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屏蔽布线 支持万兆级以上带宽网络传输需求

发布时间:2014-11-18 18:21:00 来源:论坛 作者:千家综合布线网
关键字:布线 万兆 综合布线

  面对用户对于网络安全的日益重视,屏蔽系统发展到今天,已经被越来越多的用户所接受和采用,并日益彰显其活力。屏蔽布线系统主要出现的场合:一是对安全和电磁干扰考虑比较多的场合,另一个是对传输速率有更高要求的场合,例如万兆。铜缆在传输速率更高的时候会存在线间干扰的问题,因此屏蔽的作用更加重要。现在我国市场上除了进口的屏蔽布线产品之外,有越来越多的国内厂商也能提供自主产权的屏蔽布线产品。

  今年,屏蔽布线系统在设计及施工方面也有了更多标准的支持。中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会综合布线工作组发布的《屏蔽布线系统设计与施工技术白皮书》,是对标准条款的细化,使施工人员在做工程的时候能有更多的资料可做参考。本期“主流谈应用”栏目的讨论主题就是屏蔽布线系统的应用。我们邀请到美国西蒙市场部经理许向红和康宁通信(大中国区)企业网技术部马继涛先生,请他们就屏蔽布线产品的特性、优势、应用现状及趋势等来做一分享。

  标准中对屏蔽系统的描述

  屏蔽布线系统源于欧洲,它是在普通非屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层,利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能。屏蔽系统综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用,因而具有非常好的电磁兼容(EMC)特性。为了对屏蔽布线系统进行更准确更权威的解释,我们查找了相关的规范和标准。

  屏蔽(ScTP)布线系统

  2001年公布的TIA/EIA-568-B标准增加了对屏蔽(ScTP)布线系统的支持,特别是TIA/EIA-568-B.2中新增的附录K用了12页的篇幅来描述屏蔽(ScTP)布线系统的要求,并详细说明了线缆和连接硬件转换阻抗的测量及计算方法。

  “当屏蔽结构被采用时,可以改善对信号载体电磁辐射的控制以及对外界电磁干扰源的抗扰能力。”——由此可见,相对UTP系统而言,ScTP系统的优势在于增加了对内对外的双重EMI保护。而目前国内屏蔽用户看重的主要还是对于外界电磁干扰的防护。

  “然而,提供这些好处的屏蔽能力基于多种因素。包括布线系统部件(线缆和连接器)的特性,安装的方法和保护,以及相连有源设备的设计。”——可见,光靠简单的选用屏蔽线缆和接插件,是不能够满足所希望的传输和屏蔽效果的。

  “…它(ScTP布线系统)包括屏蔽水平线缆,屏蔽主干线缆,屏蔽工作区连接硬件,屏蔽电信间连接硬件,屏蔽跳接线。”——屏蔽跳线是整个系统中最容易被忽视的环节,所以说,跳线是应用的基础,需要采用工厂检验的屏蔽跳线把屏蔽链路真正地延伸到“端到端”的网络应用。

  “它(标准)定义了屏蔽匹配性和屏蔽接地要求,能优化电磁兼容(EMC)性能。”——匹配性是指模块化插头插座的性能匹配,关系到产品间的兼容性,而接地则是屏蔽布线系统的重要必备步骤。

  转换阻抗(Transfer Impedance)

  另外,针对转换阻抗(Transfer Impedance),标准中的叙述有:

  “衡量屏蔽性能的参数,由被屏蔽层包围的导体上的电压与屏蔽层外表面电流之比来表示。”

  “转换阻抗直接影响屏蔽线缆和屏蔽连接硬件的屏蔽功效(受电磁场影响的屏蔽质量)。”

  “符合转换阻抗标准的线缆和连接硬件并不足以保证链路和信道的正确转换阻抗。线缆屏蔽层必须完全按照制造商操作手册端接到连接硬件的屏蔽层上。不同厂商的相关屏蔽层结构设计是相对独立的。”

  接地系统设计

  屏蔽系统要求必须正确有效地接地。如果接地不良,屏蔽系统将有可能会比非屏蔽系统提供更差的性能水平;甚至在最坏的情况下,屏蔽本身可能会成为一个辐射源,生成电流接地环路,或接收周围辐射。这样的屏蔽将形同虚设,毫无意义。所以说接地是屏蔽布线工程中的关键一环。关于屏蔽系统的接地设计,标准中有如下叙述:

  “接地系统是电信布线系统的整体组成部分之一。除了保护个人和设备受电压危害,一个正确的接地系统能减少对于和来自电信布线系统的电磁干扰(EMI)。不恰当的接地系统会引入电压干扰电信线路。”

  “端接ScTP线缆时,接地漏极线必须按照制造商的要求连接至连接硬件。在跳接空间的连接硬件必须连接至ANSI/TIA/EIA-607接地系统。”

  “ScTP线缆的屏蔽层必须在电信间用导线连接至电信接地总线。工作区的接地通过设备电源连接。工作区的屏蔽连接一般由ScTP跳线完成。在水平布线的工作区端,在屏蔽层和为设备供电的电插座接地线之间测得的电压不能超过1.0Vrms。在使用这条线路前,任何造成高电压的因素都要被排除。”

  一般和其他系统联合接地时,接地电阻不得超过1Ω。如果单独接地,接地电阻不得超过4Ω。

  美国国家电气规范NEC条款250和EIA/TIA 607还指出,实心铜制接地母线孤立绝缘地安装在入口设施处和设备间,每个电信间也如此。每根母线按照国家电气制造协会NEMA标准钻孔,经常用以附接压缩闩装置、电信设备、机架、机柜和电压保护器等。所有房间的母线由主干绝缘实心铜线连接。这个主干连接电信入口处的主接地总线,连至电气入口处的大地接地,连至每层楼的钢筋结构。接地导体布线必须用绿/黄色或正确标注。

  如今大部分新大楼的建筑部门已经在弱电间或电信间、设备间、入口设施之间提供了低压接地总线。安装布线系统的安装商,应该在每个TR使用1根接地线连接机架/柜至上述低压接地总线,这些接地线可以是AWG 6或更粗绝缘铜线,颜色是绿/黄。

  如果是没有接地系统的旧楼,安装商必须和建筑部门协调,按照607或地方法规自行安装主干接地系统。不可以连接至水管。

  对于UTP或ScTP,上述步骤和要求是一致的。对于ScTP布线系统,安装商需要在TR另外使用绝缘接地线连接ScTP配线架接地片和机架/柜的接地片。

  屏蔽双绞线的分类

  屏蔽双绞线按性能分类:FA级/7类,EA级/6A类,E级/6类,D级/5E类。

  屏蔽双绞线按结构分类:

  balanced element 平衡元素

  element screen 每个单元线对的屏蔽层

  overall screen 总体的屏蔽层

  U = unscreened 非屏蔽

  F = foil screened 铝箔屏蔽

  F = foil screened 铝箔屏蔽

  S = braid screen 编织网屏蔽

  SF = braid and foil screen 编织网和铝箔双层屏蔽

  屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的不同特点

  屏蔽与非屏蔽布线系统孰优孰劣,一直是综合布线领域的热点话题。由于消费历史的不同,在10G应用出现之前,欧洲用户更多使用屏蔽布线系统,而北美用户更多使用非屏蔽布线系统。随着10G应用的出现,情况出现了很大的变化。根据 BSRIA 发布的新闻稿,在所有的被访问者中,计划在数据中心采用6类,6A类,7类的比例彼此之间相差不多;但在选择10G铜缆链路的用户中,有75%的都计划采用屏蔽的布线解决方案。下面让我们来分析一下屏蔽和非屏蔽双绞线的一些特点。

  1、 技术差别

  抵抗电磁干扰的手段:

  非屏蔽布线系统——采用双绞的平衡结构来抵消外界电磁干扰。

  屏蔽布线系统—— 利用屏蔽铝箔对电磁信号反射、吸收以及信号趋肤效应来隔离外界干扰。

  由于不可能生产完全理想结构的UTP双绞线,并且UTP线缆的双绞结构在施工过程中经过拖拉拽放后,必然会发生微小的变化,这种变化带来的电磁干扰影响随着传输数率增加而越来越敏感。

  虽然FTP屏蔽双绞线铝箔内的线对也是精密的双绞结构,但它们已经不承担抵抗干扰的主要作用,接地的铝箔对电磁信号具有非常优异的反射、吸收、隔离的性能,它使传输数据的双绞导线与外界的电磁环境完全隔离。

  2、 性能特点

  一般可以采用耦合衰减来衡量线缆抵抗干扰的能力。屏蔽系统一般比非屏蔽系统至少高20dB左右。

  获得SNR(信噪比)的余量是依赖于线缆的平衡性以及屏蔽层的共模和差模抗干扰能力。网络应用需要大于零的SNR余量来保证正确的信号传输和最小的误码率。随着10GBASE-T的出现,由良好的线缆平衡性来保证的噪音隔离已经几乎不足以支持传输对象。而屏蔽系统与生俱来的抗外来串扰和噪音能力被证明能够将香农容量(Shannon capacity)加倍,引起了系统和应用开发者的重视。实际上,现在的屏蔽系统综合了2代局域网布线的优点:其与非屏蔽一样的双绞结构带来的平衡性保证抵抗低频的干扰,在30MHz以上线缆的平衡性开始显著下降的情况下,其屏蔽结构足以抵御高频的干扰。


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