综合布线系统检测与故障分析

文｜ 中建八局第二建设有限公司 窦安华 马德利 郭爱涛

综合布线系统检测与故障分析

文｜ 中建八局第二建设有限公司 窦安华 马德利 郭爱涛

1 前言

综合布线系统是用于建筑物或建筑群内的传输网络。它将语音、数据、视频等相关设备彼此互连的同时，也将以上相关设备与外部的通信网络连接。多年来，综合布线技术为满足设备对传输介质性能更高的要求，综合布线的标准逐步升级，但其测试的类型却仍是大同小异。

2 综合布线检测方式

（1）验证测试

验证测试又称为随工测试，即边施工边测试，主要检测线缆质量和安装工艺，及时发现并纠正出现的问题，不至于等到工程完工后才发现问题而重新返工，耗费不必要的人力、物力和财力。而且不需要使用复杂的测试仪，只要能测试接线图和线缆长度的测试仪就可以。

（2）认证测试

认证测试又称为验收测试，可分为自我认证测试和第三方认证测试。它是所有测试工作中最重要的环节，是在工程验收时对布线系统的安装、电气特性、传输性能、设计、选材以及施工质量的全面检验，是评价综合布线工程质量的科学手段。

3 综合布线的测试标准

3.1 铜缆的测试标准

（1）TSB 67：它是TIA 568A标准的一个附本，只适用于现场安装的5类双绞线的认证标准。它定义了现场测试用的两种测试链路结构，规范了3、4、5类链路需要测试的接线图、长度、衰减和近端串音损耗的技术参数，以及在两种测试链路下各技术参数的标准值（阈值）。

（2）TSB 95：为保证5类电缆信道能支持千兆以太网 ， 《100Ω4对5类线附加传输性能指南》提出了回波损耗、等效远端串扰、综合远端串扰、传输延迟与延迟偏离等千兆以太网所要求的指标 。

（3）ANSI/TIA/EIA 568A：它的所有测试参数都是强制性的，引入了3dB原则。3dB原则就是当回波损耗小于3dB时，可以忽略回波损耗（RL），这一原则适用于TIA和ISO的标准。同时，当衰减小于4dB时，可以忽略近端串扰值，但这一原则只适用于ISO 11801-2002标准。

（4）ANSI/TIA/EIA 568B：它支持6类（Cat.6）布线标准，把参数“衰减”改名为“插入损耗”；测试模型中的基本链路重新定义为永久链路等。列出从1～500MHz带宽的范围内信道的插入损耗、NEXT、PS NEXT、FEXT、ELFEXT、PS ELFEXT、回 波 损 耗、ANEXT、PS ANEXT、PS AELFEXT等指标参数值。

（5）TIA /EIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序：T 568A与T 568B。

3.2 光纤的测试标准

最新的光纤标准TIA/TSB 140对光纤定义了两个级别的测试：

（1）等级一：测试光缆的衰减（插入损耗）、长度以及极性。要使用光缆损耗测试设备（OLTS），如光功率计测量每条光缆链路的衰减，通过光学测量或借助电缆护套标记计算出光缆长度，使用OLTS或可见光源验证光缆极性。

（2）等级二：测试需要使用光时域反射计OTDR，不但包括等级一的测试参数，还包括对每条光缆链路的OTDR追踪，进行故障定位。

4 传输介质类型

（1）水平电缆：为4对100Ω的3类UTP或SCTP；4对100Ω的超5类UTP或SCTP；4对100Ω的6类UTP或SCTP 两条或多条62.5/125 μ m或50/125 μ m多模光纤或光线直径小于10 μ m单模光纤。

（2）主干电缆：为3类或更高的100Ω双绞线 ；62.5/125 μ m或 50/125 μ m多模光纤或光线直径小于10 μ m单模光纤。

（3）T 568B标准不认可4对4类双绞线和5类双绞线电缆。

（4）150Ω屏蔽双绞线是认可的介质类型，不建议在安装新设备时使用。

（5）混合与多股电缆允许用于水平布线，但每条电缆都必须符合相应等级要求，并符合混合与多股电缆的特殊要求。

5 铜缆主要测试模型

通道模型如图1所示。

注：永久链路B+C≤90m，跳线 A+D+E≤10m，信道A+B+C+D+E≤100m。

6 光纤主要测试模型

基本光纤链路如图2所示。

7 认证测试仪选择

目前市场上常用的达到Ⅲ级精度的测试仪主要有Fluke DSP-4x00、Fluke DTX系列、Agilent WireScope350线缆认证测试仪、LANTEK系列等产品。

DTX电缆认证分析仪有DTX-LT、DTX-1200、DTX-1800三种型号，前两种型号测试频率带宽为350MHz，DTX-1800测试带宽高达900MHz。

本文综合布线系统测试以Fluke DTX-1800为例。

8 铜缆布线故障的分析与诊断

（1）接线图如图3、图4所示

出现开路接线的情况是在施工过程中由于穿线完成后没有做及时的成品防护或是其他专业在施工过程中被无意破坏，解决方案只能是重新更换线缆；另外在施工过程中要严格按照标准线序打线，以减少错对、交叉、反接等错误的出现，提高合格率。

（2）插入损耗/衰减

插入损耗是指发射机与接收机之间，插入电缆或元件由于其所遇到的电阻导致传输信号减小而产生的信号损耗，通常指衰减。插入损耗以接收信号电平的对应分贝（dB）来表示。

电缆是链路衰减的一个主要因素，电缆越长，链路的衰减就会越明显。与电缆链路衰减相比，其他布线部件所造成的衰减要小得多。衰减不仅与信号传输距离有关，而且由于传输信道存在阻抗，它会随着信号频率的增加，使信号的高频分量衰减加大，这主要由趋肤效应所决定，它与频率的平方根成正比。

衰减程度过大会使电缆链路传输数据不可靠，造成衰减的原因有以下几点：电缆材料本身的电气特性和结构、在施工过程中不恰当的端接、阻抗不匹配的反射（不同介质）、路由电缆过长（如基本链路大于90m）、室外温湿度等。

（3）近端串扰（近端串音）

近端串扰是指在UTP电缆链路中一对线与另一对线之间的因信号耦合效应而产生的串扰，有时它也被称为线对间NEXT。由于6类UTP线缆由4个线对组成，依据排列组合的方法可知共有6种组合方式。TSB 67标准规定两对线之间最差的NEXT值不能超过标准中基本链路和通道测试限的要求。

要重点说明的是近端串扰是决定链路传输性能的一个重要指标。它与施工工艺、使用的原材料和器材有关，而与UTP电缆长度无关。

近端串扰用近端串扰损耗值dB来度量，近端串扰的dB值越高越好，高的近端串扰值意味着耦合过来的信号损耗高。只有很少的能量从发送信号线对耦合到同一电缆的其他线对中，低的近端串扰值即耦合过来的信号损耗低，意味着较多的能量从发送信号线对耦合到同一电缆的其他线对中。

为减少因近端串扰而不通过的问题出现，在施工过程中，尽量减少短链路现象的发生；要严格杜绝出现线缆过度扭曲现象，拒绝野蛮施工；打装模块、配线架时要严格按照施工工艺端接；在施工过程中及时发现问题，尽早解决问题，避免因后期施工时增加不必要的难度。

（4）综合近端串扰（近端串音功率）

近端串音功率是指在4对对绞电缆一侧测量3个相邻线对对其线对的近端串扰总和（所有近端干扰信号同时工作时，在接收线对上形成的组合串扰）。即近端串音功率和为电缆内除本线外，其他线对干扰本系统的近端串音功率和（dB）。

只应用于布线系统的D、E、F级，信道的每一线对和布线的两端均应符合PS NEXT值要求，布线系统信道的最小PS NEXT值可参考表1所列关键频率的近端串音功率和建议值。

表1

（5）回波损耗（RL）

回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射。这种不匹配主要来自于两个方面：一是线缆与连接器的特性阻抗不匹配；二是线缆本身特性阻抗不均匀。现在我们从这两个方面来分析一下影响RL的几种原因及解决方法。

这种情况在测试通过时，比较难解决。为避免阻抗不匹配问题，一般采用以下方式解决：

在选择产品上，整个水平布线（包括两端跳线）应选择同一品牌产品，可在最大程度上确保不同产品的特性阻抗基本一致。

在施工过程中，敷设密度过大，线缆在管线内，特别是弯角部位相互挤压，使线缆变形从而造成线缆的传输性能特别是RL性能下降。穿管时拉力过大，容易造成线缆变形，将引起线缆传输性能下降。采用HDTDR进行跟踪测试时，显示的最差位置都是在两端，但无论怎么更换模块都无法排除这一缺陷，这主要是由于在拉线过程中使线缆的整体结构发生了变化；再一点就是施工过程中线缆的弯曲半径过小。

（6）衰减串扰比

衰减串扰比也称信噪比，是在某一频率上测得的串扰与衰减的差。对于一个两对线的应用来说，ACR是体现整个系统信号与串扰比SNR的唯一参数。

ACR是同一频率下近端串扰NEXT和衰减的差值，用公式可表示为ACR=衰减的信号－近端串扰的噪音，它对于表示信号和噪声串扰之间的关系有着重要的价值。为了达到满意的误比特率，近端串扰以及信号衰减都要尽可能的小。信号的衰减取决于电缆的长度和规格，是个固定值。通过加强双绞线的耦合强度以及保证双绞线连接头的紧密连接，就可以有效降低近端串扰值。用有防护双绞线代替无防护双绞线也可以有效降低近端串扰值。

（7）衰减串音比功率和

为近端串音功率和与插入损耗之间的差值，信道的每一线对和布线的两端均应符合要求。布线系统信道的PS ACR值可用以下计算公式进行计算：PS ACRk=PS NEXTk-ILk。

式中k是线对号，PS NEXTk是线对k的近端串音功率和，ILk是线对k的插入损耗。

（8）等效远端串扰

它指远端串音损耗与线路传输衰减差，EL FEXT＝FEXT－A（A为受串扰接收线对的传输衰减）。从链路近端线缆的一个线对发送信号，该信号经过线路衰减，从链路远端干扰相邻接收线对，定义该远端串扰值为FEXT。FEXT是随链路长度（传输衰减）而变化的量。

（9）综合等效远端串扰

无论是对于布线系统的验收测试还是对于布线系统的维护测试来说，测试仪器能否具有真正精确的电气故障分析与定位能力都是其价值的一个重要标准。我们测试的最终目的不是为了判断哪个链路不合格，而是要通过先进的手段认证布线系统全部能达到标准的要求。当因某个链路有故障而不能达到标准时，我们需要能有效地分析故障情况，迅速定位故障。

（10）传输时延

传输时延是电信号从电缆一端传播到另一端所必需的时间，它与NVP值成正比。数值上等于导线的长度L除以电信号的传播速度υ，即τ=L/υ。传输延迟随着电缆长度的增加而增加，测量标准是指信号在100m电缆上的传输时间，单位是纳秒（ns），它是衡量信号在电缆中传输快慢的物理量。

在1～100MHz的范围内连接硬件的传输时延不超过2.5ns。所有类型通道配置的最大传输时延不应超过10MHz频率测得的555ns。所有类型的永久链路配置的最大传输时延不应超过在10MHz频率所测得的498ns。仪器将传输时延最大的结果作为衡量是否符合标准的依据。

（11）延迟偏离（时延差）

延迟偏离是在电缆里传播延迟最大的与最小的线对之间的传输时间差异。同一电缆中的各个线对之间由于缠绕比例不同，造成了长度的不同，从而导致了传输时延的差异。对于同时使用多个线对的传输数据协议，当信号通过不同的线对到达的时间相差过大时，就会造成数据丢失。有些电缆厂家考虑到铜缆材料的缺点，将一对或两对线对换成其他的材料，这样就会产生较大的时间差异。尤其在运行千兆以太网时，过大的时间差异会导致从四线对发送的信号无法抵达接收端。一般要求在100m链路内的最长时间差异为50ns，但最好在35ns以内。仪器将时延偏离最大的结果作为衡量是否符合标准的依据。

对于传输时延，测试结果中将选择延迟最大的线对作为判断标准。对于时延偏离，测试结果中将显示任意两个线对的效果最差组合。

9 光纤布线故障的分析与诊断

本文阐述的测试主要采用光时域反射计背插式模块挂接在 DTX Cable Analyzer 上使用。

光缆模块提供完整的一级认证，全面的一级认证测试包括损耗、长度和极性测试，可以确认光缆链路的性能和安装质量。在多个波长上测量光缆的损耗、长度并验证其极性。可以在两根光缆链路上双向测试而无需交换主机与远端的位置。通过 LinkWare 软件可以提供一级光缆认证测试报告，全部测试可在12s内完成。

为避免光纤测试失败，不仅仅在选择产品上予以重视，更重要的是在施工过程中，要加强其辐射过程中的监管，另外的光纤熔接也是极其重要的，熔接人员要清楚熔接的各项步骤及操作要规范准确。

10 结束语

当今楼宇智能化正在飞速发展，并已成为社会发展的主流之一。而综合布线就是楼宇智能化的“神经”，所有传输信息沟通联系、内外界的数据交换都要通过它连接，所以综合布线系统的检测应该引起重视。本文是对布线及系统就检测与故障的浅析，意在综合布线系统施工过程中尽可能地减少返工，减少故障。同时也对今后测试过程中出现的类似问题，起到指导作用。