Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях) и в международном стандарте ISO 11801.

Витая пара 1 категории

CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) - телефонный кабель, всего одна пара (в России применяется кабель и вообще без скруток - «лапша» - у нее характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

Витая пара 2 категории

CAT2 (полоса частот 1 МГц) - старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

Витая пара 2 категории

Витая пара 3 категории

CAT3 (полоса частот 16 МГц) - 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.

Витая пара 3 категории

Витая пара 4 и 5 категории

CAT4 (полоса частот 20 МГц) - кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

CAT5 (полоса частот 100 МГц) - 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.

Витая пара 5 категории

Витая пара 5e категории

CAT5e (полоса частот 125 МГц) - 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей.

Витая пара 5e категории

Витая пара 6 категории

CAT6 (полоса частот 250 МГц) - применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.

CAT6a (полоса частот 500 МГц) - применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года.

Витая пара 6 категории

Витая пара 7 категории

Особое место занимают кабели категории 7 (не UTP!):

CAT7 - спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600-700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully Shielded Twisted Pair).

Витая пара 7 категории

Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 100±25 Ом, в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет невозможной. Причиной проблем с передачей данных может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.

Дата создания: 2013-03-09

Витая пара (twisted pair) - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой

Витой парой (twisted pair) называется вид кабеля связи. Это одна или несколько пар изолированных проводников, которые соединены между собой при помощи скручивания, пластиковая оболочка позволяет защитить провода от внешних воздействий и повреждений. Кабели отличаются по количеству пар, которые присутствуют в их строении, отсюда и разное применение витых пар. Для примера можно взять подключение к сети Интернет, для которого подходит кабель UTP с 2 или 4 парами жил. Как правило, жилы изготавливаются из омедненного алюминия или меди. Что касается телефонии аналогового типа, то здесь хватает витой пары с 3-мя жилами (UTP) или меньше.

На сегодняшний день витая пара – это один из самых распространенных видов кабелей, которые применяются для подключения устройств и целых систем связи. Видеонаблюдение тоже не обошлось без использования витой пары. Аналоговый и цифровой сигнал передается между устройствами при помощи кабелей UTP 2 и 4.

Интересно! Многие интересуются, а откуда пошло название «витая пара». Здесь все просто – перевитые попарно проводники, изолированные друг от друга, натолкнули на корректное наименование.

Каждая витая пара обладает собственным шагом скрутки, который способен обеспечить высокие показатели в передаче слаботочного сигнала. Правда в дальности кабель UTP не силен, качественная передача сохраняется на расстоянии до 150 метров.

Классификация

Витая пара в первую очередь разделяется по наличию защиты . Скрученные пары покрываются алюминиевой фольгой или заземленной медной оплеткой. В зависимости от покрытия кабель разделяется на следующие категории:

• незащищенная витая пара (UTP - Unshielded twisted pair ) - какие-либо защита или экранирование отсутствуют;
• фольгированная витая пара (FTP - Foiled twisted pair ) - также известна как S/UTP присутствует один общий внешний экран из фольги;
• защищенная витая пара (STP - Shielded twisted pair ) - присутствует экран в виде оплетки для каждой пары;
• фольгированная экранированная витая пара (S/FTP - Shielded Foiled twisted pair ) данный кабель имеет фольгированную защиту каждой пары, а также внешний экран из медной оплетки;
• защищенная экранированная витая пара (S/STP - Screened shielded twisted pair ) - отличается от STP наличием дополнительного общего внешнего экрана из медной оплетки;

• SF/UTP (Screened Foiled Unshielded twisted pair - экранированная витая пара с защитой) - имеет два внешних экрана. Один из медной сетки, а второй из экран-фольги. Между ними дренажный провод.

Следующее разделение происходит по структуре проводников. Для изготовления витой пары могут использоваться многожильный или одножильный кабель. В первом варианте каждый провод состоит из нескольких медных жил, а во втором, соответственно, из одной.

Обычно кабель UTP включает в себя четыре витых пары – это стандарт для большинства систем. Проводники, используемые для витых пар, сделаны из медной проволоки с толщиной 0,5-0,65 миллиметров. Точную толщину вы сможете узнать по маркировке, для примера можно взять 4х2х0,55 24 AWG . Расшифровывается это следующим образом:

• В кабеле присутствует 4-е сдвоенных провода;
• Диаметр сечения каждого провода составляет по 0,55 мм;
• Калибр кабеля – 24 AWG.

Что касается аббревиатуры AWG, то она расшифровывается как American Wire Gauge, на русский язык это переводится как Американский калибр проводников. По факту AWG обозначает диаметр сечения кабеля. Нужно учитывать, что большой калибр будет иметь более тонкий кабели. Таблица, которую вы можете увидеть ниже, демонстрирует соответствия диаметра сечения провода витой пары и параметра калибра AWG.

На данный момент используется несколько категорий кабеля, они нумеруются от CAT1 до СAT7. Каждой категории присущ определенный диапазон частот, который пропускается через кабель. Чем выше категория, тем больше пар проводников будет в кабеле. Также для высокой категории используется больше витков на единицы длины. Максимально пропускаемый частотный диапазон – вот что определяет категорию витой пары. Обуславливается количеством витков, которые приходятся на одну единицу длины кабеля.

• CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) - телефонный кабель, всего одна пара (в России применяется кабель и вообще без скруток - «лапша » - у нее характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.
• CAT2 (полоса частот 1 МГц) - старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.
• CAT3 (полоса частот 16 МГц) - 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 МБит/с. Также до сих пор встречается в телефонных сетях.
• CAT4 (полоса частот 20 МГц) - кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в локальных сетях, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.
• САТ5 (полоса частот 100 МГц) - 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар. При прокладке новых сетей пользуются несколько усовершенствованным кабелем CAT5e (частотная полоса 125МГц), это и есть то, что обычно называют кабель «витая пара», благодаря высокой скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2 пар, и до 1 Гбит/с при использовании 4 пар, является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор
• CAT6 (полоса частот 250 МГц) - применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1 Гбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года. Существует категория CAT6a, в которой увеличена частота пропускаемого сигнала до 500 МГц. Он используется так же в сетях Gigabit Ethernet и поддерживает скорость до 10 Гбит/с на расстоянии до 100 метров.
• CAT7 - Спецификация на данный тип кабеля пока не утверждена, скорость передачи данных до 100 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600-700 МГц. Кабель этой категории экранирован. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully shielded Twisted Pair).

Если вы хотите, чтобы сетевой кабель проработал как можно дольше, нужно серьезно подойти к монтажу. Нельзя допускать изгибов и растяжений по всей длине кабеля. При нарушении целостности повреждается структура экрана, как результат, существенно понижается электромагнитные помехи и устойчивость кабеля к помехам.

Важно! По международному стандарту кабели UTP предлагается с маркировкой X/ YZZ, где первая буква X обозначает кодировку общего экрана вокруг всех пар, Y кодирует весь экран вокруг определенной витой пары, ZZ отвечает за кодировку типа скрутки. Таблиц ниже поможет разобраться в значении этих кодов, после чего вы сможете правильно выбрать кабели с витой парой.

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:

1. Бюджет , выделенный для прокладки сети (выбор оптимальных параметров)
2. Условия прокладки кабеля (устойчивость к природным условиям, грызунам, коррозии, электромагнитным излучениям)
3. Длина линии (больше расстояние - выше требования к качеству кабеля и условиям прокладки)
4. Скорость передачи данных . Для безболезненного перехода в недалеком будущем к скорости в 1 Гбитс стоит уделить большее внимание качеству линий, и купить витую пару с некоторым «запасом прочности».

Параметры витой пары, которые необходимо учитывать при проектировании СКС, следующие:

• Категория . Согласно стандартам телекоммуникационных кабельных сетей EIA/TIA 568, и ISO 11801 их десять: категории 1-4 не соответствуют современным требованиям, и в данный момент не используются, а категории 7 и 7а уступают в целесообразности оптическому кабелю. Поэтому речь пойдет о категориях 5, 5е, 6, 6а.
• Материал жил . Медь, или омедненный алюминий. Плюс ко всему стоит обратить внимание на технологию омеднения: CCA, CCAA, CCAG, или CCAH
• Тип внешней оболочки: для внешней или внутренней прокладки
• Тип экранирования: для прокладки вблизи сильных источников электромагнитного излучения
• Наличие троса или брони для воздушной прокладки, или прокладки в помещении, зараженном грызунами

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:

• FTP - общий экран из фольги для всех пар в кабеле
• STP - экранирована каждая пара, а общий экран может быть выполнен в виде металлической сетки
• S/FTP - каждая пара экранирована фольгой, плюс присутствует медная оплетка для всего кабеля целиком.
• SF/UTP - в этом типе реализована двойная оплетка всего кабеля (без отдельного экранирования пар) из фольги и медной оплетки.

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:

• Витую пару необходимо прокладывать на расстоянии не менее 15 см от бытовой электропроводки, при этом необходимо минимизировать количество и протяженность участков с параллельным расположением силовых и информационных линий. Для этажных и межэтажных магистральных линий с высокой концентрацией информационных кабелей идеальным вариантом будет прокладка кабелей электросети и витой пары вдоль противоположных стен Только в этом случае можно дать максимальную, но не 100% гарантию, что UTP кабель будет полностью защищен от внешнего ЭМИ.
• Пересечение проводов электросети, и витой пары должно быть строго перпендикулярным.
• Если вышеозначенные требования невыполнимы, по каким-либо причинам, для снижения воздействия необходимо использовать экранированный кабель. При этом кабель должен быть заземлен с двух сторон, иначе вместо защиты жил витой пары от ЭМИ, экран станет антенной для помех.

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.

• Прежде всего, убедитесь, что перед вами сертифицированный кабель. Хоть он и несколько дороже кустарных аналогов, прослужит в разы дольше. А заодно вы будете уверены, что приобретете именно то, за что платите, ведь безымянные производители экономят на всем, нарушая стандарты толщины проводника и изоляции, требования к качеству компонентов и пр.
• Обратите внимание на материал жил. Отличить медь от плакированного кабеля можно двумя способами:

1. Конец жилы нагреть в пламени зажигалки. На медном проводе образуется капелька, но при этом, сама жила не деформируется. Омедненный алюминий изгибается в месте нагрева, а при сильном нагреве может отломаться.
2. Соскоблить верхний слой жилы. Белый блеск металла будет означать, что перед Вами омедненка. Тип омеднения (CCA или CCAG, к сожалению, определить в полевых условиях не получится)

• Оцените кабель визуально и на ощупь. Изоляция должна быть однородной, гладкой, без всевозможных шершавостей и уплотнений, с однородной окраской.
• Проверьте толщину жилы. Для этого понадобится микрометр. Толщина жил кабеля указывается в маркировке кабеля в виде AWG XX. AWG (от англ. American Wire Gauge) — американская система маркирования толщины проводов, а значение ХХ и будет определять толщину жилы. У кабеля калибра AWG24 толщина проводника 0,511мм, у AWG25 - 0,455мм.

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.

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.

Балансная передача сигнала

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.

• Симметричная линия передачи сложнее и дороже несимметричной, так как для нее необходимы передатчик и приемник балансного сигнала;
• Если уровень помех слишком велик, приемник балансного сигнала может войти в режим насыщения и передача сигнала прекратится;
• Из-за затухания сигнала в кабеле приходится ставить промежуточные усилители, которые вносят дополнительные накапливающиеся искажения;
• При использовании промежуточных усилителей, возможно, потребуется коррекция сигнала.

Кабели для передачи балансных сигналов

«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).

Основные характеристики витой пары

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

Порядок разделки кабеля витой пары

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

Удлинители интерфейса

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.

Конструкция кабеля

Состоит кабель из:

• Проводник в изоляции,
• Внешняя пластиковая оболочка
• разрывная нить
• защитный экран. (cat.5)и выше

Проводники

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.

Изоляция проводников

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

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.

Внешняя оболочка

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 внешней оболочки

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

Маркировка включает в себя такие обязательные составляющие:

• производитель
• тип кабеля
• метровые или футовые метки

Виды

Моножильный кабель

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

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:

• Неэкранированный кабель (англ. UTP). Как понятно из названия - данный тип не имеет защиты от помех.
• Фольгированный кабель (англ. FTP, или же F/UTP). В данном случае, защитный экран представляет собой слой фольги.
• Экранированный кабель (англ. STP). Каждая пара проводников имеет свою защиту в виде экрана.
• Фольгированный экранированный кабель (англ. S/FTP или же SSTP). Данный тип подразумевает фольгированную защиту каждой пары проводников и помещение их во внешний медный экран.
• Двойной фольгированный кабель (англ. SFTP). От предыдущего данный тип отличается тем, что защите подвергается не каждая пара проводников, а все проводники, т.е. у них два общих внешних экрана - из фольги и из меди.

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.

Категории кабеля

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.

Характеристики категорий кабеля

• CAT 1 (частотная полоса 0.1 МГц) - представляет собой стандартный телефонный кабель, основное предназначение которого - передача голоса или же цифровых данных с использованием модема. Состоит лишь из одной пары проводов. Ранее использовался в США в «скрученном» виде, в России же, данный тип кабеля используется до сих пор и без скруток. Единственный минус данного типа - он менее надежен по отношению к помехам.
• CAT 2 (частотная полоса 1 МГц) - данный тип кабеля является устаревшим, иногда использующимся в телефонных сетях. Встречается в технологиях Arcnet и Token Ring и состоит из двух пар проводников. Передача данных поддерживается на скорости до 4Мбит/с.
• CAT 3 (частотная полоса - 16 МГц) - существуют как 4-х парные, так и 2-х парные кабели данного типа. Используется для создания телефонных, а также локальных сетей на базе 10BASE-T. Скорость передачи данных составляет 10 - 100 Мбит/с на расстоянии не более 100 метров используя технологию 100BASE-T4. От других данный тип кабеля отличает его совместимость со стандартами IEEE 802.3.
• СAT 4 (частотная полоса 20 МГц) - в настоящее время не используется. Раньше этот 4-парный кабель, со скоростью передачи данных до 16 Мбит/с, применялся в технологиях 100BASE-T4 и 10BASE-T.
• CAT5 (частотная полоса 100 МГц) - использовался в телефонных линиях и для создания сетей 100BASE-TX. Скорость передачи данных составляет - до 100 Мбит/с
• CAT5e(от англ. Expanded. частотная полоса 125 МГц) - данный тип представляет собой усовершенствованный кабель пятой категории, т.е. обладает лучшими характеристиками. Состоит из четырех скрученных пар, скорость передачи достигает 1000 Мбит/с. На данный момент является самым распространенным типом кабеля, используется для создания локальных компьютерных сетей.
• CAT 6 (частотная полоса 250 МГц) - широко используется в сетях Ethernet. Состоит из четырех пар проводников, скорость передачи крайне высока и достигает 10 Гбит/с. Данный стандарт можно использовать в приложениях, работающих на высоких скоростях, до 40 Гбит/с. Как стандарт был установлен в 2008 году.
• CAT7 (частотная полоса до 700 МГц) - кабель данной категории снабжён несколькими экранами, один из которых общий, а остальные расположены вокруг каждой из пар. Седьмая категория - это уже ни UTP-кабель, а S/FTP (ScreenedFullyShieldedTwistedPair). Полностью экранированный кабель из четырех пар проводников, скорость передачи крайне высока и достигает 10 Гбит/с.

Схема обжима

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.

Прямой кабель(straight through cable):

Обжим с использованием стандарта EIA/TIA-568A

Обжим по стандарту EIA/TIA-568B (чаще находит применение)

Перекрёстный кабель (crossover cable)

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».

Назначение пар кабеля:

• Первая и вторая пары (TDP-TDN) - используется для осуществления передачи данных от MDI к MDI-X.
• Третья - шестая пары (RDP-RDN) осуществляют передачу данных по обратному каналу (от MDI-X к MDI)
• Четвертая и пятая, а также седьмая и восьмая пары являются двунаправленными, и, обычно, находят применение в определенных случаях.

Монтаж

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.

Отличие категории 5 от 5е.

Вопрос:

Ответ:

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.