數字電纜測試中須具備的條件

2019-11-03 10:08:52

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供稿：網友

上海電纜研究所江斌

　　導讀：本文簡單介紹了數字電纜測試與早期市話電纜測試的不同要求。提出了完善的測試手段應由先進的測試設備和優秀的測試人員組成的觀點。并著重從測試設備及測試人員兩方面舉例分析了數字電纜測試中存在的一些問題。

　　引言

　　隨著市場對綜合布線用對稱數字電纜（以下簡稱數字電纜）需求的日漸增高，許多光電纜生產廠家針對這一商機開始研制、生產該類電纜，以滿足市場的需求。同時，生產廠家發現，雖然數字電纜和早期的市話電纜都是雙絞線，但標準及實際使用中對數字電纜的要求遠遠高于市話電纜。這是由于市話電纜僅用于較低頻率的電信號傳輸（一般不大于1MHz），而數字電纜傳輸的是高速數字信號，最高達到1200MHz，作為早期的5號纜也達到了100MHz。為了使數字電纜能夠勝任高頻數字信號的傳輸，標準規定了許多嚴格的參數。同時，也增加了許多只有在高頻時才考慮的參數。這給生產設備，測試手段都提出了全新的要求。生產廠家往往將注意力集中在生產設備，而忽略建立一個完善的測試手段。或簡單地認為只要購進一臺先進的測試設備，就可以完成電纜的測試。這往往產生電纜的實測結果與電纜實際性能不符合。應該指出，一個完善的測試手段應包含先進的測試設備及優秀的測試人員。只有具備上述兩個條件，才能很好地完成數字電纜的測試工作。

　　一、測試設備

　　國際上用于數字電纜測試的儀器，根據其測試原理可以分為兩大類。第一種方法為時域反射法。時域反射法是將一窄脈沖注入電纜的一端，同時，在注入端探測反射信號。然后，對反射信號進行數字化，并對這些量化的信息進行包括傅立葉變換在內的各種數據處理，最終求出電纜性能值。其原理與OTDR非常類似。由于窄脈沖在頻域內體現的是一寬頻譜電信號，當這一“復合信號”在電纜內傳輸時，電纜的不均勻點將引起反射，反射的信號返回注入端，探測器在注入端探測電信號。因此，從電信號的注入到信號的接收，電信號經過了兩個電纜長度的衰減。致使頻率高的信號經兩次衰減后，信號變得很小。這直接影響到測試儀器的動態范圍及精度。同時，也存在多次反射信號給接收機造成的信號“混淆”，可能進一步降低測試精度。但基于這個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。但用于電纜的成品檢測時，很難滿足精度要求。

　　第二種方法為標準規定的頻域掃描法。一般以矢量網絡分析儀作為核心部件，或以分立的掃頻信號源，接受器作為核心部件；以巴倫作為平衡器件，對測試端口進行阻抗匹配。這種方法是標準規定的基準方法。我們將討論基于這種方法制造的不同的測試設備，對測試結果有何影響。

　　人們在選擇該類數字電纜測試設備時，往往忽略了對測試設備性能指標的考核。而測試設備的某些指標，將直接關系到測試結果的正確與否。

　　限于篇幅，我們僅以系統噪聲本底為例討論上述觀點。系統噪聲本底（System Noise Floor）決定系統可接收的最小電信號電平，也決定了系統的動態范圍。

　　在數字電纜測試設備中，系統噪聲主要來源于系統內部串音。又可分為同端鄰近端口噪聲本底和近遠端噪聲本底。同端鄰近端口噪聲本底（Next Noise Floor）用以衡量近端（或遠端）的鄰近端口噪聲水平；近遠端噪聲本底衡量近端接線端口與遠端接線端口之間的噪聲水平；前者將影響電線測試中的近端串音性能測試結果，后者將影響電纜測試中衰減、遠端串音及由此計算得出的參數（如ELFEXT）的性能測試結果。

　　假設一臺測試設備具有如下的性能指標：

　　近遠端噪聲本底： ≤ -60dB 1～300MHz

　　(ATT Noise Floor)

　　同端鄰近端口噪聲本底： ≤ -60dB 1～300MHz

　　(NEXT Noise Floor)

　　我們現以IEC61156-5標準規定的參數，推算對測試設備的噪聲本底的最低要求，并與上面假設的儀器具有的性能進行比較。當下表中給出的數據絕對值大于60dB時，（標有“＝”的數據）測試結果可能出錯。絕對值接近60dB的數據（標有“*”），測試結果可信度不高。應該指出的是，測試值與噪聲本底應有一定的裕度，這里給出3dB的裕度要求。

　　A．電纜長度為100m，305m的CAT5e、CAT6數字電纜衰減測試與 Noise Floor的關系。

衰減測試時對系統噪聲本底最低要求（dB）
頻率 (MHz)	長度100m		長度305m
頻率 (MHz)	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

　　可以發現，這樣一套系統在測試100m電纜的衰減性能時，測試數據是可信的。但在測試長電纜時，在較高頻率處，數據是錯誤的。顯而易見，ATT Floor Noise 將影響電纜的測試長度。其實，該系統能夠測試的最大長度，可以根據簡單的數學公式得出，CAT5e為（57/25）m，CAT6為（57/33）m。所幸的是，電纜的衰減趨勢是遵循一定規律的。因此，對于大長度的電纜的較高頻率點的衰減，可以對較低頻點的衰減值準確測試后，通過公式進行擬合，仍然能夠滿足一定的測試精度。

　　B．電纜長度為100m的CAT5、CAT6測試與NEXT Noise Floor的關系。

NEXT測試時對系統噪聲本底要求（dB）
頻率 (MHz)	CAT5e	CAT6
頻率 (MHz)	標準要求	標準要求
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

　　可見，測試設備的NEXT Floor Noise將影響電纜的近端串音的測試。由于電纜的串音不像衰減那樣，電纜的串音是不可預測的。因此，該測試結果將是錯誤的結論。另外，值得注意的是，無論你的電纜串音性能做的如何好，但最終結果都將≤60dB。結果顯示，電纜的串音指標與標準規定的數值之間的裕度小的讓人擔心。你也無法知道電纜的真實的串音的性能。長度的增加，更將使測試結果不可信。

　　C．計算值ELFEXT與Floor Noise的關系

　　我們知道ELFEXT=IOFEXT-α，而我們實測的是IOFEXT, （α是電纜的衰減），所以有IOFEXT=ELFEXT+α

IOFEXT測試時，對系統噪聲本底最低要求（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，在某些頻域區域內將產生錯誤數據，而最終給出錯誤結論。從表中看出測試CAT6時，系統基本無裕度可言。值得一提的是，長度的增加也將使測試結果進一步惡化。

　　應該注意到，表中給出的是符合標準的電纜的最差情況。對于設計優秀的數字電纜，最終測試結果都將表明電纜的性能一般，甚至，誤判為不合格。這里僅舉了測試儀器的Noise Floor對測試結果可能產生影響的例子。實際上，上述因素僅僅是眾多因素其中之一。

　　因此，在選擇數字電纜測試設備時，除了關心其工作原理是否合乎標準外，也得關心測試設備的性能指標，是否滿足數字電纜的測試。

　　二、測試人員

　　能否做好數字電纜測試工作，除了應具有一套先進的測試設備外，還應該有合格的測試人員。一個合格的測試人員應具備全新的測試觀念，扎實的理論基礎和豐富的操作經驗。

　　數字電纜的測試最高頻率已經達到1200MHz，已屬微波段。如果說早期的市話電纜測試結果主要考核電纜的集總參數。那么，數字電纜的測試，某些場合下更注重的是分布參數。因此，在數字電纜測試中，電纜狀態的微小改變（如節距等）都可能導致電纜的測試失敗。甚至，電纜的位置也影響測試結果。

　　三、結束語

　　數字電纜的測試結果，能否反映電纜的性能，應具備二個基本因素。其一，先進的測試設備；其二，優秀的測試人員，兩者不可缺一。測試人員根據掌握的理論對測試結果分析，得出正確的結論，并反饋給電纜設計人員。這樣，數字電纜的品質才能得以保證。

　　
摘自　中國電線電纜網

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