Несмотря на интенсивное развитие беспроводных технологий, кабельные линии передачи данных все еще остаются наиболее надежным, помехозащищенным, и относительно недорогим решением для организации масштабируемых компьютерных сетей с контролем доступа. Выбор витой пары при проектировании и прокладке таких сетей является одной из основных задач.. Несмотря на кажущуюся простоту проводных технологий, трудности, которые возникают при выборе витой пары, могут поставить в тупик многих, поскольку сэкономить, и в то же время обеспечить работоспособность сети длительное время с гарантированным устойчивым соединением ее активных компонентов будет достаточно трудно. Более того, интенсивное развитие технологий передачи данных приводит к тому, что оборудование, работающее на скорости 100 Мбитс постепенно вытесняется оборудованием 1000 Мбитс, соответственно, при проектировании СКС необходимо заложить определенный запас прочности, т.к. рост скорости предполагает усиленное внимание к качеству линий. Поэтому при выборе витой пары нужно учесть следующие факторы:
Параметры витой пары, которые необходимо учитывать при проектировании СКС, следующие:
Основное различие категорий витой пары - это частота передаваемого сигнала, что, в свою очередь, определяет качество и скорость передачи данных. Категории 5 и 5е работают в полосе частот до 100 МГц. С использованием кабеля категории 5е скорость передачи данных, при этом, может составлять до 1 ГБит/с, поэтому Кабель этой категории, в данный момент, является наиболее распространенным для прокладки компьютерных сетей.
Категории 6 и 6a применяются для сигнала с частотами 250 и 500 МГц соответственно. Такой сигнал позволяет организовать передачу данных со скоростью до 10 Гбит/с на расстояния до 50 метров. В дальнейшем планируется использовать его для передачи данных со скоростью до 40 Гбит/с. Однако такие параметры скорости узкоспециализированы, и использование шестой категории кабеля для прокладки сетей сложно назвать экономически оптимальным вариантом.
Материал жил витой пары
Жилы витой пары могут быть медными, или омедненными. Разница, как обычно, в цене и качестве. Проводимость меди выше, но и кабель с медными жилами стоит дороже. Омеднение жил производится с расчетом на скин-эффект. Его суть состоит в том, что при высоких частотах передаваемого сигнала, большая часть тока протекает по поверхностному слою проводника. Однако, несмотря на то, что у омедненного кабеля много противников, мало кто учитывает, что омеднение омеднению рознь, и плакированный алюминий кабеля Hortex может стать хорошей альтернативой медному кабелю. Качественная плакировка позволяет добиться показателей близких к параметрам медного проводника. Все дело в технологии производства и процентном содержании меди в проводнике кабеля. В то время как большая часть производителей витой пары применяют технологию CCA (copper clad aluminum - алюминий, плакированный медью), производитель кабеля Hortex использует технологию CCAG (Copper Clad Aluminum and Argentum Powder - Алюминий плакированный медью, с использованием серебряной пудры). Данная технология позволяет добиться более качественного омеднения алюминия, по сравнению с CCA, что существенно повышает проводимость витой пары. А вот цена такого кабеля, по сравнению с медными аналогами, отличается в приятную сторону.
Экранированная витая пара
При пролегании витой пары вблизи линий электропитания, мощных источников электромагнитного излучения, или аппаратуры создающей сильные электромагнитные помехи, такие факторы как качество изоляции и экранирование кабеля, приобретают дополнительное значение. Как правило, для предотвращения наводок, и потерь сигнала, сетевой кабель прокладывают не ближе 15 см от бытовой электропроводки, однако для каждого конкретного случая расстояние определяется отдельно.
При наружной прокладке кабеля, или вблизи сильных источников ЭМИ, рекомендуется использовать экранированный кабель. Маркировка экранированного кабеля следующая:
Особенности внутренней и внешней прокладки. Различия материалов изоляции .
Разобравшись с различными характеристиками витой пары, пришло время разобраться с самым главным вопросом - что, куда, и как прокладывать. Какой именно кабель выбрать для прокладки локальной сети.
Прежде всего, следует учесть температурный режим. Изначально, все добросовестные производители витой пары (такие как, например, Larex, Sofetec, и Hortex) используют для внешней оболочки материалы, способные выдержать значительные перепады температур. Наиболее популярным материалом является ПВХ. Он практически по всем параметрам, в том числе и противопожарным, подходит для помещений, но не годится для наружного использования. Это объясняется тем, что ПВХ, усиленный пластификаторами и разными химическими добавками, переносит перепад температур, изгибы и растяжения, но является влагопроницаемым и неустойчивым к УФ материалом. Для наружной прокладки в основном используется светостабилизированный полиэтилен. Этот материал устойчив к температурным перепадам, влагонепроницаем, а светостабилизация делает его устойчивым к ультрафиолетовому излучению. Двойная оболочка кабелей, Sofetec, и Hortex обеспечивает повышенную прочность и устойчивость к внешним факторам.
Для воздушной прокладки, обратите внимание на наличие дополнительного несущего элемента (троса или проволоки). Он примет на себя все нагрузки, и не позволит кабелю оборваться.
При прокладке домашней, или небольшой офисной сети нужно учесть следующие требования:
Как выбрать качественную витую пару
С параметрами и условиями внешней среды все ясно. А как же выбрать и купить витую пару , которая подойдет к конкретным условиям прокладки, и что при этом она будет нужного качества? Самый простой вариант - взять с собой того, кто знает, что к чему. В противном случае, полагаться придется на собственные знания.
Результат выбора некачественного или нестандартного кабеля только один: пропадание сигнала, и, как следствие, нестабильная работа сети. Если жилы тоньше стандартных, то контакт в модуле (сетевой разъем) может полностью отсутствовать. Некачественная изоляция может потрескаться и/или рассыпаться, и, если кабель проложен снаружи здания, то под изоляцию будет попадать вода, которая рано или поздно может оказаться в сетевом оборудовании. Если кабель проложен в помещении, то разрушение изоляции сделает кабель более уязвимым к механическим повреждениям. Некачественное омеднение снижает токопроводящие свойства жил.
Для того чтобы быть уверенным в качестве кабеля, рекомендуем обратить внимание на торговые марки Larex , Sofetec и Hortex . Жила строго соответствует стандарту толщины, двойная оболочка, качественное плакирование: все это выгодно отличает указанные торговые марки от продукции других производителей. Несмотря на то, что Larex и Sofetec плакируются по технологии CCA, и параметры этого кабеля несколько ниже по сравнению с медью, при соблюдении стандартов и требований к прокладке кабеля, свойства кабеля данных торговых марок обеспечат достаточный запас прочности и надежности СКС. Кабель Hortex, плакированный по технологии CCAG с большим процентным содержанием меди, в свою очередь, наиболее приближен по своим электрическим параметрам к медным кабелям и имеет сопротивление жилы ≈140 Ом/км. Так же, кабели марок Larex, Sofetec и Hortex имеют все необходимые сертификаты и соответствия стандартам качества, и противопожарной безопасности.
Особенности и специфика выбора кабеля для решения разных задач
Основные требования, которые ставит проектировщик СКС, сводятся к стабильной работе сети, минимизации потерь, и максимальному строку службы сети. Задачи, решение которых требует выполнения вышеозначенных требований, различны. Для наиболее типичных проектов небольших офисных или домашних сетей, при соблюдении правил прокладки, достаточно будет купить витую пару UTP кабель как при прокладке к роутеру, так и от роутера к компьютеру. Для более крупных офисных сетей так же предпочтительнее использовать UTP, поскольку при использовании экранированного кабеля возникают дополнительные трудности с заземлением экрана: согласно стандартам ANSI/TIA/EIA-568-A и международного стандарта ISO/IEC 11801 экран должен быть заземлен с обоих концов на шине телекоммуникационной системы заземления. Именно в связи с трудностями заземления, FTP рекомендуется использовать при прокладке межсерверных, внутрикластерных линий в пределах общего контура информационной "земли", либо в пределах разных контуров, но с выполнением всех требований к контурам заземления информационных цепей.
Витую пару так же используют для создания систем видеонаблюдения. По ней передается видеосигнал, и рекомендуется использовать экранированный кабель, особенно если питание на видеооборудование подается дистанционно.
Независимо от типов задач, и требований, возлагаемых на кабель, в первую очередь он обязан соответствовать стандартам и иметь сертификаты качества, что гарантирует его работоспособность в любых сегментах структурированных сетей и сетевых протоколах. Поэтому, если бюджет не позволяет использовать медный кабель, не стоит использовать продукцию безымянных производителей. Несмотря на то, что стоимость такого кабеля существенно ниже, экономия будет сомнительной, если через год кабель придется полностью менять. Кабели торговых марок Larex, Sofetec и Hortex, позволяют оптимизировать бюджет на прокладку кабельных линий, и гарантируют высокое качество продукции, что позволяет использовать кабель для решения широкого спектра задач.
Какой кабель использовать для IP камер видеонаблюдения, при проектировании локально-вычислительных сетей или интегрированных систем безопасности?
Назначение.
Выбирать utp кабель витая пара нужно в зависимости от поставленной цели. Каждый кабель имеет свое назначение и лучше справится со своей задачей.
Какой кабель можно проложить под землей? Какой использовать на улице? Какой можно «пустить» на ? Какой можно использовать в детских учреждениях/больницах? Какой использовать в местах массовых скоплений людей: торговых центрах, аэропортах, вокзалах?
Расшифровка обозначений кабеля "витая пара".
Обратите внимание, провод может иметь несколько маркировок в разных сочетаниях, например: FRLSLTx.
| PE | Кабель для улицы (внешней прокладке). Защитная внешняя оболочка, состоит из светостабилизированного полиэтилена черного цвета (СПЭ), имеет аббревиатуру PE. Устойчив к ультрафиолету, погодным осадкам и способен эксплуатироваться при температурах, в диапазоне: -60°С до +70°С |
| Трос | Наличие троса. Позволяет прокладывать витую пару «воздухом» между опорами при помощи анкерных натяжных зажимов или иных устройств. на кабель с тросом в каталоге. |
| К | Бронированный кабель. Поверх оболочки наложена броня в виде оплетки из стальных оцинкованных проволок, позволяющая защитить кабель от грызунов. Подойдет для прокладке под землей. Имеет индекс в маркировке К (бронепокров из стальных круглых проволок). |
| PUR | Кабель для прокладке в сырых помещениях и химически агрессивных средах: кислотах, бензине, жирах, маслах, озоне, гидролизе, воде и холоде - имеет маркировку: PUR, изготавливается из безгалогенного термопластичного полиуретана оранжевого цвета. |
| LS | Кабель пониженной пожароопасности, с низким дымо- и газовыделением, серого или белого цвета подойдет для монтажа на промышленных предприятиях. |
| нг(A) | Не распространяющий горение по категории А |
| HF | Безгалогенный (Halogen Free). Покрытие изготовлено из безгалогенной полимерной композиции. Безгалогенный провод применяется в местах, с повышенными требованиями к общей безопасности: в местах массовых скоплений людей. Кабелю предъявляются очень высокие требования: кабельная магистраль должна сохранять работоспособность не менее 1,5 ч в условиях возникновения пожара, защитная оболочка не должна поддерживать горение, и он должен быть абсолютно безопасен для окружающей среды. на безгалогенный кабель в каталоге. |
| LSLTx | Низкотоксичный (Лоутокс). Кабель с низкой токсичностью продуктов горения. Предназначен для прокладки в зданиях детских образовательных учреждений, учреждений здравоохранения и социальных домах. |
| FR | Огнестойкий кабель, применяется для систем оповещения: управления эвакуацией (СОУЭ), речевых систем оповещения, передающих данные по сетям Ethernet |
| FRLS | Огнестойкий, с низким дымо/газовыделением. Применяется при монтаже в офисных помещениях, промышленных предприятиях, на территории метрополитена. |
| FRHF | Огнестойкий, безгалогенный. Применяется при монтаже жилых/не жилых помещений, в том числе в местах с массовым пребыванием людей, а так же в помещениях с микропроцессорной техникой: Дата центры, серверные. на огнестойкий, безгалогенный кабель в каталоге. |
| PVC | Кабель для помещения (внутренней прокладке). Имеет ПВХ оболочку, обычно серого или белого цвета. Допускается использовать во вне помещений, при условии защиты от прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков. |
| LSZH; ZH нг(A)-HF | LSZH (Low Smoke Zero Halogen, означает-низкое дымовыделение, безгалогенный), иногда его пишут как: LSOH. В России согласно: ГОСТ Р 54429-2011 и ГОСТ 31565-2012 данный кабель будет иметь маркировку: ZH нг(A)-HF. Применяется при размещении в метрополитене, промышленных предприятиях, офисных помещениях, высотных зданиях, зданиях-комплексах, в том числе с массовым скоплением людей, помещениях, оснащенных компьютерной и микропроцессорной техникой. |
| Экран | Наличие экрана. Для защиты от электрических шумов и помех используется экран, он может быть общим-сразу для всех жил кабеля или для каждой пары. В качестве общего экрана может выступать оплетка, фольга или оплетка с фольгой вместе. |
| U/UTP | UTP - Не экранированная витая пара. на кабель в каталоге. |
| F/UTP | FTP - Общий экран из фольги. на кабель в каталоге. |
| S/UTP | STP - Общий экран из оплетки |
| U/FTP | STP - Экран для пар в виде фольги |
| F/FTP | FFTP - Экранированный фольгой кабель с экранированной фольгой вокруг каждой пары |
| S/FTP | SFTP - Общий экран в виде оплетки с экраном пар из фольги |
| SF/UTP | SFTP - общий экран из оплетки и из фольги |
| SF/FTP | SFTP - общий экран из фольги и оплетки, а также с экранированными фольгой парами |
| Категория 5e | Наиболее популярный тип кабеля, имеет рабочую частоту до 125Mhz, позволяет организовать скорость передачи данных до 100 Мбит/с (при использовании 4жил: 1,2,3,6) и скорость передачи данных до 1 Гбит/с (при использовании 8жил). Жилы центрального проводника могут быть медными или омедненными с диаметром от 0,46 - 0,52 мм. на категорию 5е в каталоге. |
| Категория 6 | В Категории 6 используются проводники большего диаметра и меньший шаг скрутки, по сравнению с 5ой, это способствовало увеличению пропускной способности кабеля. Имеет рабочую частоту 250Mhz. Позволяет организовать скорость передачи данных до 10 Гбит/с на расстояние до 55м. на категорию 6 в каталоге. |
| Категория 6a | Рабочая частота 500Mhz. Позволяет организовать скорость передачи данных до 10 Гбит/с на расстояние до 100м. Применяется в сетях: 10 Gigabit Ethernet. на категорию 6а в каталоге. |
| Категория 7 | Скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Рабочая частота до 700Mhz. на категорию 7 в каталоге. |
| Категория 7a | Скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Применяется в сетях: 10GBASE-T. Рабочая частота до 1200 Mhz. На сегодняшний день, предлагает max ширину канала при построении сети на основе витой пары. на категорию 7а в каталоге. |
| +2*X | Комбинированная витая пара. Имеет дополнительные токопроводящие жилы: Обычно, медные или алюминиевые, сечением от 0,5-1,5 мм². Рабочее напряжение до 600В переменного или постоянного тока. Комбинированный кабель позволяет передавать цифровой сигнал и подавать питание на электрооборудование (камеру видеонаблюдения, ик подсветку, обогрев камеры, видеорегистратор, коммутатор, и др. сетевые устройства). на выбор комбинированной витой пары с доп. питанием в нашем каталоге. |
| Solid | Обозначает, что проводники витой пары - моножильные (цельные). Такой кабель имеет лучшие волновые характеристики, и худшие механические. При построении систем видеонаблюдения желательно использовать именно его. |
| Stranded или Flex | Многожильная витая пара. Такой кабель лучше изгибается, способен выдерживать большее количество перегибов, рекомендуется использовать в местах подверженных вибрации или движению: например на автотранспорте. Также он лучше подойдет для изготовления патч-кордов ( в каталоге). |
Вопросы, замечания и предложения пишите на: samohvalov@сайт
Витая пара относится к кабельным системам со своей структурой, применяется для передачи информации в сетях телекоммуникаций. Подключение к устройствам сети производится разъемом 8Р8С. Рассмотрим технические данные витой пары, учитываемые при образовании вычислительных сетей.
Большая популярность использования витой пары вызвана тем, что она совмещается с разными типами оборудования, проста в установке, имеет низкую стоимость для образования сети. Опрессовка производится специальными клещами для обжима.
Скручивание проводов производят с определенной целью. Переплетение проводов с определенным шагом плетения образует пару проводов, с помощью которых качество связи улучшается. Помехи от электромагнитных волн оказывают равномерное влияние на провода в паре, снижают взаимные наводки во время передачи сигналов, внешних факторов во время работы.
Витая пара имеет различные технические данные. Это зависит от категории. Он состоит из множества медных проводников, образующих пару. Проводники могут быть в изоляции из поливинилхлорида, либо полипропилена. Кабели повышенного качества оснащены тефлоновой изоляцией, либо полиэтилена. Такая изоляция дает гарантию малых диэлектрических потерь, защищает проводники от повышенного нагрева. Проводники могут быть из одной или нескольких жил, составляющих пучок.
Чтобы было удобно разделывать кабель, в оболочке предусмотрена капроновая нить для разрыва. Наружная оболочка изготавливается из поливинилхлорида, а также огнестойких полимеров.
нг(A) — HF; нг(B) — HF; нг(C) — HF; нг(D) — HF;
Наружная оболочка изготовлена из гидрофобного полиэтилена. Его наносят поверх ПВХ оболочки. Пустую область в кабеле заполняют гидрофобным гелием, а также могут оснастить бронированием специальной лентой.
Применением разных цветов выполняют идентификацию и назначение оболочки кабеля. Черный цвет показывает, что кабель защищен от сырости, стойкость к горению имеет оранжевый кабель. Сетевой кабель светло-серый используют внутри офисов, жилых домов.
Кабели связи бывают многожильными и одножильными, а также, с экранированной оболочкой и без экрана.
Витая пара с одинарной жилой используется для проведения линии в стене, не подключается непосредственно к устройствам. К кабелю подключают оборудование оконечного вида, например, розетку (терминирование). Такой кабель имеет легко переламывающиеся жилы.
Витая пара с несколькими жилами применяется для коммутации цифровых устройств. Такой кабель подходит для изгибов, у него тонкие жилы. Многожильный кабель обладает значительным сигналом затухания, поэтому его наибольшая длина не должна быть больше 100 м.
Категории витых пар делятся на категории по принципу интервала частоты пропускания сигнала. Это достигается числом витков. Чем выше частота пропускания и число витков, тем выше категория.
За последнее время в науке произошел большой прогресс, но многие изобретения были сделаны еще в 19 веке. Сегодня витая пара используется широко:
Если сравнивать коаксиальный шнур и витую пару, то лучшей защитой потока данных от помех обладает витая пара, ввиду ее структурных особенностей. Это особенно заметно на расстоянии около 2 километров. Сигнал получается четким и чистым, особенно, если использован заземленный провод с экраном. Такой провод актуален в местах с большим электромагнитным излучением.
Линия может одновременно передавать несколько сигналов: звук, видео, телеметрические данные. Есть одно ограничение: число пар в кабеле. Чтобы не было влияния этих пар друг на друга в кабеле, шаги скрутки делают разными. Чем точнее будет балансировка, тем негативное воздействие пар друг на друга будет ниже.
Расходы на установку и подключение локальной сети компьютеров или видеонаблюдения с разными мониторами и камерами снижаются, так как требуется меньшая длина кабеля. Если витая пара прокладывается на расстояние более двух километров, то частота сигнала заметно затухает. Поэтому сетевой кабель чаще применяется в коротких сетях. Лучше выбирать кабель из медных жил, а не из омедненной стали.
Разберемся, как обжимать витую пару, необходимую для соединения компьютеров между собой в локальной сети, либо подключение телевизора к хабу, либо другого медиа устройства.
У нас есть кабель, коннекторы и обжимные клещи, необходимые для обжатия самой витой пары. Рассмотрим, как обжимаются два разных коннектора. Один двухкомпонентный, другой однокомпонентный. Двухкомпонентный коннектор состоит из двух частей, имеет дополнительную вставку, которая якобы позволяет облегчить сборку проводов в коннекторе. Однокомпонентный коннектор не имеет никаких вставок.
Витая пара имеет четыре витые пары из восьми проводников. Это означает, что имеется восемь проводов, разделенных по цветам. Из них каждые два провода скручены между собой, тем самым они образуют витую пару.
Для домашней сети подойдет кабель категории 5Е. Он предназначен для прокладки внутри помещений. Существует более дешевый вариант кабеля, где вместо восьми проводников всего четыре провода. То есть, в кабеле имеется всего две витые пары.
Прямое соединение используется для соединения компьютер – хаб, и подключения других устройств к хабу. Второе используется для соединения двух компьютеров, либо для подключения компьютера к хабу. Рекомендуется обжимать кабель по второму варианту. Если соедините компьютер с хабом, то этим же кабелем можете соединить и два компьютера. Вам не придется пережимать кабель, который был обжат первым вариантом.
На рисунке видно, что некоторые провода перекрещиваются. Это означает, что на одном коннекторе идет нумерация одна, на втором коннекторе будет нумерация этих же проводов совсем другая.
Существуют стандарты обжатия проводов по цветам. Для передачи данных используется всего лишь четыре провода. Это 1, 2, 3, и 6 проводники. Они и есть самые главные провода. Они перекрещиваются следующим образом: первый – третий, второй – шестой. Остальные провода идут параллельно.
Рассмотрим, как коннектор по второй схеме. Для начала мы должны обрезать конец провода с помощью клещей. Для этого в них есть специальный нож.
Расправляем провода, и раскручиваем пары, выпрямляем проводники. Распределяем их по цветам, как было показано на рисунке. Разравниваем их, чтобы они плотно прилегали друг к другу.
Еще раз проверяем расположение по цветам. Теперь берем обжимные клещи и ножом, который в них имеется, отрезаем проводники длиной 1,5 см от края внешней изоляции.
После обрезки имеется ровный аккуратный край. Теперь берем коннектор. Если коннектор повернуть к себе, то первый контакт будет располагаться справа, а восьмой слева. Теперь вставляем проводники в коннектор. Одновременно прижимаем их к плоскости гребенки и к нижней стенке коннектора.
Там имеются специальные направляющие, для каждого провода свой направляющий канал. Вставляем до конца. Каждый проводок должен блестеть. Это говорит о том, что он уперся в пластиковый корпус и вставлен до конца.
Тем самым зажимается гребенка контактов на проводах, а с другой стороны происходит зажатие изоляции. Это правильно обжатый коннектор RJ-45, все сделано правильно. Теперь снять его практически невозможно.
Теперь рассмотрим, как обжимается двухсоставной коннектор. Также чистим изоляцию, расправляем провода, выпрямляем их. Если капроновая нить, находящаяся в изоляции, мешает, то ее можно обрезать.
Первый провод должен быть не бело-оранжевый, а бело-зеленый. Все цвета проводов набираются по вышеприведенной схеме. Все операции те же, только другие цвета. Еще разница состоит в том, чтобы облегчить обжатие контактов, имеется пластиковая вставка. У нее есть небольшой уступчик, который мы располагаем вверх. Обрезаем ровно провода, вставляем провода в эту вставку.
Особенность этого коннектора в том, что возникают сложности со вставлением проводов во вставку. Но удобно тем, что она держит провод, сохраняет порядок и нумерацию проводов. Теперь еще раз обрезаем провода, делаем ровный край на расстоянии 5 мм от вставки.
Теперь также одеваем коннектор, только уже прижимать пластик не нужно.
Вставляем провода со вставкой до конца. Теперь вставляем коннектор с проводами в обжимные клещи и также зажимаем.
Наш коннектор обжат. Мы получили небольшой патч-корд для соединения двух компьютеров, либо подключения компьютера к хабу.
Электрический сигнал может быть передан получателю по каналу связи в виде проводной или кабельной линии. В процессе распространения несущего колебания в канале связи передаваемый сигнал может искажаться, поражаться шумами и помехами природного и индустриального характера. Минимизация влияния искажений и шумов достигается за счет выбора способа модуляции, частоты и мощности несущего колебания и других факторов.
Достоинство аналогового способа представления и передачи сообщения заключается в том, что аналоговый сигнал в принципе может быть абсолютно точной копией сообщения. Недостатки аналогового способа являются, как часто бывает, продолжением его достоинств. Аналоговый сигнал может иметь любую форму, поэтому, если, например, при записи к сигналу добавился шум, то выделить оригинальный, или записываемый, сигнал на фоне шума очень трудно и часто невозможно. Аналоговому способу присущ эффект накопления искажений и шумов, который может ставить предел расширению функциональных возможностей аналоговых систем. Аналоговая техника связи прошла длинный путь усовершенствований и достигла высокого уровня. Однако дальнейшее расширение функциональных возможностей и повышение качественных показателей аналоговой аппаратуры связано с затратами, которые могут сделать новое оборудование недоступным для массовой потребительской аудитории. Сейчас аналоговая техника уступает место цифровым системам.
С точки зрения схемотехники цифровая аппаратура сложнее аналоговой, однако, ее функциональные возможности гораздо шире, а некоторые из них принципиально недостижимы при аналоговой обработке сигнала.
Для передачи непрерывных сообщений с помощью цифровой системы связи аналоговые сигналы, отображающие непрерывные сообщения, должны быть подвергнуты дискретизации и квантованию.
Оцифровка сигнала всегда связана с появлением шумов и возникновением искажений (частотных, нелинейных, а также некоторых специфических искажений). Однако аналого-цифровое преобразование выполняется в цифровой системе связи только один раз. Сигнал в цифровой форме может затем претерпевать любое количество обработок и преобразований, и при этом уже не вносятся дополнительные искажения и шумы.
Исторически сложилось так, что первые линии для передачи сигнала, начиная от примитивного проволочного телеграфа и заканчивая современными коаксиальными линиями, были несимметричными.
Передачу сигналов по коаксиальному кабелю называют несимметричной передачей, так как коаксиальный кабель замыкает контур между источником и приемником, где центральная жила кабеля является сигнальным проводом, а экран – заземляющим. Несмотря на хорошее экранирование, коаксиальный кабель подвержен воздействию помех, поэтому передача с его помощью композитного сигнала и компонентного видеосигналов на значительные расстояния невозможна. Кроме того, коаксиальный кабель требует согласования выходного импеданса источника и входного импеданса приемника со своим характеристическим импедансом, особое внимание приходится уделять раскладке кабеля и заделке разъемов.
Поскольку жизнь и работа современного человека буквально насыщены радиоэлектронной аппаратурой, ясно, что проблема электромагнитной совместимости, защиты линий передачи сигналов от шумов и помех будет только усложняться.
Дальнейшее усовершенствование экранирования кабелей дает незначительный эффект при одновременном существенном росте их стоимости, поэтому потребовалось принципиально новое техническое решение. И оно было найдено за счет разработки схем балансной передачи сигнала или симметрирования.
При балансной передаче сигнала все электромагнитные помехи и шумы одинаково воздействуют на оба сигнальных провода линии. Когда сигнал достигает приемного конца линии, он попадает на вход дифференциального усилителя с хорошо сбалансированным фактором коэффициента ослабления синфазного сигнала (КОСС).
Если два провода имеют схожие характеристики и достаточно закруток на метр (чем больше, тем лучше), на них будут одинаково воздействовать шумы, падение напряжения и наводки. Усилитель с хорошим КОСС на приемном конце линии устранит большую часть нежелательных шумов.
Витая пара обычно дешевле коаксиального кабеля, ее легче раскладывать, а разделка разъемов не представляет никаких проблем.
Идея балансной передачи сигнала состоит в том, что для нее используется три, а не два провода (как в несимметричных линиях) (рис. 1). Входной сигнал перед подачей в линию инвертируется таким образом, что сигнал U г2 отличается по фазе от сигнала U г1 на 180 градусов. Понятно, что шумы и помехи, наводимые в обоих сигнальных проводах линии, будут иметь одинаковую амплитуду и фазу.
На выходе линии устанавливается дифференциальный усилитель, который устроен таким образом, что усиливает сигналы, пришедшие на его входы в противофазе и подавляет синфазные сигналы.
Рис. 1. Балансная передача сигнала
Из рисунка видно, что последовательно с проводниками сигнальных линий оказываются включенными два синфазных напряжения шумов U ш1 и U ш2 , которые вызывают появление токов шумов I Ш1 и I Ш2 . Источники U Г1 и U Г2 совместно создают сигнальный ток I Г . При этом суммарное напряжение на нагрузке составит
U H = I ш1 R H1 - I ш2 R H2 + I Г (R H1 + R H2 )
Первые два члена в правой части уравнения представляют собой напряжения шумов, а третий член – напряжение полезного сигнала. Если I Ш1 равен I Ш2 и R H1 равно R Н2 , то напряжение шумов на нагрузке равно нулю:
U Н = I Г (R H1 + R H2 )
т. е. шумы и/или помехи компенсируют друг друга.
Степень симметрии схемы, или коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС), определяется как отношение синфазного напряжения шумов к вызванному им дифференциальному напряжению шумов и выражается обычно в децибелах (дБ).
Чем лучше симметрия схемы, тем большее подавление шумов можно получить. Если было бы возможно достичь совершенной симметрии, шумы вообще не могли бы проникать в систему. От хорошо спроектированной системы можно ожидать симметрию 60 – 80 дБ. Можно получить и лучшую симметрию, однако для этого обычно требуются специальные кабели, и может понадобиться индивидуальная подстройка схемы.
СОВЕТ
Применяйте симметрирование в сочетании с экранированием там, где уровень шумов должен быть ниже уровня, достижимого при использовании только экранирования, или даже вместо экранирования.
Как и любое техническое решение, симметрирование линий передачи сигнала имеет свои недостатки.
«Витая пара» (twisted pair) – это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Кабель отличается от провода наличием внешнего изоляционного чулка (Jacket). Этот чулок главным образом защищает провода (элементы кабеля) от механических воздействий и влаги.
Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели витой пары сильно отличаются по качеству и возможностям передачи информации. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при передачи сигнала.
Рис. 2. Внешний вид кабеля неэкранированной витой пары
Конструкцию кабеля витой пары понятна из рисунка.
Калибр определяет сечение проводников. Кабели и провода маркируются в соответствии со стандартом AWG (American Wire Gauge – американские калибры проводов). В основном применяются проводники 26 AWG (сечение 0.13 мм 2), 24 AWG (0.2 – 0.28 мм 2) и 22 AWG (0.33 – 0.44 мм 2). Однако калибр проводника не дает информации о толщине провода в изоляции, что весьма существенно при заделке концов кабеля в модульные вилки.
Толщина изоляции – около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид (английское сокращение PVC), для более качественных образцов 5 категории используется полипропилен (PP) или полиэтилен (PE). Наиболее качественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, которые обеспечивают низкие диэлектрические потери, или из тефлона, который обеспечивает работу кабеля в широком диапазоне температур.
Разрывная нить (обычно из капрона) используется для облегчения разделки внешней оболочки: при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников.
Внешняя оболочка имеет толщину 0,5-0,6 мм, и обычно изготавливается из поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает ее хрупкость. Это необходимо для получения точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Кроме этого, начинают применяться так называемые «молодые полимеры», которые не поддерживают горения, и не выделяют при нагреве ядовитых газов-галогенов. Их широкому внедрению пока мешает только более высокая (на 20-30%) цена.
Самый распространенный цвет оболочки – серый. Оранжевая окраска, как правило, указывает на негорючий материал оболочки.
Кроме данных о производителе и типе кабеля, его маркировка обязательно включает в себя метровые или футовые метки.
Конструкция кабельного сердечника достаточно разнообразна. В недорогих кабелях пары уложены в оболочке «как попало». Более качественные варианты предусматривают парную (по две пары между собой) или четверочную скрутку (все четыре пары вместе). Последний вариант позволяет уменьшить толщину сердечника и достигнуть лучших электрических характеристик.
Категория (Category) витой пары определяет частотный диапазон, в котором ее применение эффективно. В настоящее время действуют стандартные определения 5 категорий кабеля (Cat 1 – Cat 5), однако уже выпускаются кабели категорий 6 и 7.
Для идентификации пар внутри кабеля используют цветовую маркировку. Так первые четыре пары имеют соответственно базовые цвета: Синий, Оранжевый, Белый и Коричневый. Чаще всего основной провод в паре целиком окрашивается в базовый цвет, а дополнительный провод имеет белую изоляционную оболочку с добавлением полосок базового цвета.
Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP) хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних излучений, а также снижает потери мощности в кабеле в виде излучения. Экранированная витая пара имеет множество разновидностей.
СОВЕТ
Наличие экрана требует при проведении монтажных работ выполнения качественного заземления, что усложняет и удорожает кабельные системы на STP, но при корректном заземлении экрана обеспечивает лучшую электромагнитную совместимость кабельной системы с остальными источниками и приемниками помех
Однако некорректное заземление экрана может приводить и к обратному результату. Кроме того, наличие экрана, который требуется заземлять с обоих концов кабеля, может вызвать проблему обеспечения равенства «земляного» потенциала в пространственно разнесенных точках.
Кабель на неэкранированной витой паре (Unshielded Twisted Pair, UTP) в настоящее время являются основной средой передачи данных для неоптических технологий. Кабель сочетает хорошие электрические и механические характеристики с удобством монтажа и сравнительно невысокой стоимостью.
Классификация кабелей на витой паре приведена в таблице 1.
* Не стандартизованы.
Кабели категории 1 применяют там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабели для передачи сигналов звукового диапазона и низкоскоростной (десятки Кбит/c) передачи данных. До 1983 года UTP cat.1 был основным кабелем для телефонной разводки в США.
Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году. При полосе пропускания 16 МГц этот кабель использовался для построения высокоскоростных по тому времени сетей и в настоящее время кабельные системы многих зданий построены на UTP cat.3, который используется как для передачи данных, так и для передачи сигналов звукового диапазона.
Кабели категории 4 представляют собой улучшенный вариант UTP cat.3 – у них полоса пропускания расширена до 20 МГц, улучшена помехоустойчивость и снижены потери. На практике эти кабели применяются редко; в основном там, где необходимо увеличить длину линии с обычных 100 м до 120-140м.
Кабели категории 5 специально разработаны для поддержки высокоскоростных компьютерных технологий, таких как FastEthernet и GigabitEthernet. Полоса пропускания кабеля 5 категории – 100МГц. Кабель категории 5 в настоящее время заменил UTP cat.3 и является основой всех новых кабельных систем.
Особое место занимают кабели категорий 6 и 7 , которые выпускаются сравнительно недавно и имеют полосу пропускания 200 и 600 МГц соответственно. Кабели категории 7 обязательно экранируются; UTP cat.6 могут быть как экранированными, так и нет. Они используются в высокоскоростных сетях на отрезках большей длины, чем UTP cat.5. Эти кабели значительно дороже 5-ой категории и по стоимости приближаются к волоконно-оптическим кабелям. Кроме того, они пока не стандартизированы и их характеристики определяются только фирменными стандартами, из-за чего возникают проблемы при тестировании кабельной системы (спецификация по тестированию TSB‑67 стандарта EIA/TIA-568A не включает кабели 6-ой и 7-ой категорий).
Некоторыми фирмами уже выпускаются кабели витой пары категории 8. Они предназначены для передачи данных на частоте до 1200 МГц (широкополосные системы кабельного телевидения и современные приложения типа SOHO). Кабель состоит из 4 индивидуально экранированных витых пар, в общей оплетке, покрытой оболочкой из LSZH материала для использования внутри помещения. Благодаря индивидуальному экранированию пар алюминиевой фольгой, кабель обладает крайне высокими значениями NEXT. Для кабелей этой категории характерны стабильные значения волнового сопротивления и затухания, а также отсутствие резонанса на частоте до 1200 МГц.
Кабели 8 категории соответствуют жестким требованиям стандарта ISO 11801 (2-ое издание) и превышают требования стандартов ISO/IEC 11801 для классов D, E, F и IEC 61156-5, IEC 61156-7 (CVD) для категорий 5е, 6 и 7.
STP с обозначением вида «Type xx» – «классическая» витая пара, разработанная IBM для компьютерных сетей TokenRing. Каждая пара этого кабеля заключена в отдельный экран из фольги, обе пары заключены в общий плетеный проволочный экран, снаружи все покрыто изоляционным чулком, импеданс – 150 Ом. Распространенные кабели STP Type1 – одножильный калибра 22 AWG, STP Type 6 – многожильный 26 AWG и STP Type 9 – одножильный 26 AWG. Кабель Type 6A, используемый для коммутационных шнуров, не имеет индивидуального экранирования пар.
ScTP (Screened Twisted Pair) – кабель, в котором каждая пара заключена в отдельный экран.
FTP (Foilled Twisted Pair) – кабель, в котором витые пары заключены в общий экран из фольги.
PiMF (Pair in Metal Foil) – кабель, в котором каждая пара завернута в полоску металлической фольги, а все пары – в общем экранирующем чулке. По сравнению с «классическим» STP этот кабель тоньше, мягче и дешевле (хотя про кабель PiMF на 600 МГц такого уже не скажешь).
Кабели могут иметь различные номиналы импеданса. Стандарт EIA/TIA-568A определяет два значения – 100 и 150 Ом, стандарты ISO11801 и EN50173 добавляют еще и 120 Ом. Заметим, что кабель UTP практически всегда имеет импеданс 100 Ом, а экранированный кабель STP первоначально существовал только с импедансом 150 Ом. В настоящее время существуют типы экранированного кабеля и с импедансом 100 и 120 Ом. Импеданс применяемого кабеля должен соответствовать импедансу соединяемого им оборудования, в противном случае помехи, возникающие от отраженного сигнала, могут привести к неработоспособности соединений.
Наибольшее распространение получили кабели с числом пар 2 и 4 калибра 24 AWG. Из многопарных популярны 25-парные, а также сборки 6 штук из 4-парных.
Кабели чаще всего бывают круглыми – в них элементы собираются в пучок. Существуют и специальные плоские кабели для прокладки коммуникаций под ковровыми покрытиями (Undercarpet Cable), среди которых есть и кабели категорий 3 и 5.
Проводники могут быть жесткими одножильными (Solid) или гибкими многожильными (Stranded или Flex).
СОВЕТ
Для стационарных инсталляций применяйте кабель с одножильными проводами, который обычно обладает лучшими и более стабильными характеристиками
Для подключения абонентского оборудования, и коммутации используются гибкие кабели (шнуры, патч-корды).
Патч-корд (patch cord) – это отрезок многожильного 4-парного кабеля длиной 1-10 м с вилками RJ-45 на концах.
Для обеспечения устойчивости к постоянным изгибам, проводник у них выполнен не из одной, а из семи более тонких медных проволок толщиной около 0,2 мм каждая (многопроволочная конструкция). Той же цели служит более толстая (до 0,25 мм) изоляция, и внешняя оболочка повышенной гибкости.
Из-за большего, в сравнении с обычным, затухания использовать кабель для шнуров оправдано только на небольшие расстояния, как правило, не более 5 метров с каждой стороны линии.
Кабели соединяются между собой с помощью коннекторов. Коннектор обеспечивает механическую фиксацию и электрический контакт. Как и кабели, они классифицируются по категориям, определяющим диапазон рабочих частот.
Для витой пары широко применяют модульные разъемы (Modular Jack), широко известные под названием RJ-45: розетки (Outlet, Jack) и вилки (Plug). Само сокращение RJ расшифровывается как Registered Jack.
Рис. 4. Кабельный разъем RG-45
Розетки категории 5 (на них должно быть соответствующее обозначение) отличаются от розеток 3-й категории способом присоединения проводов: в категории 5 допустим только зажим провода ножевым разъемом (типа S110), в категории 3 применяют и зажим провода под винт. Кроме того, на плате розетки категории 5 имеются согласующие реактивные элементы с нормированными параметрами, выполненные печатным способом. Категорию модульных вилок на взгляд определить затруднительно. Вилки для одножильного и многожильного кабеля различаются формой игольчатых контактов. Для экранированной проводки розетки и вилки должны иметь экраны, сплошные или же только обеспечивающие соединение экранов кабелей.
Для коммутации кабельных каналов и подключения сетевого оборудования используют патч-панели, (рис. 4) которые выпускаются многими фирмами, и настенные розетки (рис. 5).
Характеристики кабеля витой пары напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при передачe сигнала.
Рис. 7. Пояснение сбалансированности витой пары
Сбалансированность пары является фактически определяющей характеристикой качества кабеля, поскольку влияет на большинство других его свойств. Дело в том, что электромагнитное (Electro Magnetic – EM) поле наводит электрический ток в проводниках и образуется вокруг проводника при протекании по нему электрического тока. Взаимодействие между EM-полями и токонесущими проводниками может оказывать отрицательное воздействие на качество передачи сигнала. В обоих же проводниках сбалансированной пары электромагнитные помехи (em1 и em2) наводят одинаковые по амплитуде сигналы, (S1 и S2) находящихся в противофазе. За счет этого суммарное излучение «идеальной пары» стремится к нулю.
Если в кабеле присутствует более одной пары, то для исключения взаимных наводок пар, которые могли бы нарушить электромагнитный баланс, пары скручивают с различным шагом.
Как всякий проводник, витая пара имеет сопротивление переменному электрическому току (характеристический импеданс ). Для различных частот это сопротивление может быть различным. Витая пара имеет импеданс обычно 100 или 120 Ом. В частности для кабеля Cat. 5 в диапазоне частот до 100 МГц импеданс должен составлять 100 Ом +15%.
Для идеальной пары импеданс должен быть одинаковым по всей длине кабеля, поскольку в местах неоднородности возникает эффект отражения сигнала, что в свою очередь может ухудшить качество передачи информации. Чаще всего однородность импеданса нарушается при изменении в рамках одной пары шага скрутки, перегиба кабеля при прокладке или иного механического дефекта.
Рис. 8. График характеристического импеданса
Скорость/задержка распространения сигнала NVP (Nominal Velocity of Propagation) – скорость распространения сигнала. Часто применяется производная от NVP и длины кабеля характеристика «delay» (задержка), выражающаяся в наносекундах на 100 метров пары. Если в кабеле присутствует более одной пары, то вводят понятие «delay skew» или разность задержки. Причина ее возникновения состоит в том, что пары не могут быть идеально одинаковы, что и порождает разные задержки распространения сигнала в разных парах.
Важной характеристикой витой пары является погонное затухание (Attenuation), характеризующее величину потери мощности сигнала при передаче. Вычисляется как отношение мощности полученного на конце линии сигнала к мощности сигнала, поданного в линию. Поскольку величина затухания изменяется с ростом частоты, она должна измеряться для всего диапазона используемых частот. Сама величина выражается в децибелах на единицу длины.
Рис. 9. Затухание сигнала в витой паре
На представленном графике показаны потери мощности сигнала при передаче в зависимости от длины кабеля и от частоты сигнала.
Другим важным параметром является NEXT (Near End Crosstalk), или переходное затухание между парами в многопарном кабеле, измеренное на ближнем конце – то есть со стороны передатчика сигнала, которое характеризует перекрестные наводки между парами. NEXT численно равен отношению подаваемого сигнала на одну пару к полученному наведенному в другой паре и выражается в децибелах. NEXT имеет тем большее значение, чем лучше сбалансирована пара.
Рис. 10. Измерение переходного затухания
Кроме оценки взаимных наводок пар на ближнем конце кабеля, переходное затухание измеряют и со стороны приемника сигнала. Данный тест получил название FEXT (Far End Crosstalk).
ACR (Attenuation Crosstalk Ratio) Одной из самых важных характеристик, отражающих качество кабеля, является разность между погонным и переходным затуханиями, выражающаяся в децибелах. Чем меньше погонное затухание, тем большую амплитуду имеет полезный сигнал на конце линии. С другой стороны, чем больше переходное затухание, тем меньше взаимные наводки пар. Таким образом, разность этих двух величин отображает реальную возможность выделения полезного сигнала принимающим устройством на фоне помех. Для уверенного приема сигнала необходимо чтобы Attenuation Crosstalk Ratio был не меньше заданного значения, определяемого стандартами для соответствующей категории кабеля. При равенстве погонного и переходного затухания выделить полезный сигнал становится теоретически невозможно.
Return Loss (RL) При передачи сигнала, возникает так называемый эффект отражения сигнала в обратном направлении. Величина отражения сигнала Return Loss или «обратное затухание» пропорциональна затуханию отраженного сигнала. Характеристика особенно важна при построении линий связи, использующих передачу сигналов по витой паре в обе стороны (полнодуплексная передача). Достаточно большой по амплитуде отраженный сигнал может искажать передачу информации в обратном направлении. Return Loss выражается в виде отношения мощности прямого сигнала к мощности отраженного.
Рис. 11. Пояснение эффекта обратного затухания
1. Необходимо ровно отрезать кабель на расстоянии 5-10 сантиметров от его торца. Даже если старый срез хорошо выглядит, вполне возможно, что под оболочку проникла влага или грязь.
Рис. 12. Снятие оболочки кабеля
Рис. 13. Разъем RJ-45 и порядок обжима проводников
Рис. 14. Выравнивание проводников перед вставкой в разъем
Рис. 15. Обжим разъема RJ-45
Рис. 16. Обжатый разъем RJ-45 на кабеле
Рис. 17. Прямой и перекрестный кабель
2. Для установки разъема нужно освободить от оболочки примерно половину дюйма (1,25 см) проводников. Большинство обжимных инструментов имеют для этого специальное приспособление – пару лезвий и ограничитель. Вставьте конец кабеля в инструмент до упора и надрежьте изоляцию. Именно надрежьте, а не прорежьте, поскольку важно не повредить жилы кабеля. Оболочка легко снимется по линии надреза.
3. В принципе, нет никакой разницы, какая из пар кабеля будет подключена к каким контактам разъема. Главное, что бы были подключены именно пары, а не проводники из разных пар, однако существует общепринятый стандарт EIA/TIA-568В, и лучше ему следовать. Пары подключаются к контактам 1-2, 3-6, 4-5, 7-8 разъема RG-45. Для сортировки проводников неизбежно придется расплетать пары. Это нужно делать на минимальную длину (по стандарту не более чем на 1,25 см), как можно меньше нарушая структуру пар, геометрические размеры и шаг повива не задействованной в разъеме части кабеля.
4. После того, как проводники будут ровно уложены, и выпрямлены, нужно выровнять край, подрезав их.
5. Аккуратно вставьте проводники в разъем. Каждая жила должна войти в свой паз внутри разъема RJ-45 до упора, что можно проконтролировать через прозрачный корпус разъема. Если какой-либо проводник не дошел до конца, нужно вытащить кабель целиком из разъема и начать заново.
6. Затяните в корпус разъема за фиксатор край оболочки кабеля таким образом, чтобы после обжима оболочка удерживалась разъемом.
7. Перед обжимом убедитесь, что все жилы и оболочка кабеля расположены правильно. После этого вставьте разъем в гнездо на инструменте, и плавно, в одно движение обожмите разъем. Острые кромки контактов прорежут изоляцию и обеспечат надежный контакт, а фиксатор будет утоплен внутрь корпуса, дополнительно закрепляя кабель.
8. Разъем готов. Перед использованием его желательно осмотреть, обращая особое внимание на состояние контактов. Все они должны выступать из корпуса на равную высоту.
9. Подобным образом обжимается и другой конец кабеля. Существует две разновидности кабелей: прямые (контакты 1-2 и 3-6 первого разъема соединяются с контактами 1-2 и 3-6 второго) и перекрестные (контакты 1-2 и 3-6 первого разъема соединяются с контактами 3-6 и 1-2 второго).
Если по кабелю витой пары передается видео или аудио сигнал, используется прямой кабель, если же передаются сигналы управления – перекрестный.
Физический смысл достаточно прост – передатчик одного устройства должен быть соединен с приемником другого. Поэтому, для соединения одинаковых устройств (например, двух компьютеров) нужно использовать перекрестный кабель.
СОВЕТ
Для дополнительной защиты кабеля и защелки разъема RJ-45 от механических повреждений используйте защитный колпачок на разъем. Простая и дешевая мера, которой, к сожалению часто пренебрегают.
Рис. 18
В современных инсталляциях кабели витой пары нередко используют для передачи сигналов VGA на значительные расстояния. Для того, чтобы сигнал «не потерялся» на фоне шумов и помех, используют удлинители интерфейса (extender или line transmitter), современные модели которых обеспечивают передачу сигнала на требуемую дальность с малым уровнем помех по витой паре. Такое эффективное и недорогое техническое решение находит применение во многих областях: в информационных системах на транспорте, в учебных заведениях или больницах. Удлинитель сигналов VGA действует на аппаратном уровне, поэтому он свободен от каких-либо проблем с совместимостью программного обеспечения, согласованием кодеков или преобразованием форматов.
До недавних пор по витой паре удавалось передавать без потери качества сигналы на сравнительно небольшие расстояния, однако в истекшем году ситуация коренным образом изменилась после того, как на рынке появилась новая линейка удлинителей для работы с витой парой. Благодаря новой элементной базе, а также новым аппаратным и схемным решениям удалось достичь настоящего прорыва: теперь сигналы без потери качества можно передавать на расстояния, превышающие 300 метров. Оборудование способно устойчиво работать с обычной неэкранированной витой парой категории 5, но гораздо лучшие результаты можно получить при использовании кабелей более высокого качества.
В новую линейку оборудования входят передатчики XGA сигнала в витую пару, усилители-распределители, коммутаторы, приемники сигналов из витой пары.
Если рассматривать пассивную линию (т.е. линию без активного оконечного оборудования), то кабель типа RG-59 способен передать без видимых на экране искажений композитное видео, телевизионный сигнал стандартов PAL или NTSC только на 20-40 м (либо до 50-70 м по кабелю RG-11). Специализированные кабели, например Belden 8281 или Belden 1694A, позволят увеличить дальность передачи примерно на 50%.
Для сигналов VGA, Super-VGA или XGA, полученных с графических плат компьютеров, обычный кабель VGA обеспечивает передачу изображения с разрешением 640x480 на расстояние 5-7 м (а при разрешении 1024x768 и выше такой кабель не может быть длиннее 3 м.). Высококачественные промышленные кабели VGA/XGA обеспечивают дальность до 10-15, редко до 30 м. Кроме того, линия связи будет подвержена потерям на высоких частотах (High frequency loss), которые проявляются в снижении яркости до полного исчезновения цвета, ухудшении разрешения и четкости. Для устранения этой проблемы в удлинителях VGA/XGA используется схема управления потерями на высоких частотах, именуемая EQ (Cable Equalization, коррекция кабеля) или управление высокочастотной составляющей – HF (High Frequency) control. Схема EQ обеспечивает частотнозависимое усиление сигнала для «спрямления» амплитудно-частотной характеристики.
Передающее устройство удлинителя обычно преобразует видеосигналы в дифференциальный симметричный формат, наиболее подходящий для витых пар. На принимающей стороне восстанавливается стандартный видеоформат для воспроизведения полученного сигнала на мониторе.
Рис. 19. Комплект оборудования для преобразования сигналов видео и звуковых
стереосигналов в сигналы для передачи по витой паре на удаленные расстояния
На рис. 17 показан комплект оборудования для преобразования сигналов видео и звуковых стереосигналов в сигналы для передачи по витой паре на удаленные расстояния. При применении этих устройств для передачи трех сигналов (1 видео и 2 аудио) достаточно одного кабеля витой пары. Переключатель эквивалентной нагрузки позволяет подключать несколько таких приборов для работы с приемными устройствами. Линия витой пары может иметь ответвления, но это не повлияет на качество изображения.
Приемник и передатчик работают на одной частоте и имеют одинаковые частотный диапазон. С данным устройством допускается использовать кабельные линии длиною несколько сотен метров. Вещательное качество сигнала обеспечивается при длине кабеля до 100 м.
Ограничения по расстоянию передачи аналоговых и цифровых видео- и аудиосигналов можно свести в таблицу.
| Тип сигнала | Вид сигнала | Полоса пропускания,МГц | Расстояние, м |
| Композитный | аналоговый | 6 | 300 |
| S-Video (2 пары) | аналоговый | 6 | 300 |
| Компонентный VGA/XGA (4 пары) | аналоговый | 380 | до 100 |
| Аудио балансный | аналоговый | 0,02 | до 200 |
| DVI-D | цифровой | 6 | 5 |
| IEEE 1394 | цифровой | 400 (800) | 10 |
Поскольку аудиосигналы имеют сравнительно небольшую ширину спектра, то для них проблемы высокочастотного затухания сигнала в линии не имеют существенного значения, поэтому для них, в принципе, можно использовать и старые дешевые кабели витой пары категории 3.
Кабели для передачи цифрового сигнала с интерфейсами DVI и IEEE 1394, в принципе, по своей конструкции мало отличаются от кабелей витой пары, поэтому они также включены в таблицу 2. Однако передача цифровых сигналов по сравнению с аналоговыми имеет ряд существенных особенностей. Высокая помехоустойчивость достигается за счет применения особых технологий кодирования сигнала, например, технологии T.M.D.S. в DVI.
Витая пара - (англ. twisted pair) — представляет собой кабель, в структуру которого входит от одной до нескольких пар изолированных проводов, скрученных между собой и помещённых в ПВХ оболочку. Скручивание проводов одной пары производится с целью увеличения уровня связи между ними. Благодаря чему электромагнитные помехи влияют в равной степени на оба провода, уменьшаются взаимные наводки при передаче дифференциальных сигналов, а также снижается влияние электромагнитных помех от внешних источников.
- (англ. twisted pair) — представляет собой кабель, в структуру которого входит от одной до нескольких пар изолированных проводов, скрученных между собой и помещённых в ПВХ оболочку.
Скручивание проводов одной пары производится с целью увеличения уровня связи между ними. Благодаря чему электромагнитные помехи влияют в равной степени на оба провода, уменьшаются взаимные наводки при передаче дифференциальных сигналов, а также снижается влияние электромагнитных помех от внешних источников. Для уменьшения связи между различными парами кабеля, так называемого «периодического сближения проводников различных пар», в кабелях UTP категории 5 и выше провода каждой пары свиваются с различным шагом.
Используется, в основном, как часть СКС - структурированных кабельных систем, а именно для передачи данных в таких компьютерных и телекоммуникационных технологиях, как Arcnet, Ethernet и Token Ring. Данный кабель имеет небольшую стоимость, легко монтируется, а также совместим со многими типами оборудования (для подключения используется разъем 8P8C). Поэтому на сегодняшний день он является лучшим выбором для пользователей любого типа.
Состоит кабель из:
В качестве проводников используются как монолитные медные жилы, толщина которых составляет 0.4 - 0.6 мм, так и пучки, состоящие из множества жил. Размеры выражаются либо с помощью привычной для нас метрической системы, либо в соответствии с американскими стандартами калибровки проводов AWG. Например, в обычных четырехпарных кабелях применяются проводники, имеющие диаметр жилы 0.51 мм. По американской системе это будет составлять 24 AWG.
Изоляционный материал обычно изготавливают из поливинилхлорида (английская аббревиатура PVC). Для более качественных кабелей 5-ой категории используется полипропилен, полиэтилен. Кабель наивысшего качества выпускают с изоляцией из ячеистого (вспененного) полиэтилена, обеспечивающего кабель низкими диэлектрическими потерями, или же тефлона. Толщина изоляции проводников составляет — 0,2 мм.
Разрывная нить, используемая в кабеле, позволяет добраться до сердечника, не нарушая изоляцию жил. Как правило, данная нить изготавливается из капрона, так как этот материал достаточно прочен и не позволяет кабелю растягиваться.
В большинстве случаев внешняя оболочка изготавливается из поливинилхлорида с примесью мела. Также при производстве оболочки используются полимеры, не поддерживающие горения и не выделяющие при нагреве галогены (это кабели с маркировкой LSZH). Данный вид кабеля просто незаменим в закрытых областях, где наблюдается циркуляция воздуха от эксплуатируемых систем вентиляции и кондиционирования, и где разрешается использование только кабелей с оболочкой, не поддерживающей горение и не выделяющей дым!
При использовании в разных условиях, к внешней оболочке могут предъявляться особые требования. Так, например, кабель для наружной прокладки обязательно снабжается гидрофобной оболочкой из полиэтилена, которая, может покрываться вторым слоем поверх обычной ПВХ-оболочки. Плюс к этому, возможно заполнение пустоты в кабеле гидрофобным гелем. Ну, и наконец, кабель может быть бронирован гофрированной лентой или же стальной проволокой.
Цвет оболочки указывает на особенности функционального назначения того или иного вида кабеля и значительно облегчает их идентификацию, как при монтаже, так и при обслуживании.
Серый - самый распространённый цвет кабеля. Материал - ПВХ (PVC). Применяется, как правило, в помещениях.
Чёрный - кабель для внешней прокладки. Материал - полиэтилен (PE). Применяется во влажных помещениях, подвалах, сырых стояках, на улице и открытом воздухе.
Маркировка включает в себя такие обязательные составляющие:
В данном случае каждый провод включает в себя лишь одну медную проволоку, называемую жила-монолит. Моножильный кабель лучше всего подходит для прокладки в стенах, коробах и т.п. с последующим терминированием розетками. Это вызвано тем, что довольно толстые медные жилы, при частых изгибах, легко ломаются. Данный кабель, как правило, не контактирует напрямую с подключаемым оборудованием, для этих целей лучше подходит многожильный кабель.
Многожильный кабель, соответственно, состоит из нескольких проводников. Данный тип отлично подходит для тех условий, когда кабель подвергается изгибам и скручиваниям, но, в тоже время, он не совместим с «врезанием» жил в разъем розетки, так как тонкие жилы не предназначены для этого - они попросту ломаются. В общем, многожильный кабель является идеальным решением для соединения оборудования с розетками. Однако, большая величина затухания сигнала у кабеля, по сравнению с моножильным типом, ограничивает максимально возможное расстояние от оборудования до розетки, и составляет 120 метров.
В зависимости от наличия, а также вида установленной защиты (экранирования) против различного рода электромагнитных помех, выделяют следующие типы кабеля:
Кабель экранируется с целью защиты от электромагнитных помех. Стоит отметить, что экран непосредственно соединяется с неизолированным дренажным проводом, служащим для предотвращения разрыва и растяжения экрана.
Категория кабеля определяется максимальным пропускаемым диапазоном частот и зависит от количества витков на одну единицу длины. Всего доступно 7 категорий (CAT1 - CAT7), каждая из которых регламентирована с помощью определенных актов:
1. Стандарт EIA/TIA 568 (стандарт использования проводки в зданиях коммерческого типа, принятый в США);
2. Международный стандарт ISO 11801;
3. Перевод американского стандарта ANSI/TIA/EIA-568B -ГОСТ Р 53246 - 2008 ;
4. Перевод одного из возможных руководств изготовителя - ГОСТ Р 53245 - 2008.
Существуют два типа обжима кабеля, используя разъем 8P8C:
Прямой - обеспечивает непосредственную связь оборудования и коммутатора/концентратора
Перекрестный - предполагает соединение нескольких сетевых карт компьютеров, т.е. подключение типа компьютер-компьютер. Для осуществления данного соединения необходимо создание перекрестного кабеля. Помимо соединения сетевых плат, применяется для соединения старых типов коммутаторов/концентраторов. Если сетевая карта обладает соответствующей функцией, то она может автоматически подстроиться под тип обжима.
Обжим с использованием стандарта EIA/TIA-568A
Обжим по стандарту EIA/TIA-568B (чаще находит применение)
Обжим для достижения скорости 100 Мбит/с
Указанные схемы могут обеспечить, как 100-мегабитное, так и гигабитное соединение. Для достижения 100-мегабитной скорости достаточно использовать 2 пары из 4 - зеленую и оранжевую. Остальные две пары могут быть использованы для подключения другого ПК. Некоторые пользователи разделяют конец кабеля, получая «двойной» кабель, однако характеристики у данного кабеля будут как у одинарного, и его использование может привести к ухудшению качества и скорости передачи данных.
ВАЖНО! Кабель, обжатый вопреки требованиям стандарта - может работать неправильно! Что будет выражаться в большом проценте потерь передаваемых данных или же в полной неработоспособности кабеля (всё зависит от его длины).
Для проверки правильности и эффективности обжатия кабеля, используются специальные кабельные тестер. В комплект этого устройства входят передатчик и приемник. Передатчик подает сигнал на каждую из жил кабеля и дублирует передачу индикацией при помощи светодиодов на приемнике. Если все 8 индикаторов загораются по порядку, значит, проблем нет, и обжатие кабеля произведено правильно.
Варианты выбора схемы перекрестного соединения жил ограничиваются Power over Ethernet, стандартизированным по IEEE 802.3af-2003. Данный стандарт начинает функционировать автоматически, если жилы в кабеле подсоединяются «один к одному».
При монтаже кабеля не стоит допускать изгибов, составляющих более восьми внешних диаметров: сильный изгиб может стать причиной увеличения наводок или к разрушению самого кабеля.
Всегда стоит следить за целостностью экрана (если у вас экранированный кабель), так как его деформации могут привести к снижению устойчивости кабеля к помехам. Также необходимо обратить внимание на то, чтобы дренажный провод был соединен с экраном разъема.
Категория 5е (5 enhanced) является усовершенствованием Категории 5 с целью обеспечения возможности передачи сигналов 1Гбит Ethernet. Основное конструктивное отличие кабеля UTP кат 5е от кабеля CAT5 состоит в том, что в кабеле категории 5е различается шаг скрутки проводников в парах, что позволяет значительно снизить взаимное влияние пар друг на друга.
