綜合布線系統(tǒng)信道對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能影響

1、綜合布線系統(tǒng)信道對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能影響簡(jiǎn)介在最近的許多通信雜志和IT行業(yè)展覽會(huì)上，布線系統(tǒng)傳輸性能對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸比特誤碼率的影響成為引人注目的焦點(diǎn)。一般來講，因阻抗不匹配而產(chǎn)生的信道回波損耗是導(dǎo)致高比特誤碼率的主要原因，而且回波損耗對(duì)所有的系統(tǒng)性能都有一定的影響，近端串?dāng)_衰耗的影響則更為嚴(yán)重。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)計(jì)與測(cè)試要求信道必須符合應(yīng)用性能，而這些信道卻可能無法提供充足的富余量來擔(dān)負(fù)許多未來高寬帶網(wǎng)絡(luò)需求應(yīng)用。為了比較及驗(yàn)證6類布線方案比新近頒布的5e類標(biāo)準(zhǔn)能提供更好的傳輸質(zhì)量及更快的網(wǎng)絡(luò)速度，Avaya實(shí)驗(yàn)室最近利用三種高速、高密集信息量傳輸?shù)膽?yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。所選的應(yīng)用系統(tǒng)是270 Mb/s的串

2、行數(shù)字視頻信號(hào)，100BASE-TX視頻流和100BASE-TX數(shù)據(jù)文件傳輸。并把同護(hù)套大對(duì)數(shù)共享線纜接入實(shí)驗(yàn)中，模擬最差條件下的近端串?dāng)_的干擾網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境。 這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求下，使用高性能大富余量的布線系統(tǒng)能夠顯著的提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。另外，通過實(shí)驗(yàn)還證明了使用6類布線系統(tǒng)能夠?yàn)楝F(xiàn)在市場(chǎng)現(xiàn)存的應(yīng)用系統(tǒng)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(shí)間內(nèi)通過或傳輸數(shù)據(jù)的總輝鵬網(wǎng)絡(luò)：量。信道最大傳輸量?jī)H在理想信道條件下方可實(shí)現(xiàn)，而在現(xiàn)實(shí)的環(huán)境下無法達(dá)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(tǒng)或特定的局域網(wǎng)中，信道的

3、設(shè)計(jì)必須考慮要能彌補(bǔ)這些損耗。系統(tǒng)元器件以及周圍環(huán)境等因素給信道的傳輸特性帶來一定的損害，從而影響結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的傳輸性能。一些干擾因素給結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的信道傳輸性能帶來負(fù)面影響，這些干擾因素被記入在1000BASE-T的IEEE 802.3ab千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，現(xiàn)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?dāng)_及遠(yuǎn)端串?dāng)_所有這些潛在的干擾因素都可能導(dǎo)致信道比特誤碼，從而降低結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的信道傳輸量。比特誤碼率是指錯(cuò)誤接收比特與總傳輸比特的比率。在使用高速網(wǎng)絡(luò)帶寬及密集型信息傳輸應(yīng)用中，需要最低的比特誤

4、碼來保證最高傳輸性能。在數(shù)據(jù)應(yīng)用中，較高的比特誤碼率、網(wǎng)絡(luò)性能遲緩會(huì)導(dǎo)致信號(hào)重發(fā)。在視頻應(yīng)用中，較高比特差碼率導(dǎo)致圖像間斷，丟失禎或產(chǎn)生白斑(雪花)。在任何應(yīng)用領(lǐng)域，較高的比特誤碼率都會(huì)導(dǎo)致令人不滿的性能。以下各節(jié)將探討一些對(duì)比特誤碼率及其后傳輸量有影響的因素。輝鵬網(wǎng)絡(luò)：散射：散射是位脈沖在通過信道時(shí)產(chǎn)生的擴(kuò)散。它起因于每一比特與相鄰比特的疊加，從而導(dǎo)致信道終端接收到的傳輸位發(fā)生錯(cuò)誤。散射的影響通常被稱為內(nèi)擾，能夠用可見圖形來反映，以跳動(dòng)來測(cè)量。信道纜線和連接線匹配性是產(chǎn)生散射的主要原因。對(duì)于象270Mb/s串行數(shù)字視頻的數(shù)字傳輸應(yīng)用而言，散射會(huì)增加比特誤碼率及降低信道的性能，造成接收端的圖像

5、分辨率降低。通常會(huì)把自適應(yīng)性均衡電路加入通信硬件系統(tǒng)的電路接口處來補(bǔ)償散射的影響。外界干擾：噪音通過信道附近的外部電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)入信道，這就是外界干擾。ESD或EFT的不定向發(fā)射是外界干擾來源的一種。需要注意的是，即使是設(shè)計(jì)和安裝非常完美的結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)信道，外界電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)化仍然會(huì)對(duì)其起作用，影響比特誤碼率，并導(dǎo)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(duì)系統(tǒng)性能造成不良效果。延遲偏差：延遲偏差是在多對(duì)線纜套內(nèi)不同對(duì)線纜產(chǎn)生的傳輸速率差異，絞合率變化以及線對(duì)的絕緣結(jié)構(gòu)限定了偏差，并以秒為單位。一些應(yīng)用系統(tǒng)需要信號(hào)在復(fù)合雙絞線上傳輸，并且同時(shí)到達(dá)信道末端的接收器。所以把延遲偏差減至

6、最小非常重要。利用雙絞線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)牡湫桶咐窃谧C券交易所內(nèi)把金融信息發(fā)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輝鵬網(wǎng)絡(luò)：帶寬和RGB同步模擬視頻信號(hào)。過度的延遲偏差可能會(huì)導(dǎo)致色素分散，隨著信道長(zhǎng)度增加則會(huì)產(chǎn)生重影。1000BASE-T(千兆位以太網(wǎng))是另一個(gè)需要使用UTP雙絞線進(jìn)行傳輸?shù)陌咐?。綜合布線中的光纖熔接，8路視頻光端機(jī)和4路視頻光端機(jī)好用。延遲偏差在IEEE802.3ab協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中被定義為在2MHz到100MHz頻率之間，所有對(duì)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(hào)幅度通過信道時(shí)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。

7、IEEE 802.3協(xié)議中對(duì)1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jì)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(hào)的傳輸效果來論證。過度衰減導(dǎo)致視頻流中的低頻亮度信號(hào)部分的強(qiáng)度低于高頻色度信號(hào)部分，使得接收的影像灰暗，對(duì)比度過低。阻抗失配/回波損耗：阻抗失配/回波損耗發(fā)生在負(fù)載阻抗與設(shè)備內(nèi)部阻抗不平衡的情況下。對(duì)結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)而言，這類損耗多出現(xiàn)于構(gòu)成信道的組件沒有適當(dāng)匹配的情況下。這樣會(huì)影響能源與負(fù)載間的最大傳輸功率。對(duì)于使用混合功能接口電路的10

8、00BASE-T的系統(tǒng)而言，將阻抗匹配失衡減至最小是非常重要的?；旌瞎δ艹Ｓ脕韺?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的全雙工傳送。輝鵬網(wǎng)絡(luò)：混合電路提供四對(duì)終端，信號(hào)由一個(gè)終端對(duì)進(jìn)入后，從相鄰兩對(duì)分發(fā)出來，但卻不能到達(dá)相對(duì)應(yīng)的終端線對(duì)。設(shè)備電路與信道的阻抗匹配是相當(dāng)重要的，否則產(chǎn)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(xiàn)。將回波補(bǔ)償電路并入1000BASE-T接口電路，目的是有效的抵制混合功能產(chǎn)生的回波影響。1000BASE-T ，IEEE 802.3ab標(biāo)準(zhǔn)指出阻抗失配就象回波損耗一樣用分貝來表示，即每一個(gè)特定頻率段上的相關(guān)阻抗(100歐姆)。回波損耗是由于阻抗不匹配而產(chǎn)生的應(yīng)用信號(hào)反射，是一個(gè)分?jǐn)?shù)數(shù)值的

9、比率。IEEE 802.3ab 標(biāo)準(zhǔn)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 20MHzReturn Loss (f) =15 - 10log(f/20) (dB)f= 20MHz to 100MHz第二個(gè)公式允許在回波損耗適合值里有一個(gè)較寬的容限。例如，這個(gè)容限范就是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的100 MHz頻率下8dB的回波損耗。這個(gè)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(yīng)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。

10、 近端串?dāng)_及遠(yuǎn)端串?dāng)_：從一對(duì)或多對(duì)線纜到其他相鄰線對(duì)上的信號(hào)耦合被稱做串?dāng)_。近端串?dāng)_損耗被定義為：耦合信號(hào)與原來的傳輸信號(hào)從同一信道端被測(cè)量情況下，傳輸信號(hào)大小與耦合信號(hào)大小的比率。遠(yuǎn)端串?dāng)_損耗被定輝鵬網(wǎng)絡(luò)：義為：耦合信號(hào)在原來傳輸信號(hào)相對(duì)另一端進(jìn)行測(cè)量的情況下，傳輸信號(hào)大小與耦合信號(hào)大小的比率。近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_損耗同樣是用分貝(dB)來表示的。對(duì)于1000BASE-T等多線對(duì)傳輸系統(tǒng)來講，把近端串?dāng)_最小化是非常關(guān)鍵的。每個(gè)1000BASE-T全雙工信道接收器從與四對(duì)信道相連接的三個(gè)相鄰傳送器感受近端串?dāng)_。因此，在1000BASE-T傳送系統(tǒng)中，引入近端串?dāng)_補(bǔ)償以減少近端串?dāng)_的干擾。同樣的方

11、式，把遠(yuǎn)端串?dāng)_補(bǔ)償引入1000BASE-T傳送系統(tǒng)也可以降低遠(yuǎn)端串?dāng)_的干擾。但是，如果遠(yuǎn)端串?dāng)_與近端串?dāng)_作的影響比較起來，就明顯小的很，以至于可以忽略不計(jì)。另外，近端串?dāng)_干擾產(chǎn)生于相鄰的的線纜之間，這些線纜不在同一護(hù)套內(nèi)。近端串?dāng)_一般指來自于外在的近端串?dāng)_干擾，當(dāng)線纜被緊緊束在一起的時(shí)產(chǎn)生。外在的近端串?dāng)_一般被視為外部干擾?？偠灾?，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)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?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_還是外部噪音產(chǎn)生的串?dāng)_，對(duì)比特誤碼率都有非常重要的影響，隨之也殃及到結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)信道的傳輸性能。串?dāng)_就象其他影響結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)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

12、的應(yīng)用。演示Avaya實(shí)驗(yàn)室做出的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)三個(gè)不同的高帶寬大型密集型應(yīng)用而言，近端串?dāng)_(NEXT)是主要影響傳輸性能的損害因素。實(shí)驗(yàn)是以二個(gè)四連接器信道來評(píng)估的，其中一條信道用市場(chǎng)上通用的輝鵬網(wǎng)絡(luò)：CAT5e超五類相關(guān)產(chǎn)品，另一信道使用市場(chǎng)上通用的SYSTIMAX GigaSPEED?六類布線系統(tǒng)。1. 100BASE-TX局域網(wǎng)大型數(shù)據(jù)文件傳輸：比特誤碼率性能影響著局域網(wǎng)上傳輸大型文件所需的時(shí)間，甚至影響工作效率。演示a) 100BASE-TX 局域網(wǎng)大型數(shù)據(jù)文件傳輸b) 100BASE-TX局域網(wǎng)視頻信號(hào)傳輸流c) 串行數(shù)字視頻信號(hào)(SDV)利用諾頓克隆精靈多點(diǎn)傳送服務(wù)器軟件，把一個(gè)2

13、48 MB的視像文件從服務(wù)器傳輸?shù)娇蛻舳?。在傳輸過程中監(jiān)測(cè)傳輸速 和所用時(shí)間。利用惠普公司8112A脈沖發(fā)生器，在4對(duì)信道內(nèi)相鄰對(duì)信道近端處引入干擾信號(hào)脈沖。使用5e類線纜信道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)連接客戶端PC的局域網(wǎng)使用一般廠家CAT5e類信道時(shí)，文件傳輸需要129秒，平均每分鐘傳輸速率為115 MB。使用GigaSPEED 六類線纜信道的實(shí)驗(yàn)結(jié)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?dāng)_干擾條件下，同樣的信息數(shù)量，用GigaSPEED 6類信道傳輸?shù)臅r(shí)間是用5e類信道傳輸?shù)臅r(shí)間的80%。2. 100BASE-TX局域網(wǎng)視頻信號(hào)流：在局域

14、網(wǎng)上傳輸多媒體內(nèi)容需要有足夠的傳輸能力。對(duì)于用戶的輝鵬網(wǎng)絡(luò)：實(shí)時(shí)瀏覽而言，從多媒體服務(wù)器到終端用戶傳輸大量數(shù)據(jù)的能力以及糾錯(cuò)能力都非常關(guān)鍵。既可以對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)的視頻和音頻質(zhì)量做出主觀評(píng)估，也可以測(cè)定比特誤碼的數(shù)量。一個(gè)56MB、40秒的視頻文件，在服務(wù)器與客戶機(jī)間通過一對(duì)帶有4個(gè)連接器的結(jié)構(gòu)化布線信道以15禎/秒的速度進(jìn)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(jì)算機(jī)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(shè)備以多點(diǎn)播送模式進(jìn)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(fā)生器，在4對(duì)信道內(nèi)某一相鄰對(duì)信道近端處

15、引入干擾脈沖。引入脈沖的大小、周期、上升/下降時(shí)間都不相同，從而模擬最差的近端串?dāng)_環(huán)境。纜線未用端使用100歐姆節(jié)線器來終止。使用統(tǒng)計(jì)軟件來測(cè)量發(fā)送與丟失的數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)的利用率以及CRC位誤碼。使用其他廠家CAT5e類纜線信道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在CAT5e類纜線信道里，CRC比特誤碼導(dǎo)致視頻圖象變形，例如圖象出現(xiàn)凝滯。每個(gè)錯(cuò)誤都會(huì)使數(shù)據(jù)包無效，導(dǎo)致圖象禎的丟失，造成接收畫面抖動(dòng)。使用GigaSPEED 6類線纜信道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在相同的近端串?dāng)_環(huán)境下，使用GigaSPEED線纜不會(huì)產(chǎn)生比特誤碼，因此接收的視頻圖象質(zhì)量相當(dāng)好。3. 串行數(shù)字視頻(SDV)：SDV傳輸是基于SMPTE 259M標(biāo)準(zhǔn)的。這個(gè)

16、標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于動(dòng)輝鵬網(wǎng)絡(luò)：畫制作領(lǐng)域，將電影數(shù)字化并以270Mb/s的速度非壓縮傳輸。這種系統(tǒng)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(zhì)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(shí)況廣播。纜線長(zhǎng)度一般小于或等于100米。SDV來自模擬基帶視頻與音頻信號(hào)，要求4.2MHz和20KHz獨(dú)立的、數(shù)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(hào)中的亮度與色差元素是分離的。嵌入式數(shù)字音頻要求3MHz帶寬。一般跳動(dòng)為0.2UI(單位

17、間隔)，約為0.5ns。SMPTE 259M標(biāo)準(zhǔn)允許大于18分貝的回波損耗。合成的SDV基帶信號(hào)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(shí)現(xiàn)比特誤碼數(shù)量和跳動(dòng)的測(cè)量，也可主觀評(píng)估接收信號(hào)的視頻和音頻質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)由Sony和Tektronix公司制造的音頻和視頻設(shè)備組成，用于主觀評(píng)估和獨(dú)立的數(shù)量測(cè)量。它包含傳輸/接收SDV到UTP適配器，SDV信號(hào)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(duì)UTP線纜。兩個(gè)SDV信號(hào)在相對(duì)的方位上傳輸，即4對(duì)線纜中的2和3線

18、對(duì)，目的是為了在信道的每端都產(chǎn)生串?dāng)_。標(biāo)準(zhǔn)適配器完成自適應(yīng)均衡，根據(jù)形變狀態(tài)和數(shù)量，在信道線纜長(zhǎng)度范圍內(nèi)，提供自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆?wù)。標(biāo)準(zhǔn)適配器被設(shè)計(jì)成連接插線/插頭裝置的15個(gè)插腳的連接器。多插腳連接器的作用與目前線纜測(cè)試裝置的作用類似。它可以把任何信道所測(cè)定的連輝鵬網(wǎng)絡(luò)：接器串?dāng)_最小化。信道內(nèi)不用的線纜用適配器終結(jié)，并把每個(gè)適配器設(shè)為“Y” 形式。一對(duì)四個(gè)連接器的結(jié)構(gòu)化布線信道是用市場(chǎng)上其他廠家通用的CAT5e類和SYSTIMAX GigaSPEED 6類相關(guān)組件構(gòu)成的。Tektronix TSG601 SDV信號(hào)發(fā)生器把16個(gè)可選之中的一個(gè)SDV測(cè)試樣本以270 Mb/s的速率，以嵌入式AES/

19、EBU數(shù)字音頻、CRC數(shù)據(jù)的方式傳送到Tektronix WFM601M SDV波形監(jiān)測(cè)器。監(jiān)測(cè)器履行實(shí)時(shí)數(shù)字錯(cuò)誤偵察，并根據(jù)SMPTE標(biāo)準(zhǔn)RP-165匯報(bào)CRC誤差。當(dāng)檢測(cè)到以前和現(xiàn)在視頻幀之間的CRC位值有所不同時(shí)便立即報(bào)告錯(cuò)誤。跳動(dòng)可以被精確測(cè)定并顯示為一個(gè)眼狀圖形。疊加所有可能到達(dá)信道接收端的傳輸脈沖序列，就構(gòu)成了這個(gè)圖形。效果圖象一個(gè)眼的形狀。這個(gè)眼狀圖形是評(píng)估象SDV這樣的基帶信號(hào)性能的方法。在信道中，當(dāng)噪音、干擾、或跳動(dòng)增加時(shí)，眼睛的睜開的程度就會(huì)減小，睜開的高度表明在噪音環(huán)境下裕量存在的程度。Tektronix WFM601M SDV 波形監(jiān)測(cè)器也可提供一個(gè)被動(dòng)的閉合回路，允許

20、在高分辨率NTSC Sony 20”顯示器上顯示接收的視頻信 號(hào)。Sony DVW-510 Digital Betacam ? Player以嵌入式AES/EBU數(shù)字音頻方式，通過一個(gè)3.5分鐘Digital Betacam格式化磁帶，把數(shù)字視頻傳輸?shù)礁叻直媛蔛DV Sony 20”顯示器。顯示器被特別裝備以視頻和音頻串行數(shù)字接口，以便于對(duì)兩者進(jìn)行自動(dòng)評(píng)估。使用其他廠家CAT5e類纜線信道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：最初用單一SDV信號(hào)單向傳輸視頻和音頻時(shí)沒有明顯的問題。輝鵬網(wǎng)絡(luò)：然而，當(dāng)在信道中加入第二個(gè)SDV 信號(hào)產(chǎn)生近端串?dāng)_時(shí)，視頻和音頻的質(zhì)量就變的很差。影象出現(xiàn)很多的白斑(雪花)。這個(gè)白斑產(chǎn)生的原因是

21、由于比特誤碼導(dǎo)致的圖片元素即像素?fù)p失的結(jié)果。傳輸?shù)囊纛l部分存在明顯的、令人不滿的靜電干擾。Tektronix WFM601M波形監(jiān)視器顯示紅色警報(bào)以表明CRC比特誤碼發(fā)生。跳動(dòng)被顯示為眼狀圖形，測(cè)定的結(jié)果是962微微秒。當(dāng)來自于Tektronix TSG601 Signal Generator 或 Sony Digital Betacam Player的傳輸信號(hào)被取消，所有可見的和可聽的干擾終止了，跳動(dòng)減少到592微微秒。CRC比特誤碼、白斑或靜電將不再出現(xiàn)。使用GigaSPEED 6類線纜信道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：使用6類GigaSPEED信道進(jìn)行雙向傳輸時(shí)，沒有監(jiān)測(cè)到任何可視和可聽的干擾，也沒有記錄到CRC比特誤碼。跳動(dòng)測(cè)定的結(jié)果是592微微秒，與在5e類信道中只有一個(gè)SDV傳輸信號(hào)時(shí)的跳動(dòng)記錄相同。很明顯，近端串?dāng)_裕量設(shè)