铜缆双绞线传输通道的质量指标

2.2.2　铜缆双绞线传输通道的质量指标

衡量铜缆双绞线的性能参数很多，在一般情况下，普通双绞线的性能指标有直流环路电阻、特性阻抗、衰减、近端串扰、远端串扰等；如果用于支持千兆位以太网应用时，除以上性能指标外还有衰减串扰比、回波损耗、传输延迟、转移损耗等。

1）普通双绞线的质量指标

（1）直流环路电阻

平衡电缆由双导线构成，任何导体都有电阻。数字信号、模拟信号在导线中传输时，都会有一定的损耗。所谓直流环路电阻，是指用直流欧姆表所测得的电阻。根据ISO/IEC 8802-5的规定，综合布线通道的直流环路电阻值，应能满足应用系统（令牌环局域网）的要求，对A、B、C、D级而言，其最大环路直流电阻分别为560Ω、170Ω、40Ω、40Ω，低于以上数值为合格，高于以上数值为不合格。在测量直流环路电阻时，应把远端两线短接，用电阻表在近端测量。

（2）特性阻抗

特性阻抗是传输信号的电缆以及与电缆相连接的器件的一个重要特性参数。它反映了线缆对通过信号的阻碍能力。

综合布线所传输的电流、电压都是以电流波和电压波向前传输的，由于线路上存在有分布电感、分布电容、分布电阻、分布电导，这些分布参数对瞬变信号将产生一定的影响，为了反映这些影响所造成的技术特性，定义了特性阻抗。

特性阻抗是传输线对电压行波的一种阻抗，其表达式为

式中，L₁、C₁和R₁、G₁均为线路参数，它们分别是双绞线单位长度的分布电感、分布电容、分布电阻和分布电导；ω为信号的角频率。

由式（2.1）可见，特性阻抗将随着频率变化而变化，必须指出：

①对于理想的无耗传输线R₁＝0，G₁＝0，

此时，为电阻性；

②对于实际有耗传输线，如果传输线信号的角频率很高，当ωL₁》R₁、ωC₁》G₁，则

此时，也可当作电阻性；

③实际的双绞线是有耗传输线，当分布参数满足

也可视为电阻性。

因此，人们通常把特性阻抗作为电阻性来看待，用欧姆来量度。厂商生产的线缆、器件上都应有特性阻抗数值的标识，如50Ω、75Ω、100Ω、150Ω、200Ω等。综合布线系统中使用的线缆种类较多，就铜缆而言，有同轴电缆和双绞电缆两类。同轴电缆又有基带电缆和宽带电缆。基带同轴电缆有粗缆如RG-8，有细缆如RG-58，它们的特性阻抗均为50Ω；宽带同轴电缆，如RG-59，其特性阻抗为75Ω，它既可传输数字信号，也可传输模拟信号。至于双绞电缆，就其特性阻抗而言，有100Ω和150Ω两类：100Ω的双绞线又分为三类线、五类线；150Ω双绞线，目前只有五类线一种。

在综合布线系统的设计中，线缆的特性阻抗必须与设备的输入阻抗、输出阻抗相匹配，即要求Z_C＝Z_in、Z_C＝Z_out。如果不匹配，传输系统将产生电波反射，出现反射波，降低信号能量传输的效率。当设备、线缆特性阻抗不一致时，为使阻抗匹配，一般要加装适配器或阻抗变换器。因此，选择适当的线缆和相关连接硬件，是作好综合布线系统设计的重要环节。

（3）衰减

信号随传输距离的增加逐渐变小的现象叫做衰减。衰减是信号沿传输通道损失的量度。常用单位长度上信号减少的数量来度量，即每米衰减多少分贝（dB/m）。它表示源端信号传递到接收端，每传输1m衰减的程度。线路衰减值的大小，除与长度有关外，还与传输信号的频率有关。

检测规程一般给出两种规定：一种是“基本链路衰减”，从楼层配线架到信息插座之间的线路叫基本链路，对五类线来说，这段传输线的长度不应超过90m（在测试时加上检测电缆的长度4m，不应超过94m）。另一种是“信道衰减”，从楼层设备（网络设备或通信设备）到工作区终端设备（计算机、传真机、电话等）之间，其中包括设备电缆、转接电缆、水平布线电缆、配线架跳线等所使用的传输线缆，对五类线来说，这条信道不应超过100m。检测规程所规定的限值，如表2.6和表2.7所示。

表2.6　基本链路性能指标

表2.7　信道性能指标

（4）近端串扰

信号在平衡电缆中传输的同时会在相邻线对中产生感应。如一根线缆中有4对双绞线，其中某1对线发送信号，在相邻线对中由于感应而收到信号的现象叫串扰。

在使用仪器测量时，“串扰值”并不是相邻线对中的感应值，而是发送信号与感应信号的差值，在一般信息系统中这种差值叫做插入衰减值。按照插入衰减的含义，所测出的近端串扰分贝值越大，受干扰的影响就越小。

串扰分近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）两种，近端串扰是出现在发射端的串扰；远端串扰是出现在接收端的串扰。测量串扰时应在两端测量，但远端串扰的影响较小。检测规程对近端串扰所规定的指标，也见于表2.6和表2.7。由表看出串扰值与信号频率和通道长度有关。

必须注意的是，在检测中“近端串扰”分贝值大于等于给定值为合格，因为它表示插入损耗越大，干扰影响越小，线路抗干扰能力强；而“衰减”分贝值小于给定值为合格。

2）用于支持千兆位以太网应用时的质量指标

超五类线和六类线能支持千兆位以太网的应用，这除符合普通双绞线的质量指标外，还要求检测以下性能：

（1）衰减串扰比

为了确定综合布线在某一频率下的可用带宽，定义衰减串扰比。它是在同一频率下链路信号衰减与近端串扰损耗的比值，该比值可用分贝（dB）来表示，其值是近端串扰和衰减之差

ACR_dB＝A_ndB-A_dB　　　　　　　（2.5）

式中，ACR是衰减串扰比；A_n是链路中任何两对线之间测得的近端串扰损耗；A是通道信号衰减。

通常，ACR可以看成布线链路上信噪比的量，NEXT被认为是噪声。ACR＝3dB时所对应的频率点，可以认为是布线链路的最高工作频率（即链路带宽）。

通常可以通过提高链路串扰损耗NEXT或降低衰减值来改善链路ACR。

测试仪所报告的ACR值，是由测试仪对某被测线对分别测出NEXT和线对衰减A后，在各预定被测频率上计算A_n（dB）-A（dB）的结果。

ACR、NEXT和衰减值A三者关系表示如图2.9所示。衰减串扰比值（ACR）为Cat5E链路应测技术指标。

图2.9　串扰损耗NEXT、衰减A和ACR关系曲线

（2）回波损耗

回波损耗是衡量信号通道是否匹配的特性参数。由于传输系统的特性阻抗是频率的函数，当信号频率变化时，特性阻抗将随之变化；如果通道所采用的线缆和相关连接的硬件阻抗不匹配，将造成信号反射，使综合布线传输性能降低。

结构回波损耗（Return Loss，RL）的量值由输出线对的信号幅度和该线对所构成的链路上反射回来的信号幅度的差值导出，通常以dB来表示。

（3）转移损耗

为了提高双绞线的抗干扰能力，通常在接口处采用对称连接，因此在高频情况下，十分重视线路的对称性。转移损耗就是衡量双绞电缆对称性的一个性能参数，它是从纵膜到差膜变换中产生的损耗，可以通过测量纵膜和差膜的差值导出，通常也以dB来表示。

（4）传输延迟

信号沿布线传输具有一定的速度，从始端传输到终端需要一定的时间，虽然这段时间极短，但对高速数据信号而言，这也是不容忽视的。综合布线系统对信号的传输延迟要求越小越好，其数值一般以μs计。

千兆位以太网常采用超五类或六类双绞线，它所构成的线路分别为D级和E级。这两级布线的衰减串扰比、回波损耗、转移损耗、传输延迟均随传输频率而变化，其指标值如表2.8所示。

表2.8　D级、E级布线有关质量指标

注：x＝lg（f）f·f·s；f应分别以使用频率（MHz）代入。

除以上介绍的性能参数以外，超五类Cat5E、六类Cat6线有时还需要检测综合功率近端串扰（PS NEXT）、等效远端串扰（ELFEXT）、综合功率等效远端串扰（PS FLEFXT）等。