Линии связи с многожильными медными кабелями

Оглавление

Кабель - это достаточно сложное изделие, состоящее из проводников, слоев изоляции и защиты от воздействий внешней среды. Практически все выпускаемые кабели являются многожильными и состоят из пар свитых проводников. Количество пар проводников и их диаметр зависят от назначения кабеля и в значительной мере определяют его характеристики.
Кабели с медными проводами используются в магистральных, местных и локальных сетях.
В магистральных сетях используются кабели типа МКС(Б) - (магистральный кабель связи (бронированный)). Концы кабеля подключаются к аппаратуре уплотнения, ее также называют аппаратурой каналообразования, которая включает в состав передающие устройства и схемы уплотнения. Вся линия разделяется на переприемные участки длиной 30 - 40 км. Длина участков зависит от типа кабеля, метода уплотнения и характеристик аппаратуры. На каждом переприемном участке производится регенерация сигнала.
В компьютерных сетях применяются кабели, удовлетворяющие определенным стандартам, что позволяет строить кабельную систему сети из кабелей и соединительных устройств различных производителей. Сегодня наиболее употребительными стандартами в мировой практике являются следующие:

Американский стандарт EIA/TIA-568A;
Международный стандарт ISO/IEC 11801;
Европейский стандарт EN50173.

Кроме этих открытых стандартов, многие компании в свое время разработали свои фирменные стандарты, из которых до сих пор имеет практическое значение только один - стандарт компании IBM.
При стандартизации кабелей принят протокольно-независимый подход. Это означает, что в стандарте оговариваются электрические, оптические и механические характеристики, которым должен удовлетворять тот или иной тип кабеля или соединительного изделия.
В стандартах кабелей оговариваются достаточно много характеристик. Рассмотрим некоторые из них.

Волновое сопротивление - полное (активное и реактивное) сопротивление в электрической цепи. Измеряется в Омах и является относительно постоянной величиной для кабельных систем. Для неэкранированной витой пары наиболее часто используемые значения - 100 и 120 Ом. В области высоких частот (100-200 МГц) волновое сопротивление зависит от частоты.
Активное сопротивление - это сопротивление постоянному току в электрической цепи. В отличие от волнового сопротивления активное сопротивление не зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля.
Емкость - это свойство металлических проводников накапливать энергию. Два электрических проводника в кабеле, разделенные диэлектриком, представляют собой конденсатор, способный накапливать заряд. Емкость является нежелательной величиной, поэтому надо стремиться к тому, чтобы она была как можно меньше. Высокое значение емкости в кабеле приводит к искажению сигнала и ограничивает полосу пропускания линии.
Индуктивность. Эта характеристика присуща кабелю, как и любому проводнику. Также как и емкость, она является паразитным параметром, ухудшающим частотные свойства кабеля. Совместно с емкостью индуктивность образует резонансный контур, настроенный на определенную частоту. На этой частоте исчезают реактивные составляющие волнового сопротивления и оно становится чисто активным.
Затухание. Затухание является следствием потерь из-за наличия активного сопротивления проводников. Обычно используется погонное затухание. Оно измеряется в децибелах на метр для определенной частоты или диапазона частот сигнала.
Перекрестные наводки:
- Перекрестные наводки на ближнем конце - NEXT (Near End Cross Talk). Этот параметр чрезвычайно важен для сетей с высокой скоростью передачи данных. NEXT - это мера тех искажений, которые принимающая пара улавливает от передающей, расположенной рядом в общем кабеле. Уменьшение значения параметра NEXT очень важно для кабельных систем категории 5 для ЛС и технологий высокоскоростной передачи данных в локальных сетях. Чтобы снизить затухание, подбирают соответствующий материал кабеля, используют плотное скручивание проводов витой пары и тщательно контролируют технологию монтажа. Измеряются в децибелах для определенной частоты сигнала.
- Перекрестные наводоки на дальнем конце - FEXT loss (Far End Crosstalk loss). Современные высокоскоростные приложения используют одновременную передачу и прием информации по всем четырем парам. Помимо параметра NEXT в этом случае необходимо учитывать влияние помех на дальнем от передатчика конце линии. Ослабление перекрестных наводок на дальнем от передатчика конце, FEXT – это параметр однонаправленной передачи, характеризующий затухание сигнала помехи, наведенного сигналом передатчика на смежную пару. Измеряется в децибелах (дБ).Чем выше значения FEXT, тем меньший уровень имеет наводка в соседних парах и тем лучше качество передачи. Тестирование проводится для двух концов кабельной цепи.

Рассмотрим типы многожильных кабелей для локальных сетей.

Витые пары

Скрученная пара проводов называется витой парой. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. В стандартном кабеле имеется две или четыре пары. Витая пара изготавливается в экранированном варианте, когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном, когда экранирующая обертка отсутствует. Английское название витой неэкранированной пары UTP (Unshielded Twisted Pair), экранированной - STP (Shielded Twisted Pair).

Характеристика кабелей на основе неэкранированной витой пары

Медный неэкранированный кабель UTP в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на категории.

Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных.
Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории - способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.
Кабели категории 3 были стандартизированы в 1991 году, когда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), который определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц, поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые приложения. Кабели категории 3 предназначены как для передачи данных, так и для передачи речевой информации в аналоговой форме.
Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в системах с увеличенными расстояниями (до 135 метров) и в сетях с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используется редко.
Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростной передачи. Их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. Скорость передачи данных свыше 100 Мбит. Кабели категории 5 наиболее распространены.
Кабели категории 5е в отличие от кабелей категории 5 обладают гораздо большим запасом по своим характеристикам. И категория 5 и 5е регламентированы на диапазоне от 1 до 100 МГц, но при этом каждый производитель тестирует своё оборудование на более широком диапазоне частот вполодь до 350 МГц.
Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 200 МГц., а для категории 7 - до 600 МГц. кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и неэкранированным. Основное назначение этих кабелей - поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель UTP категории 5. Стандарты на кабели категории 6 и 7 пока не приняты, хотя некоторые производители уже начали их выпуск.

Кабели на основе экранированной витой пары

Экранированная витая пара STP защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает, от перехвата информации, передаваемой в сети. Наличие заземляемого экрана делает кабель дорогим и резко усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а аудиоинформация по нему не передается. Используется в системах, предъявлющих высокие требования к конфедициальности передаваемой информации.
Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели разделяются не на категории, а на типы: Type 1, Type 2, ..., Type 9.

Основным типом экранированного кабеля является кабель Type 1 стандарта IBM. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Электрические параметры кабеля Type 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5. Однако волновое сопротивление кабеля Type 1 равно 150 Ом.
Экранированные витые пары используются также в кабеле IBM type 2, который представляет кабель Type 1 с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса.

Не все типы кабелей стандарта IBM относятся к экранированным кабелям - некоторые определяют характеристики неэканированного телефонного кабеля (Type 3) и оптоволоконного кабеля (Type 5).

Предыдущий

Следующий