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万兆铜缆系统工程的设计与施工检测技术之Cat.6A测试

1.1    测试仪表选择

10GBase-T实际工作频率上限为417MHZ,远高于1000Base-T 80MHZ的工作频率。所以测试仪表的测试频率需要在500MHz频率范围内达到TIA规定的IV精度。另外,由于外部串扰比内部串扰的电平弱,所以仪器的测试动态范围需要达到100dB以上。

 

1.2    测试连接模型

 

测试模型仍然可以选择使用永久链路和信道(通道)的连接方式。一般使用永久链路进行测试,但如果链路已经配置了设备跳线,则可以使用永久链路的方式。由于测试时需要匹配端接链路末端(端接器),所以用来端接的匹配“堵头”连接方式有区别:永久链路模型直接使用端接器(堵头)插入端接口即可;信道模型则需先连接一个“RJ45-RJ45”耦合器,然后再插入堵头。下节的外部串扰测试模型介绍均以永久链路模型为示例。

运行10GBase-T时,由于信号频谱上限达到417MHz,相邻的双绞线或者相邻的配线架插座之间更容易产生干扰,这种干扰统称为外部串扰(Alien Crosstalk,简写为AXT)。外部串扰会与正常信号叠加,使得信号变形,导致链路的误码率增加,甚至造成设备无法连接。当一根双绞线被周围六根同规格双绞线包围,而且相同颜色的线对相邻,由于绞接率相同,邻近信号辐射的干扰“同步”叠加,此时中间一根双绞线所受的外部串扰AXT最为显著。因为实际的成捆电缆其被干扰链路一般不会一直保持“居中”,所以下图所示的“六包一测试”被推荐给生产商用来测试产品的外部串扰标称值,有时也用作产品的“选型测试”。如图所示:

外部串扰一般在配线架一端开始的20米距离内比较明显, 因为这里电缆相对集中。长度超过20米后,随着传输信号的衰减,外部串扰也随之迅速减弱。

外部串扰无法通过网络设备上的DSP(数字信号处理器)技术来进行消除,只能通过增大线缆直径、增大配线架插座间隔或采用屏蔽措施来减弱。

外部串扰是限制10G传输信道容量的最主要因素,因此万兆以太网的测试除了要测试线缆内的信号串扰,还必须测试线缆外部的串扰,外部串扰(AXT)单位dB, 测试绝对值越大,性能越好。

1.3    FLUKE测试方法

由于安装人员的理线习惯一般是6、12、24、48根电缆等成一捆。所以实际的被测链路可能是5包1、11包1、23包1、47包1等被测对象。测试分为两个阶段。第一阶段的数据将参与第二阶段的数据计算。

第一阶段:信道/链路常规测试

此测试过程与通常所熟悉的Cat.6布线系统测试相同,故此略。存储的测试报告包括以下参数内容:

1.      连接图(WIREMAP),含屏蔽层的连通测试

2.      长度(LENGTH

3.      插入损耗(INSERT LOSS

4.      近端串音(NEXT

5.      近端串音功率和(PS NEXT

6.      近端衰减串音比(ACR-N

7.      近端衰减串音比功率和(PS ACR-N

8.      远端衰减串音比(ACR-F

9.      远端衰减串音比功率和(PS ACR-F

10.   回波损耗(RETURN LOSS

11.   传播时延(DELAY

12.   传播时延偏差(DELAY SKEW

13.   直流环路电阻(DC LOOP RESISTANCE

 

第二阶段:外部串扰测试,测试参数包括以下内容:

14.   外部近端串扰(ANEXT

15.   外部远端串扰(AFEXT

16.   综合外部近端串扰(PSANEXT

17.   综合外部远端串扰(PSAFEXT

测试原理是:用一个信号发送机发送信号到(干扰)电缆中,用一个信号接收机接收被干扰信号,记录接收到的干扰信号(ANEXTAFEXT)。将此信号值运算后就得到PSANEXTPSAFEXT。所以,除了使用仪器默认配置的适配器外,还要使用外部串扰测试适配器(下图是福禄克网络公司的外部串扰配置包)

§  两个 DTX-AXTLK1 通信模块

§  Windows DTX AxTalk AnalyzerTM 软件

§  两个 Cat 6A/Class EA永久链路适配器 (DTX-PLA002S)

§  两个为测量500 MHZ链路 (DTXCHA001AS) 的外部串扰的通道适配器

§  两个终端阻抗匹配器(DTX-AXTERM,消除反射)

§  两个 RJ45 RJ45 耦合器

第二阶段的外部串扰(AXT)测试具体来说又包括以下几个步骤:

1.3.1    单对线之间外部近端串扰(ANEXT)的测试

下图是同一捆电缆中ANEXT测试模型。为了保证测试仪主机(信号接收机)和远端(干扰信号发射机)测试过程同步,主机和远端之间通过一条标准电缆相互连接。此外,在测试远端为了防止远端信号反射,在待测试的链路(被干扰链路)及干扰链路两端各插入一个特殊的终端阻抗匹配插头。

测试仪从1-500MHZ带宽范围内扫频测试,在两条链路总共要自动测试4*4=16ANEXT。其余线对测试方法相同,此略。

1.3.2    单对线之间外部远端串扰(AFEXT)的测试

下图是同一捆电缆中AFEXT测试模型。为了保证测试仪主机和远端测试过程同步,测试仪主机和远端之间通过同一捆线缆中一条未用的链路相互连接,此外在测试远端为了防止远端信号反射,在待测试的链路(被干扰)及干扰链路两端各插入一个特殊的终端阻抗匹配插头。

 

 

如果待测试的链路旁边没有其他可用的同步链路,使用普通的RJ45跳线将测试仪主机和远端的同步通信模块互联。如下图所示。


 



             

 

 

1.3.3    综合外部近端串扰(PSANEXT)测试

除了测试在相邻线缆线对之间(pair-to-pair)的外部近端串扰(ANEXT)之外,被干扰链路中任意一对线还受到来自同一捆线缆中无数线对的ANEXT影响,这些外部串扰的总和称之为综合外部近端串扰(PSANEXT)或综合外部远端串扰(PSFNEXT)。

由于PSANEXT是一个计算值,而非测试值,所以测试多线对外部近端串扰的时候,可将测试好的线缆线对之间(pair-to-pair)的单个外部近端串扰(ANEXTAFEXT)测试结果通过USB或串行接口上传到电脑(即使用LinkWare软件取出数据),电脑上的“AxTalk”应用软件会自动计算综合近端外部串扰(PSANEXT)或综合远端外部串扰(PSAFEXT)。此处使用笔记本来计算综合外部串扰的目的是大量节省测试分析时间,缩短工程测试现场耗用的时间。下图为Fluke Networks 的“AxTalk Analyzer”软件计算出的综合外部串扰曲线。综合外部串扰、综合外部信噪比等参数的计算速度取决于笔记本电脑的速度,一般均远大于仪器本身CPU的计算速度。

 

对于7根线捆扎在一起的“六包一测试”来说,中间的一条受干扰链路(victim cable)总共要测试4*4*6=96ANEXTAFEXT。如果要测试这捆线的综合外部串扰(Power Sum AXT)则计算更加复杂。

下面的图表是100条线缆测试耗时示例,抽取5%的线缆作为受干扰链路,在不同成捆规模情况下所需测试时间的对比:

线缆

数量

()

第一阶段

信道内部测试

第二阶段

外部串扰(AXT)测试

测试时间

(:)

受干扰链路数量

线捆大小()

测试时间

(:)

总共时间(小时:)

AXT所占时间

100

66:40:00

5

12

92:30:00

2:40

58.10%

100

66:40:00

5

24

182:30:00

4:10

73.20%

 

 

1.3.4    外部串扰(AXT)的测试对象选择建议

现场测试ANEXT 对于能否保证10GBase-T传输非常重要,另一方面,现场测试ANEXTPSNEXT是一项相当耗费时间和人力的工作。常见的电缆成捆数量是6122448。因此,建议现场测试ANEXT应该遵循以下一些原则:

1、           只测试需要或计划运行万兆设备的线缆;

2、           随着链路长度的增加,插入损耗(衰减)随之增大,耦合到相邻线缆的ANEXT对链路的干扰就相对地更明显,因此应该尽量选择长度较长的链路作为待测试的受干扰线缆(victim cable,长度小于50米的链路无须进行ANEXT测试;

3、           如果采用信道测试模型测试时,所有的配线架跳线必须全部插上,因为此时的噪声场(noise floor)最恶劣;

4、           当一捆线缆中包括大量线缆时,会产生平均外部串扰(Averaging Cross TalkACT),选取少数几根长链路进行抽样测试,观察测试结果中的ACT是否接近,如果测试结果接近且超过测试标准,则说明平均值波动小(环境稳定),无须再测试其他线缆;

5、           测试时应从配线间一端进行测试(测试主机在此),因为配线架上面插有大量跳线和成捆电缆,此处的噪声场(noise floor)最恶劣;外部串扰的影响常表现为数据双向受损不对等,应测试易受损的方向。

6、           测试时选择长链路作为受干扰链路(victim Cable),短链路作为干扰链路(此模式主要考察AFEXTPSAACR-F)

7、           如果采用信道测试方法,测试完后所用的跳线必须留给客户,因为,如果更换其它跳线,ANEXT测试结果可能会变化(不合格)

 

1.3.5    测试指标

对于通信传输通道而言,最终需要考察的是信噪比。第一阶段的测试参数与常规测试的Cat6相似(),第二阶段主要是获取ANEXTAFEXT参数。然后计算出PSANEXTPSAFEXT等参数。两个阶段的这些参数均用于计算信噪比(PSAACR-NPSAACR-F)。大直径的电缆捆还需要辅助观察ACT(Averaging Cross Talk)曲线参数。这些参数都会直接记录在测试报告中,并显示在AxTalk软件观测界面中。用户可以使用DTX电缆分析仪上面的分析工具HDTDRHDTDX来观测第一阶段存在的材料和施工问题(也可以使用LinkWare在笔记本上观测),然后使用AxTalk软件来观测、区分来自不良电缆或不良插座的外部串扰,以便有针对性地采取改进措施。