布线系统的测试

1. 布线系统的测试 1 测试目的 2 测试标准 3 测试参数 4 测试仪器 5 测试方式 6 双绞线测试 7 光缆测试 8 测试分析报告

2. 一、测试目的 　　在综合布线系统工程实施过程中，线缆、铜缆、光缆和接插件以及相应配套的产品一般是施工方和用户共同选定的，但即使这些线缆和接插件都满足ISO11801、EIA/TIA568B、TSB-67等标准，产品均通过了UL认证。 由于设计和实施过程中是将这些线缆和接插件有机地结合在一起的，这些因素成为影响计算机网络连接可靠性的“串联”因子，而整个工程过程中也加入了大量的人为因素，这样必将对整个系统在诸如连接正确性、接续可靠性、短路、开路、信号衰减、近端串扰(NEXT)、突发性干扰、误码率及整体性能等方面产生很大的影响。

3. 　　而且，网络中将线缆故障具体定位是比较困难的，也是很浪费时间的，特别是对那些将线缆安装在墙内、吊顶上及地板下的工程，所造成的损失比较大。而且综合布线系统一经建设，在大楼内装修完成后，反复改变会影响大楼的美观，甚至破坏大楼的结构，这从根本上违背了综合布线的宗旨。　　而且，网络中将线缆故障具体定位是比较困难的，也是很浪费时间的，特别是对那些将线缆安装在墙内、吊顶上及地板下的工程，所造成的损失比较大。而且综合布线系统一经建设，在大楼内装修完成后，反复改变会影响大楼的美观，甚至破坏大楼的结构，这从根本上违背了综合布线的宗旨。 所以，综合布线的质量至关重要，因此认真测试、保证质量是确保网络安全运行的关键。一般而言，布线测试分为随工测试(验证测试)和验收测试(认证测试)两类。

4. 　　随工测试也叫验证测试，是边施工边测试，主要监督线缆质量和安装工艺，发现质量不符合要求应及时采取措施修改，以保证所完成的每一个连接的正确性。因而“随装随测”十分重要，能及时发现和纠正所出现的问题。　　随工测试也叫验证测试，是边施工边测试，主要监督线缆质量和安装工艺，发现质量不符合要求应及时采取措施修改，以保证所完成的每一个连接的正确性。因而“随装随测”十分重要，能及时发现和纠正所出现的问题。 验收测试也叫认证测试，是在工程验收时对布线系统的安装、电气特性、传输性能、设计、选材以及施工质量的全面检验，是评价综合布线工程质量的科学手段。

5. 二、测试标准 2.1 测试标准概述 对于不同的网络类型和网络电缆，其技术标准和所要求的测试参数是不一样的。网络电缆及其对应的测试标准如表1所示。电缆级别与应用的标准如表2所示。

6. 表1 网络电缆及对应的测试标准

7. 表2 电缆级别与应用的标准

8. 表3 不同标准所要求的测试参数

9. 　　测试已成为一项布线工程不可或缺的组成部分。实际上，综合布线标准EIA/TIA568A《商业建筑电信布线标准》、TSB-67《现场测试非屏蔽双绞电缆布线测试传输性能技术规范》和《ISO/IEC11801-1995(E)国际布线标准》都已包含了布线测试标准的主要内容。而六类系统的测试标准则有了更严格的要求。　　测试已成为一项布线工程不可或缺的组成部分。实际上，综合布线标准EIA/TIA568A《商业建筑电信布线标准》、TSB-67《现场测试非屏蔽双绞电缆布线测试传输性能技术规范》和《ISO/IEC11801-1995(E)国际布线标准》都已包含了布线测试标准的主要内容。而六类系统的测试标准则有了更严格的要求。

10. TSB-67测试标准 为适应支持高速网络(100 Mb/s)的五类非屏蔽双绞线(UTP)布线工程的实践要求，美国通信工业协会TIA于1995年10月正式颁布EIA /TIA 568布线标准和TSB-67测试标准，它们适用于已安装好的双绞线连接网络，并提供了一个“认证”非屏蔽双绞线电缆是否达到五类线要求的标准。

11. TSB-67主要是测试五类UTP布线系统传输特性的标准，其主要内容包括：TSB-67主要是测试五类UTP布线系统传输特性的标准，其主要内容包括：  定义两种“连接”模型；  定义要测试参数的内容；  定义每一种连接模型及三类、四类和五类链路Pass/Fall测试极限；  最少测试报告项目；  定义现场测试仪的性能要求和如何验证这些要求； 定义现场测试与试验室测试结果的比较方法。

12. 1 两种测试模型 TSB-67标准规定了两种连接测试模型分别是信道(Channel)测试模型和基本链路(Basic Link)测试模型，这是两种测试连接结构。　 (1) 永久链路测试模型：固定电缆安装部分，不含两端设备跳线的基本链路(Basic Link)。该链路是建筑物中的固定布线，即从电信间接线架到用户端的墙上信息插座的连线(不含两端的设备连线)，最大长度是90 m，如图8.1所示。 基本链路包含两端测试跳线。如图8.1所示。

13. 图1 基本/永久链路测试模型 信息插座 测试线 测试线

14. (2) 信道测试模型：从网络设备跳线到工作区跳线间的端到端的通道(Channel)连接。信道测试模型定义了包括端到端的传输要求，含用户末端设备电缆，最大长度是100 m，如图8.2所示。

15. 图2 信道测试模型

16. 2 布线接线图的规定 接线图用于验证线对连接是否正确。接线图必须遵照EIA/TIA568A或568B的定义(从信号角度讲这两种标准没有区别，惟一不同的是线的颜色标记不同)。接线图测试不仅仅是一个简单的逻辑连接测试，而是要确认链路的一端一个针与另一端相应针的连接。此外，接线图还要确认链路导线的线对是否正确，判断是否有开路、短路、反向、交错和串对五种情况出现。

17. 3 电缆长度规定 　 电缆长度指连接电缆的物理长度，测量长度的误差极限如下: 　信道(Channel)模型：100 m＋100 m×15%=115 m； 　基本链路(Basic Link)模型：94 m＋94 m×15%=108.1 m。 线缆如果按信道模型测试，那么理论上最大长度不超过100 m，但实际测试长度可达115 m；如果是按链路模型测试，那么理论上规定最大长度不超过90 m，而实际测试长度最大可达到108.1 m。

18. 4 测试参数内容 TSB-67标准规定了电缆测试的参数和数值以及两个级别的测试精度。按照TSB-67标准的网络布线系统却可以支持15年以上。一个符合TSB-67标准的非屏蔽双绞线网络不但满足当前计算机网络的信息传输要求，还能支持未来的高速网络的需要。

19. 6类系统测试标准 (1) 六类标准对参数PSACR(PSACR)时为正值，它提供两倍于超五类系统的带宽，大大提高了信噪比性能余量。六类系统的测试标准较五类系统在许多方面都有大的超越，提出了更严格、更全面的测试指标体系。 (1) 六类标准对参数PSACR(功率和串扰衰减比)、NEXT(近端串扰)、PSNEXT(综合近端串扰)、PSELFEXT(综合等效远端串扰)、Propagation Delay(传播延迟)、Delay Skew(延迟差异)、Attenuation(衰减)、Return Loss(回波损耗)等都有完整的要求。区分真正的六类系统最重要的是检验布线系统是否可以达到最新六类标准中所有参数的要求。

20. (2) 六类系统标准取消了基本链路模型，采用符合ISO标准的信道模型，保证了测试模型的一致性。 (3) 六类系统标准要求采用4连接点100 m的方法进行测试，更符合实际应用时的信道特征。 (4) 六类系统标准要求在0～250整个频段上和整个长度上有一致的测试指标要求。 (5) 六类系统标准要求全线产品都要达到六类性能指标要求，包括模块、配线架、跳线和线缆等组成部件。

21. (6) 六类系统标准提供了对1～250 MHz频率范围内实验室和现场测试程序两种方式以检验实际性能。 (7) 新的六类标准对100 Ω平衡双绞电缆、连接硬件、跳线、通道和永久链路作了详细的要求。 (8) 六类标准还包括提高电磁兼容性时对线缆和连接硬件的平衡建议。

22. 三、测试参数 　　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，新的六类布线测试标准增加了几项参数，如综合近端串扰(PSNEXT)、综合等效远端串扰(PSELFEXT)、回波损耗(Return Loss)、延迟差异(Delay Skew)等。这样，增补后的测试参数包括： 接线图；  长度测量；

23. 　 近端串扰(NEXT)；  累加功率NEXT(Power Sum 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；  特性阻抗(Impedance)；  直流环路电阻； 杂讯。

24. 1 接线图 　 接线图是用来比较判断错误接线的一种直观检测方式。每一条电缆的4对8根线芯的接线图可以表示出：  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。交错是指远端的两个线对位置相互对调。  反向线对。反向是指线对的一端极性相反。  分岔线对。分岔指各芯线是以一对一的方式导通的，但物理线对位置分开。 其他各种接线错误。

25. 特别应该注意，分岔线对是经常出现的接线故障，使用简单的通断仪器常常不能被准确地查找出来。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。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，价格低且方便实用。特别应该注意，分岔线对是经常出现的接线故障，使用简单的通断仪器常常不能被准确地查找出来。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。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，价格低且方便实用。

26. 2 长度测量 　对铜缆长度进行的测量应用了TDR(时域反射计)的测试技术。 时域反射计TDR的工作原理是，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)，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。

27. 　　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。　　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 m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，同一条电缆的各线对间的NVP值也有4％～6％的差异。另外，双绞线线对的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。

28. 　　 测试仪发出的脉冲波宽约为20 ns，而传播速率约为3 ns/m，因此该脉冲波行至6 m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的，这种方法在各对线出现长短不等的情况时会发生误判。

29. 3 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，该电磁场会干扰相邻导线上的信号，信号频率越高这种影响就越大。近端串扰(NEXT)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。 双绞线就是利用两条导线绞合在一起后，因为相位相差180°的原因而抵消相互间的信号干扰的。绞距越紧抵消效果越好，也就越能支持较高的数据传输速率。为了符合五类规格，电缆端接处的非绞接部分长度不能超过13mm。

30. NEXT(dB)=20 lg NEXT损耗反映了一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合程度。对于UTP链路而言这是一个关键的性能指标，也是最难精确测量的一个指标，尤其是随着信号频率的增加，其测量难度增大。 式中：Vi为输入值(也是正常电压值)，Vn为所产生的干扰信号，因为Vn＜Vi，那么表8.4中列出的NEXT值实为负数。

31. 　　所以，需要注意的是，表示低频率下NEXT时的值越大(如45 dB)，表示发送的信号与串扰信号幅度差就越大，高频率下NEXT的值就越小(如20 dB)。 TSB-67中定义了五类UTP线缆链路必须在1～100 MHz的频宽内测试，四类链路是1～20 MHz，三类链路是1～16 MHz。在一条UTP链路上的NEXT损耗的测试需要在每一对线之间进行，也就是说，对于典型的4对UTP来说，有6对线对关系组合即测试6次。NEXT的测试极限如表8.4所示。

32. 表4 在特定频率下的NEXT测试极限

33. 4 衰减(Attenuation) 　　电信号强度会随着电缆长度的增加而逐渐减弱，这种信号减弱就称为衰减。衰减是以负的分贝数(dB)来表示的，数值越大表示衰减量越大，即-10 dB比-8 dB的信号弱，其中6 dB的差异表示两者的信号强度相差两倍。例如，-10 dB的信号就比-16 dB的信号强两倍，比-22 dB则强四倍。影响衰减的因素是集肤效应和绝缘损耗。

34. 因为在频率高的时候，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。因为在频率高的时候，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。

35. 　　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，特别是三类电缆所采用的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，因此温度越高，衰减量越大。这就是标准中规定温度为20℃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，特别是三类电缆所采用的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，因此温度越高，衰减量越大。这就是标准中规定温度为20℃的原因。 TSB-67定义了一个链路衰减公式。此外，TSB-67还给出了一个链路和信道的衰减允许值表(见表8.5)。

36. 表5 20℃时各类线缆在各频率下的衰减极限

37. 　　衰减在特定线缆、特定频率下的要求有所不同，表8.5定义了在20℃时的允许值。随着温度的增加，衰减也增加。具体来说，对于三类电缆，每增加1℃衰减增加1.5%，对于四类和五类电缆，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安装的每一对线对衰减的最严重情况，并且通过将衰减最大值与衰减允许值比较后，给出合格(Pass)和不合格(Fall)的结论。如果合格，则给出处于可用频宽内的最大衰减值；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。如果测量结果接近测试极限，测试仪不能确定是Pass或Fall，则此结果用Pass*表示；而若结果处于测试极限的错误侧，则给出Fall。　　衰减在特定线缆、特定频率下的要求有所不同，表8.5定义了在20℃时的允许值。随着温度的增加，衰减也增加。具体来说，对于三类电缆，每增加1℃衰减增加1.5%，对于四类和五类电缆，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安装的每一对线对衰减的最严重情况，并且通过将衰减最大值与衰减允许值比较后，给出合格(Pass)和不合格(Fall)的结论。如果合格，则给出处于可用频宽内的最大衰减值；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。如果测量结果接近测试极限，测试仪不能确定是Pass或Fall，则此结果用Pass*表示；而若结果处于测试极限的错误侧，则给出Fall。

38. Pass/Fall的测试极限是按链路的最大允许长度(信道是100 m、链路是94 m)设定的，不是按长度分摊的。然而，若被测量出的值大于链路实际长度的预定极限，则在报告中前者将加星号(*)，以便提醒。

39. 5 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/EIA568A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。

40. 6 综合衰减串扰经PSACR 表征了4对线缆中3对线缆传输信号时对另一对线缆所产生的综合影响。 主要用于保证综合布线系统的高速数据传输。

41. 7 远端串扰(FEXT)与等效远端串扰(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。 　　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，所以电缆长度对测量到的FEXT值的影响会很大，两条一样的电缆会因为长度不同而有不同的FEXT值。因此，FEXT并不是一种很有效的测试指标，而必须以ELFEXT值的测量来代替FEXT值的测量。ELFEXT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。

42. 8 综合近端串扰(PSNEXT，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。对于像以太网这种必须使用4对线来传输信号的网络来说，PSNEXT与ELFEXT是非常重要的测试参数，在每一条链路上都会有4组PSNEXT值。 　　与PSNEXT一样，对应于ELFEXT值的是PSELFEXT值。

43. 9 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。一般五类UTP的延迟时间在5～7 ns/m左右，ISO则规定100 m链路最差的时间延迟为1 μs。延迟时间是局域网之所以要有长度限制的主要原因之一。

44. 10 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他的材料，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4对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 m链路内的最长时间差异为50 ns，但最好在35 ns以内。

45. 11 结构化回损(SRL) 结构化回损(Structural Return Loss，SRL)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。

46. 12 特性阻抗(Impedance) 　 特性阻抗包括电阻及频率段范围内(如1～200 MHz间)的电感抗及电容抗，它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气特性有关。 由于技术的发展，综合布线系统的测试标准和测试参数在不断增加。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进行升级。

47. 四、测 试 仪 器 1 测试仪器的选择原则 1. 现场电缆测试仪的主要功能 现场电缆测试仪有两个主要功能；  性能认证：测试或验证布线的电气传输性能； 故障查找：对布线系统的故障查找。

48. 2. 选择布线现场测试仪时应考虑的主要因素 　　无论是按时域还是按频域原理设计的测试仪表，都应符合在1～31.25 MHz测量范围内，测量最大步长不大于150 kHz；在31.26～100 MHz测量范围内，测量最大步长不大于250 kHz；100 MHz以上测量步长待定。上述测量扫描步长的要求是满足衰减和近端串扰指标测量精度的基本保证，可用于综合布线系统的工程测试。

49. 　在选择布线现场测试仪器时主要考虑的几个因素是：　在选择布线现场测试仪器时主要考虑的几个因素是： 　 支持多个测试标准；  测试仪测量的精度和可重复性能； 　 具有一定的故障定位诊断能力； 　 具有自动、连续、单项选择测试的功能； 　 可存储规定的各测量步长频率点的全部测试结果，以供查询；  测试仪器是否被独立认证，如UL认证；  有定位和详细分析电气故障的诊断能力； 简单易用。

50. 3. 测试仪器的精度及溯源性问题 测试仪的精度及精度的溯源性问题是十分重要的。测试仪表的精度表示实际值与仪表测量值的差异程度，直接决定着测量数值的准确性。TSB-67标准明确定义了这种现场测试仪的精度级别，无论测试Basic Link还是Channel，作为认证布线的测试仪器必须要达到二级精度。综合布线系统测试仪表性能参数二级精度要求如表8.6所示。宽带测试仪表的测试精度应高于二级，光纤测试仪表测量信号的动态范围应大于或等于60 dB。