EIA/TIA 568A通信标准

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摘 要 简要介绍568A标准中建筑物综合布线的系统和规划,传输介质(电缆和连接硬件)的选用,以及对布线系统的链路的测试等内容和信息。
1 概述
EIA/TIA 568A标准的第一版是在1991年颁布的。而EIA/TIA 568A标准的修订版于1996年颁布了。修订版中增添了在1991年以后制订的在技术系统公报(TSB)的内容:
(1)TSB-36:非屏蔽双绞线电缆的补充电缆规格(1991年11月)。
(2)TSB-40:非屏蔽双绞线的连接硬件的补充传输要求(1992年8月)。
(3)TSB-53:屏蔽双绞线电缆的规格。
(4)SP-2840:UTP链路性能标准的早期阶段。
(5)屏蔽双绞线(STP)布线的附录。
(6)光缆布线的连接硬件用SC型连接器代替ST型连接器。
(7)TSB67:非屏蔽双绞线布线系统的现场测试的传输性能要求。
本标准明确规定了布线系统中建议采用光缆的类型以及连接器和适配器的应用范围和技术规格。本标准反映了高速数据网络采用非屏蔽双绞线(UTP)的布线可提高某些性能。并对第一版的例图也进行了修订,重点是对通信设计师和安装人员提出明确的要求。
这份标准亦可用作对UTP水平子系统进行测试的协议文件。
2 综合布线系统
2.1.水平布线子系统
水平布线子系统是以干线子系统连接至用户工作区的线路。水平子系统布置在同一楼层上。一端接在信息插座上,另一端接在层通信间的跳线架上。
被本标准认可的有三种电缆类型:
(1)100Ω UTP电缆,推荐采用第5类;
(2)2对150Ω STP-A电缆;
(3)双工、62.5/125μm多模光缆。
也能用一种50Ω同轴电缆,但使用这种电缆建议不要用于新的设备布线。
在每个单独的工作区,应至少有两个信息插座,第一个信息插座应用100Ω UTP电缆,第二个信息插座要用100Ω UTP电缆,或者用150Ω STP-A电缆,也可用多模光缆。
同一类型但结构不同的电缆之间允许有一个电缆过渡点。典型的例子是将一根扁平电缆地毯下连接到一根圆形电缆上。
在水平布线子系统中采用铜缆还要考虑下列要求:
(1)使用UTP预布线的终端硬件。
(2)将每根水平电缆端接在专用信息插座上。
(3)主交连应设置在建筑物的中心区以便限制布线的长度。它应为星形拓朴结构。
(4)电缆的路由与可能产生电磁干扰的电力电路之间应有足够的防电磁干扰的距离。
(5)保持水平子系统和干线子系统的双绞线电缆一直到端接点,并端接所有的双绞线对。
(6)电缆的端接和连接点以及电缆的包扎都要很整齐,并遵守最小弯曲半径,该弯曲半径通常是电缆直径的8倍。
568A标准中有一个大的修改,水平布线的传输频率分级从20MHz提高到300MHz。在三个主要的局域网(LAN)中:以太网的最高传输频率为10MHz,令牌网为16MHz,而光纤分布数据接口(FDDI)则为100MHz。
2.2 干线子系统
由设备间(如计算机房、交换机房)至各层管理间,采用大对数的电缆馈线或光缆,两端分别端接在设备间和管理间的配线架上,为建筑物提供干线电缆路由。
由于干线子系统在传输建筑物内所有数据和电话业务量中有其唯一的功能,干线子系统可能是下列四种不同介质中的任意一种:
(1)100Ω UTP,8根导体的电缆(建议采用第5类);
(2) 2对,150Ω STP-A电缆;
(3) 2根光缆,双工62.5/125μm多模光缆;
(4) 8.7/10μm单模光缆。
干线子系统采用星形拓扑布线结构。图1就很详细,概念也很清楚,示出星形拓扑结构的情 况。每个水平交连应用导线连接到主交连上或者先连接到中间交连上之后,再用导线连接到主交连上。从主交连场到特定的通信设备的布线长度应在98ft(30m)以内。

图1:干线子系统应用通用的分级星形拓扑结构.采用两级交连的限制是为了限制无源系统的信号恶化,又可以简化移动、增加和改变等情况(对于可能有大量建筑物设施的除外)

在主交连与一个水平交连之间只应有一个交连。在两个水平交连之间最多有三个交连。
本修订版规定了干线UTP线缆应用什么样的标志,也给出了色标(Color code)。
2.3 工作区子系统
由工作区(各个办公室)内终端设备连接到信息插座之间的连接线(包括塞绳线)组成,还包括终端设备、连接软线、适配器等。
信息插座是从工作区连接到水平布线子系统的接口。工作区内终端设备及连接到信息插座的布线不列入568A标准的范围内。当然,采用的这些设备的塞绳(cord)应和同一类型及类别的接插线有同样的性能。
本标准中的水平电缆长度规定:用于工作区的设备的连接线所用电缆最长为10ft(3m)。工作区定义为只使用一台PC机或其他型号的通信设备的房间,PC机或通信设备可能是局域网(LAN)的一部分。互连的计算机(相当靠近),不仅可共享硬件资源(如打印机),而且可共享软件和数据。一家小公司可将所有的计算机连接到一个LAN网上;大公司每个部门可有自己的LAN网,然后用电缆将公司内所有LAN网连接成一个大的LAN网。
2.4 通信间子系统
通常,每一层楼设置一个通信间,房间内能放置其他设备如主交连硬件或中间交连硬件。
本标准要求设计师谨慎地在通信间安装好电缆管理硬件系统,以避免由于电缆的拉紧弯曲、端接和连接、U形卡钉对电缆形成的应力,以及过大的张力。
只能应用标准应允的连接硬件,不用水平电缆终端来对布线系统进行改变,应用跳线、接插线、或设备塞绳等,对布线系统进行改变。
用交连或互连方案将布线子系统连接在一起,也可将布线子系统连接到特定的设备上。图2示出这种方案的原理。交连方案采用接插线或跳线,而互连方案却不用接插线。图2中右上角的设备电缆,典型表示一根工厂端接好的25对线的带接头电缆,是电话工业上多年来常用的一种电缆。这是设计师和安装人员熟悉本标准特定术语的一个很好例子。

图2:通信见内对铜缆布线的互连或交连方案 图3:对单工和双工连接器建议用SC型光纤连接器

技术系统公报(TSB)-36和40A都被568A标准取代了。TSB-36包括了水平布线的实心22和24AWG电缆的传输特性。第3,4,5类电缆都符合标准的性能。TSB-40包括了连接硬件的传输特性,保证连接硬件与TSB-36规定的UTP电缆的高性能相匹配。TSB-40对布线实际做法和接插线还有附加要求和导则。
STP-A布线通常考虑用于令牌环网装置中,采用2对22AWG铜导体(每对有单独的屏蔽层)。电缆的金属屏蔽必须接到通信接地母线上。每根电缆除了有地方或国家法规所要求的安全标志之外,还应有“150WSTP-A”标志。采用STP-A介质的接插线与单独的屏蔽线对不一样,可能有一个总的屏蔽层。
2.5 光缆布线
光缆传输是利用光纤传输信息的一种通信方式。它由光终端、光缆、以及与之相关的通信设备所组成。光缆传输具有信息量大、距离长、体积小、重量轻、抗电磁干扰强等优点。
光缆布线的技术规格是重要的,在以后的多年内就更显重要了。光缆已能在G bit速率下传输信号,光缆的频带宽度及性能的潜在能力已开始应用。关于光缆通信的一些新技术包括有光纤放大器、紧凑波分多路复用、新的光终端趋势和工艺技术,以及塑料光纤等。
对于敷设到一个工作区的水平电缆的选用,应至少用两种光纤,一种是多模光纤,规定用62.5μm/125μm缓变折射率型。另一种是单模光纤,规定用直径为8.7μm~10.0μm模场的色散无移位光纤。
建议用的多模光纤的适配器和连接器是双工SC连接器(见图3),以代替早先的ST型连接器。ST型只能连接到单模光纤接头上,而SC型是既能连接到单模光纤接头,又能连接到双工(两根光纤)光纤的接头上的连接器。双工SC型连接器上有一根光纤标志为A连接器,另一根光纤标志为B连接器。这使SC型连接器容易确定和维修,在一个有两种光纤的传输系统中发送光纤和接收光纤的正确极性,而且仍允许使用其他光纤数。由于ST型一般用于单模光纤的装置,ST型连接器容易接错进线方向。
这两种连接器之间的另一个不同点是它们插入墙上插座以及拔出的方式是不一样的。ST型连接器是采用卡口型结构,以转动/锁紧动作插入。而SC型连接器是用压进/锁紧动作插入。
对于工作区侧墙上的信息插座,能用单工或双工的SC型连接器。信息插座上应有备用存储光缆的能力。即插座上至少留有3.28ft(1m)长的两种光缆(或者两种缓冲的光缆)便于进行端接。建议对光缆进行测试以确保光纤的极性正确和合格的链路性能。一个信息性附录已经有光纤链路性能的测试标准。
在一个交连光纤托架上,规定用同样的双工SC连接器。光纤连接硬件应提供一个对电缆管理好的装置。
标准的接插线是SC双工型。一种多模连接器为米色,一个单模连接器应为蓝色。
3 传输介质
3.1 非屏蔽双绞线(UTP)
TSB-36公报规定从通信间至工作站的UTP布线标准分为五类(见表1)。

表1:非屏蔽双绞线标准分布表

类别 性能阈值
1 话音和“低速”数据
2 话音和“低速”数据
3 数据网络,16Mbps以下
4 数据网络,20Mbps以下
5 数据网络,100Mbps以下

SP-2840草案只认可下列三类UTP布线:
(1)第3类:UTP电缆和连接硬件,其传输特性在16MHz以下。
(2)第4类:UTP电缆和连接硬件,其传输特性在20MHz以下。
(3)第5类:UTP电缆和连接硬件,其传输特性在100MHz以下。
对于数据速率为10Mbps(传输频率在16MHz以下)的第3类电缆的要求采用电话电缆中的现有四对电话线就可达到。第4类和5类电缆为新一代“数据级”电缆,它们的衰减特性在高频时较少(~强信号),串音干扰也低。第5类电缆的信号串音比通用电缆设计要高20dB(20dB为串音电平比接收信号低10倍)。第5类电缆的数据传输速率为155Mbps。
令人感兴趣的是SP-2840草案规定了对每100m长的水平和干线UTP电缆布线,对其衰减、线对工作电容、线对至地的电容不平衡以及近端串音衰减(NEXT)等电气性能进行测定;而第一版的568标准中只对每(1000ft)305m长的电缆布线,对其上述电气性能进行了测定(译注:这些性能数值请参阅“建筑弱电工程设计手册”第613页――中国建筑工业出版社,1998年版)。
SP-2840草案规定已扩大了第3,4,5类UTP电缆的应用范围,它不仅用于水平布线,也用于干线布线。在干线布线中允许UTP电缆的最大距离是:当光频谱带宽大于5MHz时为90m(295ft);对于小于5MHz的应用场合,如有关话音的干线数据或低速数据,则为800m(2624ft)。其重要意义是:提高了干线布线中UTP电缆的技术规格,以便在包括话音的应用场合尽量减少使用第3类UTP电缆。
当今采用UTP电缆的结构化布线系统的设计师很少使用第3和第4类,大多使用第5类UTP电缆。第5类与3,4类UTP电缆之间的成本费区别不很大。AT&T公司提供给用户的是最优质的第5类SYSTEMMAX系统,对于155兆位以下网络的性能保证期限为15年。这个保证超过了第568A标准中TSB-36附录中的要求。也满足了在ATM(异步传输模式)网络中最近的、高温测试新技术的输入水平(entry lerel)的要求。
3.2 屏蔽双绞线(STP)
TSB-53附录中充实了STP电缆的性能规格。SP-2840草案中规定的STP电缆的新性能规格为STP-A型电缆,或者150Ω STP-A缆电布线。一般说来,该性能规格要求有两根,每根为22 AWG屏蔽双绞线、热塑料绝缘,有第3个屏蔽层的实心导体,外面还有一个总的热塑料外护套。新的568-A标准比原来的568标准有一个最大差别是传输频率的性能水平从20MHz增加到300MHz。应该了解三个领先的局域网(LAN)中:以太网的传输频率为10MHz,令牌环网为16MHz,而FDDI网则为100MHz。
3.3 连接硬件
TSB-53还建议用一种新型连接器,与原来的连接器能互相匹配。
新的技术规格也包括了STP-A连接器新的性能参数。SP-2840草案对STP-A(新)型连接器的传输特性是明确规定的。物理特性却没有很好的规定。这个物理特性,以及新型连接器与老的连接器的匹配方式大概会由IBM公司谈到。IBM公司计划成为有关使用UTP电缆的所有工业标准的中心部门。
所有连接硬件与电缆性能一样也分为五类。其性能规格也要完全一样。
TSB-40(1992年9月)规定了第3,4,5类的连接器、接插线、跳线和交连硬件的补充要求。TSB-40的传输要求保证了由于连接硬件产生了信道性能衰减最少。
4 水平子系统的UTP布线的现场测试技术
4.1 对已安装电缆进行测试
截止到TSB-36公报发表,568标准的测试重点仍集中在单个元件的传输性能,并未集中在将所有元件全部连接在一起组成一条安装链路是如何工作的性能。
针对这个问题,TIA/EIA PN-3287链路性能工作小组由用户、布线制造商和测试设备卖主等组成。他们于1995年10月发表了TSB-67公报“非屏蔽双绞线现场测试的传输性能要求”。TSB-67规定了对安装好的链路是怎样进行测定和如何进行测试。它规定了两种水平链路模型和四种专用测试方法,以确保各条电缆都是安装正确的。
SP-2840附录“非屏蔽双绞线链路性能”规定了对水平子系统的UTP布线性能进行现场测试的标准程序。
UTP链路性能指的是一整根端对端UTP性能,即能可靠地支持不同频率的传输范围的布线方案。“端对端”测试的含意是包括对布线的测试,也包括对一条链路的两端的终端(一端为插座,另一端为连接硬件)的测试。因此,布线系统通常是在整条链路(包括插座和连接硬件)上传输信号,包括对整条链路的测试。
这两种链路是基本链路和信息链路。
(1)基本链路(见图4)
也称承包商链路,在水平UTP电缆链路中有中间交连或接合,还包括了工作区的插座和通信间的连接硬件。基本链路的长度不应超过90m,该长度只包括从墙上插座或者过渡点到水平交连中的第一个穿孔的水平电缆,再加上现场测试器的塞绳长度。这段链路是由电缆安装人员负责的。

图4:水平子系统的基本链路 图5:水平子系统的信道链路

(2)信息链路(见图5)
也称用户链路,它包括有插座、过渡连接器、UTP电缆布线、以及每端的专用线或者接插线。信道链路的长度不应超过100m。该长度包括C段布线(从水平交连到工作区的墙上插座的水平布线)、以及两根2m长测试器设备塞绳。用这两根塞绳将现场测试器连接到基本链路上。信道链路是一根较长的“端对端”水平布线,它包括有在水平交连中的第二个穿孔模块和一个跳线“B”。从墙上插座到一个设备中或地毯下连接的过渡电缆表示为“A”。
4.2 测试性能
TSB-67规定了两种不同的精度水平――水平Ⅰ和水平Ⅱ。从理论上来看,手执式测试器用于检测精度水平Ⅰ的性能,而更精确的和更昂贵的实验室测试仪器都用于检测精确水平Ⅱ的性能。实际上,大部分手执式测试器也可满足精度水平Ⅱ性能的测试要求。
除了链路和精度水平之外,TSB-67规定了下列测试特性:
4.2.1 衰减
是指在传输信号的这段距离内的信号强度的降低。导体和绝缘都是对电缆衰减的主要影响物,而电缆外护套的结构在UTP电缆设计中对衰减的影响最小。
衰减与频率和电缆长度都有关系。一般说,信号频率越高、电缆越长,则衰减越大。在各种频率时进行衰减的测定,而每次频率级为1MHz。
衰减测试是集中在链路或者信道的信号损失。应考虑在一条链路内所有元件,包括:
每个插头/插座组合、接插线和/或线路软线、以及UTP电缆等所产生的累积衰减。当按照TSB-67标准进行测定时,基本链路的衰减值见表2(注意大部份现代电缆线路都是基本链路型,信道链路的衰减值都省略了)。

表2:基本链路的衰减

频率(MHz) 第3类(dB) 第4类(dB) 第5类(dB)
1.0 3.4 2.2 2.1
4.0 6.5 4.3 4.0
8.0 9.4 6.0 5.7
10.0 10.7 6.8 6.3
16.0 14.1 8.8 8.2
20.0 - 9.9 9.2
25.0 - - 10.3
31.25 - - 11.5
62.50 - - 16.7
100.0 - - 21.6

4.2.2 近端串音(NEXT)
NEXT基本上是在电缆的近端处发生在各个线对之间无用的信号耦合,在近端处施加了传输信号,该信号是最强的。换言之,NEXT是从可能有电容耦合到一相邻线对的一传输信号线对辐射出信号能量的测定。NEXT是传输信号强度对在相邻接收信号线对上测定的耦合信号的信号强度的比值。比值越大,性能就越好。
因为NEXT与频率有关,NEXT也可在一个特定频率范围内多频时测定。
如果串音是限制UTP电缆性能的主要因素,关键是尽可能限制串音的程度。
NEXT损失是从一个线对耦合到另一个线对的信号值。如同衰减测试一样,NEXT测试都是从扫频/分频电压测量值中取得。当按照TSB-67标准进行测定时,基本链路的NEXT测试值见表3(注意大部份现代电缆线路都是基本链路型,信道链路的NEXT测试值都省略了)。
4.2.3 导线连接的测试
导线的连接测试包括检查连接器的引脚,是为了探测连接到连接器的一根电缆中的所有四对线的连接中是否有故障的线对。最常有的错误接线是:
(1)已交叉的线对:在一端导线的极性接反了。
(2)转置的线对:两个连接器已连接到每端的不同位置上。
(3)分裂的线对:一个接线的连续性是正确的,但是用了从两个不同线对引出的导线。当这根电缆有正确的引脚对引脚的连续性时,由于有过多量的串音水平,会导致数据传输中的错误。
导线连接的测试的目的是确定线对和导线的连续性和极性是否已安装正确。TSB-67进一步说明对在一四线对中8根导线的每根导线应检查下列内容:
(1)每一端处有正确的引脚终端。
(2)接至远端的导线有连续性。
(3)任何两根或者多根导线之间是否有短路情况。
(4)是否有交叉连接线对、极性接反的线对、分裂接线的线对、或者任何其他的错误接线等。
4.2.4 电缆的长度
如果超过了电缆长度的要求,可能有边缘性能。一般是用一个时域反射仪(TDR)来决定这个边缘性能。
因为这些电子式测试器的价格为几千美元,在购买前,首先向卖主借用一个测试器来进行现场测试,并检验测试器的性能和精度。关于这一点,TSB-67标准提出了下列建议。
(1)重复性的测试:在同一条链路应多次测量链路的衰减值和NEXT值。并将这些结果值作比较。
(2)衰减的对称性:从一条链路的两端测量一根5类电缆中所有四个线对的衰减值。
(3)NEXT的对称性:从一条链路的两端测量NEXT值(即通过交换测试器和远端设备的位置的方法进行测量)。
在上述三种情况,读数的差别应在其文献中指出的LAN测试器的精度规格的等级。基本链路的长度不得大于90m,链路两端各有2m长线路塞绳,用作测试器的塞绳,对基本链路长度应测量的总长度为94m。信道链路包括了两端的端接线和/或接插线,应测量的总长度为100m。

表3:基本链路的NEXT损失(最坏的线对之间)

频率(MHz) 第3类(dB) 第4类(dB) 第5类(dB)
1.0 40.1 54.7 >60.0
4.0 30.7 45.1 51.8
8.0 25.9 40.2 47.1
10.0 24.3 38.6 45.5
16.0 21.0 35.3 42.3
20.0 - 33.7 40.7
25.0 - - 39.1
31.25 - - 37.6
62.50 - - 32.7
100.0 - - 29.3

4.2.5 传播延迟测试
TSB-67的规定是:传播延迟是由输出信号的相角测量与输入信号的相角测量的比值来决定。另外,传播延迟也能用TDR仪测定值(近似值)来决定。
这个试验要求对所有线对进行传播延迟的测量。记录最坏的(最长的)传播延迟时间。
5 区域布线
本标准要求从工作区的每个插座(至少有一个插座用于语音,再增加2个用于数据的插座)有直接连接到通信间的永久安装的水平布线。这种布线允许在更换设备、电缆故障的检修和安装新插座时有很少的断线情况。
当然,一幢楼内工作区的每个插座的线路有数百根或者数千根5类电缆(内有四个线对),另外,总是存在有插座及其线路的移动、改变和增加的情况。
为此,TSB-75“开放式办公区的附加水平布线实践”这份公报说明了可以应用区域布线系统。对开放式办公室的布线提供有两种基本途径:一个是多用户插座(MUO)法(见图6),另一个是结合点(CP)法(见图7)。

图6:区域布线系统在开放式办公区内使用一个集中设置的互连点,采用一个多用户插座(MUO) 图7:区域布线系统使用一个接合点(CP)

多用户插座(MUO)法是为工作区提供单个插座为一组用户使用,接插线敷设在模块化设备板电线槽中。
结合点(CP)法是一个连接点或者互连点将水平布线连接到各个工作区。事实上,一家制造商推荐使用一个有50引脚的连接器,并适用25对电缆或者多对布线结构(有四个线对以上的任何电缆都认为是多对电缆)。
当对一个开放式办公室的布置改变时,多用户插座(MUO)和结合点(CP)上采用混合电缆时,大大地降低重新布线(一根混合电缆内有两根或者多根同样型号或者不同型号的电缆,这些电缆用一个总的电缆护套包覆)的麻烦。
区域面积大小不一样。比较典型的面积大小可能是建筑物的四个柱间距以内,这块面积可能布置有8个~12个工作站。虽然区域布线与开放式办公室有关,但也能用于生产区。一个车间的配电系统就是事例(五年前,采用模块化支线的电力电缆组,如今,一些区域布线系统将同时提供通信布线和电力布线)。
在一个区域内可能要重新布置插座以适应新的办公室布置,但是,连接到这些插座的电缆只需要从区域布线点重新接来。从配线间至区域布线点的布线仍保持不变。因此,区域布线的提供具有灵活性,不但保持传输性能,又易于改进办公室的布置。
区域布线的概念并不是新的。第一版568标准出版前,已用区域布线向开放式办公区各部分提供电话服务,采用一根有25对线的电话电缆作为馈线将3对或者4对线互连到电话上。最近,已用区域布线在地毯下布线,避免了在配线间的重叠式电缆布线或大量电缆的聚集情况。
区域布线的概念也能用于光缆,无论配线间是在同一层楼上或在大楼中心部位(见TSB-72“集中式光纤布线”),容许光缆布线最长为290m。光缆长度的增加可使连接到大楼内少数几个设备间内集中式LAN电子设备的光缆具有高的带宽和低衰减的良好性能。
下列因素可降低费用:
(1)在通信间,应用直通电缆或价廉的接合器或互连接器来取代全部的交连。
(2)需要减少所用的LAN电子设备(路由器、集线器、集中器、开关等)总量。
(3)减少在通信间中净电源和空调的需要。
6 附录资料
568A标准中提供了下列规范性和信息性的附录:
(1)100Ω UTP电缆布线用的连接硬件的可靠性测试标准(规范性)。
(2)100Ω UTP电缆布线用的连接硬件的传输测试标准(规范性)。
(3)150Ω STP-A电缆布线用的连接硬件的传输测试标准(规范性)。
(4)多对UTP电缆的共用电缆护套导则(信息性)。
(5)非屏蔽双绞线(UTP)信息性能(信息性)。
(6)光缆连接器的迁移通路(信息性)。
(7)其他电缆的技术规格(信息性)。
(8)光缆性能测试标准(信息性)。
(9)频带宽度的考虑(信息性)。
(10)文献目录(信息性)。