新的安裝及測試指導準則有助于降低外部串擾（AXTalk）

    基于銅纜雙絞線的10千兆/秒以太網標準（10GBASE-T） 目前仍處于制定階段。

    標準中的許多問題和要求均已在最近幾個月得到了明確，預計10GB/S以太網標準有望在 2006 年年中確定和發布。本白皮書簡要介紹了雙絞線的布線要求以及布線系統安裝完成后的測量和驗證方法。

    10GBASE-T現場測試和驗證簡介

    布線鏈路的傳輸能力不能孤立地進行定義。首先，發送器需要對數字信息進行編碼并生成可以傳輸的電子信號，然后通過布線鏈路將這些信號發送出去。其次，物理鏈路必須能夠跨越所需的距離將發送器的信號傳輸給接收器，并保證接收器輸入端的信號質量。最后，接收器也必須滿足一組性能參數，確保通過鏈路到達的信號符合技術要求，從而保證成功實現自己的功能。因此必須要認真了解發送器的要求、信號編碼方式、接收器的能力以及鏈路的傳輸特性，并將它們作為一個整體來考慮。

    電氣和電子工程師協會（IEEE）制定了IEEE 802.3 以太網標準，并對標準進行維護。10 GB/S 以太網工作組將建立 802.3an 標準。IEEE 利用自己的專長設計并確定了主動電子子系統，并與電信行業協會 （TIA） 和國際標準化組織 （ISO） 等電纜標準主要制定機構聯手確立了布線通道的性能規格。

    自建立之日起，FlukeNetworks就積極參加TIA 和 ISO 研究委員會的各項活動。在 Fluke Networks 的推動下，一套行之有效的外部串擾 （AXTalk） 測量方法得以成形。外部串擾是雙絞線布線鏈路發送 10 GB/S 以太網 （10GbE） 信令的一個要害性能參數。我們將會解釋這些參數的含義以及測試方法。

    在現場驗證安裝好的10GBASET雙絞線時，需要用到Cat 6 TIA/EIA-568-B 文*檔中指定的所有測試參數。這些參數包括插入損耗、回波損耗、線對到線對近端串擾、綜合近端串擾、線對到線對遠端串擾、綜合遠端串擾、傳播延時、長度以及延遲時差。

    10GBASE-T的測試限制與最高頻率為250MHz 的 Cat 6 的測試限制完全相同，但為了支持 10 GB/S 以太網技術獲得更高的數據傳輸速率，這些測試的頻率范圍和性能要求被擴大到了 500 MHz.此外，現場驗證 10 GB/S 以太網必須涉及到本白皮書中討論的外部串擾測試參數。

    了解外部串擾及其對10GB/S性能的影響

    10GBASE-T信令需要頻率高達500MHz 的布線帶寬，這明顯比 1000BASE-T（1 千兆/秒以太網）的 100 MHz 帶寬的要求高了很多。這些頻率非常高，因此必須為布線測試參數增加一組重要的干擾測定參數。這組新的測試參數就被稱為外部串擾。

    串擾測量的是一段雙絞線布線鏈路中一個線對到另一個線對的信號耦合。這種耦合會在線對中產生噪音干擾，因此我們并不需要它。串擾的效果和一條受噪音干擾的傳輸線非常類似。接收器無法從串擾產生的噪音中區分出鏈路另一端發送器發來的信號。在數據通信活動中，串擾是一個要害的性能參數。串擾程度隨著信號發送頻率的提高而加深，而信號頻率越高，衰減也越嚴重（信號在沿著鏈路傳輸時變得越來越弱）。正是因為這兩種效應的存在，我們才需要找到這樣一個頻率：串擾產生的噪音與發送器發來的信號相等。對于100mCat 5e 通道，這個頻率通常在 120 MHz 左右，對于整個 Cat 6 通道，通常在 240 MHz 左右。

    電子設備假如不具備先進的數字信號處理技術，就無法在這個頻率左右甚至更高的頻率上實現可靠的信號傳輸。這一現象為雙絞線的帶寬設置了一個限制。

    近端串擾（或曰“NEXT”）測量的是布線鏈路中發出測試信號或干擾信號的那一端的串擾信號。圖1說明了一個具有兩個線對的系統中的近端串擾。假如同時在多個線對上進行信號傳輸，就像在1000BASET 和 10GBASET 中那樣，則還必須考慮并測試遠端串擾 （FEXT）（參見圖 2）。

    圖1和圖2 中描述的串擾發生在同一條電纜的線對之間（線對包在同一個電纜外皮中）。外部串擾和這種現象完全相同，只不過是串擾耦合發生在不同但相鄰兩條布線鏈路中的線對之間。

    外部串擾是非屏蔽雙絞線（UTP）的一個亟待解決的難題，因為對于采用UTP 布線的 10GbE 應用場合而言，它是最主要的干擾或噪音源。圖 3 顯示了相鄰電纜中的線對對其中一個線對產生的外部串擾。

    外部串擾的測量將包括線對之間的外部近端串擾和外部遠端串擾。由于必須評估線束中眾多線對對接受測試的線對（通常稱為受害線對）所造成的總體影響，因此應為線束中的線對計算并評估綜合外部近端串擾（PSANEXT）及綜合外部遠端串擾（PSAFEXT）。

    測試外部串擾

    本節將介紹外部串擾的測量方法和測試策略。測量方法介紹的是一些測試工具的硬件和軟件配置，這些工具用來測量相鄰電纜中線對之間的串擾。測試策略討論的是布線系統測試的實現方式。在大多數情況下，測試所有可能的線對組合的外部串擾從經濟角度講并不可行或者難以承受。

    DTX-1800CableAnayzer？測試儀主要用于提供測試外部串擾參數所需的帶寬，FlukeNetworks 基于這種測試儀開發了一些試驗性的測量工具和測量技術。這些技術經過不斷的發展，目前已被很多電纜制造商用于實驗室和現場測試，為其生成外部串擾參數的特征。外部串擾模塊將會在開發周期結束后隨同 DTX-1800 一起提供。

    測量方法

    當使用驗證測試儀來測試電纜的近端串擾性能時，主測試儀和遠端測試儀應分別連接到同一條電纜的兩端，而且這兩個設備應使用接受測試的鏈路來同步它們的測量過程。假如測量外部近端串擾，則應使用DTX永久鏈路適配器將DTX-1800 主設備和DTX-1800 遠端設備連接到不同的電纜，如圖 4 所示。

    為使主設備和遠端設備能夠同步執行測量過程，需要在這兩個設備之間建立一條連接。請將一個非凡的外部串擾模塊插到DTX-1800設備的背面，插入位置與DTX-MFM 等光纖損耗測試模塊的插入位置相同。在為這兩個設備都裝上外部串擾模塊之后，可使用標準跳線連接這兩個模塊并建立同步所需的鏈路。此時，接受測試的布線鏈路的遠端還未連接到測試儀設備。鏈路末端的開路將會對測試信號產生明顯的反射。為避免遠端產生發射，對測量過程和測量的準確性產生干擾，必須要在這兩個鏈路的末端安裝一個非凡的端接插頭。圖 4 顯示了為測試線束中兩條電纜之間線對到線對外部近端串擾而配置的 DTX-1800 主測試儀設備和遠端測試儀設備之間的連接。兩條布線鏈路之間的所有近端串擾線對組合共有16 種。按圖 4 所示的方式配置之后，DTX-1800 會在大約 30 秒內用 1 到 500 MHz 之間的頻率測量這 16 種線對到線對組合的外部近端串擾。

    圖5顯示了用來測量一個線束中幾條電纜之間線對到線對外部遠端串擾的DTX 測試儀的連接。這兩個測試儀設備現在連接到了此線束的不同末端。測試儀設備必須要配備我們在前面提到的用來測量外部近端串擾的外部串擾模塊。您可以使用測量時不用的備用布線鏈路或鏈路在 DTX-1800 主設備和 DTX-1800 遠端設備之間建立同步路徑。對于測試中涉及到的鏈路，開路端必須使用測試外部近端串擾時所用的插頭進行端接。此方法已在現場應用中取得了很好的使用效果。測試儀的一個非常重要的性能參數是底線噪聲 （Noise Floor），它答應測試儀非常準確地測量出非常小的線對到線對外部串擾信號。

    綜合串擾測量

    如上所述，對電纜束的外部串擾評估并不局限于測量個別線對之間的外部串擾耦合。在整個網絡運營期間，電纜束中的所有線對都會以全雙工模式（信號在每個線對上雙向流動）同時傳輸信號。因此，在同一個線束中，任何一個線對都會受它四周的數個信號傳輸線對的影響。通過計算綜合近端外部串擾（PSANEXT）和綜合遠端外部串擾（PSAFEXT） 參數，即可得知四周電纜的總體影響有多大。

    DTX-1800主設備必須通過USB連接連接到一臺筆記本電腦。隨著線束中越來越多的電纜被測試，筆記本電腦上運行的軟件會導入線對到線對近端串擾或遠端串擾的測量結果數據并計算綜合串擾的測試結果。

    外部串擾測試策略

    在獲取線束中每個線對的綜合串擾的測試結果時，測試工作很快就會變得非常耗時和消耗資源。如上所述，每次多加入一個布線鏈路來計算綜合串擾，都需要進行16次線對到線對測量。

    假如圖3中所示的電纜在整個鏈路上都保持同樣的相對位置，它們將形成六個包圍一個的布局，這種布局對于研究外部串擾是最不理想的。這種布局之所以被視為最不理想的布局，原因在于在整個電纜束中，幾乎不可能出現一個線束中的七條電纜始終保持這樣一種緊密的布局。在這種布局中，中心的那條布線鏈路被定義為受害電纜。為了計算這個受害電纜中的四個線對到線對的綜合外部近端串擾，我們需要測量96 種（6 乘以 16）線對到線對外部近端串擾組合。采用上述方法所需的總計測試時間大約為180 秒或 3 分鐘，當然還需要一些時間來（重新）連接測試導線并將結果上載到計算機中。這樣還不錯，但我們僅僅考慮了一個非常小的線束中的一條受害電纜。通常采用的大多數線束都不僅僅包含七條布線鏈路。

    一方面，行業標準已經確認外部串擾正在成為雙絞線布線環境中一個非常重要的10GBE信號傳輸性能參數。必須對這些性能參數進行現場測試，才能確保布線系統能夠支持這種高速網絡應用。另一方面，一個合理的測試時間也是我們非常需要的。

    外部串擾采樣指導準則

    一套實用的外部串擾測試策略需要選擇有代表性的鏈路樣本，包括最“可疑”的布線鏈路。總體的測試策略由以下幾個要素組成：

    只測試必須符合10GBASE-T運營要求的鏈路并且鏈路必須具有足夠的長度；較短的鏈路（不足50 米）幾乎不會出現問題。請注重，鏈路的插入損耗會隨著長度和信號頻率的提高而加大。這意味著到達較長鏈路末端的信號會更弱，從而降低了信號與外部串擾干擾強度的比值。10 GB/S 標準將會定義插入損耗值，高于該值，外部串擾即成為可疑的干擾源。

    當一個電纜束中的許多鏈路都需要滿足10GBASE-T運營要求時，可以選擇少數幾條較長的鏈路作為受害電纜，并觀察它們是否表現出了大致相同的PSAXtalk 性能。當電纜束包含很多電纜時，所有外部串擾會出現一定程度的中和現象。由此帶來的結果是，不同受害電纜的 PSAXtalk 屬性趨向于大致相同。假如所選受害電纜的 PSAXTalk 結果基本一致并通過了測試限制值，就不需要再進行額外的測試。

    PSANEXT需要在較長的鏈路（超過50米或 160 英尺）上進行測量。對于目前采用的 6 類電纜必須如此。請在大量電纜接合的位置（也就是配線板），使用緊靠著受害鏈路的干擾鏈路開始測試。只要 PSANEXT 結果看起來受到了影響或發生了變化，就需要增加干擾鏈路。

    PSAFEXT需要在和較短鏈路捆綁在一起的較長鏈路上進行測量。請在大量電纜接合的位置（也就是配線板），選擇緊靠著受害鏈路的較短干擾鏈路。只要PSAFEXT結果看起來受到了影響，就需要為結果增加干擾鏈路。這一測試參數的頻率響應在很大程度上是可以預知的，因此在 100 MHz 時只需觀察一個值就可以做出判定。

    表1–預計支持 10 GBASE-T 的電纜類型

    適用的電纜類型

    IEEE為10GBASET考慮到了表 1 中列出的布線類型。表 1 中某些電纜類型的注釋短語“支持（IEEE 目標）”表示為電子設備（發送器和接收器）指定的要求；這些要求規定，這些電子設備必須能夠在六個包圍一個的布局中配合指定的布線通道正確運轉。正如您看到的那樣，55 米 Cat 6 通道是一種完全符合 10GBASET 要求的布線鏈路。

    換句話說，假如您正在為某個所有鏈路均不超過55米的數據中心設計布線架構，現有的Cat 6 UTP 布線就可以滿足您的需要。安裝時需格外注重安裝和端接的質量。此外，盡管目前尚未確定或發布增強型 Cat 6 或 Cat 6A 組件的規格，但為了盡可能降低配線板的外部串擾，指定并采用歸為 Cat 6A 組件的最新配線板和連接硬件仍不失為明智的選擇。最后，也是非常重要的一點，應使用前面介紹的外部串擾測試策略對此要害布線性能進行現場驗證。 Fluke DTX-1800 CableAnalyzer？ 支持兩種 10GBASET 布線標準草案。請查閱 Fluke Networks 網站，以確保您的測試儀運行最新的軟件并擁有最新的測試標準規格（測試數據庫）。

    有兩個標準草案文檔規定了10GBASET的布線性能要求。第一個文檔是電信行業協會（TIA） 編寫的“電信系統公告”（TSB），稱為TIA TSB-155.第二個文檔是 TIA/EIA-568-B.2 標準的“附錄 10”（TIA/EIA-568-B.2-10）。為什么要用兩個文檔來規定布線性能要求呢？第一個文檔 TSB-155 主要是針對具有鏈路長度限制的 10 GB/S 以太網的傳輸要求，來規定對布線鏈路的要求。如需了解在10GBASET 應用中驗證 Cat 6 鏈路的方式，您可以查看該文檔。第二個 TIA 文檔（“附錄 10”）定義了一個新的布線類，即增強型 Cat 6 或 Cat 6A，這類電纜的性能比 Cat 6 更出色，而且支持 100 米 10GBASET 通道。在外部串擾參數以及 250 MHz 下的通道內測試參數性能兩方面，增強型 Cat 6 都以最低的 10 GB/S 以太網要求提供了更高的容許度。

    建議

    當使用Cat6或 Cat 6A 電纜時，必須認真設計布線系統，以便將外部串擾降到最低。關于降低外部串擾干擾的建議主要集中在電纜捆綁和線纜治理兩方面。回想一下，10GBASE-T 的測試要求擴大到 500 MHz，而且必須仔細觀察為提供高質量布線鏈路的所有現場安裝方法。

    只有同一個線束中的布線鏈路才會對綜合外部串擾（PSAXtalk）的測量產生影響。因此，一個線束中的布線鏈路越少，PSAXtalk就越小。當每個線束中的鏈路數量較少時，我們前面討論的測試策略會更有效。每個線束中最理想的鏈路數量（尤其對于 Cat 6 布線通道而言）是 12 個，一般最好不要超過 24 個。

    不要將線束中的電纜捆得太緊；每隔2英尺（60厘米左右）或更長間距扎一條綁帶。

    大部分外部近端串擾都發生在鏈路上從測試端算起的前20米內。樣機的模擬和驗證表明，除非每條電纜都并行貫穿整個線束，否則從測試端算起的20 米之后的電纜所產生的外部近端串擾實際上不會對總體 PSANEXT 產生任何影響。因此，鏈路的跳線和配線板布置方式以及由此產生的機架線纜治理都會對鏈路之間的外部串擾耦合程度產生嚴重影響。相距越近，外部串擾耦合程度就越高。

    很多采樣建議或前面討論的測試策略建議都明顯表明，當測試配線板的外部串擾性能時，適當了解布線拓撲結構會讓您受益匪淺。它可以幫助您分辨出同一線束中捆綁了哪些電纜。您可以設計并采用一套電纜命名方案，以標識布線鏈路走線的線束。

    結論

    10GB/S以太網正在成為雙絞線布線環境中一項要求非常復雜的網絡技術。它需要一個非常好的Cat 6 布線系統，同時采取了有效措施來降低外部串擾干擾的影響。此外，它還需要嶄露頭角的增強型 Cat 6 布線設備。無論對于哪種情況，在確保布線系統完美支持這種超高速新型網絡技術上，安裝工藝都將發揮舉足輕重的作用。現場驗證通道內要求和外部串擾（通道間）要求是確保布線系統支持 10 GB/S 以太網的不二法門。