双轴电缆如何比 CAT 电缆更快

网络工程 电缆 布线 硬件
2021-07-17 22:23:18

我最近发现双轴电缆可以具有 100gbps 的非常高的传输速度。即使是古老的RG-6技术,也可以通过moca获得千兆速度。我不明白的是,为什么没有更快地使用额外导体的 CAT6 等专用电缆,如果我们可以通过两导体电缆获得 100gbps,我们为什么还要烦恼?除了POE还有什么优势?

3个回答

简而言之,双轴电缆只允许非常短的距离,不到 10 米。

他们在网络中使用,例如两者的40Gb和100Gb标准支持双轴电缆......可达7米。

由于这种限制,它们主要用于直连电缆。

(在网络之外,它们用于例如 USB3 或 Display Port 电缆)。

有两个因素:

传播速度(或速度因子VF为光速c的速度的一小部分0)很大程度上依赖于电缆的介电质的渗透性本质上,铜只引导在空间中传播的电磁场。VF 由 VF = 1/sqr( k ) 计算,k是电缆的磁导率(导体和绝缘体/电介质组合)。同轴电缆或双轴电缆可以具有非常“快速”的绝缘体,高达甚至超过 0.9 VF。

Cat-5/6 双绞线的 VF 仅为 0.65(Cat-7 约为 0.75),因此电信号通过电缆需要更长的时间。考虑到特别是 Twinax 电缆的长度很短,这可以忽略不计 - 对于 15 m,最大 twinax 范围,差异约为 20 ns。

更显着的效果来自行代码虽然 twinax 使用简单的 64b/66b(对于大多数端口类型)几乎没有编码开销,但 10GBASE-T 需要复杂的编码[1],这会导致 0.8 到 2.5 μs 的端口对开销(取决于生成和端口硬件的等级)。

编码开销也是光纤被认为比双绞线更快的原因,即使信号本身实际上可能传播得慢一点。

说到 100 Gbit/s - 双绞线只有短距离 40GBASE-T,这就是线路的终点(永久)。一切都更快地使用光纤或(非常短的)双轴/DAC/-CR。

[1] 10GBASE-T 使用 Reed-Solomon 前向纠错和 Tomlinson-Harashima 预编码,除了使用 DSQ128“棋盘模式”符号选择的 PAM-16 调制之外,还会产生相当大的开销(对于以太网)。

背景是每种技术的信令带宽。以下是每种技术引入时的波特率:

  • UTP 16MHz。

  • 双轴 30MHz。虽然长途电话系统达到了大约 45MHz。

  • 多模光纤160MHz。

  • 单模光纤1400MHz。

现在的数据速率现在要高得多,但这些数字让您很好地了解一项技术需要多努力才能达到所需的速度。

  • 使用 UTP 意味着增加电线的直径(Cat5 100MHz),加强电线的扭曲和分离(Cat6 250MHz),以及安装实践,特别是弯曲半径(Cat5,6),对电缆的冲击(Cat6)和端接(Cat6A 500MHz)。

  • Twinax 也经历了类似的过程,导体距离变得更加可控,导体之间的介电材料得到改进,弯曲半径增加(通常通过减小同轴电缆的直径来实现)。这样做的一个副作用是使 twinax 物理上变得脆弱。

  • 多模光纤有了一系列的改进,从FDDI(160Mhz)、OM-1(200MHz)、OM-2(500MHz)、OM-3(1500Mhz)、OM-4(3500Mhz)、OM-5。

  • 单模光纤并没有看到太大的改进,因为该光纤的单通道使用受到激光发射器和接收器系统带宽的限制,而不是电缆带宽的限制。主要的变化是通过更好地控制光纤的掺杂来允许更多的通道,这消除了称为“水峰”的高衰减带。光纤通道通常为 100000MHz 宽,每对光纤通常具有 80 个通道。对于最新的技术,相邻的 100GHz 信道形成为 400GHz 信道。

一般来说,波特率越高,距离越小。随着电缆变长,信号看起来越来越像随机噪声。与较慢的信号相比,较快的信号变化显然开始看起来更接近噪声。因此,提高比特率的挑战之一是防止长度变得太短而无法使用。常见的做法有一些神奇的价值: 10 公里是城域光纤的有用长度;2Km 是校园光纤的有用长度;100m是建筑物中UTP装置的最大距离;30m 是互连机架的有用长度;5m 是用于在机架内互连事物的有用长度。

在这些原始信号速率(技术上:波特率之上,应用了一种调制来将数字位传输到模拟信号。这些调制既有电子任务(防止信号中的直流偏置),也有数据通信任务(使接收到的信号与本底噪声区分开来,将二进制编码为物理帧)。这些调制可以是简单的也可以是复杂的:复杂的调制需要接收电子设备做更多的工作,使它们变慢并使用更多的功率;但简单的调制可能无法达到所需的带宽。

我们也可以“作弊”并使用多个传输:

  • 在 UTP 电缆中,有四对平行的等长传输线。100Base-T 使用两对——一对用于接收,一对用于发送。1000Base-T 使用这四对作为四个单独的传输线。10GBase-T 使用复杂的调制以相互关联的方式驱动所有四条传输线。

  • 对于多模光纤,很容易构建四个平行的相同长度对。“MPO”连接器允许将这些线对视为单根电缆。

  • 对于单模光纤,四个激光器可以通过一对光纤驱动四种不同频率的光(“通道”)。

现在对于 10Gbps twinax,我们可以在大约 7m 的电缆上进行简单的调制。所以这是在机架内工作的有用距离。但对于长跑来说,这不是一个有用的距离。我们可以放大信号以获得更大的范围(“有源”电缆)。但随后以太网从同轴电缆转向 UTP 的原因开始显现。最重要的是:同轴电缆接线既昂贵又不可靠。

即使在机架内 Twinax 也很烦人,以至于随着多模光纤的价格下降,光纤是更有吸引力的选择。Twinax 易碎,弯曲半径太大,扭结是永久性的。您可以获得非易碎的 twinax,但其 8mm 的直径使其不适合高密度布线,但对于长度 <7m 的情况,高密度布线非常适合我们。