Журнал о компьютерных сетях и телекоммуникационных технологиях
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК:
    Домой
 
   
АРХИВ ЖУРНАЛА
   

2008: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2007: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2006: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2005: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2004: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2003: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2002: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2001: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2000: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1999: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1998: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1997: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1996: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Rambler's Top100

  

Кабели UTP в деталях

Джеймс Андресс

В этой статье вы найдете ответы на многие вопросы, связанные с инсталляцией и обслуживанием кабельных систем UTP.

Большинство из нас хорошо знакомы с рекомендациями по инсталляции кабельных систем на неэкранированной витой паре (Unshielded Twisted-Pair — UTP). В них включены требования к расплетению проводников пар (untwist), радиусу изгиба кабеля и натяжению при его протяжке. Однако многие специалисты, особенно впервые приступающие к использованию кабеля UTP, возможно, удивляются, зачем нужно считаться со всеми этими ограничениями. Что случится, если мы не будем строго выполнять данные рекомендации? И почему при передаче данных на более высоких скоростях эти требования приобретают все более критичный и жесткий характер?

Прежде всего следует учитывать тот факт, что витая пара была разработана несколько десятков лет назад для передачи голосовых сигналов на частоте до 4000 Гц. Чтобы приспособить витую пару для передачи компьютерных данных со всё возрастающими скоростями, конструкция ее на протяжении последних 15–20 лет постоянно совершенствовалась. Конечно же, соответствующим образом менялись и методы инсталляции.

Немного о терминах

На протяжении данной статьи я буду использовать такие термины, как «частота», «герц», «мегагерц», «мегабиты», «гигабиты». Для начала рассмотрим, что все они означают.

Герцы служат для измерения числа циклов, или периодов, колебаний в секунду и относятся к аналоговым системам. Один герц представляет собой один цикл колебания электрического сигнала (причем как положительной, так и отрицательной полярности) относительно некоего опорного уровня. В области цифровой техники мы используем термин «бит», обозначающий один импульс электрической энергии. В одну секунду может иметь место множество герцев колебаний или битов импульсов — четыре, сорок, несколько тысяч и даже несколько миллионов.

Любая пересылаемая информация представляет собой набор электрических колебаний определенной частоты или передаваемых с определенной скоростью импульсов. Чем больше информации нам нужно передавать, тем большее число герцев или битов нам для этого требуется и тем сложнее обеспечивающая передачу этой информации технология. Обычно между герцами и битами имеется существенная разница, и в ходе нашего обсуждения спецификаций и методов инсталляции кабельной проводки мы будем иметь дело то с одним из этих терминов, то с другим.

Еще одним важным термином, который используется при обсуждении рабочих характеристик кабеля, является коэффицент SNR (Signal-to-Noise Ratio), выражающий отношение сигнала к шуму. Это отношение показывает разницу между уровнем мощности информационного сигнала в канале и уровнем мощности всевозможных шумов, включая радиопомехи, перекрестные наводки и другие нежелательные сигналы, присутствующие в канале передачи. Чем больше численный коэффицент SNR, тем более качественным является канал связи.

Тесно связанной с отношением SNR является интенсивность битовых ошибок (Bit Error Rate — BER). Если уровень мощности сигнала снижается до уровня мощности шума, то приемник может неправильно распознать, какой сигнал он в данный момент считывает — «1» или «0». Если приемник «ошибается», то говорят о том, что имеет место битовая ошибка.

Извилистый путь витой пары

Витая пара представляет собой довольно высокотехнологичное прецизионное изделие. Для специалистов представляют интерес две характеристики витой пары и связь между ними: первая — это физическая конструкция кабеля UTP, вторая — электрические параметры передачи сигналов по кабелю UTP.

Физическая конструкция кабеля определяется следующими четырьмя важными конструктивными параметрами:

• диаметр и материал проводника;

• тип изоляционного материала, его плотность и толщина;

• расстояние между проводниками пары и между четырьмя парами кабеля;

• частота скрутки проводников витой пары (или число витков на один дюйм длины), а также относительная частота скрутки каждой из четырех пар кабеля (каждая пара данного кабеля имеет разную частоту скрутки).

Электрические характеристики передачи сигналов — сложные понятия и требуют детального рассмотрения. К нему мы и приступаем.

Сопротивление (R) представляет собой активное сопротивление проводника витой пары прохождению электрического тока. Эта характеристика зависит в основном от диаметра проводника (чем он больше, тем меньше сопротивление) и материала (как правило, в качестве материала жилы используется медь); измеряется сопротивление в омах (Ом). На общее сопротивление провода витой пары также влияют тип, толщина и плотность материала изоляции. Сопротивление проводника приводит к снижению уровня принимаемого приемником сигнала, ухудшению отношения сигнала к шуму и увеличению интенсивности битовых ошибок.

Проводимость утечки изоляции (G) — величина, обратная сопротивлению изоляции каждого проводника витой пары прохождению через нее тока утечки на соседний проводник данной пары, на проводники соседних пар или на землю. Хотя электрическое влияние сопротивления утечки изоляции проводника на характеристики передачи канала связи является пренебрежимо малым, тем не менее оно существует и о нем нужно помнить. Будучи очень высоким, сопротивление утечки измеряется в миллионах омов, или в МОм. Сопротивление утечки вдоль витой пары остается постоянной величиной и вместе с сопротивлением R ослабляет сигнал при прохождении его по проводнику пары. Сопротивление изоляции зависит от материала изоляции, его толщины и плотности.

Индуктивность (L) и обусловленный ею эффект противодействия протеканию тока, или индуктивное сопротивление (XL), тоже являются весьма важными характеристиками витой пары. Индуктивность связана с магнитным эффектом, возникающим при протекании по проводнику сигнала переменного тока. Она оказывает противодействие приложенному к проводнику напряжению, что, в свою очередь, снижает силу тока сигнала и, как следствие, уменьшает сигнал на входе приемника, что со своей стороны приводит к уменьшению отношения сигнала к шуму и увеличению интенсивно-сти битовых ошибок. Индуктивность также является постоянной по длине проводника величиной. Однако в данном случае чем выше частота, или битовая скорость, сигнала, тем больше эффект противодействия прохождению тока. Индуктивность существенно увеличивается при изгибании проводника или наматывании его в виде катушки. Чем сильнее изогнут проводник, чем больше витков в катушке и чем меньше диаметр этих витков, тем больше индуктивность. Указанными факторами обусловлены проблемы, возникающие из-за резких изгибов или образования петель кабеля.

Емкость (С) и связанное с ней емкостное сопротивление (XC) обусловлены наводкой сигнала переменного тока между электрическими проводниками и компонентами. Распространенный пример — перекрестные наводки. Емкость возрастает с уменьшением расстояния до соседнего проводника или компонента либо с увеличением размеров проводника (компонента). Эти факторы имеют отношение к проблемам, возникающим при сдавливании, закручивании и изгибании проводников, в результате чего они размещаются ближе друг к другу.

Импеданс (Z) — суммарное значение активного, индуктивного и емкостного сопротивления проводников кабеля, выражаемое в омах. Конструируя и инсталлируя канал связи, добивайтесь того, чтобы все компоненты и соединения имели импеданс как можно более близкий к импедансу всей конструкции, который в случае с типичными сетевыми каналами составляет 100 Ом. (Заметим, что относительно старые информационные и телефонные каналы были 600- и 900-Ом соответственно.) С практической точки зрения, когда имеют место инсталляционные ошибки — резкие изгибы кабеля и тугие кабельные стяжки, поврежденные кабели/компоненты или плохое их сочленение, импеданс компонентов и всей конструкции изменяется. В таких ситуациях возможна нестыковка по импедансу между двумя или несколькими компонентами канала.

В местах неточного согласования компонентов по импедансу возникают обратные отражения сигнала (в направлении передатчика) и снижение мощности сигнала, поступающего к приемнику. Чем сильнее рассогласование импеданса, тем меньше фактически поступающая на вход приемника мощность сигнала, ниже отношение сигнала к шуму и выше интенсивность битовых ошибок. Отражения сигналов называются возвратными потерями (return loss) и измеряются в децибелах (дБ). Чем выше значение возвратных потерь в децибелах, тем выше качество канала связи.

К чему приводит нарушение требований

Высокотехнологичные кабели проектируются и конструируются с высокой точностью. Размеры и химический состав проводников и материала изоляции тщательным образом контролируются. Сегодня мы говорим о допусках на размеры проводников в тысячные доли дюйма, а о допусках на состав материала изоляции — в несколько частиц примеси на один миллион частиц основного материала. То же самое относится и к размещению каждого проводника в кабеле. Поэтому любой физический фактор, нарушающий эти допуски, пусть даже совсем слабо, изменяет индуктивные и емкостные параметры кабеля, что, в свою очередь, влияет на протекание тока через него. В этих условиях несоответствие импеданса и наличие отражений приводят к перекрестным наводкам, потере мощности сигнала и шумам в кабелях и, как следствие, к битовым ошибкам.

Давайте обсудим некоторые инсталляционные требования и посмотрим, как даже незначительные механические искажения конструкции витой пары могут повлиять на ее рабочие характеристики.

Избыточное натяжение протяжки, или, другими словами, растяжение кабеля, способно негативно повлиять на передачу сигналов по нему. Установленное в спецификациях ассоциации TIA (Telecommunications Industry Association) максимальное напряжение протяжки кабеля составляет 25 фунтов (11, 35 кг). Если инсталляторы превышают это максимально допустимое значение, происходит растяжение проводников и изоляции, что, в свою очередь, снижает диаметр и плотность данных компонентов (причем уменьшение диаметра и плотности изоляции происходит по сравнению с таковым для проводников более заметно). Кроме всего прочего, слишком большое натяжение протяжки увеличивает не только шаг скрутки отдельных витых пар, но и относительное несоответствие шагов скрутки между всеми четырьмя парами кабеля. Оба типа изменений обычно имеют место на отдельных участках кабеля, а не по всей его длине и зависят от характера протяжки.

Нарушение минимально допустимого радиуса изгиба в результате чрезмерного изгибания кабеля или даже образования петли тоже оказывает негативное воздействие на передачу сигналов. Согласно требованиям существующих спецификаций, минимальный радиус изгиба кабеля для горизонтальных систем должен быть не менее четырех диаметров этого кабеля. Обычно для минимального радиуса изгиба используются два значения — статическое и динамическое. Статическое значение относится к минимальному радиусу изгиба кабеля, уложенного на свое постоянное место, где он остается на протяжении всего срока эксплуатации кабельной системы, динамическое — фиксируется в процессе протяжки кабеля к его постоянному месту размещения.

Игнорирование требований к радиусу изгиба кабеля UTP приводит к растягиванию или удлинению витков пар вдоль выпуклой стороны кабеля и сжатию или выпучиванию витков пар вдоль вогнутой стороны кабеля. Особое беспокойство вызывает прокладка кабеля в длинных кабельных лотках и кабельных каналах горизонтальной проводки. Неприятная ситуация возникает тогда, когда излишек кабеля приходится заталкивать обратно в подрозеточную коробку, что может привести к изгибам очень маленького радиуса или даже к образованию петли. Самое же плохое — это, конечно, образование петель, которое может иметь место даже при вытягивании кабеля из поставляемой производителем коробки. Однажды образовавшуюся петлю полностью расправить практически невозможно. Она создает резкий, наведенный ее индуктивно-стью всплеск напряжения в линии, кроме того, из-за нее могут сблизиться проводники витых пар друг с другом.

Слишком сильное стягивание кабелей с помощью кабельных стяжек, хомутов, или скоб является нарушением рекомендаций. Хотя обычно последние отражают довольно субъективное мнение на этот счет, все в основном убеждены, что кабели следует стягивать так, чтобы в любое время можно было осторожно вытянуть из связки нужный вам кабель, или так, чтобы кабельная стяжка могла легко двигаться вдоль кабельной связки. Отступление от этих правил способно привести к сильному сдавливанию кабелей и соответственно к увеличению плотности и снижению диаметра не только внешней защитной оболочки кабеля, но и самого проводника. Кроме того, тугое стягивание кабелей приводит к уменьшению расстояния между проводниками пары и между всеми четырьмя парами кабеля. И наконец, совсем уж в исключительных случаях (как это бывает при использовании скоб), проводники могут резко изгибаться или даже образовывать петли.

Удаление изоляции и расплетение проводов витой пары перед терминированием тоже оговаривается в спецификациях. Инсталляторы должны расплетать концы проводников витой пары на как можно меньшее расстояние (длина расплетенных концов ни в коем случае не должна превышать 0,5 дюйма (1,27 см) или выступать за тыльную часть коннектора). И хотя расплетение концов витой пары неизбежно при терминировании кабеля, оно, естественно, увеличивает расстояние между проводниками.

В зависимости от типа блока разъема требования, предъявляемые к длине удаляемого участка изоляции проводника и оболочки кабеля, могут различаться. Обычно в спецификациях говорится, что следует удалять ровно столько изоляции, сколько необходимо для нормального терминирования. Идеальный вариант — использование блоков для врезного монтажа кабелей, которые вообще не требуют удаления изоляции.

Удаление изоляции приводит к незначительному изменению импеданса кабеля, поскольку она (изоляция) является одним из определяющих эту характеристику элементов. Кроме того, оболочка — важный фактор удержания четырех пар витопарного кабеля на одном месте и в неизменном относительно друг друга положении. Поэтому, удаляя оболочку, вы нарушаете указанный стабилизирующий фактор.

Перекос задержки распространения сигналов (delay skew). Даже такая наиболее тесно связанная с особенностями материала изоляции проводников характеристика, как разность задержек распространения сигналов по разным витым парам кабеля (перекос задержек), может варьироваться в зависимости от метода инсталляции. Мастерство инсталлятора включает в себя терминирование пар кабеля таким образом, чтобы каждая пара отрезалась по длине в коннекторе или контактном блоке по месту заделки. С механической точки зрения это исключает образование излишков длин пар в области контакта. Однако при таком подходе к терминированию каждая пара будет иметь слегка разную длину.

В спецификациях оговаривается 45-нс максимальный перекос задержек распространения сигналов для всех четырех пар кабеля 100-м длины. Этот перекос представляет собой относительную разницу во времени распространения сигнала от передатчика к приемнику. Чтобы исходный сигнал можно было правильно детектировать и декодировать, разделяемые на четыре потока высокоскоростные сигналы должны снова соединяться на входе приемника в правильном порядке. Если между приходом сигналов в каждой из четырех пар имеется слишком большая разница, некоторые биты будут слишком сильно задерживаться и снова соединяться в единый поток в неправильном порядке, приводя к битовым ошибкам. Спецификация допускает разницу в задержках распространения сигналов, обусловленную разными шагами скрутки каждой из четырех пар. Однако, отрезая витые пары одинаковой длины, необходимо внимательно следить за тем, чтобы излишек кабеля не образовал петлю и не нарушил требование по минимальному радиусу изгиба.

«Причесывание» кабелей, или аккуратная укладка их в лотке, еще не отраженный в спецификациях метод инсталляции кабелей, но, возможно, уже в ближайшее время он будет в них рассмотрен. Когда инсталляторы имеют дело с длинными сегментами нескольких кабелей, то обычно укладывают их ровными рядами бок о бок друг с другом. Инсталлированная таким способом кабельная система имеет очень аккуратный вид, но в этом случае происходит заметное увеличение как индуктивных, так и емкостных наводок между проводниками пар, особенно при высоких скоростях передачи данных. Главная проблема здесь заключается не столько в наводках между парами данного кабеля, сколько в наводках между соседними кабелями. При произвольной (неупорядоченной) укладке кабелей последние постоянно пересекаются, а относительные расстояния между ними все время изменяются. Это снижает вероятность воздействия индуктивных и электрических наводок на пары на достаточно протяженном участке кабельной трассы. По существу, при произвольном размещении кабелей поля наводок вдоль лотка или стойки могут частично или полностью компенсироваться.

Даже если строго следовать рекомендациям по инсталляции кабелей UTP, добиться низкой интенсивности битовых ошибок на высоких скоростях передачи данных гораздо сложнее, чем на низких скоростях. Критическими с точки зрения работы каналов связи являются их индуктивное и емкостное сопротивление.

Помните, что, хотя индуктивность вдоль проводника имеет постоянное значение, чем выше скорость передачи (и частота сигнала), тем выше индуктивность, или индуктивное сопротивление XL. С увеличением скорости передачи данных, частоты или индуктивности индуктивное сопротивление XL также возрастает. Хотя сопротивление XL присуще любому, даже самому хорошему, каналу связи, его негативный эффект увеличивается при наличии слишком крутых изгибов и петель кабеля и до некоторой степени при сильном стягивании крепежными скобами, крюками, стяжками и хомутами.

Емкость также сохраняет вдоль проводников свое постоянное значение. Однако в противоположность XL емкостное сопротивление XC с увеличением скорости передачи данных уменьшается. Сопротивление XC и емкостная наводка находятся по отношению друг к другу в обратной зависимости, поэтому с увеличением скорости передачи данных и частоты сигнала перекрестные наводки между витыми парами возрастают. Как и XL, емкостное сопротивление — неотъемлемый атрибут любого канала связи, но такие проблемы, как чрезмерное сдавливание, закручивание и слишком крутые изгибы кабеля, которые приводят к сокращению расстояния между проводниками витых пар, только усугубляет положение дел.

Влияние активного сопротивления также возрастает с увеличением скорости передачи данных, хотя в целом оно и не столь велико, как влияние индуктивного сопротивления. Увеличение сопротивления проводников объясняется скин-эффектом, благодаря которому высокочастотная энергия распространяется в основном в тонком приповерхностном слое проводника. (Обратите, пожалуйста, внимание на то, что при описании процессов передачи сигналов авторы большинства спецификаций и других литературных источников оперируют не понятием «сопротивление проводников», а понятием «затухание сигналов» — attenuation.)

***

Высокие качество и точность инсталляции позволяют добиться максимального отношения сигнала к шуму и минимальной интенсивности битовых ошибок. В этом смысле производительность кабельной системы полностью зависит от вас — инсталляторов кабельных систем и специалистов, занятых их обслуживанием и модернизацией..

  
6 '2008
СОДЕРЖАНИЕ

инфраструктура

• Мобильные дата-центры в фокусе российского рынка

• БЛВС стандарта 802.11n: пришло ли их время?

• Видео-конференц-связь — «дорогая игрушка» или массовый сервис?

информационные системы

• Анализируем продукты мобильной электронной почты

• Технология Web 2.0: болезни роста

• Виртуализация наступает!

сети связи

• Сетевая инфраструктура для IP-ТВ

• В дорогу с телефоном в кармане

кабельные системы

• Кабели UTP в деталях

• Оптический рефлектометр: работать с ним становится проще

защита данных

• Иметь «глаза» и «уши»

• Сканеры Ajax-приложений

новые продукты

• Новинки EnLighten для сетей FTTH


• Калейдоскоп


Реклама: The best auto cpap machine reviews.
 Copyright © 1996-2008 ООО "Сети и Системы Связи". вверх