数字电缆测试中须具备的条件

上海电缆研究所 江斌

　　导读：本文简单介绍了数字电缆测试与早期市话电缆测试的不同要求。提出了完善的测试手段应由先进的测试设备和优秀的测试人员组成的观点。并着重从测试设备及测试人员两方面举例分析了数字电缆测试中存在的一些问题。

　　引言

　　随着市场对综合布线用对称数字电缆（以下简称数字电缆）需求的日渐增高，许多光电缆生产厂家针对这一商机开始研制、生产该类电缆，以满足市场的需求。同时，生产厂家发现，虽然数字电缆和早期的市话电缆都是双绞线，但标准及实际使用中对数字电缆的要求远远高于市话电缆。这是由于市话电缆仅用于较低频率的电信号传输（一般不大于1MHz），而数字电缆传输的是高速数字信号，最高达到1200MHz，作为早期的5号缆也达到了100MHz。为了使数字电缆能够胜任高频数字信号的传输，标准规定了许多严格的参数。同时，也增加了许多只有在高频时才考虑的参数。这给生产设备，测试手段都提出了全新的要求。生产厂家往往将注意力集中在生产设备，而忽略建立一个完善的测试手段。或简单地认为只要购进一台先进的测试设备，就可以完成电缆的测试。这往往产生电缆的实测结果与电缆实际性能不符合。应该指出，一个完善的测试手段应包含先进的测试设备及优秀的测试人员。只有具备上述两个条件，才能很好地完成数字电缆的测试工作。

　　一、 测试设备

　　国际上用于数字电缆测试的仪器，根据其测试原理可以分为两大类。第一种方法为时域反射法。时域反射法是将一窄脉冲注入电缆的一端，同时，在注入端探测反射信号。然后，对反射信号进行数字化，并对这些量化的信息进行包括傅立叶变换在内的各种数据处理，最终求出电缆性能值。其原理与OTDR非常类似。由于窄脉冲在频域内体现的是一宽频谱电信号，当这一“复合信号”在电缆内传输时，电缆的不均匀点将引起反射，反射的信号返回注入端，探测器在注入端探测电信号。因此，从电信号的注入到信号的接收，电信号经过了两个电缆长度的衰减。致使频率高的信号经两次衰减后，信号变得很小。这直接影响到测试仪器的动态范围及精度。同时，也存在多次反射信号给接收机造成的信号“混淆”，可能进一步降低测试精度。但基于这个原理制造的成品仪器，体积可以做得很小，易于携带，成本低。特别适合于工程布线及半成品的检测。但用于电缆的成品检测时，很难满足精度要求。

　　第二种方法为标准规定的频域扫描法。一般以矢量网络分析仪作为核心部件，或以分立的扫频信号源，接受器作为核心部件；以巴伦作为平衡器件，对测试端口进行阻抗匹配。这种方法是标准规定的基准方法。我们将讨论基于这种方法制造的不同的测试设备，对测试结果有何影响。

　　人们在选择该类数字电缆测试设备时，往往忽略了对测试设备性能指标的考核。而测试设备的某些指标，将直接关系到测试结果的正确与否。

　　限于篇幅，我们仅以系统噪声本底为例讨论上述观点。系统噪声本底（System Noise Floor）决定系统可接收的最小电信号电平，也决定了系统的动态范围。

　　在数字电缆测试设备中，系统噪声主要来源于系统内部串音。又可分为同端邻近端口噪声本底和近远端噪声本底。同端邻近端口噪声本底（Next Noise Floor）用以衡量近端（或远端）的邻近端口噪声水平；近远端噪声本底衡量近端接线端口与远端接线端口之间的噪声水平；前者将影响电线测试中的近端串音性能测试结果，后者将影响电缆测试中衰减、远端串音及由此计算得出的参数（如ELFEXT）的性能测试结果。

　　假设一台测试设备具有如下的性能指标：

　　近远端噪声本底： ≤ -60dB 1～300MHz

　　(ATT Noise Floor)

　　同端邻近端口噪声本底： ≤ -60dB 1～300MHz

　　(NEXT Noise Floor)

　　我们现以IEC61156-5标准规定的参数，推算对测试设备的噪声本底的最低要求，并与上面假设的仪器具有的性能进行比较。当下表中给出的数据绝对值大于60dB时，（标有“＝”的数据）测试结果可能出错。绝对值接近60dB的数据（标有“*”），测试结果可信度不高。应该指出的是，测试值与噪声本底应有一定的裕度，这里给出3dB的裕度要求。

　　A． 电缆长度为100m，305m的CAT5e、CAT6数字电缆衰减测试与 Noise Floor的关系。

衰减测试时对系统噪声本底最低要求   （dB）
频率 (MHz)	长度100m		长度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

　　可以发现，这样一套系统在测试100m电缆的衰减性能时，测试数据是可信的。但在测试长电缆时，在较高频率处，数据是错误的。显而易见，ATT Floor Noise 将影响电缆的测试长度。其实，该系统能够测试的最大长度，可以根据简单的数学公式得出，CAT5e为（57/25）m，CAT6为（57/33）m。所幸的是，电缆的衰减趋势是遵循一定规律的。因此，对于大长度的电缆的较高频率点的衰减，可以对较低频点的衰减值准确测试后，通过公式进行拟合，仍然能够满足一定的测试精度。

　　B． 电缆长度为100m的CAT5、CAT6测试与NEXT Noise Floor的关系。

NEXT测试时对系统噪声本底要求  （dB）
频率 (MHz)	CAT5e	CAT6
	标准要求	标准要求
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

　　可见，测试设备的NEXT Floor Noise将影响电缆的近端串音的测试。由于电缆的串音不像衰减那样，电缆的串音是不可预测的。因此，该测试结果将是错误的结论。另外，值得注意的是，无论你的电缆串音性能做的如何好，但最终结果都将≤60dB。结果显示，电缆的串音指标与标准规定的数值之间的裕度小的让人担心。你也无法知道电缆的真实的串音的性能。长度的增加，更将使测试结果不可信。

　　C． 计算值ELFEXT与Floor Noise的关系

　　我们知道ELFEXT=IOFEXT-α，而我们实测的是IOFEXT, （α是电缆的衰减），所以有IOFEXT=ELFEXT+α

IOFEXT测试时，对系统噪声本底最低要求  （dB）
频率 (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*

　　这样，在某些频域区域内将产生错误数据，而最终给出错误结论。从表中看出测试CAT6时，系统基本无裕度可言。值得一提的是，长度的增加也将使测试结果进一步恶化。

　　应该注意到，表中给出的是符合标准的电缆的最差情况。对于设计优秀的数字电缆，最终测试结果都将表明电缆的性能一般，甚至，误判为不合格。这里仅举了测试仪器的Noise Floor对测试结果可能产生影响的例子。实际上，上述因素仅仅是众多因素其中之一。

　　因此，在选择数字电缆测试设备时，除了关心其工作原理是否合乎标准外，也得关心测试设备的性能指标，是否满足数字电缆的测试。

　　二、 测试人员

　　能否做好数字电缆测试工作，除了应具有一套先进的测试设备外，还应该有合格的测试人员。一个合格的测试人员应具备全新的测试观念，扎实的理论基础和丰富的操作经验。

　　数字电缆的测试最高频率已经达到1200MHz，已属微波段。如果说早期的市话电缆测试结果主要考核电缆的集总参数。那么，数字电缆的测试，某些场合下更注重的是分布参数。因此，在数字电缆测试中，电缆状态的微小改变（如节距等）都可能导致电缆的测试失败。甚至，电缆的位置也影响测试结果。

　　三、 结束语

　　数字电缆的测试结果，能否反映电缆的性能，应具备二个基本因素。其一，先进的测试设备；其二，优秀的测试人员，两者不可缺一。测试人员根据掌握的理论对测试结果分析，得出正确的结论，并反馈给电缆设计人员。这样，数字电缆的品质才能得以保证。
摘自　中国电线电缆网