-t网络，这是常用的以太网电缆。 双绞线分为屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线两大类。在这两大类中又分100欧姆电缆、双体电缆、大对数电缆、150欧姆屏蔽电缆。具体型号有多种,如图1所示。图中awg表示美国线缆规格。 三、性能指标 对于双绞线,用户关心的是表征其性能的几个指标。这些指标包括衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等。 (1)衰减 衰减(attenuation)是沿链路的信号损失度量。衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加,信号衰减也随之增加。衰减用";db";作单位,表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。由于衰减随频率而变化,因此,应测量在应用范围内的全部频率上的衰减。 (2)近端串扰 串扰分近端串扰和远端串扰(fext),测试仪主要是测量next,由于存在线路损耗,因此fext的量值的影响较小。近端串扰(next)损耗是测量一条utp链路中从一对线到另一对线的信号耦合。对于utp链路,next是一个关键的性能指标,也是难精确测量的一个指标。随着信号频率的增加,其测量难度将加大。 next并不表示在近端点所产生的串扰值,它只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度不同而变,电缆越长,其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减,对其它线对的串扰也相对变小。实验证明,只有在40米内测量得到的next是较真实的。如果另一端是远于40米的信息插座,那么它会产生一定程度的串扰,但测试仪可能无法测量到这个串扰值。因此,好在两个端点都进行next测量。现在的测试仪都配有相应设备,使得在链路一端就能测量出两端的next值。next测试的结果参照表1和表2。 表1 各种连接为大长度时各种频率下的衰减极限 频率(mhz) 大率减20oc 信道(100米) 链路(90米) 　 3类 4类 5类 3类 4类 5类 1 4.2 2.6 2.5 3.2 2.2 2.1 4 7.3 4.8 4.5 6.1 4.3 4.0 8 10.2 6.7 6.3 8.8 6 5.7 10 11.5 7.5 7.0 10 6.8 6.3 16 14.9 9.9 9.2 13.2 8.8 8.2 20 　 11 10.3 　 9.9 9.2 25 　 　 11.4 　 　 10.3 31.25 　 　 12.8 　 　 11.5 62.5 　 　 18.5 　 　 16.7 100 　 　 24 　 　 21.6 表2 特定频率下的next衰减极限 频率(mhz) 小next 信道(100米) 链路(90米) 　 3类 4类 5类 3类 4类 5类 1 39.1 53.3 60.0 40.1 54.7 60.0 4 29.3 43.3 50.6 30.7 45.1 51.8 8 24.3 38.2 45.6 25.9 40.2 47.1 10 22.7 36.6 44.0 24.3 38.6 45.5 16 19.3 33.1 40.6 21 35.3 42.3 20 　 31.4 39.0 　 33.7 40.7 25 　 　 37.4 　 　 39.1 31.25 　 　 35.7 　 　 37.6 62.5 　 　 30.6 　 　 32.7 100 　 　 27.1 　 　 29.3 以上两个指标是tsb67测试的主要内容,但某些型号的测试仪还可以给出直流电阻、特性阻抗、衰减串扰比等指标。 (3)直流电阻 tsb67无此参数。直流环路电阻会消耗一部分信号,并将其转变成热量。它是指一对导线电阻的和,11801规格的双绞线的直流电阻不得大于19.2欧姆。每对间的差异不能太大(小于 0.1欧姆),否则表示接触不良,必须检查连接点。 (4)特性阻抗 与环路直流电阻不同,特性阻抗包括电阻及频率为1～100mhz的电感阻抗及电容阻抗,它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗,而双绞线电缆则有100欧姆 、120欧姆及150欧姆几种。 (5)衰减串扰比(acr) 在某些频率范围,串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。acr有时也以信噪比(snr :signal-noice ratio)表示,它由差的衰减量与next量值的差值计算。acr值较大,表示抗干扰的能力更强。一般系统要求至少大于10分贝。 (6)电缆特性 通信信道的品质是由它的电缆特性描述的。snr是在考虑到干扰信号的情况下,对数据信号强度的一个度量。如果snr过低,将导致数据信号在被接收时,不能分辨数据信号和噪音信号,终引起数据错误。因此,为了将数据错误限制在一定范围内,必须定义一个小的可接收的snr。 四、测试数据 100欧姆4对非屏蔽双绞线有3类线、4类线、5类线和超5类线之分。主要的性能指标为衰减、分布电容、直流电阻、直流电阻偏差值、阻抗特性、返回损耗、近端串扰。标准测试数据如表1所示。 表3 双绞线的标准测试数据 (a) 类型 率减(单位db) 分布电容 (以1khz计量) 直流电阻 20oc测量校正值 直流电阻偏差值 20o时测量校正值 3类 <2.320sqrt(f) + 0.238(f) <330pf/100米 <9.38欧姆/100米 5% 4类 <2.050sqrt(f) + 0.1(f) <330pf/100米 同上 5% 5类 <1.9267sqrt(f) + 0.075(f) <330pf/100米 同上 5% (b) 类型 阻抗特性 1mhz至高的参考频率值 返回损耗 测量长度>100米 近端串扰 测量长度>100米 3类 100欧姆 + 15% 12db 43db 4类 同上 12db 58db 5类 同上 23db 64db 五、常用的双绞线电缆 综合布线中常用的双绞线电缆有以下几种: 1、5类4对非屏蔽双绞线 它是美国线缆规格为24的实芯裸铜导体,以化做绝缘材料,传输频率达100mhz。导线组成如表4所示,物理结构如图2所示。 表4 导线色彩编码 线对 色彩码 1 白/蓝//蓝 2 白/橙//橙 3 白/绿//绿 4 白/棕//棕 图2 5类4对非屏蔽双绞线 电气特性如表5所示。其中,";9.38 欧姆max. per100m @ 20℃";是指在20℃的恒定温度下,每100米的双绞线的电阻为9.38 欧姆(下表中类同)。 表5 5类4对非屏蔽双绞线电气特性 频率需求(hz) 阻抗 衰减值 (dh/100)max next(db) (差对) 直流阻抗 256k - 1.1 - 9.38欧姆 max.per 100m @ 20oc 512k - 1.5 - 772k - 1.8 66 1m 85~115 欧姆 2.1 64 4m 4.3 55 10m 6.6 49 16m 8.2 46 20m 9.2 44 31.25m 11.8 42 62.50m 17.1 37 100m 22.0 34 2、5类4对24awg100欧姆屏蔽电缆 它是美国线规为24的裸铜导体,以化做绝缘材料,内有一24awg tpg漏电线。传输频率达100mhz,导线组成如表6所示,物理结构如图3所示,电气特性如表7所示。表6中屏蔽项";0.002[0.051]铝/聚酯带小交叠@20℃及一根24awg tpc漏电线";的含义是: ?屏蔽层厚度为0.002厘米或0.051英寸。 ?@20℃代表在20℃恒定温度下。 表6 导线色彩编码 线对 色彩码 屏蔽 1 白/蓝//蓝 0.002[0.051] 铝/聚脂带小 交叠@20o及一根 24awg tpc 漏电线。 2 白/橙//橙 3 白/绿//绿 4 白/棕//棕 图3 5类4对24awg100欧姆屏蔽电缆 表7 5类4对24awg100欧姆屏蔽电缆电气特性 频率需求(hz) 阻抗 衰减值 (dh/100)max next(db) (差对) 直流阻抗 256k - 1.1 - 9.38欧姆 max.per 100m @ 20oc 512k - 1.5 - 772k - 1.8 66 1m 85~115 欧姆 2.1 64 4m 4.3 55 10m 6.6 49 16m 8.2 46 20m 9.2 44 31.25m 11.8 42 62.50m 17.1 37 100m 22.0 34 3、5类4对26awg屏蔽软线 它由4对线和一根26awg tpc漏电线组成,传输频率达100mhz。导线组成如表8所示,物理结构如图4所示,电气特性如表9所示。 表8 导线色彩编码 线对 色彩码 屏蔽 1 白/蓝//蓝 0.002[0.051] 铝/聚脂带箔内 有一段26awg tpc 漏电线。 2 白/橙//橙 3 白/绿//绿 4 白/棕//棕 图3 5类4对24awg非屏蔽电线电气特性 4. 5类4对24awg非屏蔽软线 它由4对线组成,用于高速数据传输,适合于扩展传输距离,应用于互连或跳接线。传输速率达100mhz。导线组成如表9所示,它的物理结构如图5所示, 电气特性如表10所示。 表9 导线色彩编码 线对 色彩码 1 白/蓝//蓝 2 白/橙//橙 3 白/绿//绿 4 白/棕//棕 图5 5类4对24wag100非屏蔽软线 表10 5类424wag100对非屏蔽软线电气特性 频率需求(hz) 阻抗 衰减值 (dh/100)max next(db) (差对) 直流阻抗 256k - - - 8.8 欧姆 max.per 100m @ 20oc 512k - - - 772k - 2.0 66 1m 85~115 欧姆 2.3 64 4m 5.3 55 10m 8.2 49 16m 10.5 46 20m 11.8 44 31.25m 15.4 42 62.50m 22.3 37 100m 28.9 34 六、超5类布线系统 超5类布线系统是一个非屏蔽双绞线(utp)布线系统,通过对它的";链接";和";信道";性能的测试表明,它超过tia/eia568的5类线要求。与普通的5类utp比较,其衰减更小,串扰更少,同时具有更高的衰减与串扰的比值(acr)和信噪比(srl)、更小的时延误差,性能得到了提高。它具有四大优点: (1)提供了坚实的网络基础,可以方便转移、更新网络技术。 (2)能够满足大多数应用的要求,并且满足低偏差和低串扰总和的要求。 (3)被认为是为将来网络应用提供的解决方案。 (4)充足的性能余量,给安装和测试带来方便。 与5类线缆相比,超5类在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比四个主要指标上都有较大的改进。 近端串扰(next)是评估性能的重要的标准。一个高速的lan在传送和接收数据时是同步的。next是当传送与接收同时进行时所产生的干扰信号。next的单位是db,它表示传送信号与串扰信号之间的比值。 在普通应用中,衡量next的标准方法是用一对线进行传送,另一对线用于接收,如10baset和tokenring,甚至100baset 和155mbps atm。但是,有时候也可以使用另外两对线,并接到另一工作站,这样可以加快lan的速度,如622mbps atm和1000base-t,不只用一对(可能用全部的4对线)来传送和接收。在一根线缆中使用多对线进行传送会增加这根线缆的串扰。现在的四对5类双绞线没有考虑这种情况。 串扰总和( power sum next)是从多个传输端产生next的和。如果一个布线系统能够满足5类线在power sum下的next要求,那么就能处理从应用共享到高速lan应用的任何问题。超5类布线系统的next只有5类线要求的1/8。 信噪比(structural return loss)是衡量线缆阻抗一致性的标准,阻抗的变化引起反射。一部分信号的能量被反射到发送端,形成噪声。srl是测量能量变化的标准,由于线缆结构变化而导致阻抗变化,使得信号的能量发生变化。反射的能量越少,意味着传输信号越完整,在线缆上的噪声越小。 比起普通5类双绞线,超5类系统在100mhz的频率下运行时,为用户提供8db近端串扰的余量,用户的设备受到的干扰只有普通5类线系统的1/4,使系统具有更强的独立性和可靠性。