前面我們講解了線序，長(zhǎng)度的測(cè)試原理，下面我們針對(duì)線纜認(rèn)證測(cè)試中重要參數(shù)NEXT(近端串?dāng)_)，講解福祿克網(wǎng)線測(cè)試儀對(duì)線纜干擾的測(cè)試。福祿克DSX2-5000在網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀中占據(jù)重要位置。

      先說說線對(duì)之間的相互干擾問題，這是影響網(wǎng)線傳輸能力的核心參數(shù)之一。我們知道，數(shù)據(jù)網(wǎng)線中通常有四對(duì)雙絞線(早期計(jì)算機(jī)曾使用兩對(duì)雙絞線，現(xiàn)在的工控網(wǎng)/工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線等應(yīng)用場(chǎng)所仍在大量使用。有時(shí)候這些線對(duì)還被分配給完全不相干的各種用途)，習(xí)慣上將這四對(duì)雙絞線(按照 T568B 色標(biāo))稱作 12 線對(duì)(橙色)、36 線對(duì)(綠色)、45線對(duì)(藍(lán)色)和 78 線對(duì)(棕色)。為什么按照 12 線對(duì)、34 線對(duì)、56 線對(duì)和 78 線對(duì)順序呢？這跟水晶頭和連接模塊的早期打線規(guī)定有關(guān)。在 T568A 和 T568B 的打線色標(biāo)體系中，規(guī)定了水晶頭的 12 針(即 pin)、36 針、45 針和 78 針要分別連接一對(duì)雙絞線。這樣連接有什么好處？主要是網(wǎng)卡上的信號(hào)處理電路被要求按照此線序進(jìn)行設(shè)計(jì)(此源自 RJ11 電話插頭的傳統(tǒng))。

      你一定有過這樣的體驗(yàn)，當(dāng)接聽座機(jī)電話時(shí)，如果同時(shí)打手機(jī)給你，那么你在座機(jī)電話中會(huì)聽到幾秒鐘的“咯咯咯咯”的干擾聲音。這些干擾聲就是你身邊的手機(jī)在與基站進(jìn)行初始化通話連接時(shí)輻射出的強(qiáng)電磁波信號(hào)，它們是從空中進(jìn)入電話線后產(chǎn)生的“感應(yīng)噪聲”。這種輻射信號(hào)進(jìn)入話機(jī)后會(huì)被話機(jī)內(nèi)部的電子元器件進(jìn)行“二次加工”(即檢波/整流)，放大后傳到聽筒里就成了你能聽到的“咯咯咯咯”噪聲 — 這是最常見到的一種電磁波輻射干擾(EMI)現(xiàn)象。與此類似，網(wǎng)線中的每對(duì)雙絞線都是由兩根互相扭絞起來的銅線組成的。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)在這一線對(duì)中傳輸時(shí)，根據(jù)電磁輻射感應(yīng)原理，這對(duì)線對(duì)的周圍也會(huì)有輻射出來的電磁波信號(hào)(電磁輻射現(xiàn)象)存在，這些電磁波信號(hào)在與周圍的金屬物體遭遇時(shí)，就會(huì)在金屬物體上感應(yīng)出信號(hào)(這就是我們常常耳聞的“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”)。所以，網(wǎng)線中的四對(duì)雙絞線在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)彼此之間會(huì)相互輻射電磁波干擾對(duì)方的正常數(shù)據(jù)傳輸。這些輻射干擾信號(hào)和線對(duì)中本身正在傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)會(huì)疊加、混合在一起，改變了線對(duì)中傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)波形【圖1】，這種混合后變形(失真)的信號(hào)波形進(jìn)入對(duì)端設(shè)備的端口后，網(wǎng)卡端口內(nèi)的信號(hào)接收器會(huì)因?yàn)檫@種疊加的無(wú)用信號(hào)(類似噪聲干擾)過大而引起誤讀和誤判，造成誤碼率增高。例如，1-2線對(duì)在傳輸信號(hào)時(shí)，會(huì)同時(shí)將高頻的電磁波信號(hào)輻射到線對(duì)周圍的空間，自然，也會(huì)輻射給鄰近的三個(gè)線對(duì)：36 線對(duì)、45 線對(duì)和 78 線對(duì)。收到這些輻射信號(hào)能量的 36 線對(duì)本身也在傳輸正常的有用信號(hào)。這兩種信號(hào)在 36 線對(duì)上相遇后疊加，改變了 36 線對(duì)中原來傳輸?shù)男盘?hào)波形，而波形的改變則可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)接收端的誤讀、誤判，造成誤碼率增加和數(shù)據(jù)幀傳輸出錯(cuò)(丟包)【圖2】。用戶會(huì)感覺網(wǎng)速變慢或者連接出現(xiàn)斷續(xù)、卡頓、中斷現(xiàn)象，有時(shí)候設(shè)備端口還會(huì)莫名其妙地重啟。如果 12 線對(duì)的輻射信號(hào)很強(qiáng)，那么 36 線對(duì)就可能因?yàn)楦袘?yīng)的信號(hào)過大而完全不能正常接收信號(hào)，鏈路出現(xiàn)降速、連接中斷或者干脆不能上網(wǎng)的現(xiàn)象。

      圖1中最上面的一個(gè)波形是正常的信號(hào)方波(一個(gè)字節(jié)等于8個(gè)比特：10101010)。第二行信號(hào)是外來干擾信號(hào)波形(如強(qiáng)輻射)，第三行是兩者疊加后的波形。這些波形可以用(存儲(chǔ))示波器看到。第四行是網(wǎng)卡整形后的波形。這個(gè)波形就可能被網(wǎng)卡或總線控制器接口最終識(shí)讀為錯(cuò)誤的字節(jié)(11001010)，導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)幀的傳輸失敗(幀出錯(cuò)/丟包(丟幀)/幀重傳)。

圖1某總線中的數(shù)據(jù)幀與干擾信號(hào)疊加—幀出錯(cuò)           圖2 線對(duì)間串?dāng)_(NEXT 和 FEXT)

類似地，12線對(duì)除了干擾 36 線對(duì)外也會(huì)同時(shí)干擾 45 和 78 線對(duì)。反之，36 線對(duì)、45線對(duì)和 78 線對(duì)也會(huì)同時(shí)干擾12的數(shù)據(jù)傳輸。因此，網(wǎng)線中每對(duì)雙絞線在干擾其它三對(duì)雙絞線的同時(shí)，也被別的三對(duì)雙絞線同時(shí)干擾(雙向交互干擾)【圖3】。

圖3 鄰近線對(duì)都會(huì)被干擾且是雙向等效的         圖 4 STP 全屏蔽線(雙屏蔽線)

那么，將每對(duì)雙絞線用金屬薄膜屏蔽起來是不是就可以阻止它向外輻射干擾信號(hào)呢？答案是肯定的 — 可以。這是因?yàn)殡姶挪ú蝗菀状┩附饘?薄膜)，高頻電磁波甚至連金屬網(wǎng)也很難穿越。這就像我們每天都在用的微波爐那樣，由于爐門上有一層金屬網(wǎng)起屏蔽阻隔作用，電磁波無(wú)法從爐腔中輻射出來傷害我們，所以微波爐中的食物可以被(700 瓦的)電磁波加熱、煮熟，而我們?cè)诳拷鼱t門觀察爐中的食物時(shí)卻不會(huì)被微波輻射出來燒傷。這種采用屏蔽手段來阻止雙絞線向外輻射、泄漏電磁波能量的網(wǎng)線就是我們常說的屏蔽線(當(dāng)然也阻擋外來輻射信號(hào)進(jìn)入網(wǎng)線)，七類網(wǎng)線和少數(shù)高級(jí)的六類網(wǎng)線就是這樣的屏蔽線(STP)。【圖4】

圖5 ScTP/FTP 屏蔽線(僅外層屏蔽)          圖6 UTP(非屏蔽雙絞線)

需要注意的是，還有一種更常見的屏蔽線，它只是在四對(duì)雙絞線的最外面加一層公共的屏蔽薄膜(或薄膜+銅編織網(wǎng))【圖5】，就如同將四對(duì)雙絞線套在一根金屬(薄膜)管內(nèi)一樣，金屬薄膜可以阻止四對(duì)雙絞線將電磁波輻射到網(wǎng)線之外，這就增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄裕灰材茏柚雇獠侩姶挪ㄟM(jìn)入電纜，減少外來干擾。但由于沒有將每對(duì)雙絞線單獨(dú)進(jìn)行屏蔽，這樣的屏蔽線(ScTP 或 FTP)還不能阻止電纜內(nèi)部各雙絞線線對(duì)之間的相互干擾的 — 而此時(shí)影響網(wǎng)線傳輸能力的主要參數(shù)就是線對(duì)間串?dāng)_。【圖6】則是最常見的非屏蔽線(UTP)。電磁波在金屬線對(duì)中傳輸時(shí)有兩個(gè)非常重要的現(xiàn)象：隨著傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率越高，一是占用的電磁波頻率(及頻寬)也越高；二是此高頻電磁波信號(hào)輻射到周圍空間的能量也越強(qiáng)( 頻率越高， 輻射 越強(qiáng))。例如，在六類非屏蔽網(wǎng)線中，線對(duì)之間的干擾能量就比七類網(wǎng)線(逐對(duì)屏蔽)要強(qiáng) 17 倍以上(在 100MHz 頻點(diǎn)上測(cè)量)，而非屏蔽的三類網(wǎng)線則比非屏蔽六類線高 100 倍以上(若也在 100MHz 頻點(diǎn)測(cè)量)。如此強(qiáng)的干擾當(dāng)然不能用三類網(wǎng)線來傳輸高速數(shù)據(jù)，否則緊鄰的線對(duì)將因?yàn)楦蓴_信號(hào)太強(qiáng)而無(wú)法正常工作，因此，我們通常說三類網(wǎng)線因自身串?dāng)_較強(qiáng)一般只適于用來傳輸速度較低的 10Mbps 以太網(wǎng)和 16Mbps 令牌環(huán)數(shù)據(jù)幀；100Mbps 以太網(wǎng)幀則要采用輻射量較三類網(wǎng)線小的五類網(wǎng)線來傳輸；而要穩(wěn)定地傳輸 1G Mbps 的以太網(wǎng)。

圖7串?dāng)_曲線(NEXT，紅色是標(biāo)準(zhǔn)線)  圖8串?dāng)_曲線(PS NEXT，紅色是標(biāo)準(zhǔn)線)

數(shù)據(jù)幀則要求用超五類網(wǎng)線(輻射感應(yīng)比五類線更小些)；要穩(wěn)定地傳輸萬(wàn)兆以太網(wǎng)(10Gbps)數(shù)據(jù)幀則要用線對(duì)輻射量在高頻段(500MHz)比六類網(wǎng)線更小的增強(qiáng)六類線(Cat6a)才行。

【如何測(cè)試線對(duì)間的串?dāng)_信號(hào)】上述線對(duì)間的彼此干擾，其強(qiáng)度不超過多大才算合格呢？如何檢測(cè)呢？測(cè)試方法其實(shí)很簡(jiǎn)單：測(cè)試儀在一對(duì)雙絞線上向?qū)Χ税l(fā)送信號(hào)，然后在另外三對(duì)雙絞線上分別檢測(cè)感應(yīng)的信號(hào)，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值(即標(biāo)準(zhǔn)值)比較，只要不超標(biāo)就算合格。常見問題：測(cè)試出來的串?dāng)_值是一個(gè)常數(shù)嗎？答案：當(dāng)然不是！由于頻率越高，線對(duì)的輻射和感應(yīng)能力也越強(qiáng)，所以不同頻率對(duì)應(yīng)的串?dāng)_測(cè)值是不同的，這就是為什么測(cè)試結(jié)果畫出來是一條曲線(實(shí)際是一組密集的數(shù)據(jù)點(diǎn)連線圖)而不是一個(gè)直線(常數(shù))的原因 — 該曲線的橫坐標(biāo)是頻率，縱坐標(biāo)是串?dāng)_信號(hào)的強(qiáng)度(實(shí)為強(qiáng)度系數(shù)，單位取 dB)。【圖3、圖7】

那么，不同規(guī)格的電纜鏈路需要被測(cè)試到的最高頻率(橫坐標(biāo))是否相同呢？當(dāng)然不同。三類線系統(tǒng)只需要從 1MHz 測(cè)試至最高 16MHz 頻率上限即可，高于 16MHz 的頻率則不進(jìn)行測(cè)試，也不必考核。同理，五類線和超五類線系統(tǒng)需測(cè)試至 100MHz，而六類線系統(tǒng)要測(cè)至250MHz，增強(qiáng)的六類線系統(tǒng)要測(cè)至 500MHz，七類線系統(tǒng)則要測(cè)至 600MHz，更高的 Cat7A上限是 1000MHz。新的 Cat8 是 2000MHz(應(yīng)用長(zhǎng)度限制為 30 米)。【表1】

表 1 各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和可以使用的數(shù)據(jù)電纜對(duì)照表

測(cè)試參數(shù)：在網(wǎng)線一端 A 的某一線對(duì)上發(fā)送信號(hào)(例如12線對(duì))，由于電磁感應(yīng)則其它相鄰的三對(duì)鄰近線對(duì)會(huì)收到“串?dāng)_信號(hào)”。串?dāng)_信號(hào)會(huì)沿著線對(duì)向兩端傳輸。向前傳的串?dāng)_信號(hào)分別在網(wǎng)線對(duì)端 B(遠(yuǎn)端)的另外三對(duì)雙絞線上(例如 36/45/78)可被檢測(cè)到，這就是“遠(yuǎn)端串?dāng)_(FEXT)”，而在靠近原信號(hào)發(fā)送端 A 的另外三對(duì)雙絞線上檢測(cè)到的串?dāng)_信號(hào)，則叫“近端串?dāng)_(NEXT)”信號(hào)。這兩組全部共十二個(gè)串?dāng)_值一般來說都是不相等的。【圖2、圖3】。另外，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，若在鏈路對(duì)端 B 發(fā)送信號(hào)，同樣也可以產(chǎn)生近端串?dāng)_ NEXT 和遠(yuǎn)端串?dāng)_ FEXT，如果鏈路較長(zhǎng)，則你會(huì)看到 A、B 兩端分別發(fā)送信號(hào)后測(cè)得的串?dāng)_值是不一樣的。近端串?dāng)_ NEXT 實(shí)際測(cè)試時(shí)一般會(huì)使用一對(duì)儀器同時(shí)在鏈路的兩端 A 和 B(常稱為主端和遠(yuǎn)端)都進(jìn)行測(cè)試。所以測(cè)試的結(jié)果一般會(huì)被標(biāo)識(shí)為“NEXT”(主端測(cè)試結(jié)果)和“NEXT@Remote”(遠(yuǎn)端測(cè)試結(jié)果)，主體標(biāo)識(shí)雖然都是 NEXT 參數(shù)，但在兩端分別測(cè)試的NEXT 值很可能是不一樣的。為什么會(huì)有差異呢？這是由于電纜有衰減，所以兩端的串?dāng)_值是“相對(duì)”獨(dú)立的，電纜越長(zhǎng)，則兩端的串?dāng)_值就越不相關(guān)了。其次是因整條鏈路中雙絞線的結(jié)構(gòu)不均勻(有的地方串?dāng)_大，有的地方串?dāng)_小)、鏈路中使用的各個(gè)模塊參數(shù)不盡相同(有的模塊串?dāng)_大，有的模塊串?dāng)_小)、兩端跳線的參數(shù)差異(用戶跳線和設(shè)備跳線串?dāng)_值都可能隨機(jī)地出現(xiàn)不相同，不同的水晶頭、不同長(zhǎng)度的跳線串?dāng)_值也可能差異巨大)、施工中造成的鏈路元器件參數(shù)(比如電纜)的變化等等原因造成的。類似地，兩端分別測(cè)得的遠(yuǎn)端串?dāng)_ FEXT 值也是不同的(另一個(gè)寫作 FEXT@Remote)。因此鏈路質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中對(duì) NEXT 和 FEXT 都要求在網(wǎng)線兩端分別進(jìn)行測(cè)試。

你同樣也會(huì)發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)線很短的時(shí)候，兩端分別測(cè)得的 NEXT 值會(huì)比較相似。因?yàn)殡娎|越短衰減值越小，NEXT 就越相像。類似地，短鏈路測(cè)得的 FEXT 值也會(huì)比較相似。注：近端串?dāng)_ NEXT = Near End CrossTalk ，這里的縮寫 XT = CrossTalk ( 即 X = Cross)

遠(yuǎn)端串?dāng)_ FEXT = Far End CrossTalk