线外串扰与10G以太网的发展

近3年来，线外串扰已成为局域网布线领域的讨论热点，人们对这一话题在2大阵营中的观点截然不同。本文意在梳理争论双方论点，并帮读者得出如何处理线外串扰和10G以太网问题的方法。

何谓线外串扰(Alien Crosstalk简称AXT)

线外串扰(AXT)是描述成束布放的电缆之间，信号能量耦合现象的术语。其概念与线缆内部的近端串扰(NEXT)极为相似，要求进行近端串扰现场测试的历史已超过10年了。线缆内部近端串扰与线外串扰区别在于：近端串扰是测试同一电缆内不同线对间的信号串扰，而线外串扰是测量电缆之间的信号串扰。

线外串扰开始被关注，缘于10G以太网(10GBase-T)布线系统的发展。如同近端串扰一样，由于工作频率的增加，线外串扰情况会随之变差。目前，10G以太网的模拟工作频率是400MHz，比千兆以太网(1000MBase-T)工作频率(125MHz)高220%。对10G以太网的布线要求是：使用CAT 6A/ISO EA、屏蔽或非屏蔽系统均可。CAT 6/ISO E 布线系统只能在有限场合将已存在以太网升级为10G以太网应用。

由于支持10G以太网的频率范围比1000M以太网的情形高很多，可以理解，实际安装这种最新布线系统时，其内/外串扰都可能成为难以克服的障碍。

图1. 线对间近端串扰(NEXT) 图2. 线外串扰(AXT)

10G以太网的现场应用

现场测试最显著的变化是频率范围的扩展。CAT 6A/ISO CLASS EA的频率范围从250MHz升至500MHz;ISO CLASS FA测试频率从600 MHz上升至1000 MHz。测试频率提高并未导致测试仪表精度提高。但测试仪表的精度已经随之变化了，如同测量250MHz系统需要III级精度一样，CAT 6A/ISO CLASS EA系统的测试精度为IIIe，相应地，ISO CLASS FA测量精度为IVe替代现有测量600MHz系统的IV级精度。IV级和IVe级都向下兼容IIIe精度的仪表。实际上，符合IV级精度的测试仪表都满足测量CAT 6A/ISO CLASS EA的测试要求。

正如上面提到的，10G以太网可继续应用在不同类型电缆上，目前流行的布线系统是CAT6/ISO CLASS E，参考TIA 568-B.2或ISO 11801标准，按250MHz进行现场测试。由于10G以太网要求带宽为400Hz，对已安装的CAT6/ISO CALSS E布线系统进行附加质量测试后，可证明一定比例的6类系统能支持10G以太网。TIA已经对此发布了新的技术公告(TSB-155)，提供在6类通道模型上运行10G以太网的指导。

在6类系统上运行10G以太网的一些关键因素有：

支持10G以太网的通道模型长度为37m(121ft);

线外串扰测试合格的37m-55m(180ft)通道，可支持10G以太网;

线外串扰余量不足的55m-100m(328ft)通道，使用缓解技术后可支持10G以太网。

上述指导实际表明，很多因素决定6类系统能否支持10G以太网。37m以下的短距离通道，可以支持但不绝对保证;任何大于37m的通道都需测试线外串扰余量;当有问题时需采用缓解措施，以改善线外串扰的影响。

缓解技术

1. 使用10G以太网传输时，不要使用配线架上彼此相邻的信息端口。不过可以想象，在几个密集排列的工作站上同时使用10G以太网时，很可能无法选择其他端口。对于线外串扰来说，相邻处是干扰关键点。

2. 在配线架相邻端口上使用万兆传输时，需要对线外串扰进行现场测试。

3. 线外串扰测试不合格时，采用以下措施改善线外串扰：

A、 分散设备和跳线，不要把水平电缆捆绑在一起，并增加电缆间距;

B、 如果无法分散线缆，可使用6A类或6类屏蔽跳线

C、 重新配置所有跨接，使用内部连接

D、 将6类部件改为6A类部件

E、 将6类水平电缆改为6A类。

使用缓解措施后，重新测量通道电气性能，确保线外串扰余量到达要求。

现场测试线外串扰

到此文截稿为止，TIA 568-C.2的最终版本仍在编写中，并将于2008年1季度定稿。在这个标准中，将定义CAT 6A布线系统的现场测试要求，届时相关标准委员会内部的争论将有定论。意见分歧最大的问题之一就是：使用CAT6A线缆的布线系统，进行现场测试的必要性。一些厂商认为对CAT6A布线系统测试线外串扰是必需的，而另一些厂商认为，线外串扰可作为可选测试。无论那种选择，如果你了解当按标准或合同要求进行线外串扰的现场测试是多么棘手的话，就能明白这种测试是一种苛求。

首先需理解，与典型的链路认证不同，不必对所有链路都进行线外串扰测试。被测链路首先要通过CAT6A/CALSS EA标准认证测试，此过程与CAT6/CALSS E系统的测试无异，只是测试频率从250MHz提高到500MHz，仍然是快速的端到端测试，每条链路耗时不超过30秒。

测试线外串扰则包含指定链路的不同组合，即选择哪些链路作为干扰源及哪条作为测试对象的被干扰链路。图2中，线束中心的红色电缆是被干扰或称“受害链路”，周围的蓝色电缆是干扰源链路，这种情况被称为“6包1”或“6A1”结构，代表测试线外串扰的最差状况。在“6包1”结构中测试1根“受害链路”，根据厂商现场测试要求，实际包含最少6种，最多12种不同的测试配置。

在实际布线工程中，要求对每条链路都进行100%线外串扰测试是不切实际的。如果对每条链路都进行100%测试组合，测试数量为(n2+n)/2，其中n为布线链路条数。按此公式，测试500条链路的工程，需要125,250种测试组合!这显然超出了任何人所希望的测试量。所以，在布线工程中采用抽样测试线外串扰才是可行的。

在进行线外串扰测试前，所有链路都必须按照TIA CAT6A, TSB155, ISO CLASS EA 或 ISO TR24750标准进行认证。

被干扰链路(受害链路)的选择

在布线工程中以下情形需要作为被干扰链路(受害链路)：

在总链路中抽取1%或5条(数值大者)插入损耗最大的链路(最长链路);

在总链路中抽取1%或5条(数值大者)插入损耗最小的链路(最短链路);

在总链路中抽取1%或5条(数值大者)插入损耗居中的链路(中等长度链路);

测试过程中，如果前3个干扰/被干扰组合呈献的线外串扰可忽略不计，则测试可中止，而无需到达1%或5条链路的采样数量。可忽略不计的线外串扰表明，其干扰情况低于某个电平等级或不能被现场测试仪检测到。

例如：工程中有1000条链路，必须选择10条最长，10条最短，10条居中的链路作为被测链路。选择一定数量的链路作为干扰源，对上述每条链路进行测试。

注：针对不同类型 (CAT 6和CAT6A)电缆或连接器硬件，应分别抽样。

选择作为干扰源的链路

作为干扰源的链路，必须依据被干扰链路单独选择。下图中，绿色端口表示被干扰链路，红色端口表示干扰源。

图3. 链路选择：上面的是正确的，下面的是错误的

1. 选择在同一线束中所有链路，或与被干扰链路布线位置最为一致的链路。这些线束可能在配线架上、交叉链接或管路中;

2. 在配线架上，选择相邻端口或插座作为附加链路。

选择被测链路时，配线架上走线的影响也要被考虑在内。干扰源链路应与被干扰链路在同一路径中，使线外串扰效应最明显。

图4. 正确的链路选择

图4中所选链路路径是正确的，能确保线外串扰的测量。本例中，链路在配线架上的端接彼此靠近，会导致线外串扰，更多的串扰发生在被干扰链路的布放路径上。

图5. 错误的链路选择

图5中所示链路路径不适合线外串扰的测量。被干扰链路在配线架上受到干扰，但由于它的布放路径与干扰源链路不同，使测量不准确。在这种情况下，还需选择附加干扰源链路，这些链路有可能与被测链路在同一布放路径，但在配线架上的端接点相距较远。

图6. 选择附加链路

图6中，选择了附加干扰源链路，成为被测(绿色)链路线外串扰的测量组成部分。通过选择这些干扰源链路，即考虑了相邻端接，也考虑了相同路径或线束情况，测试将具有较高的确定度。

为测试线外串扰选择链路是苛刻的，而且的确需要一定程度的电缆布放知识。如果不了解建筑中不同链路的走向，由于所选干扰源链路并不足够靠近被干扰链路，不会产生明显串扰，测试结果可能非常不准确。确认每条被干扰链路对应的干扰源链路都是正确的，需要花费一些时间。

测试仪表的配置

确定需检查的被干扰链路和干扰源链路后，需根据厂商指导，将现场测试仪表连接到线缆上。某些测试仪表需要在测试时连接个人电脑，以汇集数据并计算线外串扰结果，而且与在线缆两端进行自动双向认证不同，线外串扰的测试需要将仪表和计算机人为转移到被测线缆另一侧，完成线外串扰另一半数据的测试。

考虑到被测链路数量与测试链路组合(被干扰/干扰源链路)的时间，选择一款正确的现场测试仪表，将节省大量时间与精力。一款无需PC机捕获数据，也无需对每条被测链路进行人为双向测试的测试仪，可节省75%的线外串扰测试时间。美国理想工业公司(IDEAL)最新推出的“LANTEK 10GBKIT”测试附件，使LANTEK系列线缆认证测试仪，能完成对每个链路组合的测试，无需计算机就能在测试现场得到并计算出数据。此附件包仅用其它同类测试仪1/4的时间即可完成全部线外串扰测试，为合同双方节省时间和金钱，避免携带笔记本电脑到测试现场之赘。

图7. 线外串扰现场测试仪

图8. 线外串扰现场测试报告

非屏蔽电缆(UTP)与屏蔽电缆(STP)

在北美市场，10G以太网与线外串扰的引入，导致最明显的改变也许是屏蔽线缆(STP)和屏蔽布线系统的复苏。屏蔽线缆(STP)被细分为ScTP、FTP和PiMF等类型。

ScTP(Screened Twisted Pair)屏蔽双绞线，利用金属屏蔽层和编织网包裹在4对导线之外，提供线外串扰和电磁干扰(EMI)防护。

FTP电缆与上述电缆类似，只是使用金属箔(foil)代替编织网。这2种电缆的不同在于，ScTP更适合并易于端接在屏蔽插座上，而金属箔能对孔洞提供更好的覆盖，对高频干扰抑止更有效，缺点是:如果操作不当，屏蔽层易断裂。

PiMF (Pairs in Metal Foil cables)线对金属箔屏蔽电缆，其每对线芯均用金属薄屏蔽，有效抑止内部串扰;并且在4对线外再加金属箔或编织网进行屏蔽，提供附加电磁干扰防护。PiMF电缆有时也被称为双屏蔽或SSTP电缆。

在线缆命名方面有以下改变，使线缆配置更易于理解：

当前叫法新名称描述

UTPU/UTP非屏蔽双(对)绞线

FTPF/UTP在UTP外用金属箔屏蔽

S-FTPSF/UTP在UTP外用金属箔和编织网屏蔽

S-STPS/FTP在金属箔屏蔽线对外再加屏蔽

表1. 线缆描述

无论哪种屏蔽类型，在屏蔽电缆上使用10G以太网，都较非屏蔽电缆有2个明显优点。

正确安装屏蔽后，能明显去除在CAT 6A, ISO F 及 FA 系统内的所有线外串扰。使用屏蔽布线系统后，就不必进行现场线外串扰测试了。综合考虑各种因素后，判断屏蔽工程与非屏蔽工程，全部造价哪个更低。这些因素包括：线缆与部件成本、屏蔽连接器端接附加时间、针对屏蔽系统培训技术人员正确安装与接地所需必要的时间与花费。还需记住，在北美，屏蔽电缆不像非屏蔽电缆那样普及，所以工程中材料订货时间可能成为1个重要考虑因素。

图9. 屏蔽电缆的外部串扰

对于非屏蔽电缆而言，尤其是CAT 6A，正通过增大电缆直径来提供必要的空气间隙，并使线束中电缆尽可能分开，以使线外串扰降至最低。屏蔽电缆显然更细些。这种尺寸差异可能达到25%，这意味着屏蔽电缆在线槽或管路中允许更高的布放密度。高性能非屏蔽电缆的造价也正在增加，因为尺寸上的增大一般是通过加厚护套实现的。护套材料增加造成线缆制造成本升高和价格不稳定，因为护套材料来自于受市场波动影响的石化产品。

总结

CAT 6A布线系统与10G以太网仍然处于起步阶段，成长过程中遇到各类困难也是必然的。人们对带宽总有更高需求，业内也正在致力于提供满足性能与成本最佳结合点的解决方案。局域网布线正在登上一个新台阶，目前的材料与技术已能成功支持10G以太网的应用，无论从非屏蔽布线转为屏蔽布线，还是改进布放工艺和现场认证线外串扰余量，关键在于工程设计者与承包商需要发展新型工具与工艺，来确保这种新型以太网的成功实施。