【摘要】
本文简单介绍了铜布线系统的主要发展历程和特点，经过多年应用，Cat 5e/6类布线系统已经很难达到未来布线市场的应用要求，同时本文介绍了Cat.6A布线系统在无线Wifi、POE供电的应用、数据中心以及5G小基站四个方面的应用需求。
【关键词】：Cat.6A布线系统、无线Wifi、PoE供电、数据中心布线、5G小基站
1. Cat.6A 布线系统概述
2015年意大利米兰举行的国际结构化布线会议中，国际ISO/IEC工作组达成一致意见，决定提高ISO/IEC 11801-2标准中针对商业楼宇水平结构化布线的最低要求，从D级(超5类)
提升到E级(6类)，并推荐使用 EA 级(6A类)或更高级别的线缆。这项具有历史里程碑意义的决议标志了D级(超5类)结构化布线，在国际标准中推出整整20年后终于被淘汰，同时也标志着将EA级(6A类)结构化布线定位为新办公楼安装的最佳水平媒介。
相对于传统的超五类、六类布线系统，Cat.6A类布线系统在传输性能上有很大优势。
10GBASE-T传输模式将利用脉冲调幅（PAM）技术，类似于已经被普遍用于千兆以太网的1000BASE-T模式。1000BASE-T模式利用PAM技术使用PAM-5进行编码，在四对线的每一对上双工双向进行 250Mb/s的传输，这个应用要求工作带宽大约80MHz。10GBASE-T建议利用PAM-5/PAM-10/PAM-16以及混合技术进行编码，在四对线的每一对上全双工进行2.5Gb/s的传输。
根据这个模式，依据香农理论计算，为了达到2.5Gb/s的传输速率，信道的传输能力应该达到约20GBit/s，而Cat.6A类布线系统500MHZ的工作带宽刚好满足了这样的要求。
超五类布线系统已经完成了5~10年主流应用它的历史任务，伴随着千兆铜缆布线系统现阶段大范围的广泛应用，六类布线系统正占领着市场超过60%的份额。而当下最为火热的5G话题与万物互联，更是将万兆布线系统推上了时代的前沿，Cat.6A铜缆布线系统势必在此契机之中独占鳌头。
2. 无线 WIiFi 对 Cat.6A 布线系统的推动
无线 WiFi 技术发展至今，短短 18 年时间，已经从 IEEE 802.11 a/b/g/n/ac 发展到今天的 IEEE 802．1lax，技术标准不断更新，传输速率越来越快。同时为了改变广大用户对于 802.11 a/b/g/n/ac/ax 每一代 Wi-Fi 版本命名过于冗长的印象，Wi-Fi 联盟趁此机会宣布把新一代 Wi-Fi 技术 802.11ax 简化为 Wi-Fi 6，并将前两代技术 802.11n 和 802.11ac分别更名为 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 5。
IEEE 802．1lax 设计之初就是为了适用高密度无线接入和高容量无线业务，比如室外大型公共场所、高密场馆、室内高密无线办公、电子教室等场景。在这些场景中，接入Wifi 网络的客户端设备将呈现大幅增加，另外，还在不断增加的语音及视频流量也对 Wifi网络带来调整，根据预测，到 2020 年全球移动视频流量将占数据流量的 50%以上，其中有大量的移动流量将会通过 Wifi 承载。而 4K 视频流（带宽要求 30Mbps/人）、语音流（时延小于 30ms）、VR 流（带宽要求 50Mbps/人，时延 10~20ms）对带宽和时延是十分敏感的，如果网络拥塞或重传导致传输延时，将对用户体验带来较大的影响。而 Wifi6 网络通过 OFDMA、UL MU-MIMO、1024-QAM 等技术使这些服务比以前更可靠，不但支持接入更多的客户端，同时还能均衡每个用户的带宽。
由于 WiFi6 的速率应用场景，切合目前网络“双千兆”发展趋势，因此 IEEE 802.11x 发布之时即受到业界热捧，根据某咨询机构数据显示，IEEE 802.11ax 将在 2020 年逐渐应用，并在 2022 年达到约三分之一的市场份额。如下图。
图 1 WiFi 产品市场份额预测分布图
在 WiFi 设备不断升级的过程中，不可忽视的一个问题是，连接至住宅的数据速率是当今Wi-Fi 连接性的瓶颈，也就是说，接入住宅的数据速率远低于智能设备与接入点之间的传输速率，即使设备之间的传输速率为 7 Gb/s，但是在家中上网的速率只有 100 Mb/s，数据分层失衡。因此，数据速率的提升以及数据分层的重建应该能够创建更有意义的数据连接，运营商在竞相提高 FTTH、DOCSIS 3.1 以及 LTE/5G 网关的数据速率的同时，Wi-Fi 6 也将提高实际数据吞吐量并侧重于提高网络容量，此外还将用于减少干扰的可靠技术以支持在智能家居中使用多个无线电系统。
而根据标准规定，以及综合布线 100 米的距离限制，Cat 6 无法为 1Gb/s 传输速率提供良好的支持，显而易见，为了有效支持 WiFi 的应用需求， Cat.6A 布线系统将成为未来几年 WiFi 铜布线系统的基本要求。综合布线工程的施工一般是建筑物的隐蔽工程，综合布线的使用寿命可长达 25 年，因此网络布线的设计必须考虑未来网络升级的需求，可想而知，目前的网络设计阶段，采用 Cat 6A 及以上的布线系统是发展的必然。
3. PoE 应用进一步推动 Cat 6A 的应用
PoE 全称为Power Over Ethernet，又被称为基于局域网的供电系统(PoL, Power over LAN )或有源以太网( Active Ethernet)，也被简称为以太网供电，这是利用现存标准，规范了以太网传输电缆在传送数据的同时，又满足供电的功率应用要求，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。通过这种方式，可以为IP电话、IP摄像头、无线AP、数据采集终端等设备进行远程集中供电，而不再需要考虑其电源系统布线的问题。
在PoE供电中，电流在线对中传输，大部分的电能会传送到受电设备（PD, Powered Device）中，但由于网络布线的对绞电缆本身存在一定的电阻，在传输DC电流时将会产生一定的热量，这些热量将导致传输链路以及PD终端的温度升高。温度升高对数据传输的性能指标具有非常大的影响，使得通道的衰减/插入损耗加大。同时在我们综合布线系统中，电缆经常成捆布放，会进一步加剧温升，一般而言，捆扎数越大，温升越明显，在一些严酷的条件下，温度可能会超过规定的工作温度，线缆在长期高温环境工作会加快线缆老化，并带来安全隐患，线缆工作温度的控制不容忽视。
电缆温升的测试方法为取100米数据线样品，电缆需要环绕和捆扎，尽量使电缆之间没有空隙，可在密闭导管道条件下以获取最坏情况下的电缆温升情况。为了确定特定线缆结构和特定安装方式的温升影响，可通过对成束通电线缆监测温升程度，并取链路中不同监测点的最大值作为评估温升的严重程度的依据。如图2所示为每线对1000mA电流在管道安装场景下，不同等级非屏蔽电缆的温升情况。由于高等级的线缆具有较粗铜导体，电阻值更小，可以有效减小线缆温升，从最终的实验数据可以看出，Cat 5e线缆在PoE应用中有较大的风险，而Cat 6A线缆明显优于Cat 5e与Cat 6。
图 2 不同线缆的温升情况
一舟股份积极进行线缆温升的研究与试验，与行业设备与布线厂家共同完成了《以太网供电（PoE）技术与应用白皮书》编写，针对PoE的应用，我们做了大量的测试实验，根据测试结果，我们建议：为了有效避免风险，PoE应用中尽量采用Cat 6A及以上等级的线缆进行PoE应用。
4. 数据中心对布线的要求
Cat.6A 布线系统对于数据中心的重要性不言而喻，在 ISO/IEC 11801-5:2017 标准(数据中心)的草案中，EA 级(6A 类)已经是铜布线系统的最低标准。国内最新出版的数据中心设计规范，GB 50174-2017 中，明确规定“承担数据业务的主干和水平子系统应采用 OM3/OM4多模光缆、单模光缆或 6A 类及以上对绞电缆”。
以中石油吉林数据中心为例，作为中国石油三大数据中心之一，中石油吉林数据中心是完全按照国家标准GB 50174来建设的A级数据中心，拥有超过2000个机柜的规模。吉林石化数据中心旨在支持核心业务系统的生产经营和异地容灾备份，有效应对并降低自然和人为灾难对中国石油信息系统的影响，建成投入使用后将运行中石油各主营业务信息系统，成为拥有“云计算”能力、国内领先、国际一流的数据中心。为了保障整个数据中心所有数据的传输，储存的可靠性、安全性和及时性，铜缆布线系统采用了Cat.6A布线系统，其中的增强六类屏蔽线缆更是采用了编制+铝箔双重屏蔽啊（S/FTP）结构，配合增强六类锌合金屏蔽模块，保障了整体的数据传输性能。
5. 5G 小基站对布线的要求
目前，在 5G 时代，以“宏基站为主，小基站为辅”的组网方式是未来网络覆盖提升的主要途径。主要是 5G 时期采用 3.5 及以上的频段，在室外场景下覆盖范围减小，加上宏基站布设成本较高，因此需要小基站配合组网。支持多级 hub 级联的 BBU 通过光纤连接到 hub，然后通过 Cat.6A 布线系统再连接到小基站。Cat.6A 布线系统拥有高带宽高速率的特点，可以完全符合 5G 小基站对布线的要求。
小基站主要专注热点区域的容量吸收和弱覆盖区的信号增强，信号覆盖范围从十几米到几百米。在 3G 时代已开始应用，以家庭基站作为 3G 网络室内覆盖和业务分流的重要方案。在 2G 时代，由于宏基站覆盖范围较广，室内主要采用室分系统为主，小基站应用场景相对有限。在 3G 时代，由于仍然以采取宏基站覆盖为主，加上 3G 时代过度至 4G 时代迅速，所以小基站应用不广泛。在 4G 时代，业务以移动业务和数据为主，并在解决接入速率和吞吐量等技术大幅提升，因此小基站发展也有限。但仍然解决不了从 4G 时代过度到 5G时代的需求，包括：
1) 未能满足巨大的设备连接数密度、毫秒级的端到端时延等技术和服务需求。
2) 由于 5G 频段的上移，也使网络覆盖能力的下降。3) 目前 80%的数据流程量来自室内的热点区，包括办公场地、商场、广场和公交地铁等场景。例如营运传统室内分布系统(如 DAS)进行室内覆盖，则成本太高。在 5G 时代，“宏基站为主，小基站为辅”的组网方式有效补充解决了 4G 网络覆盖的问题，如超高流量密度、超高数据连接密度和广覆盖等场景。值得一提的是，2016 年全球小型基站设备出货量为 170 万站，同比增长 43%；市场规模达 15 亿美元，同比增长 15%。
6. 总结
可以预见，在不久的将来，CAT 6A布线系统在5G、万兆Wifi、万兆以太网、POE应用、数据中心等方面将扮演着越来越重要的角色。我们也建议本着“立足现在、适度超前”的原则，全面考虑实际应用和未来发展，充分考虑技术的先进性，为支持未来高速网络应用的发展正确的选择适合自身智能化系统要求的综合布线方案。
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