數(shù)字電纜測(cè)試中須具備的條件

　　導(dǎo)讀：本文簡(jiǎn)單介紹了數(shù)字電纜測(cè)試與早期市話電纜測(cè)試的
不同要求。提出了完善的測(cè)試手段應(yīng)由先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備和優(yōu)秀的
測(cè)試人員組成的觀點(diǎn)。并著重從測(cè)試設(shè)備及測(cè)試人員兩方面舉例
分析了數(shù)字電纜測(cè)試中存在的一些問(wèn)題。
　　引言
　　隨著市場(chǎng)對(duì)綜合布線用對(duì)稱數(shù)字電纜（以下簡(jiǎn)稱數(shù)字電纜）
需求的日漸增高，許多光電纜生產(chǎn)廠家針對(duì)這一商機(jī)開(kāi)始研制、
生產(chǎn)該類(lèi)電纜，以滿足市場(chǎng)的需求。同時(shí)，生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)，雖然
數(shù)字電纜和早期的市話電纜都是雙絞線，但標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際使用中對(duì)
數(shù)字電纜的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市話電纜。這是由于市話電纜僅用于較
低頻率的電信號(hào)傳輸（一般不大于1MHz），而數(shù)字電纜傳輸?shù)氖?br /> 高速數(shù)字信號(hào)，最高達(dá)到1200MHz，作為早期的5號(hào)纜也達(dá)到了100MHz。為了使數(shù)字電纜能夠勝任高頻數(shù)字
信號(hào)的傳輸，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了許多嚴(yán)格的參數(shù)。同時(shí)，也增加了許多只有在高頻時(shí)才考慮的參數(shù)。這給生產(chǎn)設(shè)
備，測(cè)試手段都提出了全新的要求。生產(chǎn)廠家往往將注意力集中在生產(chǎn)設(shè)備，而忽略建立一個(gè)完善的測(cè)試
手段。或簡(jiǎn)單地認(rèn)為只要購(gòu)進(jìn)一臺(tái)先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備，就可以完成電纜的測(cè)試。這往往產(chǎn)生電纜的實(shí)測(cè)結(jié)果
與電纜實(shí)際性能不符合。應(yīng)該指出，一個(gè)完善的測(cè)試手段應(yīng)包含先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備及優(yōu)秀的測(cè)試人員。只有
具備上述兩個(gè)條件，才能很好地完成數(shù)字電纜的測(cè)試工作。
　　一、 測(cè)試設(shè)備
　　國(guó)際上用于數(shù)字電纜測(cè)試的儀器，根據(jù)其測(cè)試原理可以分為兩大類(lèi)。第一種方法為時(shí)域反射法。時(shí)域
反射法是將一窄脈沖注入電纜的一端，同時(shí)，在注入端探測(cè)反射信號(hào)。然后，對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并
對(duì)這些量化的信息進(jìn)行包括傅立葉變換在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)處理，最終求出電纜性能值。其原理與OTDR非常類(lèi)
似。由于窄脈沖在頻域內(nèi)體現(xiàn)的是一寬頻譜電信號(hào)，當(dāng)這一“復(fù)合信號(hào)”在電纜內(nèi)傳輸時(shí)，電纜的不均勻
點(diǎn)將引起反射，反射的信號(hào)返回注入端，探測(cè)器在注入端探測(cè)電信號(hào)。因此，從電信號(hào)的注入到信號(hào)的接
收，電信號(hào)經(jīng)過(guò)了兩個(gè)電纜長(zhǎng)度的衰減。致使頻率高的信號(hào)經(jīng)兩次衰減后，信號(hào)變得很小。這直接影響到
測(cè)試儀器的動(dòng)態(tài)范圍及精度。同時(shí)，也存在多次反射信號(hào)給接收機(jī)造成的信號(hào)“混淆”，可能進(jìn)一步降低
測(cè)試精度。但基于這個(gè)原理制造的成品儀器，體積可以做得很小，易于攜帶，成本低。特別適合于工程布
線及半成品的檢測(cè)。但用于電纜的成品檢測(cè)時(shí)，很難滿足精度要求。
　　第二種方法為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻域掃描法。一般以矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀作為核心部件，或以分立的掃頻信號(hào)
源，接受器作為核心部件；以巴倫作為平衡器件，對(duì)測(cè)試端口進(jìn)行阻抗匹配。這種方法是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基準(zhǔn)
方法。我們將討論基于這種方法制造的不同的測(cè)試設(shè)備，對(duì)測(cè)試結(jié)果有何影響。
　　人們?cè)谶x擇該類(lèi)數(shù)字電纜測(cè)試設(shè)備時(shí)，往往忽略了對(duì)測(cè)試設(shè)備性能指標(biāo)的考核。而測(cè)試設(shè)備的某些指
標(biāo)，將直接關(guān)系到測(cè)試結(jié)果的正確與否。
　　限于篇幅，我們僅以系統(tǒng)噪聲本底為例討論上述觀點(diǎn)。系統(tǒng)噪聲本底（System Noise Floor）決定系
統(tǒng)可接收的最小電信號(hào)電平，也決定了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。
　　在數(shù)字電纜測(cè)試設(shè)備中，系統(tǒng)噪聲主要來(lái)源于系統(tǒng)內(nèi)部串音。又可分為同端鄰近端口噪聲本底和近遠(yuǎn)
端噪聲本底。同端鄰近端口噪聲本底（Next Noise Floor）用以衡量近端（或遠(yuǎn)端）的鄰近端口噪聲水
平；近遠(yuǎn)端噪聲本底衡量近端接線端口與遠(yuǎn)端接線端口之間的噪聲水平；前者將影響電線測(cè)試中的近端串
音性能測(cè)試結(jié)果，后者將影響電纜測(cè)試中衰減、遠(yuǎn)端串音及由此計(jì)算得出的參數(shù)（如ELFEXT）的性能測(cè)試
結(jié)果。
　　假設(shè)一臺(tái)測(cè)試設(shè)備具有如下的性能指標(biāo)：
　　近遠(yuǎn)端噪聲本底： ≤ -60dB 1～300MHz
　　(ATT Noise Floor)
　　同端鄰近端口噪聲本底： ≤ -60dB 1～300MHz
　　(NEXT Noise Floor)
　　我們現(xiàn)以IEC61156-5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)，推算對(duì)測(cè)試設(shè)備的噪聲本底的最低要求，并與上面假設(shè)的儀器
具有的性能進(jìn)行比較。當(dāng)下表中給出的數(shù)據(jù)絕對(duì)值大于60dB時(shí)，（標(biāo)有“＝”的數(shù)據(jù)）測(cè)試結(jié)果可能出
錯(cuò)。絕對(duì)值接近60dB的數(shù)據(jù)（標(biāo)有“*”），測(cè)試結(jié)果可信度不高。應(yīng)該指出的是，測(cè)試值與噪聲本底應(yīng)有
一定的裕度，這里給出3dB的裕度要求。
　　A． 電纜長(zhǎng)度為100m，305m的CAT5e、CAT6數(shù)字電纜衰減測(cè)試與 Noise Floor的關(guān)系。
衰減測(cè)試時(shí)對(duì)系統(tǒng)噪聲本底最低要求 （dB）
頻率
(MHz)
長(zhǎng)度100m 長(zhǎng)度305m
CAT5e CAT6 CAT5 CAT6
1 5.1 5.1 9.3 9.3
4 7.1 6.8 15.3 14.4
10 9.5 9.0 22.5 21
16 11.3 10.6 27.9 25.8
20 12.3 11.5 30.9 28.5
31.25 14.7 13.5 38.1 35.4
62.5 20.0 18.5 54* 49.5
100 25.0 22.5 69 62.7
125 27.9 32.2 77.7 70.5
200 36.0 90.6
250 102
　　可以發(fā)現(xiàn)，這樣一套系統(tǒng)在測(cè)試100m電纜的衰減性能時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)是可信的。但在測(cè)試長(zhǎng)電纜時(shí)，在
較高頻率處，數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。顯而易見(jiàn)，ATT Floor Noise 將影響電纜的測(cè)試長(zhǎng)度。其實(shí)，該系統(tǒng)能夠測(cè)
試的最大長(zhǎng)度，可以根據(jù)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式得出，CAT5e為（57/25）m，CAT6為（57/33）m。所幸的是，電纜
的衰減趨勢(shì)是遵循一定規(guī)律的。因此，對(duì)于大長(zhǎng)度的電纜的較高頻率點(diǎn)的衰減，可以對(duì)較低頻點(diǎn)的衰減值
準(zhǔn)確測(cè)試后，通過(guò)公式進(jìn)行擬合，仍然能夠滿足一定的測(cè)試精度。
　　B． 電纜長(zhǎng)度為100m的CAT5、CAT6測(cè)試與NEXT Noise Floor的關(guān)系。
NEXT測(cè)試時(shí)對(duì)系統(tǒng)噪聲本底要求 （dB）
頻率
(MHz)
CAT5e CAT6
標(biāo)準(zhǔn)要求 標(biāo)準(zhǔn)要求
1 68 78
4 59* 72
10 53 63
16 50 60
20 49 59*
31.25 46 56
62.5 41 51
100 38 48
125 37 47
200 44
250 42
2023/1/28 數(shù)字電纜測(cè)試中須具備
　　可見(jiàn)，測(cè)試設(shè)備的NEXT Floor Noise將影響電纜的近端串音的測(cè)試。由于電纜的串音不像衰減那樣，
電纜的串音是不可預(yù)測(cè)的。因此，該測(cè)試結(jié)果將是錯(cuò)誤的結(jié)論。另外，值得注意的是，無(wú)論你的電纜串音
性能做的如何好，但最終結(jié)果都將≤60dB。結(jié)果顯示，電纜的串音指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值之間的裕度小的
讓人擔(dān)心。你也無(wú)法知道電纜的真實(shí)的串音的性能。長(zhǎng)度的增加，更將使測(cè)試結(jié)果不可信。
　　C． 計(jì)算值ELFEXT與Floor Noise的關(guān)系
　　我們知道ELFEXT=IOFEXT-α，而我們實(shí)測(cè)的是IOFEXT, （α是電纜的衰減），所以有IOFEXT=ELFEXT+
α
IOFEXT測(cè)試時(shí)，對(duì)系統(tǒng)噪聲本底最低要求 （dB）
頻率
(MHz)
CAT5 CAT6
1 69.1 73.8
4 58.1* 62.8
10 53.5 57*
16 51.3 54.6
20 50.3 53.5
31.25 48.0 51.8
62.5 48.0 50.5
100 49.0 50.9
125 49.9 51.5
200 54.2
250 56*
　　這樣，在某些頻域區(qū)域內(nèi)將產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，而最終給出錯(cuò)誤結(jié)論。從表中看出測(cè)試CAT6時(shí)，系統(tǒng)基本
無(wú)裕度可言。值得一提的是，長(zhǎng)度的增加也將使測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步惡化。
　　應(yīng)該注意到，表中給出的是符合標(biāo)準(zhǔn)的電纜的最差情況。對(duì)于設(shè)計(jì)優(yōu)秀的數(shù)字電纜，最終測(cè)試結(jié)果都
將表明電纜的性能一般，甚至，誤判為不合格。這里僅舉了測(cè)試儀器的Noise Floor對(duì)測(cè)試結(jié)果可能產(chǎn)生影
響的例子。實(shí)際上，上述因素僅僅是眾多因素其中之一。
　　因此，在選擇數(shù)字電纜測(cè)試設(shè)備時(shí)，除了關(guān)心其工作原理是否合乎標(biāo)準(zhǔn)外，也得關(guān)心測(cè)試設(shè)備的性能
指標(biāo)，是否滿足數(shù)字電纜的測(cè)試。
　　二、 測(cè)試人員
　　能否做好數(shù)字電纜測(cè)試工作，除了應(yīng)具有一套先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備外，還應(yīng)該有合格的測(cè)試人員。一個(gè)合
格的測(cè)試人員應(yīng)具備全新的測(cè)試觀念，扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。
　　數(shù)字電纜的測(cè)試最高頻率已經(jīng)達(dá)到1200MHz，已屬微波段。如果說(shuō)早期的市話電纜測(cè)試結(jié)果主要考核電
纜的集總參數(shù)。那么，數(shù)字電纜的測(cè)試，某些場(chǎng)合下更注重的是分布參數(shù)。因此，在數(shù)字電纜測(cè)試中，電
纜狀態(tài)的微小改變（如節(jié)距等）都可能導(dǎo)致電纜的測(cè)試失敗。甚至，電纜的位置也影響測(cè)試結(jié)果。
　　三、 結(jié)束語(yǔ)
　　數(shù)字電纜的測(cè)試結(jié)果，能否反映電纜的性能，應(yīng)具備二個(gè)基本因素。其一，先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備；其二，
優(yōu)秀的測(cè)試人員，兩者不可缺一。測(cè)試人員根據(jù)掌握的理論對(duì)測(cè)試結(jié)果分析，得出正確的結(jié)論，并反饋給
電纜設(shè)計(jì)人員。這樣，數(shù)字電纜的品質(zhì)才能得以保證。
文