在过去的几年当中，我们见证了数据传输速率的飞速提升，而且目前的任何迹象都表明这种趋势依然会存在下去。早期的网络常被要求在每个终端上都要连接电传打字机，或者将计算机连接到打印机，但是现在，我们需要下载大量的图片、音乐及视频文件，因此高速传输就显得非常必要，甚至在普通住户家中也是如此。

 

      当整个网络被认为是一个完整的系统、发射器、介质及接收器，很明显，其中最弱的连接就将影响到整个系统中可以达到的最高速度。相应的，如果我们消除这个瓶颈，那么我们就能获得更高速度的数据传输。数字传输包含数据位的传递。而数据位又包含两种状态，根据学科不同，它又被理解为正/负、开/关以及1/0等。这两种状态可以被表示为不同的电压级别，例如+5伏和0伏，或者+9伏和+5伏。在实际的数据传输当中，这些状态并不是与传统的正弦波一致，反而符合数字信号波形趋势，其中上升及下降时间几乎是瞬间完成的。

 

      网络连接中的瓶颈已经变为布线，而且这个被称为“介质”的部分多年来都是各大公司研发的主要目标，而且他们已经在这个方面取得了很多进展。其中比较大的问题是电容及电感，这两个方面都会使通过铜缆导线传导的数字信息或多或少的出现丢失。既然电容性电抗及电感性电抗都是与频率相关的，因此在最新的更高传输速度下，它们所带来的影响也愈加明显，但是产生影响的方式会完全不同。以欧姆来计量的电容性电抗在更高频率下会更低，因此它会倾向于将信号分流。而且，还可能会在相邻线对附近出现一些电容性耦合，从而产生串扰及更低的信噪比。

 

      相比之下，电感是另外一类问题。在电流通过导线的任何时候，该导线周围都存在一个电磁场。如果电流是非脉冲式直流电，则电磁场会是静态的且对相邻导线来说为不可见，除非此时恰好该电流被打开或关闭。如果该电流是交流电或波动式直流电，那么就需要有额外的能量以消除电磁场。在低频率条件下，这种现象并不明显，除非其距离非常远。但是随着频率的提高，电磁场的波动会更加快速，而且用于消除电磁场的功会显著降低传输信号的强度。这部分的电感电抗随处可见。除此之外，还有另外一部分被称为电感耦合。

 

      电容电抗是另外一种会在高频率下降低信号强度的现象，它倾向于改变信号的方向，而且还会将其耦合至相邻的导线上。电感是一种随着频率增加而增加的系列现象，而且它会减弱信号强度并会与相邻导线进行耦合。

 

      电磁屏蔽

 

      应对电容耦合的一种解决办法是进行电磁屏蔽。可以在布线或导线之间安装一条接地的金属障碍物。特别是在干扰较严重的环境下，将线缆安装在一个接地的金属槽（例如导电金属管（EMT））当中将会非常有帮助降低干扰。另外一个办法是认真对线缆的阻抗进行匹配，从而使传输的功率达到最大。匹配不合将会产生非常严重的信号反射，这样就会破坏信号波形，严重时将会使所送达的无法被识别。而且，还有必要对最远传输距离进行观察。对于通过5e类UTP布线传输信号的以太网来说，最远传输距离为100米，即328英尺左右，而这个距离对于大多数室内的应用而言已经足够。不管这种线缆的长度多少，其特征阻抗都是100欧姆。如果线缆的阻抗与发射器、接收器及其它连接线路的阻抗不相匹配，严重的信号反射将会沿着上行线路传输回去，这样就会减弱原始信号或者使其完全无法被识别。

 

      那么，对于电感来说，又会是什么情形呢？如前所述，在电流通过导线的任何时候，导线周围都会出现相应的电磁场而且它会随着距离的延长逐渐减弱。如果电流有所不同，这个电磁场也会出现变化，而如果电磁场出现变化，那么又会在与之平行的导线上感应出新的电流，只要附近有平行导线这种电流感应都会出现，只是程度不同罢了。这种感应现象被称为“互感”。另外还有一种被称为“自感”的现象，顾名思义，它会在本身的导体内部产生电流。由于所感应的电流与原先的电流方向相反，因此二者互为抵消从而使该导体成为一个阻抗。与电阻类似，它以欧姆来计量并且符合欧姆定律，但是二者的最大差别在于它与频率的大小密切相关。同时，它也随着传输线路的距离变化而变化。

 

      随着频率的升高，电容电抗则会降低。由于这种电容电抗是一种平行的现象，因此在相同的线对束之间、相同线缆中相邻线对束之间以及不同的相邻线缆间产生更多的耦合，而且会产生串扰。电容耦合的严重结果可以通过屏蔽及平衡传输来缓解。在很多情况下，电感与电容非常类似，但是很多的数学关系式都被转换了。随着频率的升高，感应电抗则会升高。由于感应电抗是一系列的现象，因此更大的感应电抗也减弱了信号强度。

 

      双绞线技术

 

      第一部电话被连接到当时现有的电线或者由一个单根线缆以及作为线路回程部分的地面组成。而在十九世纪末期，高功率的电动马达就已经出现，特别是在城市已经普及，但是它也由于电刷磨擦产生的火花而在线路中出现一些不可接受的干扰，同时由于较高电感负荷产生干扰叠加，因此电源线就会释放出电磁辐射。开发电话的工程师设计出了一种平衡的线路，它可以有效的减少衰减并提高电话的应用范围。但是在之后的多年，电气环境中的干扰变得更高。这些工程师又提出了一个简单却非常有效的解决方案，即线缆移位。即在一定的间隔下，线缆会绕行并改变位置。因此，我们看到了双绞线缆技术的诞生，且其缠率为每英里缠结5次。这个方案再加上平衡传输技术，就可以消除干扰从而使干扰得到有效的降低。

 

        

 

                                       上图所示为包布的双绞电话线，它已被使用多年。

 

      当我们把日历迅速翻到二十世纪末期时，我们发现用于电话及新兴数据传输应用的双绞线技术已经得到长足的发展。电磁屏蔽已经被证明在降低电磁干扰及静电干扰方面十分有效。同轴线缆在外围接地的屏蔽层中间配有内部导体，并因而得名，而且这根导体也可供信号回馈之用。这根导体与外围的屏蔽层共用一个轴心。同轴线缆第一次于1936年被使用，那时AT&T公司在纽约市及费城市之间安装了一条同轴试验线路。

 

      同轴线缆已经而且仍然被用于天线传输、仪器装置、视频监控及其它的应用当中。而且，它还是早期的以太网介质。同轴线缆及其它屏蔽线缆的唯一问题是，它们与UTP（非屏蔽双绞线），例如被广泛使用的且足以供很多目前电话及数据应用使用的5e类线缆相比，前者会稍微有些昂贵且安装时较为费时。

 

      双绞线对

 

      UTP的效果好坏与否主要取决于平衡信号传输的效果。如前所述，这种方法早在十九世纪就被开发出来以应对当时电气环境中出现的干扰。平衡信号传输意味着两根导体中的每一根所传输的信号版本有所不同，但是从多方面看都是相同的，除了相位差了180度。信息的传输是通过信号的不同振幅来达到的，且振幅的范围是从零至预定的最大值之间。如果一对这样的导线被铺设在干扰源的附近，例如荧光照明、马达或交流电源线，其中的一根导线也就最靠近干扰源的那根导线会比另一根感应出更多不希望看到的电流，从而使信噪比不甚理想抑或无法接受。在接收端，信号可能会被减弱或甚至无法被识别。

 

      通过将线缆对进行缠绕，我们可以看出不希望看到的干扰得到了明显的降低。这是由于首先是第一根导线然后是另一根交替的靠近干扰源，从而每根上产生的感应电流基本相当。既然平衡信号是差示信号，因此干扰就会在接收器端被消除。值得强调的是，尽管平衡信号传输本身在电气干扰环境当中并不完全有效，但是很明显双绞线对对于降低干扰非常必要。但是，还是存在一个问题。如果两根无源双绞线对相距较近并且传输一定的距离，那么线对之中可能还会出现一些不希望看到的相互干扰。这是因为，由于两个线对都被缠绕，因此一个线对中的一根总会是与另一个线对中的一根线缆距离较近，例如白/蓝与白/橙一样。类似的，由于两个线对的缠距一样，因此蓝线和白线之间的距离总是较短。差示干扰消除将不会发生。

 

                                   

 

      上图左上角所示为普通的数字波形，而其它部分则为各种被破坏或者是被干扰的波形。

 

      再一次借鉴之前提到的关于电话机的工作，其中已经采用了一个简单的解决办法。相同线缆中双绞线对的缠距（通常以每米绕率计）对于不同线对来说可能有所不同。这种方案现在已经被广泛采用。由于干扰及最终的信噪比作为静电或电磁的特性，它们与频率的关系非常密切，因此过去多年我们所见证的数据传输速率的提升就意味着双绞线技术也不得不有所发展。这在布线及其它领域内也当然如此。印刷线路板及固态组件工程师已经与电容及电感效应斗争了多年，而且这种努力还在持续。即使是已经被以太网终端使用多年的简单的RJ-45连接器，它也需要被工作人员重新设计。RJ-45最初只是AT&T公司的术语称谓。RJ从字面上表示的是注册的插座。如果要严格表达全部含义，这个术语应该表示的是具有8个凹槽及8个触点的插头及插座。为了能够成功的用于更高速度的数据传输，很重要的一点是双绞线对导体在被终止的地方要尽可能缩短松散的长度，绝不能长于1/2英寸，且只需要能够插入插头中就可以了。而插头本身在低数据传输下是不需要的，它已经成为延迟串扰的源头，而且工程师们正在向这一块硬件中引入双绞技术。接下来的创新工作是要将一个带有电容器的小型线路板引入到插座当中。

 

      到目前为止，UTP线缆的发展已经与不断加快增长的数据传输速度保持同步。虽然研发机构已经推出了设计独特且十分成功的布线产品，它们到目前为止都已经满足人们对高速传输的需求，但是在安装层面上来看，失败的机率也是在不断提高。非屏蔽双绞线对相对较容易被铺设，但是人们有必要提前做好预防以避免出现高速连接性能下降的现象。

 

      在铺设线缆并通过分隔区、地板层及天花板时，需要在两端预留出足够的长度以备在终止前修剪。这样做可以避免在将线缆穿过小开口或通过障碍时使两端遭到破坏。

 

      如果线缆伸到线缆盒之外，需要注意的是不要让人踩到或破坏。

 

      弯曲半径过小，打结或者过高的拉伸张力都可能会改变双绞线的缠率，这样将会使其特征阻抗产生差别，或者还会限制较高缠率所能带来的好处。

 

      在确保线缆的铺设位置时，千万不要将其固定的过紧。而要让其处于适度放松状态。但是同时，线缆又必须要被确保不会出现太多移动，从而避免在将来遭受破坏。

 

      另外，不要将UTP通过相同的钻孔置于相同的通道当中，或者与交流电源靠的过近。且绝对的最低距离是与240伏电源保持6英寸以上，而与480伏电源则保持8英寸以上。同时，数据通道还要远离于荧光灯装置、变压器、UPS设备、马达及其它电磁设备。

 

      在住户、商用及工业环境当中，不论是新修建筑还是重新装修，安装人员通常都倾向于使用UTP。一般的，如果你使用更多的UTP，对其铺设并终止，那么你就会更喜欢它。

 

      光纤通常不会受到我们已经讨论的频率依赖问题的影响，毋庸置疑，它将会成为未来的发展趋势，但是UTP也可能会在相当长时间内保持较高的市场占有率，也许还能持续好几代。暂时，飞速增长的铜缆价格好象预示着光纤将在较短的时间内就会被很多人采用。但是目前持续的经济困境，再加上日用品价格的持续下跌，都使得铜缆UTP的生命得到延续。其实没有人能够真正知道未来的发展将会如何。

 

      而对布线设计及安装来说，比较好的策略可能有以下几点：

l         继续使用UTP。

l         将其置于金属通道当中，从而使其易于在以后被清除并用光纤来取代。

l         现在就开始学习和了解光纤介质，从而能够在需要的时候用上它。