数据电缆的串音问题及其解决措施探讨

王存良，王国权（江苏亨通线缆科技有限公司）

数据电缆的串音问题及其解决措施探讨

王存良，王国权
（江苏亨通线缆科技有限公司）

近年来，随着数据电缆通信的带宽及数据传输频率不断增加，对数据传输的质量要求越来越高，数据电缆的串音现象分析具有重要意义。论文结合具体实践，介绍了数据电缆的串音现象，分析了数据电缆出现串音问题的原因，并有针对性地分析了数据电缆串音问题的解决措施。

数据电缆；串音；解决措施

1　引言

随着全国通信网络的迅猛发展，网络传输容量、速度、质量不断提高，对通信用数据电缆的要求也日益提升，以满足系统综合布线的需求。串音指标是表征通信电缆抗噪音能力的重要指标，并与数据传输误码率、综合布线长度、系统带宽息息相关，因此，进行数据电缆串音问题的探讨具有重要意义。

2　数据电缆的串音现象

串音是影响数据电缆通信质量的重要因素之一。目前，市内通信经常采用对称双线回路，这种通信回路具有开放的电磁场，当数据电缆内部某一线对进行通信时，自身产生的电磁场通过电磁感应现象，将在同一数据电缆的其余线对引起串音，电磁感应将形成感应电压和电流，对数据通信造成干扰。

3　数据电缆串音现象产生原因分析

数据电缆串音现象产生的根本原因是电磁耦合，电缆串音的大小取决于线对之间电磁耦合的强弱，与各个线对之间的相对位置和结构息息相关。电磁耦合根据原理又可以分为电耦合和磁耦合两种。

3.1电耦合

电耦合主要是指数据电缆的主串和被串回路之间介质能量损耗和不平衡电容产生的干扰电流。电耦合的产生原因是多样的，与电缆的线对结构不对称、介质电气特征不均匀、绝缘厚度不一致等都有关系；在低频情况下，数据电缆导线线对间的耦合主要是电耦合。图1所示为电耦合的耦合机理示意图。

图1　电耦合的耦合机理

设噪声源电压为 US，其在受感应导体Z1回路上产生的感应电流为 I，则通过电耦合，在Z1回路上产生的感应电压为：

UN=jwMI=Mdi/dt

式中，M为互感， di/dt为噪声源回路的电流 I变化率。

表1所示为不同的电缆线间距离下感应到的噪声电压值。

表1　不同电缆线间距离的噪声电压值

3.2磁耦合

磁耦合主要是指数据电缆的主串回路和被串回路之间金属损耗和电感不平衡产生的干扰电流。磁耦合产生的原因主要与电缆的线径位置不对称和导线电气特性不均匀有关。随着电缆线路频率的升高，数据电缆导线线对间的耦合初始以磁耦合为主，而且不再仅限于邻近的线对间，经过第三回路或波反射等途径而产生的磁耦合不断增加。

4　数据电缆串音现象的解决措施探讨

传统的对数据电缆串音现象的解决措施以线对间节距配合为主，通过交叉效应降低串音出现的概率。随着数据传输频率不断升高，数据电缆的传输指标不断提升，仅靠线对节距配合已经不再能够解决问题。有必要进一步探讨串音现象的以下解决措施。

4.1采用合理的电缆结构改善串音

4.1.1利用线对距离效应

线对距离效应是分析数据电缆串音的重要方法，对于固定的电缆结构，当两线对间的距离越大串音将越小。因此，通过增加主串线和被串线之间的距离，可以降低二者之间的电磁干扰，从而改善数据电缆内部的串音现象。目前，利用线对距离效应的常见方法是使用非极性材料进行隔离。例如：对于六类缆线可以在缆线的线对间加装“十”字形骨架以增加线对距离；对于超五类缆线可以在线缆缆芯外包裹一层非金属材料，通过非极性材料的隔离，来改善电缆缆线内部各个子单位之间的串音。

4.1.2采用外包屏蔽材料

在电缆的线芯外包屏蔽材料，包覆在绝缘表面的金属屏蔽与金属护套之间等电位，能够改善电缆绝缘，降低电缆线对之间的电磁耦合。此时，屏蔽效果的好坏由屏蔽材料的厚度和重叠率决定。图2所示为屏蔽对耦合的影响，在受感应导体外包了屏蔽层后，设屏蔽层的对地电容为CL，则此时外包屏蔽层感受的噪声电压Un为：

由于感应噪声电压作用到了屏蔽层上，因此极大降低了电容耦合，克服了串音问题。

图2　屏蔽对耦合的影响分析

以7类缆为例，它对包括相对延差、NEXT等在内的指标要求很高，需要采用线对节距配合金属箔线对屏蔽的方法来应对串音问题；为了提升屏蔽效果，有时还在缆芯外加编织屏蔽。

同时应该注意，在高频信号传输时导体会出现集肤效应。此时，应该根据最低使用频率来设计和计算外包屏蔽层的厚度；同时要相应增加屏蔽中的金属层数，以增加信号在线缆传输时的反射次数，降低电磁耦合，解决串音问题。

4 .1 .3采用合理的缆芯绞合方式

除了线对距离和外加屏蔽外，缆芯的绞合方式也与耦合情况下的电场分布情况密切相关。目前，常用的缆芯耦合方式有同心层绞式、束绞、单位式绞合等，这些绞合方式各有优缺点。同心层绞式的线对距离固定，缆芯的结构圆润整齐，因此电容的分散性较小，尤其适合高频电缆；束绞方式的线对间相对位置不固定，因此电容分散性相对较大，多适用于中频和低频电缆，不宜用于高频电缆；单位式绞合的单位直径远大于单线直径，通过增加线对距离来降低串音，具有良好效果，但同时，单位式绞合方式内线对间的节距应互不相同。

4.2选择合理的绞对节距

一般来说，绞对节距越小，越有利于降低电缆的串音问题；但随着绞对节距的降低，线缆的生产速度随之降低，传输时延随之上升。因此，绞对节距的选择应该兼顾性能、速度、时延三者的关系，尽量使电缆线对间的电磁波矢量相对抵消。在生产过程中，严格控制芯线绝缘的放线和收线张力、齿轮精度，并将对绞节距的波动控制在3%以内。

4.3严格控制制造过程中的工艺参数

4 .3 .1绝缘工序

制造中应该确保绝缘外径的圆整和均匀，良好的均匀性有利于降低电磁波的反射，减少串音；提升绝缘制造工艺，将绝缘偏心控制在合理范围内，降低因绝缘偏心引起的不平衡电容和差模电流；尽可能少使用有色母料，降低因介质损耗引起的不平衡。

4 .3 .2绞对工序

芯线绞对时，应尽量使用在直径、绝缘外径、线对等方面差异较小的芯线，以降低因电容和电阻不平衡引起的串音；经常测试绞对线之间的实际节距，对高频电缆还应测试节距的波动情况，超五类以上的电缆需要将节距波动控制在1%以内。

4 .3 .3成缆工序

成缆时应该注意对节距波动的控制。使用成缆机时，可能因为加扭或减扭等作用而产生节距变化，引起不平衡，因此，应该严格控制成缆工序，将因成缆导致的节距波动控制在±5mm。

5　结束语

引起数据电缆串音的原因是多方面的，与生产、设计、施工、使用等环节均有关系。因此，为了改善串音问题，有必要进一步提升电缆结构设计水平，重视电缆制造工艺改进，做好电缆工艺控制。

【1】刘子玉，王惠明.电力电缆结构设计原理[M].西安：西安交通大学出版社， 1996.

【2】方敏，刘雅.关于通信用水平对绞电缆串音性能的讨论[J].电线电缆，2011，22（03）：20-23.

【3】胡观华.多用户 VDSL 系统串音问题研究[D].宁波大学，2011.

Discussion on Crosstalk and Solutions of the Data Cable

WANG Cun-liang，WANG Guo-quan
（JiangSu Hengtong Wire&Cable Technology Co.,Ltd.）

In recent years, with the increasing bandwidth of data cable, the frequency of the data transmission is increasing, and demanding high quality data transmission as well, it has great significance to analyse the crosstalk phenomenon for data cable.Connecting to specific practice,the article gives an introduction to the crosstalk phenomenon for data cable, analyses the cause of crosstalk problem, and focus on analysing the solution to improve the crosstalk.

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