數(shù)字電纜測試中必備的條件
引言
隨著市場對綜合布線用對稱數(shù)字電纜（以下簡稱數(shù)字電纜）需求的日漸增高，許多光電纜生產(chǎn)廠家針對這一商機開始研制、生產(chǎn)該類電纜，以滿足市場的需求。同時，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)及實際使用中對數(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傳輸（一般不大于1MHz），而數(shù)字電纜傳輸?shù)氖歉咚贁?shù)字信號，最高達(dá)到1200MHz，作為早期的5號纜也達(dá)到了100MHz。為了使數(shù)字電纜能夠勝任高頻數(shù)字信號的傳輸，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了許多嚴(yán)格的參數(shù)。同時，也增加了許多只有在高頻時才考慮的參數(shù)。這給生產(chǎn)設(shè)備，測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，而忽略建立一個完善的測試手段。或簡單地認(rèn)為只要購進(jìn)一臺先進(jìn)的測試設(shè)備，就可以完成電纜的測試。這往往產(chǎn)生電纜的實測結(jié)果與電纜實際性能不符合。應(yīng)該指出，一個完善的測試手段應(yīng)包含先進(jìn)的測試設(shè)備及優(yōu)秀的測試人員。只有具備上述兩個條件，才能很好地完成數(shù)字電纜的測試工作。
一、 測試設(shè)備
國際上用于數(shù)字電纜測試的儀器，根據(jù)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(jìn)行數(shù)字化，并對這些量化的信息進(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非常類似。由于窄脈沖在頻域內(nèi)體現(xiàn)的是一寬頻譜電信號，當(dāng)這一“復(fù)合信號”在電纜內(nèi)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(jīng)過了兩個電纜長度的衰減。致使頻率高的信號經(jīng)兩次衰減后，信號變得很小。這直接影響到測試儀器的動態(tài)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(jìn)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(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(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試設(shè)備，對測試結(jié)果有何影響。
人們在選擇該類數(shù)字電纜測試設(shè)備時，往往忽略了對測試設(shè)備性能指標(biāo)的考核。而測試設(shè)備的某些指標(biāo)，將直接關(guān)系到測試結(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。系統(tǒng)噪聲本底（System Noise Floor）決定系統(tǒng)可接收的最小電信號電平，也決定了系統(tǒng)的動態(tài)范圍。
在數(shù)字電纜測試設(shè)備中，系統(tǒng)噪聲主要來源于系統(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；前者將影響電線測試中的近端串音性能測試結(jié)果，后者將影響電纜測試中衰減、遠(yuǎn)端串音及由此計算得出的參數(shù)（如ELFEXT）的性能測試結(jié)果。
假設(shè)一臺測試設(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)，推算對測試設(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)絕對值大于60dB時，（標(biāo)有“＝”的數(shù)據(jù)）測試結(jié)果可能出錯。絕對值接近60dB的數(shù)據(jù)（標(biāo)有“*”），測試結(jié)果可信度不高。應(yīng)該指出的是，測試值與噪聲本底應(yīng)有一定的裕度，這里給出3dB的裕度要求。
A． 電纜長度為100m，305m的CAT5e、CAT6數(shù)字電纜衰減測試與 Noise Floor的關(guān)系。
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| 表1 |
可以發(fā)現(xiàn)，這樣一套系統(tǒng)在測試100m電纜的衰減性能時，測試數(shù)據(jù)是可信的。但在測試長電纜時，在較高頻率處，數(shù)據(jù)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(tǒng)能夠測試的最大長度，可以根據(jù)簡單的數(shù)學(xué)公式得出，CAT5e為（57/25）m，CAT6為（57/33）m。所幸的是，電纜的衰減趨勢是遵循一定規(guī)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(zhǔn)確測試后，通過公式進(jìn)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(guān)系。
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| 表2 |
可見，測試設(shè)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(yù)測的。因此，該測試結(jié)果將是錯誤的結(jié)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(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(jié)果不可信。
C． 計算值ELFEXT與Floor Noise的關(guān)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
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| 表3 |
這樣，在某些頻域區(qū)域內(nèi)將產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)，而最終給出錯誤結(jié)論。從表中看出測試CAT6時，系統(tǒng)基本無裕度可言。值得一提的是，長度的增加也將使測試結(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。對于設(shè)計優(yōu)秀的數(shù)字電纜，最終測試結(jié)果都將表明電纜的性能一般，甚至，誤判為不合格。這里僅舉了測試儀器的Noise Floor對測試結(jié)果可能產(chǎn)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(shù)字電纜測試設(shè)備時，除了關(guān)心其工作原理是否合乎標(biāo)準(zhǔn)外，也得關(guān)心測試設(shè)備的性能指標(biāo)，是否滿足數(shù)字電纜的測試。
二、 測試人員
能否做好數(shù)字電纜測試工作，除了應(yīng)具有一套先進(jìn)的測試設(shè)備外，還應(yīng)該有合格的測試人員。一個合格的測試人員應(yīng)具備全新的測試觀念，扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的操作經(jīng)驗。
數(shù)字電纜的測試最高頻率已經(jīng)達(dá)到1200MHz，已屬微波段。如果說早期的市話電纜測試結(jié)果主要考核電纜的集總參數(shù)。那么，數(shù)字電纜的測試，某些場合下更注重的是分布參數(shù)。因此，在數(shù)字電纜測試中，電纜狀態(tài)的微小改變（如節(jié)距等）都可能導(dǎo)致電纜的測試失敗。甚至，電纜的位置也影響測試結(jié)果。
三、 結(jié)束語
數(shù)字電纜的測試結(jié)果，能否反映電纜的性能，應(yīng)具備二個基本因素。其一，先進(jìn)的測試設(shè)備；其二，優(yōu)秀的測試人員，兩者不可缺一。測試人員根據(jù)掌握的理論對測試結(jié)果分析，得出正確的結(jié)論，并反饋給電纜設(shè)計人員。這樣，數(shù)字電纜的品質(zhì)才能得以保證。
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