屏蔽布線的必備知識

屏蔽布線的必備知識

1? 屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線的不同特點

　　屏蔽與非屏蔽布線系統(tǒng)孰優(yōu)孰劣，一直是綜合布線領(lǐng)域的熱點話題。由于消費歷史的不同，在10G應(yīng)用出現(xiàn)之前，歐洲用戶更多使用屏蔽布線系統(tǒng)，而北美用戶更多使用非屏蔽布線系統(tǒng)。隨著10G應(yīng)用的出現(xiàn)，情況出現(xiàn)了很大的變化。根據(jù)BSRIA發(fā)布的新聞稿，“在所有的被訪問者中，計劃在數(shù)據(jù)中心采用6類、6A類、7類的比例差不多的，但在選擇10G銅攬鏈路的用戶中，有75%都計劃采用屏蔽的布線解決方案?！毕旅孀屛覀儊矸治鲆幌缕帘魏头瞧帘蔚囊恍┨攸c。

1.1? 技術(shù)差別（如表1所示）
表1

　　由于不可能生產(chǎn)完全理想結(jié)構(gòu)的UTP雙絞線，并且UTP線纜的雙絞結(jié)構(gòu)在施工過程中經(jīng)過拖拉拽放后，必然會發(fā)生微小的變化，這種變化帶來的電磁干擾影響隨著傳輸數(shù)率增加而越來越敏感。

　　雖然FTP屏蔽雙絞線鋁箔內(nèi)的線對也是精密的雙絞結(jié)構(gòu)，但它們已經(jīng)不承擔(dān)抵抗干擾的主要作用，接地的鋁箔對電磁信號具有非常優(yōu)異反射、吸收、隔離的性能，它使傳輸數(shù)據(jù)的雙絞導(dǎo)線與外界的電磁環(huán)境完全隔離。

1.2? 性能特點

　　一般可以采用耦合衰減來衡量線纜抵抗干擾的能力。屏蔽系統(tǒng)一般比非屏蔽系統(tǒng)至少高20dB左右。

　　獲得SNR（信噪比）的余量是依賴于線纜的平衡性以及屏蔽層的共模和差?？垢蓴_能力。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要大于零的SNR余量來保證正確的信號傳輸和最小的誤碼率。隨著10GBASE-T的出現(xiàn)，由良好的線纜平衡性來保證的噪音隔離已經(jīng)幾乎不足以支持傳輸對象。而屏蔽系統(tǒng)與生俱來的抗外來串?dāng)_和噪音能力被證明能夠?qū)⑾戕r(nóng)容量加倍，引起了系統(tǒng)和應(yīng)用開發(fā)者的重視。實際上，現(xiàn)在的屏蔽系統(tǒng)綜合了2代局域網(wǎng)布線的優(yōu)點：其與非屏蔽一樣的雙絞結(jié)構(gòu)帶來的平衡性保證抵抗低頻的干擾，在30MHz以上線纜的平衡性開始顯著下降的情況下，其屏蔽結(jié)構(gòu)足以抵御高頻的干擾。

1.3? 應(yīng)用領(lǐng)域（如表2所示）

表2

　　非屏蔽系統(tǒng)可以在普通的商務(wù)樓宇環(huán)境下穩(wěn)定的工作，但不適合在對信息安全有高度要求，或者有電磁干擾的環(huán)境中。不能滿足特殊行業(yè)的要求：如政府、軍隊等行業(yè)用戶。

　　屏蔽系統(tǒng)在干擾嚴(yán)重的環(huán)境下，不僅可以安全的運行各種高速網(wǎng)絡(luò)，還可以安全地傳輸監(jiān)控信號，以避免干擾帶來的監(jiān)控系統(tǒng)假信息、誤動作等。比如當(dāng)前正在蓬勃發(fā)展的中國電子政務(wù)建設(shè)，它包括內(nèi)網(wǎng)和公網(wǎng)二方面。公網(wǎng)建設(shè)包括法律法規(guī)建設(shè)、政府網(wǎng)上辦公等；內(nèi)網(wǎng)建設(shè)則非常特殊，包括了政府辦公自動化以及各級各地政府機(jī)構(gòu)的信息共享、資源整合等涉及到國家安全的重要信息。屏蔽系統(tǒng)能防止電磁輻射泄露，保證機(jī)密信息的安全傳輸正好適用于內(nèi)網(wǎng)建設(shè)。

1.4? 萬兆網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

　　6類布線系統(tǒng)實現(xiàn)萬兆應(yīng)用的主要因素包括：帶寬頻率范圍延伸到500MHz、必須減少線纜與線纜之間的相互串?dāng)_，即ANEXT。

　　屏蔽系統(tǒng)具有比非屏蔽系統(tǒng)更大的可用帶寬，一般傳輸萬兆以太網(wǎng)的最低要求布線系統(tǒng)至少具有18G的物理層信道傳輸能力，非屏蔽的萬兆布線系統(tǒng)物理層的傳輸能力為18~20GBps,剛剛達(dá)到底限，屏蔽的萬兆布線系統(tǒng)則可以達(dá)到35GBps以上的傳輸能力。

　　非屏蔽的布線系統(tǒng)雖然可以抵御一定的外界干擾，但工程中同一線槽內(nèi)的雙絞線一般均為同廠家產(chǎn)品，這些線纜完全一樣，在傳輸高速網(wǎng)絡(luò)信號時，相鄰的線纜間會產(chǎn)生信號的相互耦合，尤其是相同顏色的線對由于絞距與方向完全一樣，耦合的干擾無法依靠平衡結(jié)構(gòu)抵消。現(xiàn)在主要是依靠增加線纜外徑擴(kuò)大線與線之間的距離、減少綁扎、改變線纜的形狀、限制不同類別的線纜在一個線槽等方法來彌補(bǔ)。但屏蔽布線的屏蔽結(jié)構(gòu)使得它對降低線纜間的相互干擾有先天的優(yōu)勢。屏蔽系統(tǒng)不僅可以屏蔽外界的電磁信號，鋁箔也同時阻斷了線纜本身的電磁泄露，不會發(fā)射干擾信號影響其它線纜的工作。緊密線槽內(nèi)部的各個線纜同時運行萬兆以太網(wǎng)，相互間沒有影響。

1.5? 工程實施

　　非屏蔽布線系統(tǒng)由于在中國的工程項目中應(yīng)用廣泛，在10G應(yīng)用出現(xiàn)以前，其施工工藝也相對簡單。但同時需要特別注意絞距的保持，剝線的長度，彎曲半徑，以及與干擾源的隔離距離。

　　屏蔽布線產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，使系統(tǒng)施工也越來越簡單，屏蔽效果越來越可靠?，F(xiàn)在的屏蔽產(chǎn)品施工，不需要復(fù)雜的屏蔽層接地程序，模塊、配線架端接也簡單方便可靠。同時，由于近年國內(nèi)政府、安全、軍事部門廣泛使用屏蔽布線系統(tǒng)，國內(nèi)的中、大型布線系統(tǒng)集成公司均具有豐富的屏蔽布線施工經(jīng)驗。

　　在10G應(yīng)用出現(xiàn)以后，由于10GBASE-T 應(yīng)用對外來串?dāng)_很敏感。相關(guān)產(chǎn)品需要謹(jǐn)慎設(shè)計以應(yīng)對復(fù)雜的外來串?dāng)_環(huán)境。10G的非屏蔽布線系統(tǒng)實施要求嚴(yán)格地執(zhí)行特殊要求的安裝工藝來幫助減少外來串?dāng)_，而屏蔽線纜結(jié)構(gòu)有效抵御變形，對安裝工藝要求相對較低。

1.6? 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)

　　屏蔽布線標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)非常完善成熟，2001年發(fā)布的TIA/EIA-568-B2的附錄K詳細(xì)的描述了對屏蔽布線系統(tǒng)的要求。并詳細(xì)說明的線纜及連接硬件的阻抗轉(zhuǎn)換的測量與計算方法。ISO11801標(biāo)準(zhǔn)中也同樣描述關(guān)于屏蔽布線系統(tǒng)的具體要求。在現(xiàn)場測試方面，屏蔽布線系統(tǒng)都是等同于相同級別的非屏蔽布線系統(tǒng)。

1.7? 關(guān)于測試

　　屏蔽布線系統(tǒng)的傳輸性能與非屏蔽布線系統(tǒng)一樣依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。但屏蔽性能方面的技術(shù)參數(shù)除屏蔽層的連續(xù)性外，其它如耦合衰減等確實無法現(xiàn)場測試，這必須通過產(chǎn)品本來的質(zhì)量來保障。

　　目前屏蔽布線產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)過10余年的發(fā)展，已經(jīng)非常成熟，甚至市場系統(tǒng)已經(jīng)有了7類屏蔽產(chǎn)品。屏蔽線纜與接觸件產(chǎn)品的設(shè)計可以完全保障系統(tǒng)施工后屏蔽層的連續(xù)與360度的全程屏蔽。屏蔽布線系統(tǒng)按施工要求完好接地后，就可以實現(xiàn)預(yù)期的屏蔽效果。

　　事實上，包括非屏蔽系統(tǒng)，布線產(chǎn)品很多性能都是必須通過產(chǎn)品本身質(zhì)量提供保證而在工程現(xiàn)場是無法驗證的。比如非屏蔽線纜也無法測試雙絞結(jié)構(gòu)的精確度是否均勻來檢驗對電磁干擾信號的相互抵消情況。布線系統(tǒng)的兼容性能、防火性能、抗老化性能、對溫度的敏感性、光纖系統(tǒng)的色散指標(biāo)等等方面的保障，都是需要通過廠家的ISO質(zhì)量保證體系、產(chǎn)品第三方測試等手段來實現(xiàn)。

　　屏蔽系統(tǒng)由于其與生俱來的屏蔽特性擁有得天獨厚的抗外界干擾能力，使得外部ANEXT的串?dāng)_被消除，從而無需進(jìn)行現(xiàn)場ANEXT測試。而對6A UTP系統(tǒng)來說，Alien外部串?dāng)_的現(xiàn)場測試卻是不可缺少的。

2? 屏蔽雙絞線的分類

　　屏蔽雙絞線按性能分類：FA級/7類、EA級/6A類、E級/6類、D級/5E類。

　　屏蔽雙絞線按結(jié)構(gòu)分類：平衡元素、每個單元線對的屏蔽層、總體的屏蔽層、非屏蔽、鋁箔屏蔽、鋁箔屏蔽、編織網(wǎng)屏蔽、編織網(wǎng)和鋁箔雙層屏蔽。

3? 屏蔽布線產(chǎn)品的特點

3.1? 標(biāo)準(zhǔn)中對屏蔽系統(tǒng)的描述

　　2001年公布的TIA/EIA-568-B標(biāo)準(zhǔn)增加了對屏蔽（ScTP）布線系統(tǒng)的支持，特別是TIA/EIA-568-B.2中新增的附錄K用了12頁的篇幅來描述屏蔽（ScTP）布線系統(tǒng)的要求，并詳細(xì)說明了線纜和連接硬件轉(zhuǎn)換阻抗的測量及計算方法。

　　“當(dāng)屏蔽結(jié)構(gòu)被采用時，可以改善對信號載體電磁輻射的控制以及對外界電磁干擾源的抗擾能力?！庇纱丝梢?，相對UTP系統(tǒng)而言，ScTP系統(tǒng)的優(yōu)勢在于增加了對內(nèi)對外的雙重EMI保護(hù)。而目前國內(nèi)屏蔽用戶看重的主要還是對于外界電磁干擾的防護(hù)。

　　“然而，提供這些好處的屏蔽能力基于多種因素。包括布線系統(tǒng)部件（線纜和連接器）的特性，安裝的方法和保護(hù)，以及相連有源設(shè)備的設(shè)計?！笨梢?，光靠簡單的選用屏蔽線纜和接插件，是不能夠滿足所希望的傳輸和屏蔽效果的。

　　“它（ScTP布線系統(tǒng)）包括屏蔽水平線纜，屏蔽主干線纜，屏蔽工作區(qū)連接硬件，屏蔽電信間連接硬件，屏蔽跳接線?！逼帘翁€是整個系統(tǒng)中最容易被忽視的環(huán)節(jié)，所以說，跳線是應(yīng)用的基礎(chǔ)，需要采用工廠檢驗的屏蔽跳線把屏蔽鏈路真正地延伸到“端到端”的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

　　“它（標(biāo)準(zhǔn)）定義了屏蔽匹配性和屏蔽接地要求，使優(yōu)化電磁兼容（EMC）性能。”匹配性是指模塊化插頭插座的性能匹配，關(guān)系到產(chǎn)品間的兼容性，而接地則是屏蔽布線系統(tǒng)的重要必備步驟。

　　轉(zhuǎn)換阻抗：“衡量屏蔽性能的參數(shù)，由被屏蔽層包圍的導(dǎo)體上的電壓與屏蔽層外表面電流之比來表示?！?/P>

　　“轉(zhuǎn)換阻抗直接影響屏蔽線纜和屏蔽連接硬件的屏蔽功效（受電磁場影響的屏蔽質(zhì)量）?！?/P>

　　“符合轉(zhuǎn)換阻抗標(biāo)準(zhǔn)的線纜和連接硬件并不足以保證鏈路和信道的正確轉(zhuǎn)換阻抗。線纜屏蔽層必須完全按照制造商操作手冊端接到連接硬件的屏蔽層上。不同廠商的相關(guān)屏蔽層結(jié)構(gòu)設(shè)計是相對獨立的。”

3.2? 屏蔽布線產(chǎn)品的特點

　　使用屏蔽布線系統(tǒng)，尤其是屏蔽6A系統(tǒng)的優(yōu)勢很多，包括：

　　（1）更好的性能

　　◆相對于UTP只能提供18Gbps的香農(nóng)信道容量而言，F(xiàn)TP可以提供超過23Gbps；
　　◆更好的10G性能余量意味著支持更多未來的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)的全壽命周期費用；
　　◆優(yōu)異的外部串?dāng)_性能，比UTP的串?dāng)_性能好上20dB；
　　◆屏蔽的天然特性使得外部ANEXT的串?dāng)_被消除，從而無需進(jìn)行現(xiàn)場測試，而對6A UTP系統(tǒng)來說，Alien外部串?dāng)_的現(xiàn)場測試卻是不可缺少的。

（2）更好的安全性

　　◆在外界噪聲干擾嚴(yán)重的環(huán)境中，屏蔽系統(tǒng)對噪聲的免疫性可以為高速率信號傳輸提供更好的保證，更能勝任噪音環(huán)境下的無故障運行；
　　◆屏蔽系統(tǒng)可以排除外界輻射，從而提高信號的安全性。

（3）更好的空間利用率和易安裝性

　　◆ 比6A UTP更細(xì)的線纜可以提高管槽的容積利用率；
　　◆ 6A UTP有諸多的嚴(yán)格安裝限制如彎曲半徑，不可過緊的線纜綁扎帶，因為不同速率的信號傳輸將產(chǎn)生ANEXT并干擾到6A UTP性能，所以6A UTP不可與5e類或6類混合在一個線槽或橋架里等，而屏蔽系統(tǒng)無此限制；
　　◆ 新的產(chǎn)品端接設(shè)計使得接地更加簡單，而且步驟清晰明了。

（4）更好的散熱功能，更節(jié)能

　　◆ 屏蔽系統(tǒng)擁有更好的散熱功能。根據(jù)最近來自TIA和ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)委員會的理論和實驗數(shù)據(jù)顯示：在同樣的直流電穿過線對時，UTP非屏蔽系統(tǒng)會比F/UTP屏蔽系統(tǒng)升高兩倍的溫度。原因是因為金屬的屏蔽層的導(dǎo)電性和散熱能力比起護(hù)套材料高很多；

　　◆ 比6A UTP更細(xì)的外徑提高了空氣流通性和制冷效果，更加節(jié)能。

　　基于10G 6A F/UTP的綠色節(jié)能的屏蔽數(shù)據(jù)中心解決方案

　　針對數(shù)據(jù)中心，用戶最關(guān)心的，或者說布線系統(tǒng)最該考慮的可以歸納為以下幾點：外來串?dāng)_最小化、防止線纜外皮變形、優(yōu)化線槽/管道填充率、支持高密度安裝的能力、便于安裝。

（5）屏蔽的誤區(qū)一

　　誤解：屏蔽層是一長段金屬,就象天線一樣。

　　擔(dān)心：屏蔽會從外界吸收信號,并向外界輻射雙絞線對上傳輸?shù)男盘枴?/P>

　　事實：從某種意義上講，屏蔽層和雙絞平衡銅纜都像天線一樣，由于平衡傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，低于30MHz的信號不會影響非屏蔽/屏蔽布線，高于30MHz的信號無法穿透屏蔽層。

測試模型的驗證數(shù)據(jù)（如圖1所示）

圖1

　　 F/UTP布線比UTP系統(tǒng)提供40dB的抗噪音余量空間，40dB等效于耦合信號強(qiáng)度降低100倍。

（6）屏蔽的誤區(qū)二

　　誤解：出現(xiàn)在屏蔽層上的噪音信號只能經(jīng)由接地連接消除。

　　擔(dān)心：未接地的屏蔽層會輻射和放大吸收信號。

　　事實：盡管未接地, 屏蔽層仍能因其電阻、分布電抗和串聯(lián)電感而形成的低通過濾作用，極大地衰減高頻信號。

　　測試模型的驗證數(shù)據(jù)（如圖2所示）。

圖2

　　未接地的F/UTP布線比UTP系統(tǒng)提供20dB的抗噪音余量空間，20dB等效于耦合信號強(qiáng)度降低10倍。

4? 接地設(shè)計

　　“接地系統(tǒng)是電信布線系統(tǒng)的整體組成部分之一。除了保護(hù)個人和設(shè)備受電壓危害，一個正確的接地系統(tǒng)能減少對于和來自電信布線系統(tǒng)的電磁干擾（EMI）。不恰當(dāng)?shù)慕拥叵到y(tǒng)會引入電壓干擾電信線路?！?/P>

　　“端接ScTP線纜時，接地漏極線必須按照制造商的要求連接至連接硬件。在跳接空間的連接硬件必須連接至ANSI/TIA/EIA-607接地系統(tǒng)?！?/P>

　　“ScTP線纜的屏蔽層必須在電信間用導(dǎo)線連接至電信接地總線。工作區(qū)的接地通過設(shè)備電源連接。工作區(qū)的屏蔽連接一般由ScTP跳線完成。在水平布線的工作區(qū)端，在屏蔽層和為設(shè)備供電的電插座接地線之間測得的電壓不能超過1.0Vrms。在使用這條線路前，任何造成高電壓的因素都要被排除?！?/P>

　　一般和其他系統(tǒng)聯(lián)合接地時，接地電阻不得超過1? 。如果單獨接地，接地電阻不得超過4。

　　美國國家電氣規(guī)范NEC條款250和EIA/TIA 607還指出，實心銅制接地母線孤立絕緣地安裝在入口設(shè)施處和設(shè)備間，每個電信間也如此。每根母線按照國家電氣制造協(xié)會NEMA標(biāo)準(zhǔn)鉆孔，經(jīng)常用以附接壓縮閂裝置、電信設(shè)備、機(jī)架、機(jī)柜和電壓保護(hù)器等。所有房間的母線由主干絕緣實心銅線連接。這個主干連接電信入口處的主接地總線，連至電氣入口處的大地接地，連至每層樓的鋼筋結(jié)構(gòu)。接地導(dǎo)體布線必須用綠/黃色或正確標(biāo)注。

　　如今大部分新大樓的建筑部門已經(jīng)在弱電間或電信間、設(shè)備間、入口設(shè)施之間提供了低壓接地總線。

　　安裝布線系統(tǒng)的安裝商，應(yīng)該在每個TR使用1根接地線連接機(jī)架/柜至上述低壓接地總線，這些接地線可以是AWG 6或更粗絕緣銅線，顏色是綠/黃。

　　如果是沒有接地系統(tǒng)的舊樓，安裝商必須和建筑部門協(xié)調(diào)，按照607或地方法規(guī)自行安裝主干接地系統(tǒng)。不可以連接至水管。

　　對于UTP或ScTP，上述步驟和要求是一致的。

　　對于ScTP布線系統(tǒng)，安裝商需要在TR另外使用絕緣接地線連接ScTP配線架接地片和機(jī)架/柜的接地片。

　　西蒙的HD-S或TERA系列屏蔽配線架在左右兩側(cè)都有接地片。可以使用AWG6（4.115mm）或更粗接地線把多個快接配線架連在一起連接接地系統(tǒng)。

　　如果使用CT屏蔽配線架，需要使用接地背架連接每個CT屏蔽模塊至機(jī)架屏蔽系統(tǒng)。工作區(qū)不需要接地，只要求插座、線纜和配線架的屏蔽層端接連通。