摘要　IEEE在2006年发布了下一代10Gbps铜缆以太网标准-10GBASE-T。在平衡铜缆布线系统中部署10GBASE-T，一个关键问题就是要测试和降低相邻电缆之间的耦合噪声，即外来串扰。本文将讨论这个问题，并推荐一种独特的解决方案来快速高效地测试外来串扰。

1、简介

图1所示的相邻电缆之间的耦合噪声称为外来串扰[1]。

图1　电缆之间耦合产生的外来串扰

外来串扰的噪声电平取决于相邻电缆和连接器的数量和间距。外来串扰有两个衡量指标：PSANEXT（综合外部近端串扰）和PSAELFEXT（综合外部远端串扰），分别表示所有干扰信道产生的近端和远端外来串扰的累积效应。在实验室环境中，通常使用六环一（six-around-one）配置的电缆进行PSANEXT和PSAELFEXT测量。在这种电缆结构中，目标电缆位于中心，所有其他干扰电缆围成一圈（图2）。以此结构紧密捆绑在一起的中心电缆和周围六根电缆之间耦合产生的外来串扰称为“最坏情况”[1]。如果电缆与目标电缆没有直接物理接触，它们之间产生的串扰很小，与最坏情况相比可以忽略不计。

图2　六环一电缆配置

串扰噪声电平的上升会导致总体信噪比降低，故电缆间的外来串扰会降低电缆信道的工作带宽。与低速网络应用相比，外来串扰对诸如10GBASE-T等高带宽应用造成的影响要严重得多。

因此在10GBASE-T的部署中，控制外来串扰变得极其重要，业界最近越来越关注能够解决这个问题的技术（如[2]、[3]、[5]）。

由于外来串扰控制取决于外来串扰测试的结果，故外来串扰测试也逐渐引起人们的关注。

本文下面的内容结构如下：在第2部分，我们介绍关于外来串扰测试的一些背景知识。第3部分介绍一个有效的外来串扰测试解决方案。最后的第4部分进行简要总结。

2、外来串扰的测量

在深入了解外来串扰测试之前，让我们先看一下布线系统的外来串扰测试和信道内串扰（NEXT）测试之间的区别：

a）外来串扰测试是在一根受扰（目标）电缆和多根干扰电缆（通常为6根，如图2所示）之间进行的，而信道内串扰测试只使用一根被测电缆。因此在进行外来串扰测试时，需要在测试设备上连接两根以上的电缆。

b）测试应使用一捆电缆（可能包含7根以上的电缆），因此：

●在进行测试之前，测试者必须连接多根电缆，这些电缆可能会放在不同位置。

●在测试过程中，测试者应测试不同的电缆组合并记录相应的结果。

●大量电缆的组合测量是非常复杂的。假设使用n根电缆，每根电缆只测量一对，那么外来近端串扰（ANEXT）测试的组合和结果数量就是n(n-1)/2，外来远端串扰（AFEXT）测试的组合和结果数量是n(n-1)。例如，如果是7根电缆，就需要测量21个外来近端串扰（ANEXT）和42个外来远端串扰（AFEXT）。

基本上，外来串扰测试是一个复杂耗时的任务，需要大量人力和时间才能完成。快速方便的外来串扰测试解决方案将大大提高全组人员在测试安装时的工作效率。

到目前为止，针对外来串扰测试提出的解决方案大多都是基于现有的普通串扰测量解决方案。普通解决方案的基本配置如图3所示[4]。

图3　外来串扰测试配置[4]

图3中的解决方案是将测试设备的2个插孔分别与目标电缆和干扰电缆相连。这个解决方案有一些缺点，比如不能使用户方便快捷地对多根干扰电缆进行外来串扰测试，这在实际测试中是极其普遍的。
 
3、外来串扰测量的独特方法

下面介绍一种正在申请专利的全新解决方案，它是在基于名为AxTalk激励器的新型测试工具的基础上构建的。

3.1　测试系统配置

这个独特解决方案的电缆连接测试配置如图4所示。

图4　基于AxTalk激励器的外来串扰测试系统配置

受扰电缆（#1）在本地与本地频谱分析仪（例如，Agilent WireScope）连接，在远端与远程频谱分析仪（例如，Agilent DualRemote）连接。所有的干扰电缆（#2--#n）的两端都与AxTalk激励器连接。

AxTalk激励器是一个仅有手掌大小的设备，它有以下三种工作模式：

●发射模式：发射特定码型的射频信号，当远程设备在监听模式时，这些信号可被描述出来

●终接模式：两端的设备都切换到终接状态，这是支持本地和远程AxTalk激励器进行通信的默认状态。

●监听模式：远程设备处于发射模式时切换到终接模式。

使用AxTalk激励器进行的外来串扰测试（例如，综合外部近端串扰）如图5所示。在综合外部远端串扰测试中，本地和远程AxTalk激励器的作用正好与它们在综合外部近端串扰测试中相反。

图5　综合外部近端串扰测试

3.2　测试原理

这里描述的外来串扰测试是基于频域原理进行工作的。频率扫描是频域测量的基础，也就是说，发射机在特定的时间内在每个感兴趣的频率产生正弦测试信号。这些频率是由控制标准（如，TIA 568B.2[4]）定义，然后测试信号就可应用于被测件（例如，一对电缆），并由窄带接收机（调谐到相同的频率）接收。

AxTalk激励器和频谱分析仪的射频发射频率扫描和射频接收频率扫描分别以特定的码型工作，从而实现外来串扰测量。这种模式由AxTalk激励器组成，其频率扫描速率远远快于频谱分析仪（Agilent WireScope）的速率。

图5中设置的AxTalk激励器在每一对与它相连的电缆上进行重复的频率扫描。假设T为AxTalk激励器完成一次频率扫描所需要的时间，这就是说，在任意周期T内，将在从f_低 至f_高范围内所有所需频率上对发射的射频信号进行扫描。

连接到受扰电缆的频谱分析仪（例如，Agilent WireScope Pro或DualRemote）同样执行步进频率扫描。但是，它完成频率扫描的时间为nT，n为从f_低 至f_高的步进数量。这种定时安排可使频谱分析仪在控制标准中所需的每个频率上接收到来自每个干扰电缆对的串扰。

AxTalk激励器之间是异步工作的，它与频谱分析仪也是异步工作的。也就是说，在这些设备中不存在二级通信链路，这就使得设置变得简单、可靠、经济。

3.3　实验和测试结果

在执行本文推荐的解决方案的过程中，我们进行了大量实验，把使用这种新方法获得的结果与使用射频网络分析仪获得的参考测量结果进行了比较。

图6显示从三个干扰电缆#A-#C中获得的外部近端串扰。

图6　三条不同电缆在特定频率上耦合产生的外来串扰

图7显示使用AxTalk激励器获得的外部近端串扰（带点红线）与使用网络分析仪获得的基准值（蓝线）几乎完全一样。

图7　外来串扰与基准值的比较

3.4　该解决方案的优势

该解决方案非常快速、方便和精确。它可使您避免繁琐的工作，再也不用逐个地连接和断开干扰电缆。而且，AxTalk激励器体积非常小，可以放置在任何地方。即使干扰电缆的端点位于不同的房间，此解决方案仍然可以进行外来串扰测试。

当把所有的电缆与相应的AxTalk激励器连接好之后，在nT时间内即可从任意可能数量的干扰电缆中获得外来串扰。通常T为0.5秒左右，n为1000左右，因此测试总时间不到10分钟。工程师们目前还在研究进一步缩短测试时间的先进方法。与原来完成一次测试需要大约一个小时的方法相比，新方法具有明显优势。

最后，该解决方案还能快速确定具有大量耦合外来串扰噪声的干扰电缆，给管理过程带来极大帮助。

4、结论

本文描述了对10GBASE-T布线系统外来串扰的测试，并提供了一个独具特色的解决方案。它可以帮助工程师快速和方便地测量多个干扰电缆中的外来串扰。通过对典型模型的实验证明了该解决方案的可行性。

参考书目

[1]　IEEE 802.3an，“IEEE Draft P802.3an Part 3：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection（CSMA/CD）Access Method and Physical Layer Specifications”，2005年。

[2]　Mohsen Kavehrad、John F.Doherty、Jun-Ho Jeong、Arnab Roy、Gaurav Malhotra，“10Gbps Transmission over Standard Category-5 Copper Cable”，《Proceedings　of IEEE GLOBECOM 2003》，4106-4110页，2003年。

[3]　Giovanni Cherubini，Sedat ? 1 cer、Gottfried Ungerboeck、John Creigh和Sailesh K.Rao，“100BASE-T2：A New Standard for 100 Mb/s Ethernet Transmission over Voice-Grade Cables”，《IEEE Communications Magazine》，115-122页，1997年11月。

[4]　TIA TR-42.7，“Draft on TIA/EIA-568-B.2：Transmission Performance Specifications for 4-Pair 100 Ω Augmented CAT 6 Cabling”，2005年。

[5]　IEEE P802.3an（10GBASE-T）任务组， http：//www.ieee802.org/3/an/index.html。