23 KiB
Executable File
2.1铜缆测试标准和参数
本章节内容可参见《网络测试和故障诊断 第二版》3.4.1 潘凯恩 主编 电子工业出版社
图片和内容版权所有，未经授权，请勿转载！
双绞线测试标准和参数
业界对双绞线已经有相当完善的测试体系，测试标准从20世纪90年代至今已经非常完善。国际主要认可的测试标准是北美TIA组织标准和国际ISO组织标准。我国主要采用在两大标准组织标准EIA/TIA 568和ISO/IEC 11801基础上发展而来的国家标准（目前使用《综合布线系统工程验收规范》GB/T 50312－2016）。
双绞线测试定义了两种模型，根据GB/T 50312－2016，包括永久链路（Permanent Link）和通道链路（Channel Link）测试模型，分别如图3.54和图3.55所示。
永久链路和通道链路测试模型的区别在于测试服务对象不同。永久链路测试模型适合工程建设项目验收时使用，通道链路测试模型适合综合布线已建成并投入使用后使用；永久链路测试中需要扣除测试跳线的影响，而通道链路测试中会将用户跳线视为测试的一部分链路。双绞线测试参数及针对的故障见表3.19。
表3.19 双绞线测试参数及针对的故障
| 序号 | 参 数 | 测 试 描 述 | 针对的故障 |
|---|---|---|---|
| 1 | 连接图 | 8根线的线序 | 通断问题 |
| 2 | 长度 | 线缆两端中的一端发送，另一端接收，只测试一端 | 通断问题 |
| 3 | 衰减 | 线缆两端中的一端发送，另一端接收，只测试一端 | 性能问题 |
| 4 | 近端串音（NEXT） | 两线对间，线缆两端均需测试，结果分NEXT（本地）和NEXT（远端） | 性能问题 |
| 5 | 近端串音功率和（PS NEXT） | 多线对间，线缆两端均需测试，结果分PS NEXT（本地）和PS NEXT（远端） | 性能问题 |
| 6 | 回波损耗（RL） | 单线对的阻抗连续性情况 | 性能问题 |
| 7 | 传播延时 | 以ns来计 | 性能问题 |
| 8 | 传播延时偏差 | 线对之间的延时差，以ns来计 | 性能问题 |
| 9 | 衰减近端串音比（ACR-N） | 两线对间，线缆两端均需测试，结果分ACR-N（本地）和ACR- N（远端） | 性能问题 |
| 10 | 衰减远端串音比（ACR-F） | 两线对间，线缆两端均需测试，结果分ACR-F（本地）和ACR-F（远端） | 性能问题 |
| 11 | 衰减近端串音比功率和 （PS ACR-N） | 多线对间，线缆两端均需测试 | |
| 12 | 衰减远端串音比功率和 （PS ACR-F） | 多线对间，线缆两端均需测试 | 性能问题 |
| 13 | 直流环路电阻 | 线对电阻 | 性能问题 |
| 14 | 电阻不平衡 | 平衡性传输参数，包括线对电阻不平衡性和P2P电阻不平衡性 | 性能问题 |
| 15 | 传输不平衡TCL和ELTCTL | 平衡性传输参数，用于测试抗外部干扰性能 | 性能问题 |
| 16 | 外部近端串音功率和（PS ANEXT）及外部衰减远端串音比功率和（PS AACR-F） | 多根线缆间的外部PS ANEXT和外部PS AACR-F | 性能问题 |
双绞线测试参数说明
1.连接图
连接图（Wire Map）是指线缆两端的接线方式是否匹配。接线有T568A和T568B两种模式，接线错误将造成网络通信不正常。网线有固定的色标，正确的接线方法如图3.56所示。
T568A和T568B规定引脚1和引脚2是一对绞线，百兆网中负责网络数据发送，引脚3和引脚6是一对绞线，百兆网中负责网络数据接收，引脚4和引脚5是一对绞线，引脚7和引脚8是一对绞线。典型的接线问题如下。
① 开路：线路中有断开现象，一般主要原因是水晶头处线缆接触不良，可以用线缆测试设备进行故障点定位。
② 短路：线路中有一根或多根线的金属内芯互相接触，导致短路。
③ 错对和跨接：在布线过程中，两端的接线不同，一端是T568A，另一端是T568B，如图3.57所示。
④ 反接：一对线两端的正、负极连接错误，一般规定奇数线号为正电极，偶数线号为负电极。例如，T568B模式中引脚1的橙白线为第一线对的正极，引脚2的橙线为负极，这样可以形成直流环路。
⑤ 串绕：没有严格遵守接线标准是接线中常见的问题。如果把引脚3和引脚4打成同一线对，会造成较大的信号泄漏，产生近端串音，这会导致上网困难或间接性中断，在速率为100Mb/s以上的网络中尤其明显。
2.长度
测试线缆时，各个测试模型所规定的长度（Length）不一样，但基本上遵循了以太网的访问机制CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测），以下为各个标准所规定长度的情况：
永久链路：长度极限为90m，包括两端的信息模块。
通道链路：长度极限为100m，包括两端的测试跳线、链路中的转接和信息模块。
:::tip[小贴士] 我们所说的长度是线缆线对的长度，并不是线缆表皮的长度，因为一般来说线对的长度要比表皮的长度长，并且4个线对的线缆长度可能不一样，这是由于每个线对的绞率不同。 要精确的计算线缆的长度，就要有准确的NVP（额定数据传输速率）值，通过一系列的计算，算出精确的长度。 NVP=信号在线缆中传输的速率/信号在真空中传输的速率×100% NVP值一般为69%，此值可以咨询生产厂商。 :::
3.衰减/插入损耗
衰减/插入损耗定义为链路传输所造成的信号损耗（以dB表示），如图3.58所示，一般造成衰减的原因有：线缆材料的电气特性和结构不同、不恰当的端接、阻抗不匹配形成的反射。如果衰减过大，它会造成线缆链路传输数据不可靠。
4.近端串音
串音是指同一线缆的一个线对中的信号在传输时耦合进入其他线对的能量。一个发送信号线对泄漏出来的能量被认为是这根线缆的内部噪声，它会干扰其他线对中的信号传输。
串音分为近端串音（Near End Crosstalk，NEXT）和远端串音（Far End Crosstalk，FEXT）两种，也称为近端串扰和远端串扰。
近端串音是指处于线缆一侧的某发送线对中的信号对同侧的其他相邻（接收）线对通过电磁感应所造成的信号耦合，如图3.59所示。
在仪表测试设置中，近端串音是用近端串音损失大小来度量的，原为负值，但一般取其绝对值，故近端串音的dB值越高越好。高的近端串音值意味着只有很少的能量从发送信号线对耦合到同一线缆的其他线对中，也就是耦合过来的信号小；低的近端串音值意味着有较多的能量从发送信号的线对耦合到同一线缆的其他线对中，也就是耦合过来的信号大。
近端串音并不表示在近端点所产生的串音，它只表示在近端所测量到的值，测量值会随线缆的长度不同而变化，线缆越长，远处返回的近端串音越小，所以近端串音损耗应分别从链路的两端进行测量。现在的测试仪都能在一端同时测量两端的近端串音。
近端串音与线缆类别、端接工艺和频率有关，双绞线的两根线绞合在一起后，因为相位相差180°而能够抵消相互间的信号干扰，绞距越小抵消效果越好，也就越能支持较高的数据传输速率。在端接施工时，为减少串音，打开绞接的长度建议不能超过13mm。
近端串音类似于噪声干扰，足够大时会破坏正常传输的信号，会被错误地识别为正常信号，造成站点间歇地锁死，网络的连接完全失败。
近端串音也是频率的函数，如图3.60所示。
5.近端串音功率和
近端串音功率和（PS NEXT）是所有其他绕对对一对线的近端串音的功率之和。其故障原因和定位同NEXT参数相似，如图3.61所示。
6.回波损耗
网络中，当一对线负责发送数据时，在传输过程中遇到阻抗不匹配的情况则会引起信号的反射或回波，产生回波损耗（Return Loss），如图3.62所示，即整条链路有阻抗异常点。在一般情况下，UTP的链路特性阻抗为100Ω，在标准里可以有15%（超5类）或±5%（6类）的浮动，如果超出范围就是阻抗不匹配。信号反射的强弱视阻抗与标准的差值有关，典型例子，如断开，就是阻抗无穷大，导致信号100%被反射。由于是全双工通信，整条链路既负责发送信号也负责接收信号，遇到反射的信号再与正常的信号叠加后就会造成信号的不正常。合格的回波损耗值对于线对全双工机制的网络来说，尤其重要。
7.传播延时
传播延时（Propagation Delay）是指信号在每对链路上传输的时间，单位为ns，一般极限值为555ns。如果传播延时偏大，会造成延迟碰撞增多。
8.传播延时偏差
传播延时偏差（Delay Skew）是指信号在线对上传输时，传播延时最大值和最小值的差值，单位为ns，一般在50ns以内。在千兆网中，可能使用4对线传输，且为全双工，在数据发送时，采用分组传输，即将数据拆分成若干个数据块，按一定顺序分配到4对线上进行传输，而在接收时，又按照反向顺序将数据重新组合，如果延时偏差过大，那么势必造成传输失败。
9.衰减近端串音比
衰减近端串音比（ACR-N）是指衰减与近端串音的比值，单位为dB，其值并不需要另外进行测量，而是衰减和近端串音的计算结果。
类似于信号噪声比，其含义是一个线对感应到的泄漏信号（NEXT）与预期接收的正常的经过衰减的信号（Att）进行比较：
lg(NEXT÷Att)=lgNEXT–lgAtt
最后的值应该是越大越好，其曲线如图3.63所示。
10.衰减远端串音比
与近端串音类似，信号泄漏到远端形成的干扰称为远端串音（FEXT）。衰减远端串音比（ACR-F，旧称ELFEXT）是相对于衰减的FEXT（FEXT与Att的比值，类似于ACR），如图3.64所示。
11.衰减近端串音比功率和
衰减近端串音比功率和（PS ACR-N）定义为多对线对一对线形成的近端串音功率和与衰减或插入损耗的比值。
12.衰减远端串音比功率和
衰减远端串音比功率和（PS ACR-F，旧称PS ELFEXT），同样反映的是一对线受到其他线对的影响，类似于PS ACR-N，只不过其定义为多对线对一对线形成的远端串音功率和与衰减或插入损耗的比值，如图3.65所示。
13.直流环路电阻
直流环路电阻是两根导线电阻的总和，如图3.66所示，为3.72Ω（1.87Ω+1.85Ω）。
14.电阻不平衡
电阻不平衡是PoE场景下需要增加的额外测试。直流（DC）电流会导致线缆中的电流不平衡，从而可能导致电源设备（PSE）的网络变压器线圈饱和，因而无法提供PoE功能。
如图3.66所示示例中，直流电阻是在每根导线上单独测量的。导线1和导线2的电阻差值（电阻不平衡）为0.02Ω（1.87Ω-1.85Ω）。
如图3.67所示示例中，第一步是计算线对1-2的并联电阻，公式为R1×R2/(R1+R2)，其中R1是导线1的电阻，R2是同一线对中导线2的电阻。计算得到线对1-2的并联电阻为0.22Ω，线对3-6的并联电阻为0.33Ω，则最终线对1-2与线对3-6之间的直流电阻不平衡测试结果计算为|0.22Ω-0.33Ω| = 0.11Ω。这将造成P2P电阻不平衡，如图3.68所示。
15.传输不平衡TCL和ELTCTL
以太网传输平衡信号，即传输差模（DM）信号，而干扰噪声一般为共模（CM）信号，如果链路具有良好的平衡性，则可以消除注入线缆的噪声，还可以指示链路发出信号的大小。如图3.69（a）所示，平衡传输的链路可以抵消外部干扰。如果传输链路的平衡性较差，则注入线缆的噪声将成为信号的一部分。链路中的不平衡会导致线对上的输出电压不相等，如图3.69（b）所示。
这有可能在网络上产生信号错误，从而导致数据链路层信号识别错误，造成重传，降低网络性能。这对于延时敏感型应用的影响很大。在数据中心特别嘈杂并且以ms为单位衡量事务处理时间的情况下，重传信号也会导致网络处理出现延迟。
如图3.70（a）所示，TCL（Transverse Conversion Loss）的测试过程为：将差模（DM）信号注入双绞线，然后测量在同一对双绞线上返回的共模（CM）信号，返回的CM信号越小，TCL测量（平衡性）越好。
如图3.70（b）所示，ELTCTL（Equal Level Transverse Conversion Transfer Loss）的测试过程为：将差模（DM）信号注入双绞线，然后在同一双绞线的链路的远端测量共模（CM）信号。从技术上讲，这就是TCTL。由于链路远端的CM信号测量值取决于长度，因此标准应用了等效原理，即TCTL经过了整段线缆的损耗之后，实际报告的是ELTCTL，其中EL为等效的意思，它比TCTL更有意义。
在远端测得的CM信号越小，则ELTCTL的测量（平衡性）越好。
16. 外部近端串音功率和（PS ANEXT）及外部衰减远端串音比功率和（PS AACR-F）
外部串音（又称外部串扰）是从一条链路到另一条链路的噪声耦合。如图3.71所示，当一根线缆被其他线缆包围时，来自周边其他线缆的噪声会影响其传输数据的能力。
被测外部串音的电缆称为被干扰（受害）线缆，而与之相邻的线缆称为干扰线缆。
如图3.72所示，两根线间的ANEXT为干扰线缆耦合到被干扰线缆的外部近端串音，AACR-F为相应的外部衰减远端串音比，而多根线叠加后综合作用的这部分外部串音又分为外部近端串音功率和（PS ANEXT）与外部衰减远端串音比功率和（PS AACR-F）。
