【摘要】
本文簡單介紹了銅佈線系統的主要發展歷程和特點，經過多年應用，Cat 5e/6類佈線系統已經很難達到未來佈線市場的應用要求，同時本文介紹了Cat.6A佈線系統在無線Wifi、POE供電的應用、數據中心以及5G小基站四個方面的應用需求。
【關鍵詞】：Cat.6A佈線系統、無線Wifi、PoE供電、數據中心佈線、5G小基站
1. Cat.6A 佈線系統概述
2015年意大利米蘭舉行的國際結構化佈線會議中，國際ISO/IEC工作組達成一致意見，決定提高ISO/IEC 11801-2標準中針對商業樓宇水平結構化佈線的最低要求，從D級(超5類)
提升到E級(6類)，並推薦使用 EA 級(6A類)或更高級別的線纜。這項具有歷史裡程碑意義的決議標誌了D級(超5類)結構化佈線，在國際標準中推出整整20年後終於被淘汰，同時也標誌著將EA級(6A類)結構化佈線定位為新辦公樓安裝的最佳水平媒介。
相對於傳統的超五類、六類佈線系統，Cat.6A類佈線系統在傳輸性能上有很大優勢。
10GBASE-T傳輸模式將利用脈衝調幅（PAM）技術，類似於已經被普遍用於千兆以太網的1000BASE-T模式。1000BASE-T模式利用PAM技術使用PAM-5進行編碼，在四對線的每一對上雙工雙向進行 250Mb/s的傳輸，這個應用要求工作帶寬大約80MHz。10GBASE-T建議利用PAM-5/PAM-10/PAM-16以及混合技術進行編碼，在四對線的每一對上全雙工進行2.5Gb/s的傳輸。
根據這個模式，依據香農理論計算，為了達到2.5Gb/s的傳輸速率，信道的傳輸能力應該達到約20GBit/s，而Cat.6A類佈線系統500MHZ的工作帶寬剛好滿足了這樣的要求。
超五類佈線系統已經完成了5~10年主流應用它的歷史任務，伴隨著千兆銅纜佈線系統現階段大範圍的廣泛應用，六類佈線系統正佔領著市場超過60%的份額。而當下最為火熱的5G話題與萬物互聯，更是將萬兆佈線系統推上了時代的前沿，Cat.6A銅纜佈線系統勢必在此契機之中獨佔鰲頭。
2. 無線 WIiFi 對 Cat.6A 佈線系統的推動
無線 WiFi 技術發展至今，短短 18 年時間，已經從 IEEE 802.11 a/b/g/n/ac 發展到今天的 IEEE 802．1lax，技術標準不斷更新，傳輸速率越來越快。同時為了改變廣大用戶對於 802.11 a/b/g/n/ac/ax 每一代 Wi-Fi 版本命名過於冗長的印象，Wi-Fi 聯盟趁此機會宣佈把新一代 Wi-Fi 技術 802.11ax 簡化為 Wi-Fi 6，並將前兩代技術 802.11n 和 802.11ac分別更名為 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5。
IEEE 802．1lax 設計之初就是為了適用高密度無線接入和高容量無線業務，比如室外大型公共場所、高密場館、室內高密無線辦公、電子教室等場景。在這些場景中，接入Wifi 網絡的客戶端設備將呈現大幅增加，另外，還在不斷增加的語音及視頻流量也對 Wifi網絡帶來調整，根據預測，到 2020 年全球移動視頻流量將佔數據流量的 50%以上，其中有大量的移動流量將會通過 Wifi 承載。而 4K 視頻流（帶寬要求 30Mbps/人）、語音流（時延小於 30ms）、VR 流（帶寬要求 50Mbps/人，時延 10~20ms）對帶寬和時延是十分敏感的，如果網絡擁塞或重傳導致傳輸延時，將對用戶體驗帶來較大的影響。而 Wifi6 網絡通過 OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM 等技術使這些服務比以前更可靠，不但支持接入更多的客戶端，同時還能均衡每個用戶的帶寬。
由於 WiFi6 的速率應用場景，切合目前網絡“雙千兆”發展趨勢，因此 IEEE 802.11x 發佈之時即受到業界熱捧，根據某諮詢機構數據顯示，IEEE 802.11ax 將在 2020 年逐漸應用，並在 2022 年達到約三分之一的市場份額。如下圖。
圖 1 WiFi 產品市場份額預測分佈圖
在 WiFi 設備不斷升級的過程中，不可忽視的一個問題是，連接至住宅的數據速率是當今Wi-Fi 連接性的瓶頸，也就是說，接入住宅的數據速率遠低於智能設備與接入點之間的傳輸速率，即使設備之間的傳輸速率為 7 Gb/s，但是在家中上網的速率只有 100 Mb/s，數據分層失衡。因此，數據速率的提升以及數據分層的重建應該能夠創建更有意義的數據連接，運營商在競相提高 FTTH、DOCSIS 3.1 以及 LTE/5G 網關的數據速率的同時，Wi-Fi 6 也將提高實際數據吞吐量並側重於提高網絡容量，此外還將用於減少干擾的可靠技術以支持在智能家居中使用多個無線電系統。
而根據標準規定，以及綜合佈線 100 米的距離限制，Cat 6 無法為 1Gb/s 傳輸速率提供良好的支持，顯而易見，為了有效支持 WiFi 的應用需求， Cat.6A 佈線系統將成為未來幾年 WiFi 銅佈線系統的基本要求。綜合佈線工程的施工一般是建築物的隱蔽工程，綜合佈線的使用壽命可長達 25 年，因此網絡佈線的設計必須考慮未來網絡升級的需求，可想而知，目前的網絡設計階段，採用 Cat 6A 及以上的佈線系統是發展的必然。
3. PoE 應用進一步推動 Cat 6A 的應用
PoE 全稱為Power Over Ethernet，又被稱為基於局域網的供電系統(PoL, Power over LAN )或有源以太網( Active Ethernet)，也被簡稱為以太網供電，這是利用現存標準，規範了以太網傳輸電纜在傳送數據的同時，又滿足供電的功率應用要求，並保持了與現存以太網系統和用戶的兼容性。通過這種方式，可以為IP電話、IP攝像頭、無線AP、數據採集終端等設備進行遠程集中供電，而不再需要考慮其電源系統佈線的問題。
在PoE供電中，電流在線對中傳輸，大部分的電能會傳送到受電設備（PD, Powered Device）中，但由於網絡佈線的對絞電纜本身存在一定的電阻，在傳輸DC電流時將會產生一定的熱量，這些熱量將導致傳輸鏈路以及PD終端的溫度升高。溫度升高對數據傳輸的性能指標具有非常大的影響，使得通道的衰減/插入損耗加大。同時在我們綜合佈線系統中，電纜經常成捆布放，會進一步加劇溫升，一般而言，捆紮數越大，溫升越明顯，在一些嚴酷的條件下，溫度可能會超過規定的工作溫度，線纜在長期高溫環境工作會加快線纜老化，並帶來安全隱患，線纜工作溫度的控制不容忽視。
電纜溫升的測試方法為取100米數據線樣品，電纜需要環繞和捆紮，儘量使電纜之間沒有空隙，可在密閉導管道條件下以獲取最壞情況下的電纜溫升情況。為了確定特定線纜結構和特定安裝方式的溫升影響，可通過對成束通電線纜監測溫升程度，並取鏈路中不同監測點的最大值作為評估溫升的嚴重程度的依據。如圖2所示為每線對1000mA電流在管道安裝場景下，不同等級非屏蔽電纜的溫升情況。由於高等級的線纜具有較粗銅導體，電阻值更小，可以有效減小線纜溫升，從最終的實驗數據可以看出，Cat 5e線纜在PoE應用中有較大的風險，而Cat 6A線纜明顯優於Cat 5e與Cat 6。
圖 2 不同線纜的溫升情況
一舟股份積極進行線纜溫升的研究與試驗，與行業設備與佈線廠家共同完成了《以太網供電（PoE）技術與應用白皮書》編寫，針對PoE的應用，我們做了大量的測試實驗，根據測試結果，我們建議：為了有效避免風險，PoE應用中儘量採用Cat 6A及以上等級的線纜進行PoE應用。
4. 數據中心對佈線的要求
Cat.6A 佈線系統對於數據中心的重要性不言而喻，在 ISO/IEC 11801-5:2017 標準(數據中心)的草案中，EA 級(6A 類)已經是銅佈線系統的最低標準。國內最新出版的數據中心設計規範，GB 50174-2017 中，明確規定“承擔數據業務的主幹和水平子系統應採用 OM3/OM4多模光纜、單模光纜或 6A 類及以上對絞電纜”。
以中石油吉林數據中心為例，作為中國石油三大數據中心之一，中石油吉林數據中心是完全按照國家標準GB 50174來建設的A級數據中心，擁有超過2000個機櫃的規模。吉林石化數據中心旨在支持核心業務系統的生產經營和異地容災備份，有效應對並降低自然和人為災難對中國石油信息系統的影響，建成投入使用後將運行中石油各主營業務信息系統，成為擁有“雲計算”能力、國內領先、國際一流的數據中心。為了保障整個數據中心所有數據的傳輸，儲存的可靠性、安全性和及時性，銅纜佈線系統採用了Cat.6A佈線系統，其中的增強六類屏蔽線纜更是採用了編制+鋁箔雙重屏蔽啊（S/FTP）結構，配合增強六類鋅合金屏蔽模塊，保障了整體的數據傳輸性能。
5. 5G 小基站對佈線的要求
目前，在 5G 時代，以“宏基站為主，小基站為輔”的組網方式是未來網絡覆蓋提升的主要途徑。主要是 5G 時期採用 3.5 及以上的頻段，在室外場景下覆蓋範圍減小，加上宏基站佈設成本較高，因此需要小基站配合組網。支持多級 hub 級聯的 BBU 通過光纖連接到 hub，然後通過 Cat.6A 佈線系統再連接到小基站。Cat.6A 佈線系統擁有高帶寬高速率的特點，可以完全符合 5G 小基站對佈線的要求。
小基站主要專注熱點區域的容量吸收和弱覆蓋區的信號增強，信號覆蓋範圍從十幾米到幾百米。在 3G 時代已開始應用，以家庭基站作為 3G 網絡室內覆蓋和業務分流的重要方案。在 2G 時代，由於宏基站覆蓋範圍較廣，室內主要採用室分系統為主，小基站應用場景相對有限。在 3G 時代，由於仍然以採取宏基站覆蓋為主，加上 3G 時代過度至 4G 時代迅速，所以小基站應用不廣泛。在 4G 時代，業務以移動業務和數據為主，並在解決接入速率和吞吐量等技術大幅提升，因此小基站發展也有限。但仍然解決不了從 4G 時代過度到 5G時代的需求，包括：
1) 未能滿足巨大的設備連接數密度、毫秒級的端到端時延等技術和服務需求。
2) 由於 5G 頻段的上移，也使網絡覆蓋能力的下降。3) 目前 80%的數據流程量來自室內的熱點區，包括辦公場地、商場、廣場和公交地鐵等場景。例如營運傳統室內分佈系統(如 DAS)進行室內覆蓋，則成本太高。在 5G 時代，“宏基站為主，小基站為輔”的組網方式有效補充解決了 4G 網絡覆蓋的問題，如超高流量密度、超高數據連接密度和廣覆蓋等場景。值得一提的是，2016 年全球小型基站設備出貨量為 170 萬站，同比增長 43%；市場規模達 15 億美元，同比增長 15%。
6. 總結
可以預見，在不久的將來，CAT 6A佈線系統在5G、萬兆Wifi、萬兆以太網、POE應用、數據中心等方面將扮演著越來越重要的角色。我們也建議本著“立足現在、適度超前”的原則，全面考慮實際應用和未來發展，充分考慮技術的先進性，為支持未來高速網絡應用的發展正確的選擇適合自身智能化系統要求的綜合佈線方案。
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