网络基础：综合布线概念详解

　　鉴于目前国内结构化综合布线领域的从业人员素质参差不齐，对测试方法和测试标准的理解存在着偏差，将分几次对布线系统测试所涉及的参数及其测试原理进行一些简要的介绍，以期抛砖引玉，促进国内同业精英各抒高见，共同推动布线行业的发展。

　　如果五类及六类的新的测试标准能够按照TIA的原定计划如期在第一季度推出的话，国内的布线产品提供商就将面临一场严峻的考验。新的测试标准将增加几项参数，如等电平远端串扰(ELFEXT)、回波损耗(Return Loss简称回损)、延迟差异(Delay Skew)等。这些新增的参数要求将使以前的仅靠一人监工、几人施工的布线方法成为历史，布线商手中原有的单向五类电缆测试仪器也将被淘汰。测试将成为一项布线工程不可或缺的组成部分。

　　按照TSB-67标准的要求，在结构化综合布线系统的验证测试指标中需要包含接线图、长度、衰减、近端串扰等四项参数。ISO还要求增加一项参数，即ACR(衰减对串扰比)。针对当前网络的发展趋势和六类线的逐渐普及，去年TIA对综合布线系统的测试标准和测试参数做了增补。增补后的测试参数包括：

　　接线图

　　长度测量

　　近端串扰(NEXT)

　　累加功率NEXT(PowerSum NEXT，PSNEXT)

　　衰减量(Attenuation)

　　衰减对串扰比(Attenuation Crosstalk Rate，ACR)

　　远端串扰(FEXT)及等电平远端串扰(ELFEXT)

　　传播延迟(Propagation Delay)

　　延迟差异(Delay Skew)

　　结构化回损及回损

　　频带宽

　　阻抗(Impedance)

　　直流环路电阻

　　杂讯

　　■接线图

　　接线图用来表示错误接线的方式。每一条电缆的四对八根线芯的接线图可以表示：

　　在每一端点的正确压线位置

　　是否与远端导通

　　两芯或多芯的短路

　　交错线对

　　反向线对

　　分岔线对

　　其他各种接线错误

　　反向是指线对的一端极性相反。交错是指远端的两个线对位置相互对调。分岔指各芯线是以一对一的方式导通着，但物理线对位置分开。特别提醒读者注意，分岔线对是经常出现的、但是使用简单的通断仪器不能被准确地查找出来的接线故障。在10Base-T网络中，此种接线故障由于网络对布线系统的要求较宽松而对网络的整体运行不会产生太大的影响，但是高速以太网测试仪器，如100Base-TX测试仪器的接线图测试功能都必须能发现这种错误。由于五类验证仪器价格不菲，用户可选用美国Microtest公司生产的局域网侦测仪MicroScanner，该仪器能全面检测各种接线问题，价格便宜且方便实用。

　　■长度测量

　　对铜缆长度进行的测量应用了一种称为TDR(时间域反射测量)的测试技术。测试仪从铜缆一端发出一个脉冲波，在脉冲波行进时如果碰到阻抗的变化，如开路、短路、或不正常接线时，就会将部分或全部的脉冲波能量反射回测试仪。依据来回脉冲波的延迟时间及已知的信号在铜缆传播的NVP(额定传播速率) 速率，测试仪就可以计算出脉冲波接收端到该脉冲波返回点的长度。NVP是以光速(c)的百分比来表示的，如0.75c或75%。

　　返回的脉冲波的幅度与阻抗变化的程度成正比，因此在阻抗变化大的地方，如开路或短路处，会返回幅度相对较大的回波。接触不良产生的阻抗变化(阻抗异常)会产生小幅度的回波。

　　测量的长度是否精确，取决于NVP值。因此，应该用一个已知的长度数据(必须在15米以上)来校正测试仪的NVP值。但TDR的精度很难达到2%以内，同时，在同一条电缆的各线对间的NVP值，也有4—6%的差异。另外，双绞线线对实际长度也比一条电缆自身要长一些。在较长的电缆里运行的脉冲波会变形成锯齿形，这也会产生几纳秒的误差。这些都是影响TDR测量精度的原因。

　　测试仪发出的脉冲波宽约为20纳秒,而传播速率约为3纳秒/米，因此该脉冲波行至6米处时才是脉冲波离开测试仪的时间。这也就是测试仪在测量长度时的“盲区”，故在测量长度时将无法发现这6米内可能发生的接线问题(因为还没有回波)。

　　测试仪也必须能同时显示各线对的长度。如果只能得到一条电缆的长度结果，并不表示各线对都是同样的长度。

　　早期的一些测试仪不是采用TDR原理测量长度，而是以用频率域方式测量回流损耗的方法来测量阻抗的变化以便计算长度，这种方法在各对线出现长短不等的情况时会发生误判。

　　■近端串扰(NEXT)

　　当电流在一条导线中流通时，会产生一定的电磁场，干扰相邻导线上的信号。频率越高这种影响就越大。双绞线就是利用两条导线绞合在一起后，因为相位相差180度的原因而抵消相互间的干扰的。绞距越紧则抵消效果越佳，也就越能支持较高的数据传输速率。

　　近端串扰是指在与发送端处于同一边的接收端处所感应到的从发送线对感应过来的串扰信号。在串扰信号过大时，接收器将无法判别信号是远端传送来的微弱信号还是串扰杂讯。

　　需要注意的是，表示低NEXT时的值越大(如45dB)，发送的信号与串扰信号幅度差就越大，高NEXT的值就越小(如20dB)，而这是要设法避免的。

　　为了符合5类规格，在电缆端接处的非绞接部分长度不能超过13米。通常会产生过量NEXT的原因有：

　　使用不是绞线的跳线。

　　没有按规定压接终端。

　　使用老式的66接线块。

　　使用非数据级的连接器。

　　使用语音级的电缆。

　　使用插座对插座的耦合器。

　　另外，要特别注意，在链路两端测量NEXT值时，尤其在长度大于40米时，远端的串扰会被链路的衰减所抵消，而无法在近端测量到其NEXT值。在链路两端测量到的NEXT值是不一样的，因此所有的测试标准都要求在链路两端测量NEXT值。

　　■衰减量(ATTENUATION)

　　电信号强度会随着电缆长度而逐渐减弱，这种信号减弱就称为衰减。它是以负的分贝数(dB)来表示的。数值越大表示衰减量越大，即-10dB比-8dB的信号弱，其中6dB的差异表示两者的信号强度相差两倍。例如，-10dB的信号就比-16dB的信号强两倍，比-22dB则强四倍。影响衰减的因素是集肤效应和绝缘损耗。

　　在频率高的时候，电流在导体中的电流密度不再是平均分布于整个导体中，而是集中在导体的表面，从而减少了因导体截面而产生的电流损耗。集肤效应与频率的平方根值成正比，因此频率越高，衰减量便越大。这也就是为何单股电缆要比多股电缆的导电性能好的原因。

　　温度对某些电缆的衰减也会产生影响。一些绝缘材料会吸收流过导体的电流，特别是3类电缆所采用的PVC材质，这是因为PVC的氯原子会在绝缘材料中产生双极子，而双极子的震荡会使电信号损失掉一部分电能。在温度高的时候这种情况会进一步恶化。由于温度升高会造成双极子更激烈的震荡，所以温度越高，衰减量越大。这就是标准中规定温度为20℃的原因。

　　在测量衰减量时，必须确定测量是单向进行的，而不是先测量环路的衰减量后，再除以2而得到的值。

　　■衰减对串扰比(ACR)

　　由于衰减效应，接收端所收到的信号是最微弱的，但接收端也是串扰信号最强的地方。对非屏蔽电缆而言，串扰是从本身发送端感应过来的最主要的杂讯。所谓的ACR就是指串扰与衰减量的差异量。ACR体现的是电缆的性能，也就是在接收端信号的富裕度，因此ACR值越大越好。在ISO及IEEE标准里都规定了ACR指标，但TIA/EIA 568A则没有提到它。

　　由于每对线对的NEXT值都不尽相同，因此每对线对的ACR值也是不同的。测量时以最差的ACR值为该电缆的ACR值。如果是与PSNEXT相比，则以PSACR值来表示。

　　■远端串扰(FEXT)与等电平远端串扰(ELFEXT)

　　FEXT类似于NEXT，但信号是从近端发出的，而串扰杂讯则是在远端测量到的。FEXT也必须从链路的两端来进行测量。

　　可是，FEXT并不是一种很有效的测试指标。电缆长度对测量到的FEXT值的影响会很大，这是因为信号的强度与它所产生的串扰及信号在发送端的衰减程度有关。因此两条一样的电缆，会因为长度不同而有不同的FEXT值，所以就必须以ELFEXT值的测量来代替FEXT值的测量。EXFEXT值其实就是FEXT值减去衰减量后的值，也可以将ELFEXT理解成远端的ACR。当然了，与PSNEXT一样，对应于ELFEXT值的是PSELFEXT值。

　　为了测量ELFEXT，测试仪的动态量程(灵敏度)必须比所测量的信号低20dB。

　　■累加功率NEXT(Power Sum NEXT)

　　PSNEXT实际上是一种计算式，而不是一个测量步骤。PSNEXT值是由3对线对另一对线的串扰的代数和推导出来的。PSNEXT与ELFEXT的测量对像千兆以太网这种必须使用四对线来传输信号的网络来说是非常重要的测试参数。在每一条链路上会有四组PSNEXT值。

　　■传播延迟(Propagation Delay)

　　传播延迟是指一个信号从电缆一端传到另一端所需要的时间，它也与NVP值成正比。一般5类UTP的延迟时间在每米5～7纳秒(ns)左右。ISO则规定100米链路最差的时间延迟为1微秒(us)。延迟时间是为何局域网要有长度限制的主要原因之一。

　　■延迟差异(Delay Skew)

　　延迟差异是一种在UTP电缆里传播延迟最大的与最小的线对之间的传输时间差异。有些电缆厂家考虑到铜缆材料的缺点，将一对或两对线对换成了其它的材料，这样就会产生较大的时间差异。尤其在运行千兆以太网的应用时，过大的时间差异会导致同时从四线对发送的信号无法同时抵达接收端的情况。一般要求在100米链路内的最长时间差异为50纳秒，但最好在35纳秒以内。

　　■结构化回损

　　结构化回损(SRL，Structural Return Loss)所测量的是电缆阻抗的一致性。由于电缆的结构无法完全一致，因此会引起阻抗发生少量变化。阻抗的变化会使信号产生损耗。结构化回损与电缆的设计及制造有关，而不像NEXT一样常受到施工质量的影响。SRL以dB表示，其值越高越好。