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布线工程测试及其有关技术

为了提高布线工程的施工质量,确保系统的正常运行,布线工程的施工必须严格执行有关的标准、规范的规定。

一、布线工程测试概述

1、 布线工程测试内容

布线工程测试内容主要包括:

1)工作间到电信间的连通状况测试;

2)主干线连通状况测试;

3)双绞线测试;

4)大对数电缆测试;

5)跳线测试;

6)光纤测试;

7)信息传输速率、衰减、距离、接线图、近端串扰等测试。

2、测试有关标准

为了满足用户的需要,EIA(美国的电子工业协会)制定了EIA586和TSB-67标准,它适用于已安装好的双绞线连接网络,并提供一个用于“认证”双绞线电缆是否达到电缆要求的标准。由于确定了电缆布线满足新的标准,用户就可以确信他们现在的布线系统能否支持未来的高速网络。随着TSB-67的最后通过(1995年10月已正式通过),它对电缆测试仪的生产商提出了更严格的要求。

对网络电缆和不同标准所要求的测试参数如表1.表2或表3所示。

表1  网络电缆及对应的标准

网络电缆及对应的标准

但是,随着局域网络发展的需要,标准也会不断更新内容,读者应注意这方面的信息。

表2    不同标准所要求的测试参数

不同标准所要求的测试参数

表3 电缆级别与应用的标准

电缆级别与应用的标准

三、3TSB-67测试的主要内容

TSB-67包含了验证TIA/568标准定义的UTP布线中的电缆与连接硬件的规范。对UTP链路测试的主要内容如下:

1.接线图(WireMap)

这一测试是确认链路的连接。这不仅是一个简单的逻辑连接测试,而是要确认链路一端的每一个针与另一端相应的针连接,而不是连在任何其他导体或屏幕上。此外,接线图测试要确认链路缆线的线对正确,而且不能产生任何串绕(SplitPaire)0保持线对正确绞接是非常重要的测试项目。

2.链路长度

每一个链路长度都应记录在管理系统中(参见TIA/EIA606标准)。链路的长度可以用电子长度测量来估算,电子长度测量是基于链路的传输延迟和电缆的额定传播速率(NominalVelocityofPropagation,NVP)值实现的。NVP表示电信号在电缆中传输速度与光在真空中传输速度之比值。当测量了一个信号在链路往返一次的时间后,就可得知电缆的NVP值,从而计算出链路的电子长度。这里要进一步说明,处理NVP的不确定性时,实际上至少有10%的误差。为了正确解决这一问题,必须以一已知长度的典型电缆来校验NVP值。永久链路(永久链路替代基本链路(BasicLink))的最大长度是90m,外加4m的测试仪专用电缆区,则为94m,信道(Channel)最大长度是100m。

计入电缆厂商所规定的NVP值的最大误差和长度测量的时域反射(TimeDomain

Reflectometry,TDR)技术的误差,测量长度的误差极限如下:

信道(Channel)100m+15%X100m=115m

永久链路94m+15%x94m=108.1m

如果长度超过指标,则信号损耗较大。

对线缆长度的测量方法有两种:永久链路和信道。

NVP的计算公式如下:

NVP=(2XL)/(Txc)

其中:

L——电缆长度;

T——信号传送与接收之间的时间差;

c——真空状态下的光速(300 000 000m/s)。

一般UTP的NVP值为72%,但不同厂家的产品会稍有差别。

3.衰减

衰减是一个信号损失度量,是指信号在一定长度的线缆中的损耗。衰减与线缆的长度有关,随着长度增加,信号衰减也随之增加,衰减也用“dB”作为单位。同时,衰减随频率而变化,所以应测量应用范围内全部频率上的衰减。比如,测量5类线缆的信道的衰减,要从1〜100MHz以最大步长为1MHz来进行。对于3类线缆,测试频率范围是1〜16MHz,4类线缆的频率测试范围是1〜20MHz。

TSB-67定义了一个链路衰减公式。TSB-67还附加了一个永久链路和信道的衰减允许值表。该表定义了在20℃时的允许值。随着温度的增加,衰减也增加:对于3类线缆,温度每增加1,衰减增加1.5%;对于4类和5类线缆,温度每增加1,衰减增加0.4%;当电缆安装在金属管道内时,链路的衰减增加2%〜3%。

现场测试设备应测量出所安装的每一对线的衰减最严重情况,并且通过将衰减最大值与衰减允许值比较后,给出合格(Pass)或不合格(Fail)的结论。

□ 如果合格,则给出处于可用频宽内(5类线缆是1〜100MHz)的最大衰减值。

□ 如果不合格,则给出不合格时的衰减值、测试允许值及所在点的频率。早期的TSB-67版本所列的是最差情况的百分比限值。

如果测量结果接近测试极限,测试仪不能确定是Pass或是Fail,则此结果用Pass表示,若结果处于测试极限的错误侧,则只记上Fail。

Pass/Fail的测试极限是按链路的最大允许长度(信道是100m,永久链路是94m)设定的,而不是按长度分摊。然而,若测量出的值大于链路实际长度的预定极限,则报告中前者往往带有星号,以警告用户。请注意:分摊极限与被测量长度有关,由于NVP的不确定性,所以是很不精确的。

衰减步长一般最大为IMHz。

4.近端串扰(NEXT)损耗(Near-EndCrosstalk Loss)

NEXT损耗是测量一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合,是对性能评估的最主要的标准,是传送信号与接收信号同时进行的时候产生干扰的信号。对于UTP链路这是一个关键的性能指标,也是最难精确测量的指标,尤其是随着信号频率的增加,其测量难度就更大。TSB-67中定义,对于5类线缆链路,必须在1〜100MHz的频宽内测试。同衰减测试一样,3类链路是1〜16MHz,4类是1〜20MHz。

NEXT测量的最大频率步长如表4所示。

​在一条UTP链路上,NEXT损耗的测试需要在每一对线之间进行。也就是对于典型的4对UTP来说,要有6对线关系的组合,即测试6次。

表4 NEXT测量的最大频率步长

NEXT测量的最大频率步长

       串扰分近端串扰和远端串扰(FEXT),测试仪主要是测量NEXT,由于线路存在损耗,FEXT的量值影响较小。

       NEXT并不表示在近端点所产生的串扰值,它只是表示在近端点所测量的串扰数值。该量值会随电缆长度的增长而衰减。同时发送端的信号也衰减,对其他线对的串扰也相对变小。实验证明,只有在40m内测得的NEXT是较真实的,如果另一端是远于40m的信息插座,它会产生一定程度的串扰,但测试器可能没法测试到该串扰值。基于这个理由,对NEXT最好在两个端点都要进行测量。现在的测试仪都能在一端同时测量两端的NEXT。

NEXT测试的参照表如表5和表6所示。

表5   20℃时各类线缆在各频率下的衰减极限

20℃时各类线缆在各频率下的衰减极限

表6  6类系统100m信道性能参数极限值

6类系统100m信道性能参数极限值

6类系统100m信道性能参数极限值

上面所述是测试的主要内容,但某些型号的测试仪还给出直流环路电阻、特性阻抗、衰减串扰比。

(1)直流环路电阻

直流环路电阻会消耗一部分信号能量并将其转变成热量,它是指一对电线电阻的和,ISO11801规定该值不得大于19.2Ω。每对电线间的差异不能太大(小于0.1Ω。),否则表示接触不良,必须检查连接点。

(2)特性阻抗

与环路直流电阻不同,特性阻抗包括电阻及频率为1〜100MHz的电线电感抗及电容抗,它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气特性有关。各种电缆有不同的特性阻抗,对双绞电缆而言,则有l00Ω、120Ω及150Ω几种。

(3) 衰减串扰比

衰减串扰比是在某一频率上测得的串扰与衰减的差。对于一个两对线的应用来说,ACR是体现整个系统信号与串扰比SNR的唯一参数。

上述内容一般用于测试3类、4类、5类线的重要参数。

四、超5类、6类线测试有关标准

超5类线、6类线的测试参数主要有以下内容。

(1)接线图

该步骤检查电缆的接线方式是否符合规范。错误的接线方式有开路(或称断路)、短路、反向、交错、分岔线对及其他错误。

(2)连线长度

局域网拓扑对连线的长度有一定的规定,因为如果长度超过了规定的指标,信号的衰减就会很大。连线长度的测量是依照TDR(时间域反射测量学)原理来进行的,但测试仪所设定的NVP(额定传播速率)值会影响所测长度的精确度,因此在测量连线长度之前,应该用不短于15m的电缆样本做一次NVP校验。

(3)衰减量

信号在电缆上传输时,其强度会随传播距离的增加而逐渐变小。衰减量与长度及频率有着直接关系。

(4) 近端串扰(NEXT)

当信号在一个线对上传输时,会同时将一小部分信号感应到其他线对上,这种信号感应就是串扰。串扰分为NEXT(近端串扰)与FEXT(远端串扰),但TSB-67只要求测量NEXT0NEXT串扰信号并不仅仅在近端点才会产生,但是在近端点所测量的串扰信号会随着信号的衰减而变小,从而在远端处对其他线对的串扰也会相应变小。实验证明在40m内所测量到的NEXT值是比较准确的,而超过40m处链路中产生的串扰信号可能就无法测量到,因此,TSB-67规范要求在链路两端都要测量NEXT值。

(5)SRL(StructuralReturnLoss)

SRL是衡量线缆阻抗一致性的标准,阻抗的变化会引起反射(ReturnRefleCTIon),噪声(Noise)的形成是由于一部分信号的能量被反射到发送端。SRL是测量能量变化的标准,由于线缆结构变化而导致阻抗变化,使得信号的能量发生变化。TIA/EIA568A要求在lOOMHzTSRL为I6dBo

(6)等效式远端串扰

等效式远端串扰(EqualLevelFext,ELFEXT)中远端串扰与衰减的差值以dB为单位。是信噪比的另一种表示方式,即两个以上的信号朝同一方向传输时的情况。

(7)综合远端串扰(PowerSumELFEXT)

(8)回波损耗

回波损耗是关心某一频率范围内反射信号的功率,与特性阻抗有关,具体表现为:

□电缆制造过程中的结构变化

□连接器

□安装

这三种因素是影响回波损耗数值的主要因素。

(9)特性阻抗(CharacteristicImpedance)

特性阻抗是线缆对通过的信号的阻碍能力。它受直流电阻、电容和电感的影响,要求在整条电缆中必须保持一个常数。

(10)衰减串扰比(ACR)

衰减串扰比(Attenuation-to-crosstalkRatio,ACR)是同一频率下近端串扰(NEXT)和衰减的差值,用公式可表示为:

ACR=衰减的信号-近端串扰的噪声

ACR不属于TIA/ETA-568A标准的内容,但它对于表示信号和噪声串扰之间的关系有着重要的价值。实际上,ACR是系统SNR(信噪比)的唯一衡量标准,是决定网络正常运行的因素,ACR包括衰减和串扰,它还是系统性能的标志。

ACR有些什么要求呢?国际标准ISO/IEC11801规定在100MHz下,ACR为4dB,T568A对于连线的ACR要求是在100MHzT,为7.7dB。在信道上ACR值越大,SNR越好,从而对于减少误码率(BER)也是有好处的。SNR越低,BER就越高,会使网络由于错误而重新传输,大大降低了网络的性能。

表7  列出了6类布线系统的100m信道的性能参数极限值。

表7  6类系统100m信道性能参数极限值

6类系统100m信道性能参数极限值