Категорії кабелів кручених пар. Кабелі кручений пари CAT5: з чого зроблені, як працюють
Якщо ви вирішили встановити інтернет з'єднання в офісному приміщенні або будинку, можна не замислюватися про те, яка категорія кручених пар використовується. Так як використовуючи невеликі відстані і малі швидкості передачі, це питання не важливий. Мережеве з'єднання можна створити за допомогою будь-яких кручених пар, вилок, розеток, які продаються на ринку. На даний момент для створення недорогий і досить таки швидкісної мережі використовують екранований кабель кручених пар «UTP», який відноситься до категорії CAT5.
Кабелі класифікують за міжнародним стандартом ISO 11801 і специфікації EIA / TIA-568. Росія використовує два типи госта: ГОСТ Р 53245-2008, який грунтується на технічному регламенті одного з найбільших виробників кабелів; ГОСТ Р 53246-2008 (аналог американського ANSI / TIA / EIA-568B). Я привів малу частину інформації, взятої з документів. Вона допоможе вам створити мережеве з'єднання. Конструкція кабелю залежить від швидкості передачі даних. Кабелі можуть бути як екранованими, так і неекранованими. Вони позначаються за класифікацією, наведеною в таблиці.
Екран служить для зниження випромінювання електромагнітного поля кручених пар і захищає їх від впливу зовнішнього поля. Такі кабелі використовуються під час прокладання магістральних ліній, а так само в приміщеннях, що мають велике електромагнітне поле. У побутових умовах використовують неекранований кабель «UTP».
Жили в кабелі можуть бути двох видів - багатожильні і з одиночного провідника. Жили в одножильних парах випускаються діаметром 0,51 мм. Вони застосовуються для монтування мереж в коробках. У комунікаційні прилади такий кабель вмонтувати досить просто. Багатожильні призначені для установки в місцях з великим навантаженням, такий як перегин, що виникає при з'єднанні патч-корду з кабелем. Багатожильні кабелі мають більшу загасання сигналу, в порівнянні з одножильними. Щоб обтиснути такий кабель, необхідно мати спеціальний коннектор RJ-45. Їх відмінність в тому, що зубці в ламелях розведені в сторони. Саме частіше, оболонку для кабелів виготовляють з полівінілхлориду, в який додають крейду. Це зроблено для того, щоб кабель добре зачищають. Область застосування визначається за кольором оболонки.
Кабелі можуть мати круглу і плоску форму. Оболонка кабелю має маркування, яке нанесено з інтервалом 0,3 м. На ній зазначені категорія кабелю, виробник, метраж. Що дозволяє дізнатися протяжність кабелю без використання вимірювального інструмента.
Цей кабель призначений для використання при температурі до 75 ° С; UTP - не має екранування; 4PR - складається з 4 кручених пар; EIA / TIA-568 - випускається згідно специфікації EIA / TIA-568, мітки вказані в футах.
Якщо розрізати оболонку, можна побачити капронову нитку, прокладену уздовж кручених пар. Вона призначена для додання міцності кабелю, а так само захисту пар від пошкодження при зачистці. Щоб розрізати кабель, досить зняти пару сантиметрів обплетення, взятися за нитку і тягнути їх у зворотний бік. Нитка називають розрізний, тому що вона розділить кабель уздовж пар.
На даний момент кількість категорій кабелю одно семи. Найголовніший критерій при визначенні категорії кабелю - швидкісна можливість обміну даними (вимірюється в Мбіт / сек). Чим більше це число, тим швидше відбувається обмін даними, який проходить за одиницю часу.
Смуга частот до, МГц |
Швидкість передачі даних до, Мбіт / сек. |
Призначення і конструкція |
|
Передача мовного сигналу, телефонна «локшина» ТРП |
|||
2 пари провідників, зараз не застосовується |
|||
4 парний кабель для телефонних і локальних мереж протяжністю до 100 метрів |
|||
4 парний кабель, зараз не застосовується |
|||
100 при використанні 2 пар |
4 парний кабель для телефонних і локальних мереж |
||
100 при використанні 2 пар |
UTP 4 парний кабель для комп'ютерних мереж |
||
1 000 при використанні 4 пар, 10 000 на відстані до 50 метрів |
UTP 4 парний кабель для комп'ютерних мереж |
||
UTP 4 парний кабель високошвидкісних ліній Інтернет, в перспективі |
|||
S / FTP 4 парний кабель високошвидкісних ліній Інтернет, в перспективі |
Електричний сигнал може бути переданий одержувачу по каналу зв'язку у вигляді провідний або кабельної лінії. У процесі поширення несучого коливання в каналі зв'язку передається сигнал може спотворюватися, дивуватися шумами і перешкодами природного і індустріального характеру. Мінімізація впливу спотворень і шумів досягається за рахунок вибору способу модуляції, частоти і потужності несучого коливання і інших чинників.
Гідність аналогового способу представлення і передачі повідомлення полягає в тому, що аналоговий сигнал в принципі може бути абсолютно точною копією повідомлення. Недоліки аналогового способу є, як часто буває, продовженням його достоїнств. Аналоговий сигнал може мати будь-яку форму, тому, якщо, наприклад, під час запису до сигналу додався шум, то виділити оригінальний, або записується, сигнал на тлі шуму дуже важко і часто неможливо. Аналоговому способу притаманний ефект накопичення спотворень і шумів, який може ставити межу розширенню функціональних можливостей аналогових систем. Аналогова техніка зв'язку пройшла довгий шлях удосконалень і досягла високого рівня. Однак подальше розширення функціональних можливостей і підвищення якісних показників аналогової апаратури пов'язано з витратами, які можуть зробити нове обладнання недоступним для масової споживчої аудиторії. Зараз аналогова техніка поступається місцем цифровим системам.
З точки зору схемотехніки цифрова апаратура складніше аналогової, однак, її функціональні можливості набагато ширше, а деякі з них принципово недосяжні при аналогової обробки сигналу.
Для передачі безперервних повідомлень за допомогою цифрової системи зв'язку аналогові сигнали, що відображають безперервні повідомлення, повинні бути піддані дискретизації і квантування.
Оцифровка сигналу завжди пов'язана з появою шумів і виникненням спотворень (частотних, нелінійних, а також деяких специфічних спотворень). Однак аналого-цифрове перетворення виконується в цифровій системі зв'язку тільки один раз. Сигнал в цифровій формі може потім зазнавати будь-яку кількість обробок і перетворень, і при цьому вже не вносяться додаткові спотворення і шуми.
Історично склалося так, що перші лінії для передачі сигналу, починаючи від примітивного дротяного телеграфу і закінчуючи сучасними коаксіальними лініями, були несиметричними.
Передачу сигналів по коаксіальному кабелю називають несиметричною передачею, так як коаксіальний кабель замикає контур між джерелом і приймачем, де центральна жила кабелю є сигнальним проводом, а екран - заземляющим. Незважаючи на гарне екранування, коаксіальний кабель схильний до дії перешкод, тому передача з його допомогою композитного сигналу і компонентного відеосигналу на значні відстані неможлива. Крім того, коаксіальний кабель вимагає узгодження вихідного імпедансу джерела і вхідного імпедансу приймача зі своїм характеристичним імпедансом, особливу увагу доводиться приділяти розкладці кабелю і закладенні роз'ємів.
Оскільки життя і робота сучасної людини буквально насичені радіоелектронної апаратурою, ясно, що проблема електромагнітної сумісності, захисту ліній передачі сигналів від шумів і перешкод буде тільки ускладнюватися.
Подальше вдосконалення екранування кабелів дає незначний ефект при одночасному істотному зростанні їх вартості, тому треба буде принципово нове технічне рішення. І воно було знайдено за рахунок розробки схем балансної передачі сигналу або симетрування.
При балансної передачі сигналу всі електромагнітні перешкоди і шуми однаково впливають на обидва сигнальних дроти лінії. Коли сигнал досягає приймального кінця лінії, він потрапляє на вхід диференціального підсилювача з добре збалансованим фактором коефіцієнта ослаблення синфазного сигналу (КОСС).
Якщо два дроти мають схожі характеристики і досить закруток на метр (чим більше, тим краще), на них будуть однаково впливати шуми, падіння напруги і наведення. Підсилювач з хорошим КОСС на приймальному кінці лінії усуне більшу частину небажаних шумів.
Вита пара зазвичай дешевше коаксіальногокабелю, її легше розкладати, а оброблення роз'ємів не представляє ніяких проблем.
Балансна передача сигналу
Ідея балансної передачі сигналу полягає в тому, що для неї використовується три, а не два дроти (як в несиметричних лініях) (рис. 1). Вхідний сигнал перед подачею в лінію інвертується таким чином, що сигнал U г2 відрізняється по фазі від сигналу U г1 на 180 градусів. Зрозуміло, що шуми і перешкоди, що наводяться в обох сигнальних проводах лінії, будуть мати однакову амплітуду і фазу.
На виході лінії встановлюється диференційний підсилювач, який влаштований таким чином, що підсилює сигнали, що прийшли на його входи в протифазі і пригнічує синфазних сигнали.
Мал. 1. Балансна передача сигналу
З малюнка видно, що послідовно з провідниками сигнальних ліній виявляютьсявключеними два синфазних напруги шумів U ш1 і U ш2 , Які викликають появу струмів шумів I Ш1 і I Ш2 . джерела U Г1 і U Г2 спільно створюють сигнальний струм I Г . При цьому сумарна напруга на навантаженні складе
U H = I ш1 R H1 - I ш2 R H2 + I Г (R H1 + R H2 )
Перші два члена в правій частині рівняння є напруги шумів, а третій член - напруга корисного сигналу. якщо I Ш1 дорівнює I Ш2 і R H1 одно R Н2 , То напруга шумів на навантаженні дорівнює нулю:
U Н = I Г (R H1 + R H2 )
т. е. шуми і / або перешкоди компенсують один одного.
Ступінь симетрії схеми, або коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу (КОСС), визначається як відношення синфазного напруги шумів до викликаного їм диференціального напруги шумів і виражається зазвичай в децибелах (дБ).
Чим краще симетрія схеми, тим більше придушення шумів можна отримати. Якщо було б можливо досягти досконалої симетрії, шуми взагалі не могли б проникати в систему. Від добре спроектованої системи можна очікувати симетрію 60 - 80 дБ. Можна отримати і кращу симетрію, проте для цього зазвичай потрібні спеціальні кабелі, і може знадобитися індивідуальна підстроювання схеми.
ПОРАДА
Застосовуйте симетрування в поєднанні з екрануванням там, де рівень шумів повинен бути нижче рівня, досяжного при використанні тільки екранування, або навіть замість екранування.
Як і будь-яке технічне рішення, симетрування ліній передачі сигналу має свої недоліки.
- Симетрична лінія передачі складніше і дорожче несиметричною, так як для неї необхідні передавач і приймач балансного сигналу;
- Якщо рівень перешкод занадто великий, приймач балансного сигналу може увійти в режим насичення і передача сигналу припиниться;
- Через загасання сигналу в кабелі доводиться ставити проміжні підсилювачі, які вносять додаткові накопичуються спотворення;
- При використанні проміжних підсилювачів, можливо, буде потрібно корекція сигналу.
Кабелі для передачі балансних сигналів
«Вита пара» (twisted pair) - це кабель на мідній основі, що поєднує в оболонці одну або більше пар провідників. Кабель відрізняється від проводу наявністю зовнішнього ізоляційного панчохи (Jacket). Цей панчіх головним чином захищає дроти (елементи кабелю) від механічних впливів і вологи.
Кожна пара являє собою два перевитих навколо один одного ізольованих мідних дроти. Кабелі кручений пари сильно відрізняються за якістю і можливостям передачі інформації. Відповідності характеристик кабелів певного класу або категорії визначають загальновизнані стандарти (ISO 11801 та TIA-568). Самі характеристики безпосередньо залежать від структури кабелю і застосовуваних у ньому матеріалів, які і визначають фізичні процеси, що проходять в кабелі при передачі сигналу.
Мал. 2. Зовнішній вигляд кабелю неекранованої кручений пари
Конструкцію кабелю кручений пари зрозуміла з рисунка.
калібр визначає перетин провідників. Кабелі й проведення маркуються відповідно до стандарту AWG (American Wire Gauge - американські калібри проводів). В основному застосовуються провідники 26 AWG (перетин 0.13 мм 2), 24 AWG (0.2 - 0.28 мм 2) і 22 AWG (0.33 - 0.44 мм 2). Однак калібр провідника не дає інформації про товщину проводу в ізоляції, що має велике значення при закладенні кінців кабелю в модульні вилки.
товщина ізоляції - близько 0,2 мм, матеріал зазвичай полівінілхлорид (англійське скорочення PVC), для більш якісних зразків 5 категорії використовується поліпропілен (PP) або поліетилен (PE). Найбільш якісні кабелі мають ізоляцію зі спіненого (пористого) поліетилену, які забезпечують низькі діелектричні втрати, або з тефлону, який забезпечує роботу кабелю в широкому діапазоні температур.
розривна нитка (Зазвичай з капрону) використовується для полегшення оброблення зовнішньої оболонки: при витягуванні вона робить на оболонці поздовжній розріз, який відкриває доступ до кабельного сердечника, гарантовано не пошкоджуючи ізоляцію провідників.
Зовнішня оболонка має товщину 0,5-0,6 мм, і зазвичай виготовляється з полівінілхлориду з додаванням крейди, який підвищує її крихкість. Це необхідно для отримання точного облому за місцем надрізу лезом відрізного інструменту. Крім цього, починають застосовуватися так звані «молоді полімери», які не підтримують горіння, і не виділяють при нагріванні отруйних газів-галогенів. Їх широке впровадження поки заважає тільки більш висока (на 20-30%) ціна.
Найпоширеніший колір оболонки - сірий. Оранжеве забарвлення, як правило, вказує на негорючий матеріал оболонки.
Крім даних про виробника і тип кабелю, його маркування обов'язково включає в себе метрові або футові мітки.
Конструкція кабельного сердечника досить різноманітна. У недорогих кабелях пари укладені в оболонці «абияк». Більш якісні варіанти передбачають парну (по дві пари між собою) або четверного скручування (всі чотири пари разом). Останній варіант дозволяє зменшити товщину сердечника і досягти кращих електричних характеристик.
Категорія (Category) кручений пари визначає частотний діапазон, в якому її застосування ефективно. В даний час діють стандартні визначення 5 категорій кабелю (Cat 1 - Cat 5), проте вже випускаються кабелі категорій 6 і 7.
Для ідентифікації пар всередині кабелю використовують кольорове маркування. Так перші чотири пари мають відповідно базові кольори: Синій, Помаранчевий, Білий і Коричневий. Найчастіше основною провід в парі цілком забарвлюється в базовий колір, а додатковий провід має білу ізоляційну оболонку з додаванням смужок базового кольору.
Екранована кручена пара (Shielded Twisted Pair, STP) добре захищає сигнали від зовнішніх випромінювань, а також знижує втрати потужності в кабелі у вигляді випромінювання. Екранована кручена пара має безліч різновидів.
ПОРАДА
Наявність екрану вимагає при проведенні монтажних робіт виконання якісного заземлення, що ускладнює і здорожує кабельні системи на STP, але при коректному заземлении екрану забезпечує кращу електромагнітну сумісність кабельної системи з іншими джерелами і приймачами перешкод
Однак некоректне заземлення екрана може призводити і до зворотного результату. Крім того, наявність екрану, який потрібно заземлювати з обох кінців кабелю, може викликати проблему забезпечення рівності «земляного» потенціалу в просторово рознесених точках.
Кабель на неекранованої кручений парі (Unshielded Twisted Pair, UTP) в даний час є основним середовищем передачі даних для неоптичні технологій. Кабель поєднує хороші електричні і механічні характеристики з зручністю монтажу і порівняно невисокою вартістю.
Класифікація кабелів на кручений парі приведена в таблиці 1.
* Не стандартизовані.
Кабелі категорії 1 застосовують там, де вимоги до швидкості передачі мінімальні. Зазвичай це кабелі для передачі сигналів звукового діапазону і малої швидкості (десятки Кбіт / c) передачі даних. До 1983 року UTP cat.1 був основним кабелем для телефонної розведення США.
Кабелі категорії 3 були стандартизовані в 1991 році. При смузі пропускання 16 МГц цей кабель використовувався для побудови високошвидкісних на той час мереж і в даний час кабельні системи багатьох будівель побудовані на UTP cat.3, який використовується як для передачі даних, так і для передачі сигналів звукового діапазону.
Кабелі категорії 4 являють собою поліпшений варіант UTP cat.3 - у них смуга пропускання розширена до 20 МГц, поліпшена стійкість і знижені втрати. На практиці ці кабелі застосовуються рідко; в основному там, де необхідно збільшити довжину лінії з звичайних 100 м до 120-140м.
Кабелі категорії 5 спеціально розроблені для підтримки високошвидкісних комп'ютерних технологій, таких як FastEthernet і GigabitEthernet. Смуга пропускання кабелю 5 категорії - 100 МГц. Кабель категорії 5 в даний час замінив UTP cat.3 і є основою всіх нових кабельних систем.
Особливе місце займають кабелі категорій 6 і 7, які випускаються порівняно недавно і мають смугу пропускання 200 і 600 МГц відповідно. Кабелі категорії 7 обов'язково екрануються; UTP cat.6 можуть бути як екранованими, так і немає. Вони використовуються в високошвидкісних мережах на відрізках більшої довжини, ніж UTP cat.5. Ці кабелі значно дорожче 5-ої категорії і за вартістю наближаються до волоконно-оптичних кабелях. Крім того, вони поки не стандартизовані і їх характеристики визначаються тільки фірмовими стандартами, через що виникають проблеми при тестуванні кабельної системи (специфікація з тестування TSB-67 стандарту EIA / TIA-568A не включає кабелі 6-ий і 7-ий категорій) .
Деякими фірмами вже випускаються кабелі кручений пари категорії 8. Вони призначені для передачі даних на частоті до 1200 МГц (широкосмугові системи кабельного телебачення і сучасні програми типу SOHO). Кабель складається з 4 індивідуально екранованих кручених пар, в загальній оплетке, покритої оболонкою з LSZH матеріалу для використання всередині приміщення. Завдяки індивідуальному екрануванню пар алюмінієвою фольгою, кабель має вкрай високими значеннями NEXT. Для кабелів цієї категорії характерні стабільні значення хвильового опору і загасання, а також відсутність резонансу на частоті до 1200 МГц.
Кабелі 8 категорії відповідають жорстким вимогам стандарту ISO 11801 (2-е видання) і перевищують вимоги стандартів ISO / IEC 11801 для класів D, E, F і IEC 61156-5, IEC 61156-7 (CVD) для категорій 5е, 6 і 7 .
STP з позначенням виду «Type xx» - «класична» кручена пара, розроблена IBM для комп'ютерних мереж TokenRing. Кожна пара цього кабелю укладена в окремий екран з фольги, обидві пари укладені в загальний плетений дротяний екран, зовні все покрито ізоляційним панчохою, імпеданс - 150 Ом. Поширені кабелі STP Type1 - одножильний калібру 22 AWG, STP Type 6 - багатожильний 26 AWG і STP Type 9 - одножильний 26 AWG. Кабель Type 6A, який використовується для комутаційних шнурів, не має індивідуального захисту, пар.
ScTP (Screened Twisted Pair) - кабель, в якому кожна пара укладена в окремий екран.
FTP (Foilled Twisted Pair) - кабель, в якому кручені пари укладені в загальний екран з фольги.
PiMF (Pair in Metal Foil) - кабель, в якому кожна пара загорнута в смужку металевої фольги, а всі пари - в загальному екранувальній панчосі. У порівнянні з «класичним» STP цей кабель тонше, м'якше і дешевше (хоча про кабель PiMF на 600 МГц такого вже не скажеш).
Кабелі можуть мати різні номінали імпедансу. Стандарт EIA / TIA-568A визначає два значення - 100 і 150 Ом, стандарти ISO11801 та EN50173 додають ще й 120 Ом. Зауважимо, що кабель UTP практично завжди має імпеданс 100 Ом, а екранований кабель STP спочатку існував тільки з опором 150 Ом. В даний час існують типи екранованого кабелю і з опором 100 і 120 Ом. Імпеданс застосовуваного кабелю повинен відповідати импедансу з'єднується їм обладнання, в іншому випадку перешкоди, що виникають від відбитого сигналу, можуть привести до непрацездатності з'єднань.
Найбільшого поширення набули кабелі з числом пар 2 і 4 калібру 24 AWG. З багатопарних популярні 25-парні, а також збірки 6 штук з 4-парних.
Кабелі найчастіше бувають круглими - в них елементи збираються в пучок. Існують і спеціальні плоскі кабелі для прокладки комунікацій під килимовими покриттями (Undercarpet Cable), серед яких є і кабелі категорій 3 і 5.
Провідники можуть бути жорсткими одножильними (Solid) або гнучкими багатожильними (Stranded або Flex).
ПОРАДА
Для стаціонарних інсталяцій застосовуйте кабель з одножильний проводами, який зазвичай володіє кращими і стабільнішими характеристиками
Для підключення абонентського обладнання, і комутації використовуються гнучкі кабелі (шнури, пасивне).
Патч корд (Patch cord) - це відрізок багатожильного 4-парного кабелю довжиною 1-10 м з виделками RJ-45 на кінцях.
Для забезпечення стійкості до постійних вигинів, провідник у них виконаний не з однієї, а з семи більш тонких мідних дротів товщиною близько 0,2 мм кожна (багатодротяна конструкція). Тій же меті служить товща (до 0,25 мм) ізоляція, і зовнішня оболонка підвищеної гнучкості.
Через більшого, в порівнянні зі звичайним, загасання використовувати кабель для шнурів виправдано тільки на невеликі відстані, як правило, не більше 5 метрів з кожного боку лінії.
Кабелі з'єднуються між собою за допомогою конекторів. Конектор забезпечує механічну фіксацію і електричний контакт. Як і кабелі, вони класифікуються за категоріями, що визначає діапазон робочих частот.
Для кручений пари широко застосовують модульні роз'єми (Modular Jack), широко відомі під назвою RJ-45: розетки (Outlet, Jack) і вилки (Plug). Саме скорочення RJ розшифровується як Registered Jack.
Мал. 4. Кабельний роз'єм RG-45
Розетки категорії 5 (на них повинно бути відповідне позначення) відрізняються від розеток 3-ї категорії способом приєднання проводів: в категорії 5 допустимо тільки затиск дроти ножовим роз'ємом (типу S110), в категорії 3 застосовують і затиск дроти під гвинт. Крім того, на платі розетки категорії 5 є погоджують реактивні елементи з нормованими параметрами, виконані друкованим способом. Категорію модульних вилок на погляд визначити важко. Вилки для одножильного і багатожильного кабелю розрізняються формою голчастих контактів. Для екранованої проводки розетки і вилки повинні мати екрани, суцільні або ж тільки що забезпечують з'єднання екранів кабелів.
Для комутації кабельних каналів і підключення мережевого обладнання використовують патч-панелі, (рис. 4) які випускаються багатьма фірмами, і настінні розетки (рис. 5).
Основні характеристики кручений пари
Характеристики кабелю кручений пари безпосередньо залежать від структури кабелю і застосовуваних у ньому матеріалів, які і визначають фізичні процеси, що проходять в кабелі при передачe сигналу.
Мал. 7. Пояснення збалансованості кручений пари
Збалансованість пари є фактично визначальною характеристикою якості кабелю, оскільки впливає на більшість інших його властивостей. Справа в тому, що електромагнітне (Electro Magnetic - EM) поле наводить електричний струм в провідниках і утворюється навколо провідника при протіканні по ньому електричного струму. Взаємодія між EM-полями і токонесущей провідниками може чинити негативний вплив на якість передачі сигналу. В обох ж провідниках збалансованої пари електромагнітні перешкоди (em1 і em2) наводять однакові по амплітуді сигнали, (S1 і S2) знаходяться в протифазі. За рахунок цього сумарне випромінювання «ідеальної пари» прагне до нуля.
Якщо в кабелі присутні більше однієї пари, то для виключення взаємних наведень пар, які могли б порушити електромагнітний баланс, пари скручують з різним кроком.
Як всякий провідник, кручена пара має опір змінному електричному струму ( характеристичний імпеданс). Для різних частот це опір може бути різним. Вита пара має імпеданс зазвичай 100 або 120 Ом. Зокрема для кабелю Cat. 5 в діапазоні частот до 100 МГц імпеданс повинен становити 100 Ом + 15%.
Для ідеальної пари імпеданс повинен бути однаковим по всій довжині кабелю, оскільки в місцях неоднорідності виникає ефект відображення сигналу, що в свою чергу може погіршити якість передачі інформації. Найчастіше однорідність імпедансу порушується при зміні в рамках однієї пари відстань скручування, перегину кабелю при прокладці чи іншого механічного дефекту.
Мал. 8. Графік характеристичного імпедансу
Швидкість / затримка поширення сигналу NVP (Nominal Velocity of Propagation) - швидкість поширення сигналу. Часто застосовується похідна від NVP і довжини кабелю характеристика «delay» (затримка), що виражається в наносекундах на 100 метрів пари. Якщо в кабелі присутні більше однієї пари, то вводять поняття «delay skew» або різниця затримки. Причина її виникнення полягає в тому, що пари не можуть бути ідеально однакові, що і породжує різні затримки поширення сигналу в різних парах.
Важливою характеристикою кручений пари є погонное загасання (Attenuation), що характеризує величину втрати потужності сигналу при передачі. Обчислюється як відношення потужності отриманого на кінці лінії сигналу до потужності сигналу, поданого в лінію. Оскільки величина загасання змінюється з ростом частоти, вона повинна вимірюватися для всього діапазону використовуваних частот. Сама величина виражається в децибелах на одиницю довжини.
Мал. 9. Загасання сигналу в кручений парі
На представленому графіку показані втрати потужності сигналу при передачі в залежності від довжини кабелю і від частоти сигналу.
Іншим важливим параметром є NEXT (Near End Crosstalk), або перехідне загасання між парами в багатопарному кабелі, виміряний на ближньому кінці - тобто з боку передавача сигналу, яке характеризує перехресні наведення між парами. NEXT чисельно дорівнює відношенню подається сигналу на одну пару до отриманого навіяного в іншій парі і виражається в децибелах. NEXT має тим більше значення, чим краще збалансована пара.
Мал. 10. Вимірювання перехідного загасання
Крім оцінки взаємних наведень пар на ближньому кінці кабелю, перехідне загасання вимірюють і з боку приймача сигналу. Даний тест отримав назву FEXT (Far End Crosstalk).
ACR (Attenuation Crosstalk Ratio) Однією з найважливіших характеристик, що відображають якість кабелю, є різниця між погонних і перехідним загасання, що виражається в децибелах. Чим менше погонное загасання, тим більшу амплітуду має корисний сигнал на кінці лінії. З іншого боку, чим більше перехідне загасання, тим менше взаємні наведення пар. Таким чином, різниця цих двох величин відображає реальну можливість виділення корисного сигналу пристроєм одержувача на тлі перешкод. Для впевненого прийому сигналу необхідно щоб Attenuation Crosstalk Ratio був не менший заданого значення, що визначається стандартами для відповідної категорії кабелю. У разі рівного розподілу погонного і перехідного загасання виділити корисний сигнал стає теоретично неможливо.
Return Loss (RL) При передачі сигналу, виникає так званий ефект відображення сигналу в зворотному напрямку. Величина відображення сигналу Return Loss або «зворотне загасання» пропорційна загасання відбитого сигналу. Характеристика особливо важлива при побудові ліній зв'язку, що використовують передачу сигналів по кручений парі в обидві сторони (полнодуплексная передача). Досить великий за амплітудою відбитий сигнал може спотворювати передачу інформації в зворотному напрямку. Return Loss виражається у вигляді відношення потужності прямого сигналу до потужності відбитого.
Мал. 11. Пояснення ефекту зворотного загасання
Порядок розробки кабелю кручений пари
1. Необхідно рівно відрізати кабель на відстані 5-10 сантиметрів від його торця. Навіть якщо старий зріз добре виглядає, цілком можливо, що під оболонку проникла волога або бруд.
Мал. 12. Зняття оболонки кабелю
Мал. 13. Роз'єм RJ-45 і порядок обтиску провідників
Мал. 14. Вирівнювання провідників перед вставкою в роз'єм
Мал. 15. Обтиск роз'єму RJ-45
Мал. 16. обтиснутими роз'єм RJ-45 на кабелі
Мал. 17. Прямий і перехресний кабель
2. Для установки роз'єму потрібно звільнити від оболонки приблизно половину дюйма (1,25 см) провідників. Більшість обтискних інструментів мають для цього спеціальне пристосування - пару лез і обмежувач. Вставте кінець кабелю в інструмент до упору і надріжте ізоляцію. Саме надріжте, а не прорежьте, оскільки важливо не пошкодити жили кабелю. Оболонка легко зніметься по лінії надрізу.
3. В принципі, немає ніякої різниці, яка з пар кабелю буде підключена до яких контактів роз'єму. Головне, що б були підключені саме пари, а не провідники з різних пар, однак існує загальноприйнятий стандарт EIA / TIA-568В, і краще йому слідувати. Пари підключаються до контактів 1-2, 3-6, 4-5, 7-8 роз'єму RG-45. Для сортування провідників неминуче доведеться розплітати пари. Це потрібно робити на мінімальну довжину (за стандартом не більше ніж на 1,25 см), як можна менше порушуючи структуру пар, геометричні розміри і крок повиву не задіяні в роз'ємі частини кабелю.
4. Після того, як провідники будуть рівно покладені, і випрямлені, потрібно вирівняти край, підрізавши їх.
5. Акуратно вставте провідники в роз'єм. Кожна жила повинна увійти в свій паз всередині роз'єму RJ-45 до упору, що можна проконтролювати через прозорий корпус роз'єму. Якщо який-небудь провідник не дійшов до кінця, потрібно витягнути кабель цілком з роз'єму і почати заново.
6. Затягніть в корпус роз'єму за фіксатор край оболонки кабелю таким чином, щоб після обтиску оболонка утримувалася роз'ємом.
7. Перед обтиском переконайтеся, що всі жили і оболонка кабелю розташовані правильно. Після цього вставте роз'єм в гніздо на інструменті, і плавно, в один рух обіжміть роз'єм. Гострі кромки контактів переріжуть ізоляцію і забезпечать надійний контакт, а фіксатор буде втоплений всередину корпусу, додатково закріплюючи кабель.
8. Роз'єм готовий. Перед використанням його бажано оглянути, звертаючи особливу увагу на стан контактів. Всі вони повинні виступати з корпусу на рівну висоту.
9. Подібним чином обжимается і інший кінець. Існує два різновиди кабелів: прямі (контакти 1-2 і 3-6 першого роз'єму з'єднуються з контактами 1-2 і 3-6 другого) і перехресні (контакти 1-2 і 3-6 першого роз'єму з'єднуються з контактами 3-6 і 1 -2 другого).
Якщо по кабелю кручений пари передається відео або аудіо сигнал, використовується прямий кабель, якщо ж передаються сигнали управління - перехресний.
Фізичний сенс досить простий - передавач одного пристрою повинен бути з'єднаний з приймачем іншого. Тому, для з'єднання однакових пристроїв (наприклад, двох комп'ютерів) потрібно використовувати перехресний кабель.
ПОРАДА
Для додаткового захисту кабелю і засувки роз'єму RJ-45 від механічних пошкоджень використовуйте захисний ковпачок на роз'єм. Проста і дешева міра, якої, на жаль часто нехтують.
Мал. 18
подовжувачі інтерфейсу
В сучасних інсталяціях кабелі кручений пари нерідко використовують для передачі сигналів VGA на значні відстані. Для того, щоб сигнал «не загубився» на тлі шумів і перешкод, використовують подовжувачі інтерфейсу (extender або line transmitter), сучасні моделі яких забезпечують передачу сигналу на необхідну дальність з малим рівнем перешкод по кручений парі. Таке ефективне і недороге технічне рішення знаходить застосування в багатьох областях: у інформаційних системах на транспорті, в навчальних закладах або лікарнях. Подовжувач сигналів VGA діє на апаратному рівні, тому він вільний від будь-яких проблем з сумісністю програмного забезпечення, узгодженням кодеків або перетворенням форматів.
До недавніх пір по кручений парі вдавалося передавати без втрати якості сигнали на порівняно невеликі відстані, проте в минулому році ситуація докорінно змінилася після того, як на ринку з'явилася нова лінійка подовжувачів для роботи з кручений парою. Завдяки новій елементній базі, а також новим апаратним і схемним рішенням вдалося досягти справжнього прориву: тепер сигнали без втрати якості можна передавати на відстані, що перевищують 300 метрів. Устаткування здатне стійко працювати зі звичайною неекранованої кручений парою категорії 5, але набагато кращі результати можна отримати при використанні кабелів більш високої якості.
У нову лінійку обладнання входять передавачі XGA сигналу в виту пару, підсилювачі-розподільники, комутатори, приймачі сигналів з кручений пари.
Якщо розглядати пасивну лінію (тобто лінію без активного кінцевого обладнання), то кабель типу RG-59 здатний передати без видимих на екрані спотворень композитне відео, телевізійний сигнал стандартів PAL або NTSC тільки на 20-40 м (або до 50-70 м по кабелю RG-11). Спеціалізовані кабелі, наприклад Belden 8281 або Belden 1694A, дозволять збільшити дальність передачі приблизно на 50%.
Для сигналів VGA, Super-VGA або XGA, отриманих з графічних плат комп'ютерів, звичайний кабель VGA забезпечує передачу зображення з роздільною здатністю 640x480 на відстань 5-7 м (а при дозволі 1024x768 і вище такий кабель не може бути довжиною менше 3 м.). Високоякісні промислові кабелі VGA / XGA забезпечують дальність до 10-15, рідко до 30 м. Крім того, лінія зв'язку буде схильна до втрат на високих частотах (High frequency loss), які проявляються в зниженні яскравості до повного зникнення кольору, погіршенні дозволу і чіткості. Для усунення цієї проблеми в удлинителях VGA / XGA використовується схема управління втратами на високих частотах, іменована EQ (Cable Equalization, корекція кабелю) або управління високочастотної складової - HF (High Frequency) control. Схема EQ забезпечує частотнозавісімой посилення сигналу для «випрямлення» амплітудно-частотної характеристики.
Передавальний пристрій подовжувача зазвичай перетворює відеосигнали в диференційний симетричний формат, найбільш відповідний для кручених пар. На приймаючій стороні відновлюється стандартний формат відео для відтворення отриманого сигналу на моніторі.
Мал. 19. Комплект обладнання для перетворення сигналів відео і звукових
стереосігналов в сигнали для передачі по кручений парі на віддалені відстані
На рис. 17 показаний комплект обладнання для перетворення сигналів відео і звукових стереосігналов в сигнали для передачі по кручений парі на віддалені відстані. При застосуванні цих пристроїв для передачі трьох сигналів (1 відео і 2 аудіо) досить одного кабелю кручений пари. Перемикач еквівалентної навантаження дозволяє підключати кілька таких приладів для роботи з прийомними пристроями. Лінія кручений пари може мати відгалуження, але це не вплине на якість зображення.
Приймач і передавач працюють на одній частоті і мають однакові частотний діапазон. Цей пристрій призначений для допускається використовувати кабельні лінії завдовжки кілька сотень метрів. Мовне якість сигналу забезпечується при довжині кабелю до 100 м.
Обмеження по відстані передачі аналогових і цифрових відео- і аудіосигналів можна звести в таблицю.
Тип сигналу | вид сигналу | Смуга пропускання, МГц | Відстань, м |
композитний | аналоговий | 6 | 300 |
S-Video (2 пари) | аналоговий | 6 | 300 |
Компонентний VGA / XGA (4 пари) | аналоговий | 380 | до 100 |
Аудіо балансний | аналоговий | 0,02 | до 200 |
DVI-D | цифровий | 6 | 5 |
IEEE 1394 | цифровий | 400 (800) | 10 |
Оскільки аудіосигнали мають порівняно невелику ширину спектра, то для них проблеми високочастотного загасання сигналу в лінії не мають істотного значення, тому для них, в принципі, можна використовувати і старі дешеві кабелі кручений пари категорії 3.
Кабелі для передачі цифрового сигналу з інтерфейсами DVI і IEEE 1394, в принципі, за своєю конструкцією мало відрізняються від кабелів кручений пари, тому вони також включені в таблицю 2. Однак передача цифрових сигналів у порівнянні з аналоговими має ряд істотних особливостей. Висока стійкість досягається за рахунок застосування особливих технологій кодування сигналу, наприклад, технології T.M.D.S. в DVI.
В цілому. У кабелях категорії 5 і вище пари проводів звиваються з різним кроком для запобігання перешкод, пов'язаних з періодичним зближенням різних пар провідників.
За типом використовуваної обплетення кручений пари і / або кожної окремої пари провідників всередині кручений пари, діляться на:
- - кручена пара без захисного екрану;
- - кручена пара із загальним екраном з фольги. Іноді фольгированную виту пару називають екранованої, що в загальному зрозуміло (адже найпростіше екранування все ж таки присутня), але в цілому не зовсім вірно.
- Неекранована кручена пара з подвійною опліткою (SF / UTP) - також відома як незахищена екранування кручена пара. Відрізняється від FTP наявністю додатково зовнішнього екрана з міді або алюмінію. з подвійним екраном з фольги іноді позначають як F2TP або F2 / UTP. .
- Екранована кручена пара (STP) - У цьому типі кручений пари використовується екран для кожної пари провідників і сітка, застосовувана в якості загального екрану.
- - Кожна пара в оплетке з фольги і мідний зовнішній екран.
Можливості кручений пари різних категорій:
Категорія кабелю | Смуга пропускання кабелю | опис |
cat.1 | 100 КГц | Телефонний кабель. Одна пара. Використовується для передачі даних або голосу за допомогою модему. |
cat.2 | 1 МГц | Іноді зустрічається в телефонних мережах. дві пари провідників, передача даних на швидкості до 4 Мбіт / с |
cat.3 | 16 МГц | Використовується в телефонних мережах, а також при побудові мереж 10BASE-T або token ring. Передача даних на швидкості до 10 Мбіт / с (або до 100 Мбіт / с за технологією 100BASE-T4) максимум на 100 метрів. Перша категорія відповідає вимогам стандарту IEEE 802.3 |
cat.4 | 20 МГц | Відрізняється від cat.3 збільшеною пропускною здатністю (до 16 Мбіт / с по кожній парі) |
cat.5 | 100 МГц | 4 пари. Кабель використовувався при побудові мереж 100BASE-TX, а також для прокладки телефонних ліній. Передача даних до 100 Мбіт / с при використанні двох пар. |
125 МГц | 4 пари. Допрацьована категорія 5. Передача даних до 1000 Мбіт / с при використанні всіх 4 пар. Найпоширеніший для створення сучасних СКС. Іноді зустрічається 2-х парний категорії 5e, здатний передавати дані на швидкості до 100 Мбіт / с - цей тонше і, зрозуміло, дешевше аналогічного 4-х парного. |
|
250 МГц | 4 пари. використовується в мережах Fast Ethernet і Gigabit Ethernet. Передача даних на швидкості до 1000 Мбіт / с або до 10 Гбіт / с на відстані не більше 50 метрів. | |
500 МГц | Доданий в стандарт в 2008 році. 4 пари. Передача даних на швидкості до 10 Гбіт / с. | |
cat.7 | 600-700 МГц | Специфікація затверджена по ISO 11801. 4 пари. Передача даних на швидкості до 10 Гбіт / с. Екранування кожної пари і загальний екран включені в стандарт, тому можна сказати що категорії 7, це практично те ж саме, що S / FTP кабель категорії 6a. |
Кабелі в кручений парі бувають багатожильні та одножильні.
Одножильні не можна піддавати частого згинання, оскільки провідники досить товсті і легко ламаються, тому виту пару з одножильний проводами використовують в основному для прокладки в коробах і стінах. Також, така кручена пара ідеально підходить для монтажу (панелей розеток).
Як матеріал обплетення провідників зазвичай використовується полівінілхлорид (PVC), а в більш якісних кабелях (категорії 5 і вище) - поліетилен (PE) або поліпропілен (PP).
Зовнішня оболонка зазвичай виготовлена з полівінілхлориду з додаванням крейди. Мел підвищує крихкість оболонки, що необхідно для отримання точного облому кабелю по місцю надрізу.
У деяких кабелях для виготовлення оболонки застосовуються спеціальні полімери, які не підтримують горіння. з такою оболонкою позначаються LSZH (Low Smoke Zero Halogen).
Вита пара, призначена для прокладки поза приміщеннями (для зовнішньої прокладки) обов'язково має оболонку з поліетилену - зазвичай, це другий шар оболонки, але бувають і виключення. Також при виготовленні кручений пари для зовнішньої прокладки можуть використовуватися водовідштовхувальний гель всередині і бронювання гофрованої сіткою або дротом.