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屏蔽系统设计

第一章前言

第1节介绍

鉴于目前企业对于通讯的各种需求急剧膨胀，办公大楼因此必须配备经济可靠的而且能适应未来发展的真正的智能系统。

目前，办公大楼正处于不断的变化之中，预计最多十年，各位就会看到办公大楼里的标准化综合布线将会象电话线那样普及。

另一方面，新近出现的一些新的国际标准（ISO/IECIS11801）以及涉及高速率传输的欧洲标准（EN50167，EN50168和EN50169）和关于电磁兼容性即EMC的欧洲标准的出现，也使用户对其欲使用的综合布线系统作出明智的选择，以便使其安装的布线系统能在未来的多年里始终适应各种需要。

要实现这样一个目标就需要一种新的专门技术。

然而，目前的综合布线系统却存在着一个障碍：

那就是办公领域里的技术推进是就事论事式进行的，而且目前使用的连接产品也处于某种混乱状态中。

本指南的宗旨在于向信息技术方面的专业人士、建筑方面的和生活环境布置领域的专业人员，以及企业中涉及信息系统的各类重要人士提供新的建议，并提请这些人士注意，遵守这些欧洲或国际的标准只会更加方便，并帮助他们进行正确的选择。

任何用户如果决定不考虑遵守这些标准，实际上就会产生与这些标准不相符合，并会因此而面临供应商质量保证的问题。

只有依据准确具体的标准，而不是依据某些生产商的协会规范时，才会有真正的质量保证。

在本指南中，我们谨向各位展现3M公司是怎样以其多功能综合布线系统（SCQ）解决各种问题并适应各种不同环境的。

第2节智能大楼

如今，无论是企业、商业还是政府机关的各部门，都越来越借助于电脑和通信技术。

总的来说，目前的电脑和电脑技术已达到结构良好而且使用已较普遍。

但是有一个重要的领域——布线——尚未引起人们的重视，尤其是弱电布线，更为人忽视。

但因其占大楼造价的1至3%左右，所以这决非无足轻重。

事实上，综合布线会使一幢大楼增值。

在潜在用户的眼中，大楼会因综合布线系统更具吸引力。

不久之前，综合布线只是少数几个所谓的“智能大楼”的专利品，可是时至今日，办公大楼综合布线已进入快速发展之中。

虽然“智能大厦”这一名词已越来越为人们所熟知，但它也只是被更多地用于市场推销上而不是在工程上，因而这个时髦的名词容易引起人们的误解。

即使某一个建筑物的外表符合选择某种通信系统，可将公司内的电脑和电信综合在一起，但是并不是简单地布一下线就可以将该建筑物变成智能化大楼。

目前，已有越来越多的供应商和用户都认识到这一点，并懂得了智能大厦的概念已经远不仅只是布线而已。

在此我们谨推出“灵活性”这一概念。

灵活性将大楼综合布线变成了真正的智能。

这种灵活性也称模块化系统，使信息不依赖于具体设备进行传输，并且无需改变综合布线系统的结构布局即可适应未来网络的发展。

目前的企业变得越来越难以适应固定的不能变动的工作场所，因而寻求一种既能适应企业组织结构、又便于灵活改变、重新组合的办公空间。

然而，一个建筑物有其形式、规模、层楼面积、地面至天花板的高度。

这一切都构成了一种固定性。

成为妨碍灵活性的主要障碍。

与此同时，作为实际用户的公司常常希望其工作场所可以迅速地、不产生额外费用的、而又要适应各部门未来发展变化的重新组合。

综合布线的魅力即为能够出色地满足这方面的需求。

人们对水和电的需要已经迫使人们在水电分配设计中采用了分配网络与终端安装相独立的方法；同样，目前急剧膨胀的各种通信需求也迫使建筑设计师、通信专业人员和用户采用相同的信息分配办法。

服务业是一个正在越来越多地使用信息技术和通信技术的经济活动领域。

所使用的通信技术既有模拟信号（电话、电视），也有数字信号（电话、电脑、绘图）。

传输这些内容的网络通常都是电缆构成的。

因此，办公场所就需要灵活性，概括如下：

办公楼的每一楼层的每一进点都必须能够与所有信息传递网络相连接而同时又不需新铺电缆，也不需安装新的接点。

而且随着需求的不断发展，可以迅速地重新安排工作站而无需拆除墙下踢脚板或吊顶板，也不会影响公司业务的正常运转。

但是，虽然电脑已成为新的通信需求急剧增长的主要原因，而我们却不能忽略其他的通信方式，这些通信方式也将成为本世纪末之前的重要发展轴心。

这些内容是：

·语音通讯，即音响信号传输，当然包括电话通讯，同时包括集团电话，

·图象传输，尤其是电视监视系统的图象传输，而且将肯定会成为未来工作站不可分割的一部分（远距离分配，学校，培训中心，医院，宾馆……），

·大楼管理信息（中央化管理BCM），这些大楼管理信息将逐渐由集中自动系统进行管理。

这些信息既可以是行政管理方面的或是技术管理方面的。

集中行政管理（简称GAC）可以用来：

·控制大楼及某些区域仅限经允许人员在规定时间内进出，

·计时管理，

·公司餐厅用餐自动计算、扣费、自动开具发票，

·……

大楼技术管理（简称GTB）可控制并监视：

·消防系统，

·空调系统，

·非法侵入监测系统，

·照明系统，

·采暖调节系统，

·……

本指南主要讨论声音、数据、图象传输方面的问题，对大楼技术管理的内容不作讨论。

第3节综合布线前言

1.3.1何为综合布线

目前，所有商业、企业和公共事业部门都越来越多地借助于电脑和通讯设备。

当然，最主要的是建立起通讯，让信息在某一大楼或场地的内部之间以及大楼与外部进行交换。

因此，必须建立一套布线系统把不同的数据传输设备相互连接起来，这套布线系统必须能同时适用于各种牌子的机器。

“综合布线”一词用来表述这样的概念：

“建筑物综合布线即为在一个建筑物内安装一导体网络，该网络必须满足一定的数量、质量及安排灵活性的要求。

”

综合布线一旦安装完毕，应该可以：

·连接任一类型终端，

·使布线手段标准化、简单化、系统化。

为能达到这两点，综合布线必须具有以下特性：

系统性：

在建筑的任一区域均有输出端口，使在连接和重新布置工作终端时无需另外布线。

重构性：

在不改变布线结构的情况下重新组织网络拓扑结构。

标准化：

整个建筑物内的输出端口及相应配线电缆必须统一，以便平稳连接所有种类的网络和终端。

综合布线系统由于其设计思想上的先进性和易于管理性，可长期提供简单平稳的操作，构造网络、工作站的设置等工作均变得简单容易，并可同步进行。

每当我们谈起综合布线时，通常是指弱电布线。

但是，我们在布线时也应将电力布线一起加以考虑。

建筑物总布线是由220伏我们称之为“强电”的电力电缆网络和电话、电脑我们称之为“弱电”的网络组成。

我们将在本指南的后面部分讨论一下怎样将这两个不同电压的网络在大楼里很好地综合在一起，以避免强电对弱电可能会产生的干扰。

今天，综合布线已经是一种效益很高的投资，而且将来可能会更高。

从长远来说，综合布线最大限度减少了安装成本以及由较差的可靠性和停工所导致的费用支出。

在作进一步探讨之前，首先应区别一下我们以上所说的综合布线的概念和所谓的布线系统的概念。

·综合布线是一个能避免随着需求的增长，被迫不断扩建的布线概念。

·布线系统是一种解决方法或是一种布线产品。

1.3.2综合布线系统的贡献

目前市场上存在着许多布线系统。

有由电脑制造商提供的专用系统，和一些可以兼容各类电话、电脑和图象网络的布线系统。

3M公司多功能综合布线系统（SCQ）就属于后一类布线系统，即：

独立于任何电脑生产厂家，同时又适应于各种不同类型的电脑网络。

多功能综合布线系统（以下简称“SCQ”）的布线系统由水平传输和垂直传输的FTP（屏蔽双绞线电缆）构成，可以承载声音、图象、电脑数据信号，传输频率可达250MHz。

某些布线系统的传输载体采用FTP电缆（屏蔽双绞线电缆）。

这类电缆不适合在有干扰的环境中高速传输数据，而且不符合电磁兼容性的标准（EMC），也不符合欧洲规定电缆必须具有屏蔽或者具有金属编织网的标准。

实际上，为能自我保护，电脑专业人员在安装了布线系统之后，都被迫在自己的信息处理机器里增放一个过滤器，以减少外部干扰，这样一来就加重了预算负担。

事实上，安装了这种所谓“灵活”的而又“经济”的电缆之后，因为增加了一些不得不加的辅助设备，所谓的节约支出被抵消殆尽，而且这样一来，有关布线系统就不再是通用性的了。

这一状况至目前为止或多或少地被遮掩，因为在安装布线系统时，实用安装阶段与连接器无源产品安装阶段是分开的，其预算也是分开的。

SCQ的拓扑结构呈星状，其结构设计如下：

从配线室出发，水平配线用2x4对的5e类双绞线屏蔽FTP电缆，阻抗100Ω。

办公室终点处用2个兼容ISO8877，RJ459针插座连接。

在配线架端，连接用新一代的（嵌入式接点）8对连接模块进行。

垂直配线采用25、50或100对线的主干电缆，也可以采用光缆（62.5/125μm多模光纤）。

跳线可采用1、2或4对的电缆或根据网络的不同（电脑、图象或电话）采用带不同插头的跳线。

1.3.3SCQ优越性和财务合理性

由于各个公司和组织存取数据的方法千差万别，布线系统遇到了一个涉及其继续生存的基本问题。

因为这种差异，在进行信息管理资源方面进行投资时会导致极其昂贵的成本。

实际上，数据传输设备和自动交换机的成本每年都在下降，而性能却在不断提高。

可是，出人意外的是，主要由劳动力和一些电缆或连接零件构成的布线成本却相反在不断上升。

因此，分析布线各种费用成本十分重要。

在两种条件下导致布线费用上升：

其一，电子及通信设备尤其是电脑的发展十分迅速，而依需要而定设备的用户不断添加各种各样的电缆和器件以将其设备升级；其二，公司各部门的行政机构和工作站的位置不断发生变化，即导致布线的重新安排。

这两种情况引起的不断的改建工程使其真正的成本超出预算。

综合布线开始时也许要比普通布线昂贵一点，但应知道这是一种很快就会见到效益的投资。

一般来说，综合布线到第三年就会趋于经济化了，即使我们不将其他不利因素计算进去：

公司运转受影响，油漆修补，安装交货影响，搬迁费用等……。

这些不同的费用对后布线来说是经常发生的，但95%的企业和机构都没注意到这个情况，因为就象我们在以上所说的这些费用被列入了一般开支里（此类发票上的数额一般每张很少超过5000美元）。

同样我们也应当考虑到综合布线在使用上的灵活性以及投资的长久性，因为我们知道综合布线是将企业的各种需求一次性地作了考虑，而且所作的布线已经不需要再作任何改建，在其使用寿命内永远保持稳定可靠。

而布线系统是否同时能进行高速率的传输，也是最后选择的重要标准。

第4节综合布线的标准化

现在无论是在法国还是在欧洲，或是在国际上，都有越来越多的专家组成的组织，决定尽最大努力将综合布线推向标准化，尤其是在智能大楼综合布线领域。

法国是智能大楼市场上特别是在综合布线方面的领先者之一。

除了AFNOR和UTE之外（它们都是ISO和CEI的成员），还有两个专业协会和法国电信总局都颁布过一些规范要求，意在建立标准化基础。

RAR（网络连接和附件）专家小组由SIT（电信工业协会）和SYCABEL（电缆生产商协会）组成，也正在全力以赴为智能大楼布线系统的规范要求出版一些建议和注意事项。

该专家小组也听取来自布线系统生产厂家和推销商的意见。

这些专家小组尤其注意法国、欧洲和国际上有关机构在第三产业用智能大楼方面的标准化进展情况。

目前所有的有关人士都努力工作为标准化贡献自己的力量。

1.4.1机械及电气性能的标准化

自1993年以来，有一些标准化协会和组织考虑了布线系统元件的电气性能问题。

首先是EIA/TIA（电子工业协会），该组织是一个工业协会，曾通过一个称为TSB36（技术系统手册36），手册就水平配线电缆并通过TSB40手册就墙上插座发表了一些规范要求。

TSB40手册是一本主要涉及在衰减、串话和发射方面必须遵守的测量方法和技术参数的手册。

1.4.1.1国际标准

国际上，ISO/CEI/JTC1/SC25WG3委员会发过一份标准文件，名为“始创性的用户建筑布线”，编号ISO/CEIIS11801。

这份文件规定了墙上插座、水平配线100-120和150Ω电缆、跳线尤其是连接线路的参考值。

在楼层配线架的连接模块和垂直配线电缆方面没有作任何规定。

就每个部件而言，要确定其类别需要测试的参数是其机械性能，但是，更重要的是其电气性能，是电气性能来确定以下所要遵守的值。

·衰减值

·串话值

·反射值

a）终端插座

在以下表中所列的值是所有接插件生产商都必须遵守的，以便证明当布线系统使用100MHz时，产品不会产生问题。

而且应当有一个独立的测试机构发给一份质量合格证书以证明产品遵守了发布的性能要求而且符合相应的类别。

插座没有自身的阻抗。

在表中所列的电阻值与在实验室测量中所引进的环路电阻相符。

我们将这些阻值列此只是为了确定安装100Ω、120Ω或150Ω电缆和墙上插座所规定的频率中所要达到的值。

衰减dB

FrequencyinMHz

100-120

150

0.10

0.05

0.10

0.05

0.10

0.20

0.15

0.20

0.15

31.25

0.20

0.15

62.5

0.30

0.20

100

0.40

0.25

串话dB

FrequencyinMHz

100-120

150

86.5

74.4

66.5

62.4

60.5

31.25

56.6

62.5

50.6

100

46.5

插座发射率随传输频率变化：

1MHz

20MHzF100MHz是14dB

b）水平配线电缆

对于电缆导体的直径，随电缆的特性阻抗不同变化：

0.40mm<Φ<0.65mm100和120Ω

0.60mm<Φ<0.66mm150Ω

衰减值是以每100米电缆长进行计算。

衰减dB

FrequencyinMHz

100

120

150

2.1

1.8

4.3

3.6

2.2

6.6

5.2

3.6

8.2

6.2

4.4

9.2

7.0

4.9

31.25

11.8

8.8

6.9

62.5

17.1

12.5

9.8

100

22.0

17.0

12.3

串话dB

FrequencyinMHz

100-120

150

31.25

62.5

100

100和120Ω电缆反射率都是23dB，并且与传输频率无关，而对于150Ω电缆来说，反射率是24dB。

有一个重要的参数是信号噪声比（ACR），它实际上是代表信息传输的通频带，通频带越宽，信号通过就越容易，而又不会受到干扰。

信号噪声比是在某个特定频率下的串话与相同频率下100米内的衰减这两者之间相差的结果。

c）跳线电缆和终端接线电缆

关于跳线电缆和终端接线电缆的标准相对比较含糊。

这些电缆应当有着与水平配线电缆一样的特性阻抗（Zc），而且其衰减值可以比水平配线电缆衰减最多高50%。

至于跳线串话没有规定任何值，因为串话与电缆长度有关。

d）连接电路

ISO/IECIS11801标准将电缆和墙上接插件根据其性能分为不同的类别。

现已分有以下三种类别：

三类：

100和120Ω电缆以及相配的连接部件，其传输特性规定至16MHz；

四类：

100和120Ω电缆以及相配的连接部件，其传输特性规定至20MHz；

五类：

100和120Ω电缆以及相配的连接部件，其传输特性规定至200MHz,

五e类：

100和120Ω电缆以及相配的连接部件，其传输特性规定至250MHz。

关于连接方面，国际标准化组织委员会相应于类别也作了传输级别区分，这些不同的传输级别区分根据水平配线的不同长度而发生变化：

Typeofapplication

Class

ClassB

Class

ClassD

Category3

100et120

2Km

500m

100m

Category4

100et120

3Km

600m

150m

Category5

100et120

3Km

700m

160m

100m

Cable150

3Km

1Km

250m

150m

下表是布线系统中测量连接性能所要考虑的各种因素：

连接定义

连接线路衰减及串话

FrequencyinMhz

Attenuation

Nearendcross-talk（NEXT）

2.50

4.80

7.50

9.40

10.50

34.50

31.25

13.10

31.50

62.5

18.40

100

23.20

上表中所列的特性，无论水平配线电缆的特性阻抗是多少，其值都是相同的。

以上所列的值既可从楼层配线间开始测量，也可以从墙面插座开始测量。

1.4.1.2欧洲标准

在欧洲，CENELEC已经颁布了一些标准，这些标准的一部分是在ISO/IECIS11801标准基础之上制订的。

这些标准的文件已经得到了欧洲共同体的批准并在1995年7月开始执行。

这些标准涉及水平配线电缆技术特性、跳线和终端连接电缆以及主干电缆。

这三个标准规定：

水平配线、垂直配线、以及跳线和终端连接电缆的外套必须用L.S.O.H（低烟雾无毒卤素）材料，也就是说烟雾低释放并且有毒卤素为0的材料。

另外，为遵守自1996年1月1日始实施的C.E.M（电磁兼容性）标准，规定电缆和跳线电缆都应当具有一层总的或双道屏蔽，或者具有一层金属编织网。

水平配线、垂直配线、以及跳线电缆在1MHZ和100MHZ之间测量的特性阻抗应当是：

·100＋15Ω

·120＋15Ω

·150＋15Ω

a）EN50167标准（水平配线电缆）

该标准比ISO标准更详细，因为该标准考虑了导线的直径。

下表是100米电缆的衰减，用分贝（dB）计算：

Impedancecharacteristics

100

120

150

Nominaldiameter

0.5mm

0.6mm

0.5mm

0.6mm

FrequencyinMHz

2.1

2.0

1.8

1.1

4.3

3.9

3.8

3.6

2.2

6.6

5.7

5.2

3.5

9.2

8.0

7.0

4.9

31.25

11.8

10.5

10.0

8.8

6.9

62.5

17.1

15.0

12.5

9.8

100

22.0

19.0

17.0

12.3

在串话方面，无论是什么电缆特性阻抗，CENELEC给所涉及的频率订出了一些相同的值。

串话

FrequencyinMHz

100-120-150

31.25

62.5

100

b）EN50168标准（跳线和终端连接电缆）

ISO标准在跳线和终端连接上模糊不清，但是CENELEC却与之相反，在衰减和串话上制定了需遵守的值。

跳线和终端连接电缆是由七股线组成的单根电缆，因此该标准根据缆芯的直径大小制定了一些需遵守的值。

100米衰减dB

Impedancecharacteristic

100

120

150

Diameter

70.10

70.15

70.20

70.10

70.15

70.20

70.15

FrequencyinMHz

6.2

4.0

3.1

4.8

2.9

2.4

1.7

11.4

7.4

5.7

9.2

5.5

4.6

3.3

17.2

11.2

8.6

14.0

8.4

7.0

5.2

21.6

14.0

10.8

17.4

10.5

8.7

6.6

25.0

16.2

12.5

20.0

12.0

10.0

7.4

31.25

31.0

20.1

15.5

24.0

14.5

12.0

10.4

62.5

44.0

28.6

22.0

33.0

20.0

16.5

14.8

100

55.0

35.7

27.5

40.0

25.0

20.0

18.7

串话dB

FrequencyinMHz

100-120-150

31.25

62.5

100

c）EN50169标准（垂直配线电缆）

ISO标准在垂直配线电缆性能问题上保持了沉默，因为垂直配线电缆不是连接电路的一个组成部分。

CENELEC却为这种电缆定义了衰减和串话值。

确实，有了一些标准，就只能促使电缆生产厂家开出性能更高的新产品，这将会为布线系统带来某种长期性。

因为测量连接电路的条件既有可能是由ISO制定，也有可能是由CENELEC制定。

下表中所叙的衰减值与水平配线电缆的衰减值相一致。

这就意味着电缆生产厂家应当努力改进目前的主干电缆，并极有可能淘汰高密度的电缆。

100米电缆衰减dB

Impedancecharacteristic

100

120

150

Diameter

0.5mm

0.6mm

0.5mm

0.6mm

FrequencyinMHz

2.1

2.0

1.8

1.1

4.3

3.9

3.8

3.6

2.2

6.6

5.7

5.2

3.5

9.2

8.0

7.0

4.9

31.25

11.8

10.5

10.0

8.8

6.9

62.5

17.1

15.0

12.5

9.8

100

22.0

19.0

17.0

12.3

串话

FrequencyinMHz

100-120-150

31.25

62.5

100

d）

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