七类缆与光纤的对比

李国昌 编译
(杭州富通集团有限公司 富阳 31)

宽带宽和高速率的需求正在挑战数据在电缆设备内的传输极限。对高速以太网、CDDI、ATM、GBit以太网等更为先进的应用需求，要求使用更好的办法来判定电缆系统能否可靠地传输语音、图像和数据信息。电缆设备供应商说他们正开发新的解决方案平台。由于网络需求升级，新的和即将面临的网络必须用具备越来越高的传输速率能力。

    回首10 Base T的日子里，在编织线或带铁蒺藜的铁丝上就能运行数据。五年以前，你能用相当普通的电缆接通中心系统并用它进行测试，而且工作得非常好。现在，你越来越多地关注互联和电缆，因为你正在逼近铜缆能力的极限。当今，我们需要相当快的速度运行数据，所有的连接器和电缆设备都不得不绝对地完全消失，这恰恰是因为你无法不面对任何细微的变化。我们发现绝大多数在商业中使用的设备无法满足高速率的数据传输。企业不得不彻底改造自身。
    一、布线结构的重要性
    对于网络来说网络布线基础结构是其重要的组成部分，如果网络中没有一个基本的标准部件，系统将丧失正常的功能或最佳效率。更有甚者，标准组织将无法确定布线结构系统的重要性，同时，当需要越来越宽的带宽来应付日益扩张的商业应用需求时，也将受到禁止。尽管当前对数据运行缓慢更多地归罪于硬件或软件，但所有网络问题的70％是与布线系统有关的。
    从商业意义上来说，绝对不希望连续不断地将网络升级到最新的网络技术，正如我们曾经亲眼目睹的那样，电缆线路仅有五年多的预期寿命。我们考虑一下最近的发展趋势，1985年用大同轴与小同轴技术支撑的10-Mbps以太网现在仍在运行。后来我们于1987年开始使用非屏蔽双绞线支撑10 Base-T，在90年代的早期才开始被三类缆取代，之后迅速又被四类缆取代。到1995年我们又看到基于五类缆的100Base-TX高速以太网。之所以四类缆使用时间如此短暂，是因为随之而来的五类缆太快了。仅仅在10年的时间里，我们就跨越了五个布线标准。
    五年之后的2000年，在某些敷设了基于五类缆的GBit以太网（1000Base-T）暴露出了缺陷。于是，2001年之初，五类缆就已经被超五类缆所取代。四类缆和五类缆就这样双双走向末路，与此同时，六类缆标准的制定恰好也在进行中。据预测六类缆在一年之内将取代超五类缆，因此也已开始探讨七类缆标准的制定。

    二、七类缆的演变
    七类缆的布线标准尚未确定。很少有人相信七类缆能有生命力，即使有，当其真的现身时，它也不可能是非屏蔽双绞线；目前的提法更倾向于屏蔽铠装或编织屏蔽的双绞线（STP或ScTP）。
    一切关于七类缆的提法均涉及其本身的昂贵和难于安装。电缆本身更笨重和庞大，需要更多的运费和安装费，并且一旦屏蔽没有正确接地其产生的问题将比非屏蔽双绞线曾经发生的问题更为严重。六类缆与七类缆之间在构件上有相当大的物理差异。完全屏蔽结构的七类缆导致其电缆外径比非屏蔽双绞线或编织屏蔽双绞线的电缆外径更大且缺乏柔软性。这些特点就要求在电缆设计时更多地考虑敷设线路和终端空间，以留出更多的空间和允许更大的弯曲半径。另一个潜在的问题是与后面布线标准的兼容性。
    现在我们考虑通常能立刻赋予所有四对线以活力的1000Base-T GBit 以太网。应用于1000Base-T的双向双路传输方案要求四对线的线路两端仅用一根导体同时传输信号。而面对这种应用，ANSI/TIA/EIA标准规定的五类缆是无法达到要求的，这是开发更新的传输线如六类缆和七类缆的最根本原因。七类缆还有另外一个问题，而且是它所面临两种问题中最大的一个，这就是当支持更宽的带宽时非常严重的串音和回波损耗。
    即将出台的七类缆/F级标准将使屏蔽铠装电缆的安装在带宽方面发挥其全部的潜力，包括对绞电缆敷设、通用性和易于使用。七类缆将采用对每对对绞线对和整根缆的分别进行屏蔽的"完全屏蔽"方式。这种型号的电缆在欧洲一些国家已经占据了主导地位。但是，由于与之相配套的连接元件在性能、易于使用性、适应性和尺寸等方面的限制，削弱了七类缆在全球范围的推广。为完全屏蔽电缆专门设计的七类缆接口将解决这些连接性问题。
    六类缆/E级不需要对每对线分别进行屏蔽就能提供最高级别的传输性能。对于绝大多数的商业和惯例应用而言，250MHz的带宽足以胜任布线系统的生命周期，对于一般的布线来讲，生产六类缆/E级是最好的选择。
    七类缆/F级的目标是起码要好于其它任何型号的均衡媒体的所有传输参数。例如：线路传输的正功率和ACR值至少要达到600MHz。
    另外的差异是连接的硬件。即将出台的7类缆要求连接器在600MHz条件下对所有线对间的串音绝缘不小于60dB。这一要求比五类缆在100MHz条件下要高出32dB，比六类缆在250MHz条件下高20dB。
    三、七类缆布线的优点
    · 与超五类（100MHz）及六类缆（250MHz）相比其带宽高达600MHz
    · 可适于敷设在RFI&EMI（射频和电磁干扰）这样恶劣的环境
    · 线对分别屏蔽具有较好的近端串音绝缘，因此允许不同的设备使用同一根电缆
    ·比光纤局域网成本低
    ·更换局域网已有的铜缆时不必更换已有的电器设备
    ·屏蔽保证信号在电缆内安全传输
    四、七类缆布线的缺点
    ·线对分别屏蔽再加上整根缆的屏蔽增加了电缆的自重和尺寸。因此需要更大更坚固的通道和更大的弯曲半径（100mm或4英寸）
    ·线对分别屏蔽和整根缆屏蔽意味着更高的劳动力成本和更长的电缆接续时间

· 600MHz的带宽确实有用，但如果电缆两端都接地的话，会产生对地回路问题     五、光纤解决方案     当考虑到距离、成本、带宽需求和特殊技术需求时，很难在铜缆解决方案和光纤解决方案之间做出选择。     六、哪种方案更为可行     我们知道电话公司现在仍在使用的光纤已经运行了十多年，并且已经顺利地从145MB/s升级到2.5GB/s，而且新的升级也将开始。

    当基于五类缆的GBit以太网解决方案提出以后，提案要求五类缆的每对线对双向传输信号，并采取多级编码方式压缩数据。随着对每对线对双向传输信号的使用，FEXT（远端串音）和回波损耗（在接口处的反射）成为严重的问题。收发器需要以非常高的速率处理数据信号才能使其工作。
    现在的提法似乎变为"让我们在更高带宽的电缆线路上运行并使用更便宜的电器"。选择之一是六类缆。假如这一提法最终获胜，用户将不能在现已安装的电缆线路上运行以太网，除非已安装的线路是光纤！如果他们不得不重新敷设线路，光纤能否成为被选择的媒介呢？在某些人看来，使用光纤将比继续"伸长"非屏蔽铜缆更便宜。
    七、光纤价格的摩尔定律
    还记得摩尔定律吗？它来源于美国英特尔公司的Gordon Moore（戈登·摩尔），它指出计算机能力的成本每18个月将减少一半。那么，同样的价格下跌也有在光纤身上发生的迹象。
    与光纤供应过剩相应的是与光纤制造商有关的几项关键专利走到了尽头，并有迹象表明光纤价格受到严重的侵蚀。从国外进口廉价的光纤极有可能伴随着一些专利的终止。
    光纤布线的发展
    ·公元前2500年的罗马时代，玻璃就被拉成光纤，1790年Claude Chappe（克劳德·查比）在法国发明了"光学电报"
    ·1958年Alec Reeves（艾尔卡·瑞吾滋）在标准电讯实验室开始研究光学通信
    ·接下来是光纤光缆的广泛应用
    八、光纤光缆的优势
    ·长距离传输
    ·不受射频和电磁干扰
    ·固有的传输安全性
    ·降低系统成本
    ·降低维护成本
    ·本身为绝缘材料
    ·易于升级
    ·重量轻
    ·生命周期成本最低
    ·传输容量大
    ·较小的尺寸
    ·可降低整体系统成本
    九、三个潜在的缺点
    ·比铜缆的潜在成本高
    ·端接时要求比铜缆更高的劳动技能
    ·光纤连接器比铜缆连接器使用条件更苛刻
    十、光纤布线的常见问题
    1.可用的光纤类型有哪些？用什么样的参数来描述它们？
    可用的光纤类型一共有三种型号：50/125μm多模光纤；62.5/125μm多模光纤和9/125μm单模光纤。
    参数50μm、62.5μm和9μm指的是用于传导光的内层玻璃芯直径，而参数125指的是外包层的直径。由于每根光纤具有相同的外包层直径，因此它们的机械特性是一样的，但是，光学性能却相差甚远。多模光纤芯径较大，因此允许较大的校准误差并能应用于低成本的LED（发光二极管）技术，但也正是由于芯径较大而限制了带宽。
    另一方面，由于单模光纤芯径小，因此仅能传输一种模式的光而几乎不限制带宽。但是，这需要光纤接续和光纤连接器非常精确的校准，同时需要使用昂贵的激光技术来激励光纤。
    这些因素综合起来使得单模光纤的安装成本要比多模光纤的安装贵四倍之多。
    2.考虑到衰减和带宽，多远的传输距离可以使用光纤？
    当具体定义一根光纤时，两个主要的性能指标之一是光纤（或链路）的衰减，即光在光纤（或系统）中传输时以分贝来度量的光损耗。测量链路的损耗相对简单，只需在特定的光波长下利用光源和光功率仪即可测量。由光纤或链路产生的衰减，连同光纤的带宽，成为光纤链路和数据速率/传输距离的链路容量的特征。
    在过去，光纤的带宽从不成为问题，其带宽容量远远超过当时的电器设备需求。而如今，由于GBit 以太网等新应用的出现使带宽成为重要的因素。在过去的年代里，传输速率低，因此光纤链路传输距离仅用衰减规定，也就是链路损耗。而如今，由于GBit 以太网对带宽的需求更高，我们发现某些多模光纤在使用距离上受带宽的限制要多于损耗。通过与光纤链路的长度比较，数据传输速率与光纤的带宽有关，当然也与收发器技术有关。最简单的方法是用各种光纤型号的不同协议来证明对传输距离的限制。(译自：网络杂志 2002(5) 印度)
   

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