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综合布线中双绞线传输与扫频

2011-12-14

输频率和传输速率是我们在综合布线系统设计中接触最多的两个基本概念。线缆的频带带宽(MHz)和线缆上传输的数据速率(Mbps)是两个截然不同的概念。MHz表示的是单位时间内线路中传输的信号振荡的次数,是一个表征频率的物理量,而Mbps表示的是单位时间内线路中传输的二进制的数量,是一个表征速率的物理量。传输频率表示传输介质提供的信息传输的基本带宽,带宽取决于所用导线的质量、每一根导线的精确长度及传输技术。而传输频率则在特定的带宽下对信息进行传输的能力。 衡量器件传输性能的指示包括衰减和近端串扰,整体链路性能的指标则用衰减/串音比ACR来衡量。带宽越宽传输越流畅,容许传输速率越高。网络系统中的编码方式建立了MHz和Mbps之间的联系,某些特殊的网络编码方案能够在有限的频率带宽度上高速的传输数据。 我们关心特定传输介质在满足系统传输性能下的最高传输速率

Hz(赫兹)指的是线缆的频率带宽(BandWidth)。代表的是单位时间内线路中电信号的震荡次数,如5类双绞线的频率带宽为100MHz。这个值是固定的,也就是说是有介质定的。
而bps一般指的是数据速率(又称端口速率,Data Rate),它衡量的是单位时间内线路传输的二进制位的数量。
两者是由网络系统中的编码方式建立联系的,计算机的数据必须经过编码后以载波的方式在线路上传送,使得在有限的频率带宽上高速的传输数据,如:IEEE就曾经利用一种叫Cap64的传输方式在带宽为100MHz的5类双绞线上进行了622Mbps的数据传输试验。而现在的6类线理论最高的传输速率可达4.8Gbps。

目前的千兆以太网铜线(五类线)标准是1000Base-T(IEEE 802.3ab),采用全双工方式工作,对回波损耗非常敏感。打比方说,交换机收到一个数据包,它就可能难以分辨是对端正常发过来的,还是己方发出被反射回来的。因此,支持1000Base-T的网络设备上需要具备有源数字信号处理器来补偿回波损耗。而现在,网络设备上可以不再需要这个有源数字信号处理器了,于是其成本可以降低许多。而且,六类布线不只是提供了新的网络应用平台,还提升了数字话音和视频应用到桌面的服务质量。

    1000Base-T在五类线上利用双工方式实现1000Mbps,这意味着在同一根线上既要收又要发,自然会复杂一点。而六类线采用单工方式(半双工),就没有这个问题。

更重要的是,五类线上跑1000Mbps,把这个流量分配到8根铜线上,每根铜线还要负担125Mbps,但它的频率范围只能到100MHz,这就意味着1Hz要产生1.25bit,编码调制便比较复杂。而六类线用1对线实现500Mbps,每根线上承担250Mbps,而它的频率范围可到250MHz,1Hz上产生1bit便足够使用了,因此编码方式比较简单。

IEEE组织早在2006年就推出了802.3an协议,也就是我们通常所说的10G Base-T。但直到最近,才正式有产品开始应用这项协议。作为1000M Base-T的升级版,这个协议沿用了1000M Base-T的一些重要的定义和设定,向下兼容1000M/100M/10M Base-T,只是变得“更快、更高、更强”。那就来一起看看它是怎么更快、更高、更强吧。

更快– 10G Base-T采用的仍然是RJ-45网络接口,传输双绞线采用六类线,支持的传输距离最远可达100米,是局域网和个人电脑网络接口的不二选择。仍然采用四个差分对同时传输,全双工,但传输的总速率高达10Gbps,每对线的速率高达2.5Gbps。

 

 

更高– 10G Base-T采用PAM16调制,比1000M Base-T的PAM5调制更高端。PAM即脉冲幅度调制,PAM16调制下,脉冲电压幅度分为16级电平,这样每个电压幅度(称之为”Symbol”)可以表示4个bit的信息,其中3.125 bit是有效数据,另外的0.875位用于辅助和校验等。当然了,这个3.125和0.875都是平均下来的一个数值。采用了PAM-16编码后,10G Base-T每对传输线的数据传输率为800M Symbols/s。就这样,这个协议变戏法一般的把一个10G的超高速总线变成了只有800M的低速总线,使得100M的远距离传输变成现实,也让信号完整性验证变得简单。

更强– 10G Base-T的强大是显而易见的。常用的RJ-45接口,常用的六类传输线,同样的100M传输距离,速率可以达到1000M Base-T的10倍!跟光纤相比,则具有更低的成本。

由于采用了PAM-16编码,10G Base-T每对信号实际信号速率仅为800M Symbols/s, 其基频分量为400MHZ。基于示波器量测5次谐波原则,只需要一台2GHZ以上的示波器就可以满足10G Base-T的测量要求了。另外考虑到PSD测量项需要覆盖到3GHZ频率,示波器带宽3GHZ以上就足够了。这种需求相比PCI-E和SATA等协议动辄8GHZ,12.5GHZ甚至16GHZ的高带宽要求,对测试部门经理来说是一个福音。

802.3an协议中关于物理层电信号一致性测试定义了六大类、共7项测试,分别是: Maximum output droop, Transmitter timing jitter-master, Transmitter timing jitter-slave, Transmit clock frequency, Transmitter linearity, Power spectral density(PSD) and power level, Return loss。目前泰克公司已经推出了10G Base-T的全套测量方案,全面覆盖所有的测试项目,具体配置可以参考下表。相比其它的测量方案,所需仪器最少,价格最低,为用户的开发和调试大大节省了成本。