最后，本文回顾了独立实验室开展的各项测试，以验证UTP布线在数据中心等已应用10GBASE-T的环境中的可行性，以及下一代应用（例如NGBASE-T (40Gbps)）对更高性能布线的需求。
引言：
双绞线结构化布线系统是纯被动的；因此，它们本身不会产生任何类型的电磁信号。然而，当连接到构成语音、数据和图像传输通信网络的电子设备时，它们会辐射到安装环境中。
此外，通过这些电缆传输的信号也可能受到其他系统电磁辐射的影响。10GBASE
-T等超高速应用的出现意味着所使用的传输频率远高于以往。这可能会引起业内的一些担忧：一方面，布线系统会对其他设备构成威胁；另一方面，为了支持如此高的速度和频率，是否必须使用屏蔽系统。本文将阐述在包括 10GBASE-T 在内的当前应用中使用非屏蔽系统的可行性，并探讨为应对 40G 应用的到来而开始使用屏蔽系统的必要性。
电磁兼容性 (EMC)： 
在美国，联邦通信委员会 (FCC) 将网络设备和系统的辐射限值分为两类：A 类适用于商业环境，B 类适用于住宅环境。各类限值如下表所示
。
在欧洲，欧盟成员国采用了IEC CISPR-22标准（国际无线电干扰特别委员会），该标准也分为A类和B类，并规定了与FCC第15部分B子部分要求非常相似的测试程序和发射限值。
因此，所有在欧盟范围内销售的产品和系统都必须符合电磁兼容性指令89/336的要求，该指令规定了两项基本要求：
- 设备或系统不得干扰无线电或电信设备
。- 设备或系统必须能够抵御来自射频发射器或其他类似设备等电磁干扰源的干扰。 
噪声和耦合的类型
电缆上的噪声主要有两种类型：
• 共模噪声 (CM)
• 差模噪声 (DM)
下图展示了噪声耦合到接收器的两种机制：由外部电磁场引起的感应噪声和由外部接地环路引起的传导噪声。共模耦合电压 (VCM) 是电场强度 (E) 和长度为 (l) 的导体在平均高度 (h) 处悬挂于地平面上方所形成的环路面积的函数。因此，将电缆安装在靠近地平面的位置可以显著降低感应共模噪声的耦合。
至于传导噪声 (Vg)，它是由工作区域和电信机房之间接地系统的电位差引起的，主要出现在屏蔽系统中（非屏蔽系统除了线对本身之外没有金属元件）。如果线对平衡，则流经每根导体的噪声电流大小相等且方向相同。众所周知，流经初级绕组两半的相等电流会在次级绕组中产生相反的电压，从而在接收机输入端相互抵消。
根据线路不平衡的程度（通常是由于安装问题），一部分共模噪声信号会被转换为差模信号，并直接传输到接收机。纵向转换传输损耗 (LCTL) 以分贝 (dB) 为单位，衡量的是由于线路不平衡导致共模噪声转换为差模噪声的程度。
应用和双绞线布线系统的演进：
正如有源器件行业和企业环境中的数据传输应用已从低传输速率 (10BASE-T) 演进到极高传输速率 (10GBASE-T 和 40GBASE-T) 一样，支持各种应用的布线系统也必须随之演进，这需要更大的带宽和更强的抗干扰能力，以及更强的抗内外噪声等能力。
每一代以太网接口都采用更高效的信令协议和改进的信号处理系统，以减轻或补偿双绞线布线系统在传输频率增加时固有的特性，例如近端串扰 (NEXT) 或回波损耗 (RL)。
双绞线布线系统的技术特性也得到了极大的提升，尤其是在带宽方面。10BASE-T 应用只需使用两对线即可在 3 类线缆上运行，而 100BASE-TX（快速以太网）则需要 5 类系统，同样也只需两对线。1000BASE-T（千兆以太网）需要使用全部四对线，即 5E 类线缆。然而，由于 5E 类线缆提供的近场通信 (NEXT) 余量有限，无法满足带宽需求，尤其是千兆以太网所需的近场通信 (NEXT)，因此强烈建议使用 6 类线缆。千兆以太网采用双向信令或全双工传输，这意味着接口两端都需要回声消除器 (NEXT)。10GBASE
-T 的出现需要使用新的 6A 类双绞线布线系统，其带宽为 500 MHz，最大传输距离为 100 米。
10GBASE-T 的数据传输速率（或符号速率）为每秒 800 兆符号 (MSPS)，相比千兆以太网的 125 MSPS，传输速率提高了 6.4 倍。每个符号的比特数也从千兆以太网的 2 比特增加到 10GBASE-T 的 3.25 比特。
在最大传输频率方面，千兆以太网使用约 80 MHz 的频率，而 10GBASE-T 需要 400 MHz 以上的频率。传输频率的显著提高意味着 10GBASE-T 应用更容易受到电磁干扰 (EMI) 的影响，因此支持这些应用的布线系统必须具有很强的抗电磁兼容性 (EMC) 和抗电磁干扰能力。 
下表列出了使用双绞线布线的以太网应用以及每种应用的推荐类别。
尽管1000BASE-T和10GBASE-T的安装环境中的噪声或干扰以及每根双绞线内部产生的干扰非常相似，但由于10GBASE-T使用的传输频率更高，其噪声消除难度远高于千兆以太网。因此，10GBASE-T接口需要消除以下噪声：
- 回波：发射器发出的信号在同一点被接收或反射。-
近端串扰：同一根电缆上同一对线缆在发送端的干扰。-
端端串扰：同一根电缆上同一对线缆在接收端的干扰。-
近端串扰：来自相邻线缆的干扰。 
下图展示了使用10GBASE-T或任何其他全双工应用时，传输信道上产生的所有这些噪声或干扰。
在所有这些干扰中，最重要且最关键的是串扰，即共用同一管道的相邻线缆产生的干扰。这是因为其他噪声可以通过接口使用处理技术消除，但由于串扰的相关性较低，因此无法消除。
因此，必须使用 Cat6A 双绞线布线系统，尽可能减轻或降低这种干扰。可以通过更紧密的绞合、增加电缆直径（从而降低远距离传输时的干扰）或屏蔽电缆来减少或消除这种噪声。10GBASE-T（也称为 IEEE 802.3an）还具有一种称为功率回退 (PBO) 的串扰抑制技术。PBO 技术在链路较短、衰减不高的情况下，会降低发射功率。
电磁干扰 (EMI)——
10GBASE-T 应用中更高的符号速率，以及由此产生的更高传输频率（高达约 400 MHz），使得该应用极易受到外部噪声源的影响。下图显示了可能导致 10GBASE-T 传输出现问题的各种噪声源，以及一些危害较小的噪声源，即带外噪声。
带外信号会产生谐波干扰，但这通常不是一个严重的问题。此外，为了符合电磁兼容性 (EMC) 法规，发射设备必须使用滤波器，这进一步降低了自然传输频率之外的干扰。需要
重点关注的是那些传输频率与 10GBASE-T 所用频率重合的设备，即传输频率低于 500 MHz 的设备。这些设备辐射的信号会以共模 (CM) 信号的形式耦合到双绞线电缆中。此外，部分共模信号会变成传导差分噪声，由于其缺乏相关性，接口 DSP 无法消除该噪声，从而导致传输和解码过程中出现错误。本文将
探讨 10GBASE-T、Cat6A UTP 电缆及其电磁干扰特性。
鉴于10GBASE-T接口的日益普及以及Cat6A UTP线缆的现有装机量，SYSTIMAX与经认证可根据IEC 17025标准进行EMC/EMI测量的独立实验室NTS（国家技术系统）合作，对GigaSPEED X10D非屏蔽双绞线布线系统与不同类型和代数的10GBASE-T网卡的电磁兼容性和性能进行了研究。 
研究开展了五项EMC测试，包括辐射发射、静电放电(ESD)抗扰度、辐射抗扰度、快速转换噪声(EFT)抗扰度和传导抗扰度。所有测试结果均符合要求，如表格所示。
此外，研究还构建并测试了各种传输和电磁干扰场景，以观察10GBASE-T应用在GigaSPEED X10D UTP线缆上的性能，特别是误码率(BER)、丢包率和链路损耗。
测试 1：混合使用 Cat6 和 Cat6A 线缆，分别以 1000BASE-T 和 10GBASE-T 速率传输数据。
不同类别的线缆组合可用于各种类型和速度的应用。然而，最棘手的问题或许是混合使用 Cat6 和 Cat6A UTP 线缆，同时以 1000BASE-T 和/或 10GBASE-T 速率运行。测试采用 6:1 的配置，即一根受干扰线缆被六根干扰线缆包围。测试目的是验证受干扰线缆上的误码率 (BER)。根据 IEEE 802.3an 标准，10GBASE-T 的 BER 在相当长的时间内应小于 10⁻¹²。
图 1 显示了测试场景，所有场景的 BER 均为零。
基于 BER 测试结果，预计混合使用以 10GBASE-T 速率运行的 GigaSPEED X10D 链路和其他以 1000BASE-T 或 10GBASE-T 速率运行的不同类别线缆不会出现问题。 
测试 2：在真实干扰环境下验证 GigaSpeed X10D 线缆上的 10GBASE-T 丢包情况。
本次测试使用了两代 10GBASE-T 接口：第一代（现已完全淘汰）和第二代（目前部署最广泛的）。测试中，将对讲机、手机和荧光灯靠近已安装的链路，以观察这些干扰因素可能导致的丢包情况。
前两次测试均使用频率为 147.5 MHz 的对讲机靠近线缆进行。该设备反复激活，并放置在距离线缆 1 米的位置。结果表明，使用第一代网卡的链路出现了丢包，而使用第二代网卡的链路则没有出现问题。
为了确定第二代网卡是否会受到其他干扰设备的影响，我们将对讲机替换为一台以 900 MHz 频率广播的移动电话，并在电缆中间放置了一个荧光灯管屏幕。使用第二代网卡时，两种情况下均未出现丢包现象。 
测试 3：EFT 干扰下的性能。
以下测试模拟了电缆系统及其上运行的应用程序在与含有快速转换噪声 (EFT) 的电源线并排工作时的性能。为此，我们将一根电源线粘合到 GigaSPEED X10D UTP 电缆上，并以编织方式固定，使其沿整个长度完全粘合。然后，我们将具有以下特征的 EFT 脉冲注入到电源线中：
- 电压：2kV
- 频率：5 kHz
- 周期：300 ms
- 持续时间：15 ms
- 上升时间：5ns ± 30%
- 脉冲宽度：50ns ± 30%
- 源阻抗：50 Ω ± 20%。
使用第一代和第二代接口再次验证了响应。该测试旨在确定在传输 3.8MB 文件期间，EFT 是否会导致链路丢失或故障，并连续多次重复测试，每次至少持续 60 秒。 
结果表明，当对第一代接口施加 EFT 突发信号时，会发生链路丢失，接口复位。然而，使用第二代接口时，不存在这种干扰问题。
最近，半导体制造商英特尔进行了类似的测试，以验证集成到服务器主板 (LOM) 中并通过 Cat6A UTP GigaSPEED X10D 线缆运行的下一代 10GBASE-T X540 接口的性能。这些新一代接口集成了一种称为“第五通道”的机制，用于减少线缆中引入的外部干扰。测试中 
使用了多种设备来引入干扰，包括 iPhone 4 和 HTC BlackBerry 手机，以及 Motorola XPR 6580 和 MR350R 对讲机。
使用各种干扰源获得的结果表明，链路没有丢失，误码率 (BER) 始终低于 10⁻¹²，在任何情况下丢包率均为零。
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屏蔽电缆及其屏蔽效能
在讨论屏蔽电缆时，一个关键问题随之而来：电缆屏蔽层在降低外部噪声方面的效能如何？回答这个问题远非易事。
屏蔽系数衡量的是屏蔽层在电磁场中的有效性，其定义为屏蔽层引入后接收器处感应电压与屏蔽层引入前同一位置感应电压的比值。 
屏蔽系数会随工作频率、屏蔽层的类型、厚度和几何形状、屏蔽层的连接方式以及其他因素而变化。
出于防止触电的安全考虑，终端设备的机箱必须接地，电缆屏蔽层的两端也必须接地，以确保屏蔽层能够保护线对免受外部电磁场的影响。然而，这也可能导致由于接地环路电流引起的传导噪声。 
下图展示了由接地端之间的电位差引起的接地环路电流。
反之，如果仅在一端接地，则接地环路被断开，共模场耦合仍然存在，屏蔽在高频（长度 > 1/10）下失效。因此，屏蔽电缆系统必须在两端接地；否则，在对 10GBASE-T 正常运行至关重要的频率下，屏蔽将失效。
结论：
新一代 10GBASE-T 网卡和接口的出现显著提升了 10GBASE-T 应用的抗电磁干扰能力。例如，
GigaSPEED X10D 等稳健的 Cat6A UTP 双绞线布线系统，即使在电磁干扰最严重的环境中，也能确保 10GBASE-T 的稳定可靠运行。因此，对于计划部署 10GBASE-T 应用的新建企业安装项目或数据中心而言，GigaSPEED X10D 等稳健的 Cat6A UTP 解决方案是理想之选，因为其部署和维护成本均低于其他屏蔽 Cat6A 或更高等级的解决方案。
随着 40GBASE-T 等新型以太网应用的出现，以及双绞线电缆传输速度的提高，屏蔽电缆的使用势必会受到限制。这主要是因为，单靠电缆本身无法减轻这些频率（1.6GHz 或更高）传输产生的各种噪声，而且接口也没有足够的抗干扰能力和降噪消除技术，使得 UTP 系统的实施成为可能。.
因此，技术发展决定了对特定线缆类别和屏蔽层的需求。尤其对于专为数据中心环境设计的 40GBASE-T 应用（该应用通过双绞线传输的最大距离约为 30 米，且绝不会超过 50 米），才需要采用稳健且安装正确的屏蔽双绞线解决方案。.
作者：Alberto Martínez，西班牙和葡萄牙康普企业技术经理
