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綜合布線中雙絞線傳輸與掃頻

2011-12-14

輸頻率和傳輸速率是我們在綜合布線系統(tǒng)設計中接觸最多的兩個基本概念。線纜的頻帶帶寬(MHz)和線纜上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率(Mbps)是兩個截然不同的概念。MHz表示的是單位時間內(nèi)線路中傳輸?shù)男盘栒袷幍拇螖?shù),是一個表征頻率的物理量,而Mbps表示的是單位時間內(nèi)線路中傳輸?shù)亩M制的數(shù)量,是一個表征速率的物理量。傳輸頻率表示傳輸介質(zhì)提供的信息傳輸?shù)幕編挘瑤捜Q于所用導線的質(zhì)量、每一根導線的精確長度及傳輸技術(shù)。而傳輸頻率則在特定的帶寬下對信息進行傳輸?shù)哪芰Α?nbsp;衡量器件傳輸性能的指示包括衰減和近端串擾,整體鏈路性能的指標則用衰減/串音比ACR來衡量。帶寬越寬傳輸越流暢,容許傳輸速率越高。網(wǎng)絡系統(tǒng)中的編碼方式建立了MHz和Mbps之間的聯(lián)系,某些特殊的網(wǎng)絡編碼方案能夠在有限的頻率帶寬度上高速的傳輸數(shù)據(jù)。 我們關(guān)心特定傳輸介質(zhì)在滿足系統(tǒng)傳輸性能下的最高傳輸速率

Hz(赫茲)指的是線纜的頻率帶寬(BandWidth)。代表的是單位時間內(nèi)線路中電信號的震蕩次數(shù),如5類雙絞線的頻率帶寬為100MHz。這個值是固定的,也就是說是有介質(zhì)定的。
而bps一般指的是數(shù)據(jù)速率(又稱端口速率,Data Rate),它衡量的是單位時間內(nèi)線路傳輸?shù)亩M制位的數(shù)量。
兩者是由網(wǎng)絡系統(tǒng)中的編碼方式建立聯(lián)系的,計算機的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過編碼后以載波的方式在線路上傳送,使得在有限的頻率帶寬上高速的傳輸數(shù)據(jù),如:IEEE就曾經(jīng)利用一種叫Cap64的傳輸方式在帶寬為100MHz的5類雙絞線上進行了622Mbps的數(shù)據(jù)傳輸試驗。而現(xiàn)在的6類線理論最高的傳輸速率可達4.8Gbps。

目前的千兆以太網(wǎng)銅線(五類線)標準是1000Base-T(IEEE 802.3ab),采用全雙工方式工作,對回波損耗非常敏感。打比方說,交換機收到一個數(shù)據(jù)包,它就可能難以分辨是對端正常發(fā)過來的,還是己方發(fā)出被反射回來的。因此,支持1000Base-T的網(wǎng)絡設備上需要具備有源數(shù)字信號處理器來補償回波損耗。而現(xiàn)在,網(wǎng)絡設備上可以不再需要這個有源數(shù)字信號處理器了,于是其成本可以降低許多。而且,六類布線不只是提供了新的網(wǎng)絡應用平臺,還提升了數(shù)字話音和視頻應用到桌面的服務質(zhì)量。

    1000Base-T在五類線上利用雙工方式實現(xiàn)1000Mbps,這意味著在同一根線上既要收又要發(fā),自然會復雜一點。而六類線采用單工方式(半雙工),就沒有這個問題。

更重要的是,五類線上跑1000Mbps,把這個流量分配到8根銅線上,每根銅線還要負擔125Mbps,但它的頻率范圍只能到100MHz,這就意味著1Hz要產(chǎn)生1.25bit,編碼調(diào)制便比較復雜。而六類線用1對線實現(xiàn)500Mbps,每根線上承擔250Mbps,而它的頻率范圍可到250MHz,1Hz上產(chǎn)生1bit便足夠使用了,因此編碼方式比較簡單。

IEEE組織早在2006年就推出了802.3an協(xié)議,也就是我們通常所說的10G Base-T。但直到最近,才正式有產(chǎn)品開始應用這項協(xié)議。作為1000M Base-T的升級版,這個協(xié)議沿用了1000M Base-T的一些重要的定義和設定,向下兼容1000M/100M/10M Base-T,只是變得“更快、更高、更強”。那就來一起看看它是怎么更快、更高、更強吧。

更快– 10G Base-T采用的仍然是RJ-45網(wǎng)絡接口,傳輸雙絞線采用六類線,支持的傳輸距離最遠可達100米,是局域網(wǎng)和個人電腦網(wǎng)絡接口的不二選擇。仍然采用四個差分對同時傳輸,全雙工,但傳輸?shù)目偹俾矢哌_10Gbps,每對線的速率高達2.5Gbps。

 

 

更高– 10G Base-T采用PAM16調(diào)制,比1000M Base-T的PAM5調(diào)制更高端。PAM即脈沖幅度調(diào)制,PAM16調(diào)制下,脈沖電壓幅度分為16級電平,這樣每個電壓幅度(稱之為”Symbol”)可以表示4個bit的信息,其中3.125 bit是有效數(shù)據(jù),另外的0.875位用于輔助和校驗等。當然了,這個3.125和0.875都是平均下來的一個數(shù)值。采用了PAM-16編碼后,10G Base-T每對傳輸線的數(shù)據(jù)傳輸率為800M Symbols/s。就這樣,這個協(xié)議變戲法一般的把一個10G的超高速總線變成了只有800M的低速總線,使得100M的遠距離傳輸變成現(xiàn)實,也讓信號完整性驗證變得簡單。

更強– 10G Base-T的強大是顯而易見的。常用的RJ-45接口,常用的六類傳輸線,同樣的100M傳輸距離,速率可以達到1000M Base-T的10倍!跟光纖相比,則具有更低的成本。

由于采用了PAM-16編碼,10G Base-T每對信號實際信號速率僅為800M Symbols/s, 其基頻分量為400MHZ?;谑静ㄆ髁繙y5次諧波原則,只需要一臺2GHZ以上的示波器就可以滿足10G Base-T的測量要求了。另外考慮到PSD測量項需要覆蓋到3GHZ頻率,示波器帶寬3GHZ以上就足夠了。這種需求相比PCI-E和SATA等協(xié)議動輒8GHZ,12.5GHZ甚至16GHZ的高帶寬要求,對測試部門經(jīng)理來說是一個福音。

802.3an協(xié)議中關(guān)于物理層電信號一致性測試定義了六大類、共7項測試,分別是: 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。目前泰克公司已經(jīng)推出了10G Base-T的全套測量方案,全面覆蓋所有的測試項目,具體配置可以參考下表。相比其它的測量方案,所需儀器最少,價格最低,為用戶的開發(fā)和調(diào)試大大節(jié)省了成本。