綜合布線系統檢測與故障分析

文｜ 中建八局第二建設有限公司 竇安華 馬德利 郭愛濤

綜合布線系統檢測與故障分析

文｜ 中建八局第二建設有限公司 竇安華 馬德利 郭愛濤

1 前言

綜合布線系統是用于建筑物或建筑群內的傳輸網絡。它將語音、數據、視頻等相關設備彼此互連的同時，也將以上相關設備與外部的通信網絡連接。多年來，綜合布線技術為滿足設備對傳輸介質性能更高的要求，綜合布線的標準逐步升級，但其測試的類型卻仍是大同小異。

2 綜合布線檢測方式

（1）驗證測試

驗證測試又稱為隨工測試，即邊施工邊測試，主要檢測線纜質量和安裝工藝，及時發現并糾正出現的問題，不至于等到工程完工后才發現問題而重新返工，耗費不必要的人力、物力和財力。而且不需要使用復雜的測試儀，只要能測試接線圖和線纜長度的測試儀就可以。

（2）認證測試

認證測試又稱為驗收測試，可分為自我認證測試和第三方認證測試。它是所有測試工作中最重要的環節，是在工程驗收時對布線系統的安裝、電氣特性、傳輸性能、設計、選材以及施工質量的全面檢驗，是評價綜合布線工程質量的科學手段。

3 綜合布線的測試標準

3.1 銅纜的測試標準

（1）TSB 67：它是TIA 568A標準的一個附本，只適用于現場安裝的5類雙絞線的認證標準。它定義了現場測試用的兩種測試鏈路結構，規范了3、4、5類鏈路需要測試的接線圖、長度、衰減和近端串音損耗的技術參數，以及在兩種測試鏈路下各技術參數的標準值（閾值）。

（2）TSB 95：為保證5類電纜信道能支持千兆以太網 ， 《100Ω4對5類線附加傳輸性能指南》提出了回波損耗、等效遠端串擾、綜合遠端串擾、傳輸延遲與延遲偏離等千兆以太網所要求的指標 。

（3）ANSI/TIA/EIA 568A：它的所有測試參數都是強制性的，引入了3dB原則。3dB原則就是當回波損耗小于3dB時，可以忽略回波損耗（RL），這一原則適用于TIA和ISO的標準。同時，當衰減小于4dB時，可以忽略近端串擾值，但這一原則只適用于ISO 11801-2002標準。

（4）ANSI/TIA/EIA 568B：它支持6類（Cat.6）布線標準，把參數“衰減”改名為“插入損耗”；測試模型中的基本鏈路重新定義為永久鏈路等。列出從1～500MHz帶寬的范圍內信道的插入損耗、NEXT、PS NEXT、FEXT、ELFEXT、PS ELFEXT、回 波 損 耗、ANEXT、PS ANEXT、PS AELFEXT等指標參數值。

（5）TIA /EIA的布線標準中規定了兩種雙絞線的線序：T 568A與T 568B。

3.2 光纖的測試標準

最新的光纖標準TIA/TSB 140對光纖定義了兩個級別的測試：

（1）等級一：測試光纜的衰減（插入損耗）、長度以及極性。要使用光纜損耗測試設備（OLTS），如光功率計測量每條光纜鏈路的衰減，通過光學測量或借助電纜護套標記計算出光纜長度，使用OLTS或可見光源驗證光纜極性。

（2）等級二：測試需要使用光時域反射計OTDR，不但包括等級一的測試參數，還包括對每條光纜鏈路的OTDR追蹤，進行故障定位。

4 傳輸介質類型

（1）水平電纜：為4對100Ω的3類UTP或SCTP；4對100Ω的超5類UTP或SCTP；4對100Ω的6類UTP或SCTP 兩條或多條62.5/125 μ m或50/125 μ m多模光纖或光線直徑小于10 μ m單模光纖。

（2）主干電纜：為3類或更高的100Ω雙絞線 ；62.5/125 μ m或 50/125 μ m多模光纖或光線直徑小于10 μ m單模光纖。

（3）T 568B標準不認可4對4類雙絞線和5類雙絞線電纜。

（4）150Ω屏蔽雙絞線是認可的介質類型，不建議在安裝新設備時使用。

（5）混合與多股電纜允許用于水平布線，但每條電纜都必須符合相應等級要求，并符合混合與多股電纜的特殊要求。

5 銅纜主要測試模型

通道模型如圖1所示。

注：永久鏈路B+C≤90m，跳線 A+D+E≤10m，信道A+B+C+D+E≤100m。

6 光纖主要測試模型

基本光纖鏈路如圖2所示。

7 認證測試儀選擇

目前市場上常用的達到Ⅲ級精度的測試儀主要有Fluke DSP-4x00、Fluke DTX系列、Agilent WireScope350線纜認證測試儀、LANTEK系列等產品。

DTX電纜認證分析儀有DTX-LT、DTX-1200、DTX-1800三種型號，前兩種型號測試頻率帶寬為350MHz，DTX-1800測試帶寬高達900MHz。

本文綜合布線系統測試以Fluke DTX-1800為例。

8 銅纜布線故障的分析與診斷

（1）接線圖如圖3、圖4所示

出現開路接線的情況是在施工過程中由于穿線完成后沒有做及時的成品防護或是其他專業在施工過程中被無意破壞，解決方案只能是重新更換線纜；另外在施工過程中要嚴格按照標準線序打線，以減少錯對、交叉、反接等錯誤的出現，提高合格率。

（2）插入損耗/衰減

插入損耗是指發射機與接收機之間，插入電纜或元件由于其所遇到的電阻導致傳輸信號減小而產生的信號損耗，通常指衰減。插入損耗以接收信號電平的對應分貝（dB）來表示。

電纜是鏈路衰減的一個主要因素，電纜越長，鏈路的衰減就會越明顯。與電纜鏈路衰減相比，其他布線部件所造成的衰減要小得多。衰減不僅與信號傳輸距離有關，而且由于傳輸信道存在阻抗，它會隨著信號頻率的增加，使信號的高頻分量衰減加大，這主要由趨膚效應所決定，它與頻率的平方根成正比。

衰減程度過大會使電纜鏈路傳輸數據不可靠，造成衰減的原因有以下幾點：電纜材料本身的電氣特性和結構、在施工過程中不恰當的端接、阻抗不匹配的反射（不同介質）、路由電纜過長（如基本鏈路大于90m）、室外溫濕度等。

（3）近端串擾（近端串音）

近端串擾是指在UTP電纜鏈路中一對線與另一對線之間的因信號耦合效應而產生的串擾，有時它也被稱為線對間NEXT。由于6類UTP線纜由4個線對組成，依據排列組合的方法可知共有6種組合方式。TSB 67標準規定兩對線之間最差的NEXT值不能超過標準中基本鏈路和通道測試限的要求。

要重點說明的是近端串擾是決定鏈路傳輸性能的一個重要指標。它與施工工藝、使用的原材料和器材有關，而與UTP電纜長度無關。

近端串擾用近端串擾損耗值dB來度量，近端串擾的dB值越高越好，高的近端串擾值意味著耦合過來的信號損耗高。只有很少的能量從發送信號線對耦合到同一電纜的其他線對中，低的近端串擾值即耦合過來的信號損耗低，意味著較多的能量從發送信號線對耦合到同一電纜的其他線對中。

為減少因近端串擾而不通過的問題出現，在施工過程中，盡量減少短鏈路現象的發生；要嚴格杜絕出現線纜過度扭曲現象，拒絕野蠻施工；打裝模塊、配線架時要嚴格按照施工工藝端接；在施工過程中及時發現問題，盡早解決問題，避免因后期施工時增加不必要的難度。

（4）綜合近端串擾（近端串音功率）

近端串音功率是指在4對對絞電纜一側測量3個相鄰線對對其線對的近端串擾總和（所有近端干擾信號同時工作時，在接收線對上形成的組合串擾）。即近端串音功率和為電纜內除本線外，其他線對干擾本系統的近端串音功率和（dB）。

只應用于布線系統的D、E、F級，信道的每一線對和布線的兩端均應符合PS NEXT值要求，布線系統信道的最小PS NEXT值可參考表1所列關鍵頻率的近端串音功率和建議值。

表1

（5）回波損耗（RL）

回波損耗是電纜鏈路由于阻抗不匹配所產生的反射。這種不匹配主要來自于兩個方面：一是線纜與連接器的特性阻抗不匹配；二是線纜本身特性阻抗不均勻。現在我們從這兩個方面來分析一下影響RL的幾種原因及解決方法。

這種情況在測試通過時，比較難解決。為避免阻抗不匹配問題，一般采用以下方式解決：

在選擇產品上，整個水平布線（包括兩端跳線）應選擇同一品牌產品，可在最大程度上確保不同產品的特性阻抗基本一致。

在施工過程中，敷設密度過大，線纜在管線內，特別是彎角部位相互擠壓，使線纜變形從而造成線纜的傳輸性能特別是RL性能下降。穿管時拉力過大，容易造成線纜變形，將引起線纜傳輸性能下降。采用HDTDR進行跟蹤測試時，顯示的最差位置都是在兩端，但無論怎么更換模塊都無法排除這一缺陷，這主要是由于在拉線過程中使線纜的整體結構發生了變化；再一點就是施工過程中線纜的彎曲半徑過小。

（6）衰減串擾比

衰減串擾比也稱信噪比，是在某一頻率上測得的串擾與衰減的差。對于一個兩對線的應用來說，ACR是體現整個系統信號與串擾比SNR的唯一參數。

ACR是同一頻率下近端串擾NEXT和衰減的差值，用公式可表示為ACR=衰減的信號－近端串擾的噪音，它對于表示信號和噪聲串擾之間的關系有著重要的價值。為了達到滿意的誤比特率，近端串擾以及信號衰減都要盡可能的小。信號的衰減取決于電纜的長度和規格，是個固定值。通過加強雙絞線的耦合強度以及保證雙絞線連接頭的緊密連接，就可以有效降低近端串擾值。用有防護雙絞線代替無防護雙絞線也可以有效降低近端串擾值。

（7）衰減串音比功率和

為近端串音功率和與插入損耗之間的差值，信道的每一線對和布線的兩端均應符合要求。布線系統信道的PS ACR值可用以下計算公式進行計算：PS ACRk=PS NEXTk-ILk。

式中k是線對號，PS NEXTk是線對k的近端串音功率和，ILk是線對k的插入損耗。

（8）等效遠端串擾

它指遠端串音損耗與線路傳輸衰減差，EL FEXT＝FEXT－A（A為受串擾接收線對的傳輸衰減）。從鏈路近端線纜的一個線對發送信號，該信號經過線路衰減，從鏈路遠端干擾相鄰接收線對，定義該遠端串擾值為FEXT。FEXT是隨鏈路長度（傳輸衰減）而變化的量。

（9）綜合等效遠端串擾

無論是對于布線系統的驗收測試還是對于布線系統的維護測試來說，測試儀器能否具有真正精確的電氣故障分析與定位能力都是其價值的一個重要標準。我們測試的最終目的不是為了判斷哪個鏈路不合格，而是要通過先進的手段認證布線系統全部能達到標準的要求。當因某個鏈路有故障而不能達到標準時，我們需要能有效地分析故障情況，迅速定位故障。

（10）傳輸時延

傳輸時延是電信號從電纜一端傳播到另一端所必需的時間，它與NVP值成正比。數值上等于導線的長度L除以電信號的傳播速度υ，即τ=L/υ。傳輸延遲隨著電纜長度的增加而增加，測量標準是指信號在100m電纜上的傳輸時間，單位是納秒（ns），它是衡量信號在電纜中傳輸快慢的物理量。

在1～100MHz的范圍內連接硬件的傳輸時延不超過2.5ns。所有類型通道配置的最大傳輸時延不應超過10MHz頻率測得的555ns。所有類型的永久鏈路配置的最大傳輸時延不應超過在10MHz頻率所測得的498ns。儀器將傳輸時延最大的結果作為衡量是否符合標準的依據。

（11）延遲偏離（時延差）

延遲偏離是在電纜里傳播延遲最大的與最小的線對之間的傳輸時間差異。同一電纜中的各個線對之間由于纏繞比例不同，造成了長度的不同，從而導致了傳輸時延的差異。對于同時使用多個線對的傳輸數據協議，當信號通過不同的線對到達的時間相差過大時，就會造成數據丟失。有些電纜廠家考慮到銅纜材料的缺點，將一對或兩對線對換成其他的材料，這樣就會產生較大的時間差異。尤其在運行千兆以太網時，過大的時間差異會導致從四線對發送的信號無法抵達接收端。一般要求在100m鏈路內的最長時間差異為50ns，但最好在35ns以內。儀器將時延偏離最大的結果作為衡量是否符合標準的依據。

對于傳輸時延，測試結果中將選擇延遲最大的線對作為判斷標準。對于時延偏離，測試結果中將顯示任意兩個線對的效果最差組合。

9 光纖布線故障的分析與診斷

本文闡述的測試主要采用光時域反射計背插式模塊掛接在 DTX Cable Analyzer 上使用。

光纜模塊提供完整的一級認證，全面的一級認證測試包括損耗、長度和極性測試，可以確認光纜鏈路的性能和安裝質量。在多個波長上測量光纜的損耗、長度并驗證其極性。可以在兩根光纜鏈路上雙向測試而無需交換主機與遠端的位置。通過 LinkWare 軟件可以提供一級光纜認證測試報告，全部測試可在12s內完成。

為避免光纖測試失敗，不僅僅在選擇產品上予以重視，更重要的是在施工過程中，要加強其輻射過程中的監管，另外的光纖熔接也是極其重要的，熔接人員要清楚熔接的各項步驟及操作要規范準確。

10 結束語

當今樓宇智能化正在飛速發展，并已成為社會發展的主流之一。而綜合布線就是樓宇智能化的“神經”，所有傳輸信息溝通聯系、內外界的數據交換都要通過它連接，所以綜合布線系統的檢測應該引起重視。本文是對布線及系統就檢測與故障的淺析，意在綜合布線系統施工過程中盡可能地減少返工，減少故障。同時也對今后測試過程中出現的類似問題，起到指導作用。