专题一

传输介质性能测试

综合布线系统——网络垂直电缆

水平电缆

楼宇间电缆

实际安装的链路

HUB 或交换机

跳线

配线架水平电缆

插座

跳线站点

配线间 工作区

CP *

固定连接点（可选的）

数据链路模型

由发送器，传输介质及接收器构成整个系统目标：所有元件匹配以确保可靠地传输

– 信号从发送器发出的强度 / 特性– 通过介质传输时的可靠性– 接收器捕捉以及信号解码的能力

Transmitter发送器

Receiver接收器

TransmissionMedium传输介质

屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线• 屏蔽双绞线的种类

STP ： Shielded Twisted Pair

ScTP ： Screened Twisted Pair

FTP ： Foil Twisted Pair (cable)

• 屏蔽线的传输性能较高• 屏蔽线的安装维护复杂

屏蔽层的正确接地大地环路

• 现场无法认证屏蔽效果

(FTP)

频率指标• 带宽：设备和传输介质所能提供的频率范

围的特性• 通道 / 信道的信息传输能力 Mbps 由下列因

素决定：– 可以提供的带宽 MHz– 信号编码能力– 解码能力– 抗干扰能力

1000Base-T 的传输概念

250 Mb/s250 Mb/s

250 Mb/s250 Mb/s

250 Mb/s250 Mb/s

250 Mb/s250 Mb/s

250 Mb/s250 Mb/s

250 Mb/s250 Mb/s

250 Mb/s250 Mb/s 250 Mb/s250 Mb/s

1000 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s

250 Mb/s 250 Mb/s

1000 Mb/s

1000Base-Tx 的传输概念

500 Mb/s

500 Mb/s

500 Mb/s

500 Mb/s

1000 Mb/s

500Mb/s500 Mb/s

500 Mb/s 500 Mb/s1000 Mb/s

基于双绞线的千兆以太网• 1000Base-T

– 4 对线全都使用– 全双工运行网络设备需要串扰 / 回声消除技术– 超 5 类及更高的布线系统都可以支持

• 1000Base-Tx– 2 对线接收， 2 对线发送– 网络设备无需回声消除技术– 只有 6 类或更高的布线系统才能支持

10GBASE-T• IEEE 802.3ae 和 TIA TSB-155 在研究万兆以太网 在铜

缆上运行，希望可以在现有的电缆上运行：– 55 米 -100 米的 ISO/IEC 11801-2002 Class E 或 TIA/EI

A 6 类 UTP 布线系统– 100 米的 Class F 链路（每组线对都有独立屏蔽层的屏

蔽系统）– 100 米 “增强”的 ISO/IEC 11801-2002 Class E 或 TIA

/EIA 6 类 UTP 布线系统• 实际上，期望同样的 10Gbps 速率可在以下介质上实现：

– 40 米的 ISO/IEC 11801-2002 Class D 或 TIA/EIA 超 5类 UTP 布线系统

– 80 米的 ISO/IEC 11801-2002 Class D 或 E ScTP （外层屏蔽）布线系统

• 测试和读取 “一次结果” 不是问题

• 但要测试多次 ( 所有可能串扰的线对）– = N x (N - 1)– N = 有多少条链路

• 在安装验收的环境下做这种测试好像不大现实

• 很有可能会通过定义对元件的要求来满足要求

外部近端 / 远端串扰Alien NEXT 和 Alien FEXT

网络应用对带宽的要求类型 数据速率 线对 最大信号频率10BASE-T 10Mbps 2 10MHz

100BASE-T4 100Mbps 4 15MHz

100BASE-TX 100Mbps 2 80MHz

100VG-AnyLAN 100Mbps 4 15MHz

ATM-155 155Mbps 2 100MHz

1000BASE-T 1000Mbps 4 100MHz

1000BASE-TX 1000Mbps 4 250MHz

10G 以太网 10Gbps 4 625MHz

布线系统测试标准相关标准委员会

• ISO 国际标准化组织• ANSI 美国国家标准委员会• TIA 通讯工业委员会• EIA 电气工业委员会标准• GB 中国标准化委员会

TIA 标准• 568-B 商业建筑通信布线标准• 569 商业建筑电信通道及空间标准• 570 住宅电信布线标准• 606 商业建筑物电信基础结构管理标准• 607 商业建筑物接地和接线规范

ANSI/TIA/EIA-568 测试标准的发展

• Cat 5 ： 1995 年 10 月发布• Cat 5E ： 2000 年 1 月发布

– 定义至 100MHz– 支持千兆以太网

• Cat 6 ： 2002 年 6 月发布– 定义至 250MHz– 参数的指标更加严格

智能建筑相关国标• 《智能建筑设计标准》，编号 GB/T50314-200

6 ，自 2007 年 7 月 1日起实施。• 《综合布线系统工程设计规范》，编号 GB 503

11-2007 ，自 2007 年 10 月 1日起实施。• 《综合布线系统工程验收规范》，编号 GB 503

12-2007 ，自 2007 年 10 月 1日起实施。

局域网布线系统的电气特性• 端到端连通性• 特性阻抗 ( 电阻 , 电容 , 电感 )

• 衰减• 近端串扰 / 回波损耗（内部噪声）• 噪声 ( 宽带和脉冲 )

• 长度 ( 信号传输速度 )

• 信号平衡性

布线系统的认证测试• 将安装的电缆系统的性能和一个标准进行比

较 ( 是否达到所期望的结果 )

• 电缆系统包括：插座，插头，用户电缆，跳线和配线架等

UTP 链路标准• 定义测试参数和测试限的数值 (公式 )• 定义两种链路的性能指标

–永久链路 (Permanent Link)– 通道 (Channel)

• 定义现场测试仪和网络分析仪比较的方法• 性能的测试限基于

– 元件的性能指标– 元件互连的“实际情况”和安装工艺的影响

测试模型——通道• 实际使用中的链路

HUB 或交换机

跳线

配线架水平电缆

插座

跳线站点

配线间 工作区

CP *

* 固定连接点（可选的）

测试模型——基本链路• 根据 TIA568B 标准，永久链路取代基本链路模型

配线间 办公区配线架 插座最长 90 米

包含测试适配器电缆

基本链路

测试模型的差别

基本链路起点

基本链路终点

永久链路终点

永久链路终点

包含可选的固定连接点

OK

通道终点通道起点

不包含测试跳线

C1 C2 (PP) CP TO

(cross-connect)

通道

C2 (PP) TO基本链路

C2 (PP) CP TO永久链路

测试模型的选择• 利用用户跳线进行通道测试

– IEEE 对布线安装的说明– TIA, ISO, EN 对布线安装的说明– 端到端的测试– 通常是布线系统的用户所关心的

• 对已安装电缆进行永久链路的测试– TIA-568B, ISO, EN 等标准化组织已经对永久

链路做了定义– 通常用于综合布线完成时对集成商的验收

现场需要测试的参数• 所需测试的参数与应用的测试标准有关

– Wire Map 接线图 (开路 /短路 /错对 / 串绕 )– Length长度– Propagation Delay 传输时延– Delay Skew 时延偏离– Insertion Lose 插入损耗 /Attenuation衰减– NEXT 近端串扰– PS NEXT 综合近端串扰– Return Loss 回波损耗– ACR 衰减串扰比– EL FEXT 等效远端串扰– PS ELFEXT 综合等效远端串扰

接线图Wire Map

• 端端连通性• 开路 (open)

• 短路 (short)

• 错对 (cross)

• 反接 (reverse)

• 串绕 (split)

• 其它 ...

正确接线

4

5

4

5

T568A

T568B

跨接 /错对

反接 / 交叉

串绕会引起很大的串扰

接线故障的定位• 与线序有关的故障：错对，反接，跨接等

通过测试结果屏幕直接发现问题• 与阻抗有关的故障：开路，短路等使用 HD

TDR 定位• 与串扰有关的故障：串绕使用 HDTDX 定位

长度 Length

• 时域反射 TDR

Scan Pulse

开路

发射脉冲

反射脉冲

Scan Pulse

Scan Pulse

短路

端接设备

发射脉冲

发射脉冲

反射脉冲

(没有反射 )

额定传输速度 NVP

• Nominal Velocity of Propagation （ NVP ）– 信号在电缆中传输的速度与光在真空中的速度

的比值（以百分比表示）• 通常 NVP 的取值在 69%左右

NVP =信号在电缆中的传输速度

光在真空中的速度 X 100%

长度测量的报告• 链路长度的测量

– 长度为绕线的长度（并非物理距离）– 绕对之间长度可能有细微差别（对绞绞距的差别）

• 测试限– 允许的最大长度测量误差为 10％– 计算最短的电气时延

• 长度的标准为 100 米（通道）和 90 米（永久链路）– 不要安装超过 100 米的站点– 特殊情况要有记录

早期的以太网交换采用半双工方式，必须启用 CSMA/CD（ Carrier sense multi access/collision detect ）冲突检测机制。为了避免两台主机同时侦听网络得知没有流量而同时发送数据导致在中途产生碰撞，所以对以太网传输距离进行了限制。 在一个冲突域里的往返传输时长（ Round-trip time ）绝对不能超过 512比特的传输时长。 由于 100Mbit/s 以太网的每比特传输时间为 0.01ms ， FE网络的最大 RTT 只有 5.12ms ，计算出基于 CAT5 的 UTP 对绞线传输距离大致为 100m ，可以组建一个最大直径 205 米的局域网络。 10Mbit/s 以太网，在不考虑线路衰耗等电气特性情况下，理论最大直径为 2050m。 在六类测试中长度的影响最大的是衰减

长度故障的定位技术—— TDR

• DTX/DSP 系列都能够报告电缆“异常” ：–仪器检测到“严重的信号反射”– 在设置中可确定反射的门限值

• 在长度测试和 TDR 测试中可以发现阻抗异常问题–反射表示在被测的链路中有阻抗的改变–仪器可报告异常的距离 (位置 )

Propagation Delay 传输时延

信号在发送端发出后到达接收端所需要的时间

最大 555 ns

Propagation Delay 传输时延• 传输时延测试结果

Delay Skew 时延偏离• 由于不同线对间的绞

结率的微小差别会造成传输时延的偏差 最大 50ns

Delay Skew 时延偏离• 时延偏离测试结果

Insertion Lose 插入损耗 /Attenuation衰减

• 链路中传输所造成的信号损耗 ( 以分贝表示 )

dB LossdB Loss

信号源信号源 信号接信号接收器收器

能量有损失

衰减是频率的函数

标准极限值衰减实测结果

衰减故障的原因• 原因

– 电缆材料的电气特性和结构– 不恰当的端接–阻抗不匹配的反射

• 影响– 过量衰减会使电缆链路传输数据不可靠

衰减故障的定位• 不可能直接对衰减进行故障定位• 辅助手段：

– 测试长度是否超长–直流环路电阻–阻抗是否匹配

串扰• 串扰是测量来自其它线对泄漏过来的信号

NEXT 近端串扰• 是测量来自其它线对泄漏过来的信号• 是在信号发送端 ( 近端 )进行测量

近端串扰的影响• 类似噪声干扰• 干扰信号可能足够大从而：

–破坏原来的信号–错误地被识别为信号

• 影响– 站点间歇地锁死– 网络的连接完全失败

近端串扰与噪声• 近端串扰是线缆系统内部产生的噪声• DTX/DSP 系列都可发现是否有外部噪声

–如果有外部噪声，• DTX 使用窄带滤波器排出噪声的影响• DSP 系列将自动进行多次测试后用平均法排除噪

声的影响• 噪声源必须用其它设备查找并排除

线对间的近端串扰测量

共计 6 种组合AB

A C

A D

B C

B D

C D

A

B C

D

NEXT 是频率的复杂函数

NEXT实测曲线

极限值

NEXT 的测试要求• 近端串扰测试的采样步长 :

0.2531.26-100

0.50100-250

0.151-31.25

最大采样步长 (MHz)频率段 (MHz)

测量 NEXT• 从近端（主机端）检查问题：问题靠近主机端

1

23

6

近端 远端1

23

6

发送线对

接收线对

100

100

• 从近端（主机端）检查问题：问题靠近远端

近端 远端

发送线对

接收线对

100

100

• 从远端（智能远端）检查问题：问题靠近远端

近端 远端1

23

6

发送线对

接收线对

100

100

由于受到衰减的影响， NEXT必须进行双向测试

4dB原则• 当衰减小于 4dB 时 , 可以忽略近端串扰值。

只适用于 ISO11801:2002 标准

黑色部分表示应用了 4dB原则，参见右边的衰减测试结果

4-5线对在 68.0MHz处的衰减是 4dB

NEXT故障的定位• 使用 HDTDX 技术定位 NEXT 的具体位置• 本例中问题主要在连接器处，有位置标记

回波损耗 Return Loss• 回波损耗——由于阻抗不连续 / 不匹配所造成的反射

– 测量整个频率范围内信号反射的强度–产生原因是特性阻抗之间的偏离

• 线缆在生产过程中的变化• 连接器件• 安装

R/2

R/2

R

源端的输入信号

源端的反射信号

负载端的反射信号

负载端的信号衰减链路

回波损耗的影响• 预期的信号 = 从另一端发来经过衰减的信号• 噪声 = 同一线对上反射回来的信号

发送端输出

发送端输出

接收端输入

接收端输入

站点 网络设备

接收器 接收器

信号 信号

反射信号

3dB原则• 当衰减小于 3dB 时 , 可以忽略回波损耗值。这一原则适用于 TIA和 ISO 的标准

回波损耗的故障定位• 接收到的在不同位置发生的发射信号的时间是不同的

回波损耗的故障定位—— HDTDR

ACR 衰减串扰比• 衰减串扰比或衰减与串扰的差 ( 以分贝表示 )• 类似信号噪声比• 对双绞线系统“可用”带宽的表示

衰减串扰比 ACR = 近端串扰 - 衰减单位 (dB)

数值越大越好

信号－被衰减噪声－近端串绕

经过衰减的信号和噪声的比

ACR= 传统的信噪比• 信号：来自另一端的经过衰减的有用信号• 噪声： NEXT+ 外部噪声（此处忽略）

发送(Output)

接收(Input)

站点

发送(Output)

接收(Input)

局域网设备

信号

信号外部噪声

NEXT

ACR 衰减串扰比我们需要衰减过的信号（蓝色，粉色）比 NEXT （灰色）多

发送端输出

接收端输入

站点

发送端输出

接收端输入

网络设备

信号（从本地至远端）

信号从远端至本地）

信号强度比较

NEXT（本地）

NEXT（远端）

ACR 的故障定位• 参考 NEXT 和衰减的故障定位方法• 在 ISO 标准中是必测值（左图，有通过 /失败判断）• TIA 标准中仅作为参考（右图，无通过 /失败判断）

布线系统中的信号噪声比• 影响高性能网络传输的重要因素• 都来自于布线系统本身

– 回波损耗 RL–衰减串扰比 ACR–等效远端串扰 ELFEXT

测试结果分析

PASS 和 PASS* 都是标准认可的通过FAIL 和 FAIL* 都是需要修复并重新测试

的

测试仪器的精度• 测试结果中出现 * ，表示该结果处于测试仪器的精度范

围内，测试仪无法准确判断• 测试仪的精度范围也被称作是“灰区”，精度越高，灰

区越小，测试结果越可信

+0.6dB 和 -0.4dB 分别小于测试仪在各自频点处的精度范围内

测试仪的精度保证影响测试结果精度的三个主要因素

1.精确的测试仪2. 高精度的永久链路适配器：没有或是较小回波损耗的

3. 匹配性能“最优化”的插头

回波损耗

• 离链路两端收发器越近的地方发生的回波损耗所造成的干扰越严重。

测试适配器的跳线中的回波损耗—— 离收发器最近——很可能会增加很大的测量误差，这是必须要避免的

永久链路

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 50 100 150 200 250 300 350 400

CAT6 BL

BL +12dB

Initial

50 cyc

100 cyc

200 cyc

Cable Lim

21-7*LOG(f/20)

26-12*LOG(f/100)

双绞线适配器的回波损耗永久链路适配器中不宜使用跳线——跳线“老化”

PL + 12 dB

Frequency (MHz)

Ret

urn

Lo

ss (

dB

)

降低了 10 dB

回波损耗 – 适配器的要求• 永久链路适配器的接口电缆本身必须有良好的回波损耗特

性 – 特性阻抗：非常接近 100 – 稳定性：特性阻抗在长时间内非常稳定 （反复缠绕和

展开后）• 将校准参考点移至“永久链路终点”——符合标准要求

• 匹配性能“最优化”的插头可以验证插座是否满足 Cat6 的性能指标– 不合格的插座不能够通过永久链路的测试– 确保布线系统具有兼容性

• 合格的插座与匹配性能“最优化”的插头可获得最佳的匹配效果

• 所有匹配性能“最优化”的插头间的性能差异很小– 重复测试精度高

使用匹配性能“最优化”的插头进行测试的好处

最差余量与最差值• 标准要求同时报告最差余量与最差值

– 余量：实际测试值与极限值的差值• 最差余量：在测试通过时全频率量程范围内实际测

试值与极限值最接近点处的差值，如测试不通过，就是差值的绝对值最大值

– 最差值：全频率量程范围内测量到的最差值

最差余量与最差值：测试通过

最差余量与最差值：测试失败