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概述
現(xiàn)在的高速以太網(wǎng)使用平衡雙絞銅線就是因?yàn)槠胶��？箶_度是線纜正確地傳輸以太網(wǎng)信號(hào)的重要因素，而雙絞線中的兩根導(dǎo)線的平衡可避免干擾進(jìn)入線中。平衡還負(fù)責(zé)避免線中信號(hào)泄漏。當(dāng)我們轉(zhuǎn)向更高頻率和更快的數(shù)據(jù)速率時(shí)，線纜對(duì)噪音會(huì)更加敏感，而保證良好的平衡則比以往更加重要。
雙絞線平衡是通過(guò)線纜的整體設(shè)計(jì)和精密制造實(shí)現(xiàn)的。但是，并非所有線纜都是相同的，市場(chǎng)上的線纜各有不同。通過(guò)模式轉(zhuǎn)換測(cè)試保證雙絞線的平衡是抗擾度的優(yōu)秀指標(biāo)，包括高頻應(yīng)用中的外部串?dāng)_ (AXT)。但是，因?yàn)槿狈δ軌驁?zhí)行這些測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中尚未將模式轉(zhuǎn)換測(cè)試列入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求中。直到現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)的安裝人員和用戶都沒(méi)有驗(yàn)證平衡的辦法。
為什么平衡很重要
平衡背后的基本概念是以太網(wǎng)信號(hào)以不同的模式進(jìn)入雙絞線的兩根導(dǎo)線中，即相反的正和負(fù)電壓，又稱異相。在不同的模式下，兩種信號(hào)相互參考。這與信號(hào)在內(nèi)相并以接地為基準(zhǔn)的共模信號(hào)是不同的。
在數(shù)據(jù)鏈路的傳輸路徑上，共模信號(hào)可部分轉(zhuǎn)換為不同的模式，反之亦然。這種現(xiàn)象稱為模式轉(zhuǎn)換，可發(fā)生在一根雙絞線中或一對(duì)之間，但這不是好現(xiàn)象。共模噪音進(jìn)入線中后，噪音的一部分會(huì)轉(zhuǎn)換為不同的模式并成為以太網(wǎng)信號(hào)的一部分。這種噪音造成的不平衡會(huì)導(dǎo)致平衡的線對(duì)上的電壓變得不相等，降低以太網(wǎng)傳輸?shù)牟罘中盘?hào)質(zhì)量，且可能產(chǎn)生位錯(cuò)誤、重復(fù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)變慢。在對(duì)噪音和延遲敏感的工業(yè)以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，模式轉(zhuǎn)換會(huì)成為特別嚴(yán)重的問(wèn)題。
平衡是通過(guò)線纜的整體設(shè)計(jì)和精密制造實(shí)現(xiàn)的，從而提供有相同導(dǎo)線尺寸和間距的更緊密、一致的雙絞線。平衡良好的線纜有更好的抗擾度，因?yàn)檫M(jìn)入的共模噪音在平衡的線對(duì)上是相同或近乎相同的，從而可以相互抵消。
下面圖 1 展示了平衡良好和平衡不好的鏈路之間的差異。在平衡良好的鏈路中，進(jìn)入的模式看起來(lái)是相同的，而差分模式信號(hào)在鏈路另一端保持相同的電壓。在平衡不好的鏈路中，進(jìn)入的共模信號(hào)在兩根導(dǎo)線中不相等，導(dǎo)致遠(yuǎn)端差分模式電壓不相等。
平衡良好的鏈路
平衡不好的鏈路
下面圖 1 展示了平衡良好和平衡不好的鏈路之間的差異。在平衡良好的鏈路中，進(jìn)入的模式看起來(lái)是相同的，而差分模式信號(hào)在鏈路另一端保持相同的電壓。在平衡不好的鏈路中，進(jìn)入的共模信號(hào)在兩根導(dǎo)線中不相等，導(dǎo)致遠(yuǎn)端差分模式電壓不相等。
TCL 和 ELTCL 模式轉(zhuǎn)換參數(shù)
ANSI/TIA-568-C.2、ANSI/TIA-1005 和 ISO/IEC 11801:2010 中包含兩種表示平衡的模式轉(zhuǎn)換參數(shù)—TCL 和 TCTL。橫向變換損耗 (TCL) 是在雙絞線同端測(cè)量的模式轉(zhuǎn)換。如圖 2 所示，其測(cè)量方式是在雙絞線中注入一個(gè)差模信號(hào)，然后測(cè)量同一雙絞線上返回的信號(hào)。返回的共模信號(hào)越小，平衡就越好。TCL 與回波損耗測(cè)量類似，只是它測(cè)量的是返回的共模信號(hào)，而回波損耗測(cè)量的是返回的差分信號(hào)。
橫向變換傳輸損耗 (TCTL) 是在同一雙絞線內(nèi)異端測(cè)量的模式轉(zhuǎn)換。如圖 3 所示，其測(cè)量方式是在雙絞線中注入一個(gè)差模信號(hào)，然后測(cè)量同一雙絞線上另一端的共模信號(hào)。因?yàn)楣材Ｐ盘?hào)的量取決于長(zhǎng)度，所以必須通過(guò)均等化將插入損耗考慮在內(nèi)。因此更有意義的測(cè)量是等水平 TCTL (ELTCTL)。與 TCL 類似，遠(yuǎn)端共模信號(hào)越小，平衡就越好。
就和 TCL 類似回波損耗測(cè)量一樣，ELTCTL 與插入損耗測(cè)量類似。但是，插入損耗測(cè)量的是遠(yuǎn)端的差模信號(hào)，而 ELTCTL 測(cè)量的是遠(yuǎn)端的共模信號(hào) (TCTL)，然后根據(jù)插入損耗應(yīng)用均等化以獲得 ELTCTL 測(cè)量結(jié)果。
雖然 TCL 和 ELTCTL 參數(shù)是雙絞線平衡的優(yōu)秀指標(biāo)，但它們都沒(méi)有被 ANTI/TIA-568.C.2 標(biāo)準(zhǔn)列入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求之中。這是因?yàn)榇蟛糠脂F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備都只能測(cè)量差模信號(hào)。因此，TCL 和 ELTCTL 測(cè)試都只限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，由必須保證優(yōu)質(zhì)雙絞線平衡特性、符合 TIA 和 ISO/IEC 產(chǎn)業(yè)性能標(biāo)準(zhǔn)的制造商生產(chǎn)。
但我們必須面對(duì)—并非所有線都是相同的，設(shè)計(jì)和制造上會(huì)出現(xiàn)很多差異。另外，通常制造商只在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行初始質(zhì)量測(cè)試時(shí)保證符合標(biāo)準(zhǔn)，而在日常生產(chǎn)中并不一定遵守，這就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則性。
因?yàn)?/span> TCL 和 ELTCTL 是定義平衡及相應(yīng)的抗擾度最低性能的重要測(cè)量，所以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商們對(duì)這些參數(shù)的興趣越來(lái)越高。現(xiàn)在不用僅依靠制造商，可在現(xiàn)場(chǎng)使用 DSX CableAnalyzer（見(jiàn)側(cè)欄）對(duì)平衡進(jìn)行驗(yàn)證。DSX 是一款能同時(shí)進(jìn)行差模和共模測(cè)量以通過(guò) TCL 和 ELTCTL 支持平衡測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀。
使用 ANEXT 打破平衡
在支持 10 Gb/s 數(shù)據(jù)速率（如 10GBASE-T、AXT）所需的較高 500 MHz 頻率下，相鄰導(dǎo)線之間的噪聲成為傳輸性能的限制因素。所以支持 10 Gb/s 所需的更高性能 6A 類線纜設(shè)計(jì)具備更好的雙絞線間平衡性，以提供比低類線纜更好的抗擾度。
在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，線纜制造商使用六繞一布線配置進(jìn)行 AXT 測(cè)試，這是一種最差的情況，即六根干擾線圍繞一根線。雖然這很簡(jiǎn)單，但現(xiàn)場(chǎng) AXT 測(cè)試卻是一個(gè)復(fù)雜得多的流程�，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不能測(cè)試一束線中的每一根，因?yàn)檫@極其費(fèi)時(shí)，比較實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證是僅從鏈路總數(shù)中采樣一部分，通常為 1% 或五個(gè)鏈路。另外還推薦測(cè)試線束中最長(zhǎng)和最短的一根，因?yàn)檫@些可以展示最高的 AXT 水平。雖然有這種取樣方法，但現(xiàn)場(chǎng)極少進(jìn)行 AXT 測(cè)試，通常制造商也不要求認(rèn)證。
雖然除數(shù)據(jù)中心外極少會(huì)部署 10 Gb/s 的速度，但 10GBASE-T 預(yù)期會(huì)在未來(lái)幾年內(nèi)進(jìn)入企業(yè)環(huán)境。這樣一來(lái)保證 AXT 性能就變得更加重要。但是，與現(xiàn)場(chǎng) AXT 測(cè)試相關(guān)的人工成本仍然是個(gè)問(wèn)題，特別是對(duì)于有幾千鏈路的大型項(xiàng)目。因?yàn)榇蟛糠种鞍惭b的 6A 類線并未經(jīng)過(guò) AXT 測(cè)試和認(rèn)證，所以無(wú)法得知現(xiàn)有的線是否具備支持 10GBASE-T 的 AXT 性能。
幸運(yùn)的是，通過(guò) TCL 和 ELTCTL 測(cè)試得到的平衡是線纜能否提供足夠的 AXT 性能以支持 10GBASE-T 的優(yōu)秀指標(biāo)。TCL 和 ELTCTL 測(cè)試是比 AXT 更容易測(cè)試的參數(shù)，因?yàn)樗梢栽谄渌匾耐ǖ纼?nèi)性能參數(shù)（如 NEXT、PSNEXT、插入損耗、回波損耗）的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中完成。實(shí)際上，TIA 在 TSB-1197 中承認(rèn)平衡和噪聲有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，并解釋了通道中平衡和模式轉(zhuǎn)換參數(shù)之間的相互影響，以及通道之間的外部串?dāng)_。
結(jié)論
沒(méi)人可以否認(rèn)，即使沒(méi)有良好的平衡也能實(shí)現(xiàn)抗擾良好的 AXT 性能�，F(xiàn)在許多 6A 類系統(tǒng)從未進(jìn)行過(guò)外部串?dāng)_測(cè)試，而且?guī)缀鯖](méi)有制造商要求 AXT 測(cè)試，所以我們無(wú)法得知現(xiàn)在已安裝的線纜是否有足夠的平衡性能來(lái)支持 10GBASE-T。因此 TCL 和 ELTCTL 測(cè)試為安裝商和用戶提供了巨大的優(yōu)勢(shì)。
但目前還不能確定 TCL 參數(shù)最終是否會(huì)被加入標(biāo)準(zhǔn)之中。雖然現(xiàn)在還不是 ANSI/TIA-56-C.2 標(biāo)準(zhǔn)的要求，但使用 DSX CableAnalyzer 方便地進(jìn)行 TCL 和 ELTCTL 測(cè)試的能力使其能夠通過(guò)常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證平衡以及是否支持更高速度的應(yīng)用，如 10GBASE-T。它是保證您的網(wǎng)絡(luò)性能不會(huì)受到平衡的嚴(yán)重影響的最簡(jiǎn)單、最有效的方式。
屏蔽線上的平衡呢？
雖然 LAN 線主要是無(wú)屏蔽的，但在許多環(huán)境中會(huì)布置屏蔽線以提供更好的抗擾度，且通常認(rèn)為它可為高速應(yīng)用提供更好的性能。許多人認(rèn)為，對(duì)于屏蔽線來(lái)說(shuō)，外部串?dāng)_不是問(wèn)題。但是，在高速應(yīng)用中，為了保證良好的外部串?dāng)_性能，整個(gè)通道上的屏蔽都必須一致。與非屏蔽線相比，屏蔽線的平衡的控制較少，因?yàn)橐氲钠帘慰梢詼p少進(jìn)入信號(hào)線對(duì)的外部噪聲。雖然對(duì)于屏蔽線來(lái)說(shuō) TCL 和 ELTCTL 參數(shù)較不重要，但屏蔽本身的完整性對(duì)于屏蔽線的性能有重要意義。
一種保證屏蔽完整性的好辦法是利用 DSX CableAnalyzer 上的屏蔽完整性選項(xiàng)。屏蔽連續(xù)性測(cè)試過(guò)去一直是是直流 (DC) 測(cè)量，無(wú)可用的故障定位功能。在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，線兩端均位于接地到建筑的機(jī)架內(nèi)，即有共同的接地，這樣即使屏蔽未連接，DC 測(cè)量也會(huì)顯示已連接。DSX CableAnalyzer 是一款使用專利的交流 (AC) 測(cè)量技術(shù)報(bào)告屏蔽完整性問(wèn)題定位的測(cè)試儀器，無(wú)論是否有共同的接地都可以顯示屏蔽是否有中斷，并指出中斷的準(zhǔn)確位置。
使用 DSX 可快速簡(jiǎn)便地進(jìn)行 TCL 和 ELTCTL 測(cè)試
TCL 和 ELTCTL 不是一種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求，因?yàn)樵?/span> DSX CableAnalyzer 之前，沒(méi)有任何現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備可以執(zhí)行 TCL 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。雖然產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)最終會(huì)要求現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行此類測(cè)試，而且其他測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商最終也會(huì)提供 TCL 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，但市場(chǎng)上的大部分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀通常只能進(jìn)行差模測(cè)量。DSX CableAnalyzer 能同時(shí)進(jìn)行差模和共模測(cè)量，從而具有測(cè)量 TCL 和 ELTCTL 的能力。
只要在 DSX 中的 Balance Measurements 文件夾下選擇測(cè)試極限（值）并使用后綴 (+TCL) 查找測(cè)試極限（值），即可方便地將 TCL 和 ELTCTL 添加到標(biāo)準(zhǔn)類別 5e、6、6A 或 D、E 或 EA 類測(cè)試中，如下所示：
后綴 (+TCL) 表示增加了 TCL 和 ELTCTL 測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn) ANSI/TIA 或 ISO/IEC 測(cè)試。ANSI/TIA-568-C.2 和 ISO/IEC 11801:2010 此時(shí)僅提供通道測(cè)量的測(cè)試極限（值）。如果您選擇永久鏈路測(cè)試極限（值），則雖然執(zhí)行 TCL 和 ELTCTL 測(cè)量，但不會(huì)有“通過(guò)/失敗”的標(biāo)準(zhǔn)。另外還提供了工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) TIA 1005 和不同的 E1、E2 和 E3 環(huán)境 TCL 和 ELTCTL 限制。TCL 和 ELTCTL 測(cè)試只會(huì)為典型 DSX AUTOTEST 時(shí)間增加約 6.6 秒—與 AXT 測(cè)試相比這是一個(gè)非常短的時(shí)間，而用這個(gè)時(shí)間驗(yàn)證平衡是非常值得的。
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