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5類和6類數(shù)字通信電纜的傳輸性能分析
（作者未知） 2009/7/30
1 引言
隨著寬帶通信接入網(wǎng)建設(shè)的興起，5類和6類數(shù)字通信電纜作為信息高速公路最后100m的理想傳輸媒介而得到廣泛的應(yīng)用。5類電纜近年來廣泛應(yīng)用于智能大樓中作為綜合布線，傳輸數(shù)字信息，如高速以太網(wǎng)（100BASE-T）、光纖分布數(shù)字接口（FD-DI）和IBM令牌環(huán)中，其傳輸速率在100m時(shí)達(dá)100Mb/s,6類電纜作為新一代布線，比5類纜性能更優(yōu)越，應(yīng)用于千兆比以太網(wǎng)中（1000BASE-T4），四對線全雙工，每對線的傳輸速率可達(dá)200～400Mb/s。對稱電纜的類別是按照電纜發(fā)展順序和使用頻率來劃分的。
水平布線用5類和6類電纜由四對對絞的絕緣導(dǎo)線包封在同一護(hù)套內(nèi)組成的。線中導(dǎo)體為經(jīng)過韌練的實(shí)心軟銅線，也可為多股絞合銅線，但一般為前者。導(dǎo)體的直徑原IEC-61156-2規(guī)定較寬，為0.4～0.8mm,對于6類纜，IEC-51156-5建議值0.5～0.65mm，但最終以電氣性能達(dá)標(biāo)為準(zhǔn)。5類和6類電纜的結(jié)構(gòu)有無屏蔽對絞線對（UTP）、總屏蔽對絞線對（FTP）和線對單獨(dú)屏蔽對絞線對（STP）之分。但不管電纜是怎樣的結(jié)構(gòu)，只要符合分級的電纜標(biāo)準(zhǔn)就可達(dá)標(biāo)。UTP是一種最常用的結(jié)構(gòu)，它對電磁干擾的防衛(wèi)是靠對絞線的平衡特性。FTP是金屬箔屏蔽對絞線對結(jié)構(gòu)，它通過護(hù)套屏蔽層和對絞線的平衡特性共同防衛(wèi)電磁干擾。STP是對絞線對單獨(dú)屏蔽結(jié)構(gòu)，它是靠對絞線對的單獨(dú)屏蔽及對絞線對的平衡特性防衛(wèi)電磁干擾。
為了確保數(shù)字綜合布線網(wǎng)的質(zhì)量，各國和國際標(biāo)化準(zhǔn)組織制定了一系列的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。主要的國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)有下列諸種：1）EIA/TIA TSB-36是EIA/TIA-586商用建筑電信布線標(biāo)準(zhǔn)的重要補(bǔ)充；2）ISO/IEC-11801：《信息-建筑物綜合布線系統(tǒng)》；3）IEC61156 1-4：《數(shù)字通信用多芯對/星絞對稱電纜》；4）IEC-46C/436，437/CDV文件；5）YD/T1019-1999：《數(shù)字通信用實(shí)心聚烯烴絕緣水平對絞電纜》。
本文根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算電纜的傳輸性能。但應(yīng)該看到，所有標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的參數(shù)均是由正弦波激勵所得，但由于LAN（局域網(wǎng)）電纜數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)氖欠讲�，含有很多正弦諧波分量，有一定的頻帶，所以不能簡單地由一個單一頻率的參數(shù)計(jì)算一定傳輸速率下的誤碼率。本文提出在帶寬帶內(nèi)平均信噪比（S/N）AV的概念，定量計(jì)算出電纜串音和衰減對傳輸速率和誤碼率（BER）的影響，并闡述影響5、6類纜使用長度的因素。
2 近端串音和衰減對5、6類纜傳輸誤碼率的影響
在局域網(wǎng)數(shù)字通信中，5、6類纜中一般傳輸4B/5B的非歸零碼（NRZI），并且基帶傳輸，也就是說傳輸100Mb/s數(shù)據(jù)時(shí)，實(shí)際比特率是125Mb/s。信號的功率譜分布如圖1所示，圖中，T為二進(jìn)制符號時(shí)間間隔。如只考慮功率譜主瓣，且假設(shè)系統(tǒng)的傳輸帶寬利用率為1，即每赫茲傳輸1bit,則信號的帶寬Bd=1/T,傳輸速率r=1/T。
若數(shù)字信號的發(fā)送功率為PT，而接收功率為PR，則接收機(jī)所接收到的信號功率為：
PR=PT-a(f)L (dB) (1)
而接收機(jī)所接收到的干擾功率PI為:
Pi=Pt+10Lg(10-RSFEXT/10+10-RSFEXT/10)(dB)(2)
式中PSFEXT為電纜內(nèi)除本線對外,其他線對干擾本系統(tǒng)的遠(yuǎn)端串音功率和(dB);PSNEXT為電纜內(nèi)除本線對外,其他線對干擾本系統(tǒng)的近端串音功率和(dB);式(1)右邊含對數(shù)的項(xiàng)為近端和遠(yuǎn)端串音衰減的總功率和(dB)。
接收信號的S/N為：
S/N=PR-P1=-10Lg（10-RSFEXT/10 +10-RSFEXT/10）-α(f)L (dB) (3)
YD/T1019-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，20℃時(shí)5類和6類4對UTP、0.5mm線徑的電纜線對的衰減系數(shù)a(f)和NEXT（f）與頻率f的關(guān)系。
2.1在高速以太網(wǎng)100BASE-TX中BER的計(jì)算
對于高速以太網(wǎng)10BASE-T2或其他應(yīng)用場合，如FDDI，每一個工作區(qū)域放置一根4對5類纜，其中一對用于接收數(shù)據(jù)，一對發(fā)送數(shù)據(jù)，一對用于語音，一對備用（如圖2所示）。在工作站端或集線器（BUB）端，發(fā)送線對較大功率的發(fā)送信號將對接收線對中經(jīng)衰減的接收信號形成干擾，即近端串音。近端串音衰減（NEXT(f)）一般表示為：
NEXT(f)=10Lg(PT/P’T)（dB） (4)
式中PT表示發(fā)送信號功率， 表示串音功率。NEXT（f）越大，干擾越小。在100BASE-TX和FD-DI應(yīng)用中，近端串音為主要噪聲來源，在不考慮遠(yuǎn)端串音的情況下，接收信號的S（未完，下一頁）
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