【摘要】在2006年，关于万兆以太网铜缆传输的应用标准IEEE 802.3an得到批准。这份标准中，定义了通过非屏蔽(UTP)或屏蔽(STP)布线系统在最大100米长度范围内进行10Gb/s的数据传输。这篇文章，通过对万兆以太网传输环境中的非屏蔽和屏蔽系统进行对比，以帮助用户合理选择恰当的布线系统，获得最佳的长期网络性能的同时，最优化系统投资。

IEEE 802.3an 10GBAST-T 标准介绍

对于支持10GBASE-T，非屏蔽和屏蔽布线系统的基本参数要求是相同的，包括对外部串扰的抑制，500MHz范围内的扫描频率。在IEEE 802.3an标准内，涉及到的布线系统类型包括：增强型6类(Cat 6A) UTP，六类(Cat6) STP以及6类(Cat 6) UTP。表1根据这一标准，列出了不同类型的布线系统支持10GBASE-T的距离限制。值得注意的是，按照通常的共识，六类布线系统测试频率为250MHz。只有当满足TIA/EIA TSB-155技术公告中的外部串扰和500MHz信道规范时，才能获得表1中的数据。

表1. 10GBASE-T应用中布线系统类型和距离限制

*按照TSB-155中定义，实际安装情况下六类系统允许的长度可能更短（37米）

外部串扰

在10GBASE-T应用中，限制铜缆布线系统传输能力的最大噪声来源是外部串扰。这是因为，这一干扰信号无法通过信号接收器的有效编码解码来予以消除。只能通过布线系统结构的改良来抑制其产生的影响，确保可靠的数据传输。无论是TIA-EIA-568-B.2-10标准，还是TSB-155标准均要求按照“6包1”的方法来进行外部串扰参数测试。这种方法模拟了最坏的应用环境，将6根线缆紧紧围绕位于中心的被测线缆，并且每间隔1英寸进行捆扎。那么6根线缆同时会对位于中心的被测线缆产生外部串扰影响。测试的参数包括综合近端外部串扰（PSANEXT）和综合远端外部衰减串扰比（PSAACRF）。

针对增强型6类UTP布线系统，泛达实验室进行了创新型设计。通过降低线缆（例如增加线缆间的分隔距离，加大双绞线的绞率）以及连接器（例如印刷电路板内的串扰抑制）的外部串扰，来满足TIA/EIA标准规范，达到100米传输距离要求。而普通的6类UTP系统，则不能满足100米10GBASE-T传输外部串扰限值的要求（参见图1）。

图1. 100米信道PSANEXT性能特征

对于正确安装和接地的STP布线系统，线缆内的金属屏蔽层可以有效防止信号干扰，将外部串扰影响降到最低。无论屏蔽线缆的结构为线对屏蔽（U/FTP和S/FTP）或者线缆屏蔽（F/UTP），其作用是相同的。泛达实验室的测试结果也显示，STP布线系统有着更好的外部串扰性能（参见图1）。也正应为如此，在实际安装后，无需再对屏蔽系统进行麻烦、耗时的外部串扰性能现场测试。

EMI和RFI性能

除了提供出色的外部串扰性能，屏蔽布线系统还具有优异的电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）抑制性能。来自无线局域网（WLAN）、移动电话、电视广播或收音机等常用设备的EMI和RFI会降低网络的传输性能，而正确接地的STP系统对EMI/RFI辐射具有极强的抗干扰能力。当应当用于噪声环境或设备对EMI特别敏感的区域，STP系统是最佳的选择。

内部性能

STP和UTP布线系统均具有相当的内部噪声和串扰抑制性能。由于内部电气性能主要取决于连接器在高频率时的性能，并且STP和UTP连接器采用相似的设计，因此他们电气性能的参数几乎相同。从图2中不难看出，STP和UTP布线系统的回波损耗和近端串扰具有相近的性能水平。

图2. 10GBASE-T UTP和STP系统100米信道回波损耗和近端串扰性能比较

跳线长度对信道长度的影响

通常情况下，STP线缆直径会大于UTP线缆，以容纳金属屏蔽层。但是，在万兆以太网传输环境下，增强型6类UTP线缆为了提升外部串扰性能，需要更大的线径以控制线缆内部线对之间以及外部线缆之间的几何形状，直接导致UTP线缆直径增大，甚至超过了典型的STP布线。

UTP和STP线缆直径差的变化，反映在跳插线上则更为明显。由于STP跳插线完全抑制ANEXT，STP跳插线的制造可以采用较小的多股导线，以便于线缆管理。相比STP跳插线，为抑制外部串扰和控制线对几何尺寸，UTP跳插线的导体和线缆直径更大。

UTP跳插线较大的导线直径带来的直接好处是其具有更强的信号传输能力，衰减率为20％，而STP跳插线的衰减率则为50％。在设计跳插线长度超过8米的信道时，衰减率的这一差别必须予以考虑。

根据TIA/EIA 568-B标准，水平线缆的最大长度定义为：H＝102－C（1＋D）

其中：H＝水平线缆的最大长度

C＝设备线缆、工作区引线，以及接插线的组合长度

D＝跳插线的衰减率（UTP：20％，STP：50％）

例如，使用公式计算得出跳插线总长度为15米的水平线缆的最大长度，对于UTP布线为84米，对于STP布线只有79.5米。

端接与安装

虽然STP布线系统具有出色的外部串扰和EMI/RFI抑制能力，但是许多的安装商、集成商和IT经理并不熟悉STP布线的正确端接与安装。相比UTP系统，STP系统需要更长的安装时间。

这里我们以泛达的产品安装为例，UTP系统和STP系统信息模块结构是完全相同。所不同的是UTP和STP线缆的准备工作。为了形成连续的连接和有效接地， STP线缆中的铝箔层和屏蔽接地线必须向后拉并缠绕在线缆护套根部，并且剪下多余的铝箔层。这些都需要耗费额外的时间。平均来说，端接泛达STP插座模块与UTP插座模块相比，大约多花费30秒钟。

图3. 泛达10G屏蔽线缆安装准备工作

接地要求

今天，由于大多数支持10GBASE-T的铜缆布线系统安装在数据中心内，因此实施正确的结构化接地工艺，对维护人员和昂贵设备进行保护变得至关重要。电信基础设施的接地系统必须完整，以完全的实现系统的性能优点。作为一家专业公司，泛达可以提供确保STP和UTP安装中正确接地的帮助。

对于UTP系统，不要求完全的系统接地，但是必须保证配线架、机架到公共接地端的完整性，以保护基础设施。对于STP系统，将线缆与连接部件的接地连接，确保连续的360度屏蔽保护是确保性能的关键。

STP布线系统适当接地的重要性

对于10GBASE-T数据传输，在规划采用STP布线系统时，需要特别关注布线系统的接地连接以及通讯线缆与电力线的分隔。如果安装或实施不当，瞬间或潜在的电势差会导致峰值或回路电流，这可能会在信号传输过程中产生误码。由于10GBASE-T应用对噪声非常敏感，电势差会导致误码率过高，足以影响万兆以太网传输。

因此，最初的设计与安装的接地系统对于确保数据传输的完整性至关重要。如果在STP布线数据网络中出现信息传输问题，应当检查接地系统是否完整和正确，以及电源与接地系统的总体设计。

经济性

为了使UTP布线系统支持10GBASE-T，必须对该系统进行多项改进，例如线缆内的填充材料，更大的导线直径，更密的双绞线对绞率等。这些改进都增加了UTP系统的整体成本。在万兆以太网环境中，UTP和STP系统的材料成本相近。在安装过程中，显然STP系统需要更多的安装时间和成本进行接地。但是另一方面，相比STP系统，由于UTP系统需要进行外部串扰性能的现场测试，而测试每条链路可能需要20至40分钟。这样，UTP系统的成本也将会上升，其最终的花费将取决于最终用户要求测试外部串扰链路数量的比例。

总结

当前，除了西欧的一些国家之外，全世界对铜缆布线系统选择绝大多数都是UTP系统。对于用户来说，两种类型各有优缺点（参见表2）。

表2：STP与UTP布线比较

总的来说，如果性能是关键要素，推荐安装STP布线系统，因为STP在10GBASE-T应用中具有出色的外部串扰抑制能力，并且无需进行耗时的外部串扰性能现场测试。如果担心在布线系统的使用寿命期间对接地系统的完整性和连续性的维护，追求以最低成本支持万兆以太网，那么UTP系统是最佳选择。