超五类、六类非屏蔽对绞线电缆系统的测试问题 -北京大阳风电子科技有限公司

最近一个时期，很多综合布线的供应商都相继推出一些新的电缆系统，比如美国安普公司的超五类电缆系统，美国朗讯公司的千兆比电缆系统以及其他公司后来陆续推出的类似的电缆系统等。面对这些新的电缆系统，那些刚刚安装完五类系统的用户感觉好象已经落伍了，而正在准备安装电缆系统的用户为究竟选择哪种电缆系统而犹豫不决。本文不想就有关的详细测试参数和技术进行讨论，只想根据目前掌握的资料介绍一下目前电缆测试标准的概况供大家参考。希望对用户在选择安装什么样的电缆系统有所帮助。
　　首先有一个概念要明确，这就是带宽(用MHz来表示)和数据传输速率(用Mbps表示)，这个概念搞不清就很难作出正确的选择。关于二者的定义和具体含义可以参考有关技术文章。其基本的结论是二者有关系，这种关系与编码方式等有关。但不一定是一比一的关系：例如ATM155，其155是指数据传输的速率，即155Mbps。而实际的带宽只有80MHz。又如：1000Mbps以太网，由于采用4对线全双工的工作方式，其传输的带宽的要求只有100MHz。在计算机网络行业，广泛使用数据传输速率。而在电缆的行业使用的是带宽，所以不要将二者混淆。

　　一、目前新的电缆系统
　　1. 超五类电缆系统(Enhanced Cat 5)
　　它是将现在的五类非屏蔽双绞线的性能加以改善，不少参数的性能，例如近端串扰 (NEXT)，衰减串扰比(ACR)等都有提高，但其带宽仍然确定为100MHz。
　　2. 六类电缆系统(Cat 6)
　　它是一个新级别的电缆，除了各项性能参数有较大提高之外，其带宽会扩展至200MHz以上。
不论是超五类还是六类电缆系统，其连接的结构仍和现在广泛使用的插接模块(RJ45)相兼容。
　　3. 7类电缆系统
　　7类电缆系统是欧洲提出的一种电缆标准。其计划的带宽为600MHz，但是其连接的结构和目前的RJ45形式完全不兼容，它是一种屏蔽的电缆系统。
　　目前关于这三种电缆系统的现场测试标准进展情况是：今年年底或明年年初，现行的五类现场测试标准会更新；超五类电缆系统的现场测试标准预计今年年底或明年年初也会制定出来；关于六类的测试标准计划到2000年底之前才能制定出来；而关于七类的标准，在欧洲正在进行研究和讨论，在美国没有被标准委员会列入议程。
　　这些标准的意义在哪里呢？因为电缆系统存在二次施工的问题。当从电缆系统供应商那里购买了质量完全合格的产品之后，施工人员需要将它们组装在一起构成电缆系统。而由于施工的工艺和质量都严重影响到电缆系统的最终质量，所以安装完的电缆系统未必都能够达到其规定的指标。于是当安装了某种电缆系统以后，您(通常是网络的最终用户)希望知道所安装的电缆系统是否达到了它应该达到的指标，您所付出的费用和实际所得到的质量是否相符。这就是现场测试标准的意义所在。当安装的电缆系统通过了相应标准的测试之后就可以保证其施工的质量，从而确保投资的回报。

　　二、目前网络技术对传输媒介的需求
安装电缆系统是为了满足网络应用的需求，那么目前的网络速度要求有哪些呢？目前主要的计算机网络有4M和16M令牌环、10M以太网、100M以太网（包括100BASE-T和 100BASE-T4）、ATM155（基于双绞线）。这些网络都可在目前的五类双绞线上运行。
　　而当前可以看到的唯一没有确定的是1000Mbps以太网。也就是千兆以太网需要在什么样的铜介质上运行。目前千兆以太网的最终标准还没有全部完成，但一些基本指标已经确定。例如它对非屏蔽双绞线的要求是使用全部四对线(100BASE-T只用两对)，全双工运行，传输的带宽在100MHz之内。
　　根据上述的基本要求，用户自然会关心，既然千兆以太网的带宽仍在100MHz之内，那么它是否可以在目前的五类双绞线上运行呢？从目前的标准草案来看，由于千兆以太网要全双工地运行于四对线上，虽然带宽仍是100MHz，但它对双绞线电线系统的一些其他性能有了新的更加严格的要求。比如传输时延(Propagation delay)，时延差(Delay skew)，远端串扰(FEXT)等。关于这些指标以及其他技术细节可参考福禄克公司或其他公司的技术文章。在这些新的参数中最重要的是等效远端串扰(ELFEXT)。因为它对千兆以太网运行的影响是最大的。回到用户关心的五类电缆系统是否可以运行千兆以太网的问题。只要五类双绞线系统能够满足年底制定出来的新的标准，包括最重要的ELFEXT指标，那么它就可以运行千兆以太网。
　　目前标准及其内容的草案大概是什么呢？一是对现行五类双绞线标准(TSB67)进行修订，增加一些新的参数。例如传输时延，时延差，远端串扰等。二是超五类的标准，既Cat5E，它没有增加新的参数，带宽仍然限定在100MHz之内。但不少参数的指标比五类系统的都更加严格。三是六类电缆系统的标准，它计划在2000年底之前才能够完成，目前还在讨论之中。但有一点是非常重要也是确定的，那就是其带宽肯定要扩展到200MHz或更高。
　　下表是测试标准的概况。
　　参数 Cat-5 Cat-5E Cat-6
　　频率 100MHz 100MHz 200MHz
　　接线图不变不变不变
　　长度不变不变不变
　　衰减不变不变更严格
　　近端串扰(NEXT) 不变更严格更严格
　　传输时延(Prop.delay) 新参数不变不变
　　时延差(Delay skew) 新参数不变不变
　　综合近端串扰(PS NEXT) 不要求新参数更严格
　　回波损耗(Return Loss) 新参数不变更严格
　　等效远端串扰(ELFEXT) 新参数更严格更严格
　　综合远端串扰(PS ELFEXT) 新参数更严格更严格
　　说明：以上标准只是草案，一切都要以最终的标准为准。

　　三、用户的选择
　　面对这些不同类别的电缆系统，用户将如何选择安装哪一类的电缆系统呢？我们的建议是：从实际应用出发，适当考虑未来的发展，权衡投资费用和效益，确保安装质量。
　　从实际出发是考虑目前对网络应用的要求有多大，10M以太网可以支持多长时间，100M以太网是否够用。是否需要千兆网到每个桌面。因为网络的布线系统是一次性长期投资，通常考虑在10至15年之间。所以要考虑网络的应用是否会在10年左右会有高速网络的需求，例如千兆以太网或未来更高速的网络的需求。
　　作出完全正确的决定是很困难的。特别是判断该决定是否正确要到几年或十几年以后才能知道。例如安装了三类系统，在10年之内都能满足公司对网络的要求，那么就可以认为安装三类电缆系统的决定是正确的。而如果安装的三类系统在三年后就发现不能满足网络的应用而需要更新，那么当时的决定可能有问题。反之，如果安装了非常高类别的电缆系统而在10年之内网络的应用仍然是10M或100M以太网，那么当初的投资可能过大。因为10年后的电缆系统可能是另一个世界了。
　　其实，真正最重要的是如何保证所安装的电缆系统的质量，而不论它是三类，四类，五类还是六类。因为电缆系统的质量除了产品本身的质量以外（通常是由厂家来保证，而且通常不是问题的主要原因），它们都必须经过精心的施工安装才能完成。而施工的过程对电缆系统的影响很大。即使选择了高性能的电缆系统，例如超五类或六类，如果施工粗制滥造，其性能可能还达不到五类的性能。所以不论选择安装什么级别的电缆系统，最后的结果一定要达到与之相应的性能，也就是对安装的电缆系统进行相关标准的认证测试以保证投资的可靠。
　　根据目前所得到的信息，可以得出以下几点结论。
　　1. 目前对五类双绞线系统有现场认证标准可依。它们是TIA568-TSB67和ISO11801。
　　2. 超五类电缆系统的测试标准可能会在今年年底或明年年初出台。
　　3. 而对六类电缆系统的标准可能在2000年底之前才能完成。
　　4. 五类电缆系统可以支持10M和100M以太网以及ATM155。
　　5. 千兆以太网对铜介质双绞线电缆系统的要求是：现行的五类电缆系统在通过了新版本的五类测试标准的测试以后就可以支持千兆以太网。但是不能确保的是现行的五类电缆系统是否都可以通过该测试标准。根据目前的一些实验和评估，其中大部分现行的性能优良的，只有两个转接器的五类电缆系统应该可以通过该标准的测试，对超五类电缆系统只要测试符合不久就要颁布的新的超五类标准就应该肯定可以支持千兆以太网；而对六类电缆系统，由于近期不会有最终的标准出现，只能根据和原有的标准进行对比或根据草案标准来进行测试。它不仅应该完全可以支持千兆以太网，而实际上是为更高速的网络准备的。因为其带宽可以达到 200MHz以上。
　　就在本文刚刚完成时得到了最新的消息，TAI关于Cat5E的标准至少会延迟三至四个月。

　　四、福禄克公司的方案
　　美国福禄克公司是电缆系统现场测试仪的最大生产厂商。其享有专利的数字测试技术的测试仪DSP系列已经被用户所广泛使用。为了满足用户对更新型和更高级别的电缆系统的现场测试需求，福禄克公司不久前推出了新型的电缆测试分析仪DSP4000。
　　DSP4000仍然采用先进的数字测试技术，其测试的带宽可以达到350MHz。所以它不仅可以支持新的五类和超五类电缆系统标准，在将来肯定可以支持六类的测试标准。DSP4000仍然保持了测试速度快，精度高等优点以外，它的故障诊断能力是非常独特，而又是用户真正需求的功能。它可以对有故障的电缆进行定位，迅速查明故障的位置所在，缩短故障诊断的时间。此外，所有DSP系列电缆测试仪都可以支持中文的软件，打印出中文的认证测试报告。而且可以支持当前的国内的邮电标准和上海地方标准。
　　最后有一点要说明的是，由于千兆以太网对双绞线电缆系统的要求，新增加的参数，主要是远端串扰(FEXT)和等效远端串扰(ELFEXT)的测试是非常具有挑战性的。它要求测试仪器的测量动态范围很大而且又要有很高的精度和分辨率。这好比用万用表测量一个很大的电压，比如100V，而同时有要求万用表可以精确地测量或分辨出1mV以下的电压。这就是挑战性所在。正是由于这一点，目前市场上原来的各类电缆测试仪器是不可能只通过软件升级来达到支持新的测试标准。因为测试仪的测试电路不经过精心的重新设计和制造是不可能达到如此高的要求的。