Кабельные системы

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Витая пара
Витая пара - это изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины, что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками.
Параметры: диаметр жилы, шаг скрутки, диаметр изоляции, материал изоляции.
1990 год - стандартизована 3 категория витой пары. Шаг скрутки очень большой - неск. десятков сантиметров. Для кабелей 5 категории шаг скрутки разный для разных пар (напр. 13, 15, 20, 24 см.)

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Витая пара, токовая развязка
Симметричная цепь, помеха синфазна, во вторичные обмотки приемника сигнал шума не передается, потому как на выходном трансформаторе напряжение на обмотке равно Uc (защита от ЭМ помех).
Но! Гальваническая развязка токовой петлей не подразумевает передачу постоянной составляющей сигнала.

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Витая пара, экранирование
Экранирование применяется как для каждой витой пары, так и для всех пар вместе. Плетеные из медной проволоки экраны уменьшают низкочастотные помехи, в экраны из тонкой алюминиевой фольги гасят высокочастотную компоненту. Кроме этого, экран блокирует распространение в эфир ЭМВолн, генерируемых переменным электрическим сигналом в проводах.
Но! Экранирование увеличивает емкость, а сл. затухание в кабеле, а также за счет отражения увеличивает перекрестные помехи между витыми парами.

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Электрические характеристики
R, G определяют тепловые потери в меди и диэлектрике, L и C определяют частотные свойства кабеля.
R растет при увеличении частоты (ток идет в близости от другого проводника, а также вносит свою лепту скин-эффект, когда ток вытесняется на поверхность проводника).
R
L
G
C
проводимость
изоляции
Упрощенная эквивалентная электрическая схема витой пары

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Электрические характеристики
Волновое сопротивление Z=((R+jwL)/(G+jwC)) 1/2, для высоких частот формула для Z упрощается:
Z = (L/C)1/2
В рабочем диапазоне частот для витой пары Z=100±15% Ом, для коаксиального кабеля - 50 Ом, для телевизионного кабеля - 75 Ом.
Для определения Z достаточно измерить емкость отрезка кабеля, разомкнутого на конце, затем индуктивность этого же отрезка, но замкнутого на конце.

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Сигнал в линиях связи
Генератор
сигналов
BNC
коннектор
Тестируемый коакс. кабель
Правильно затерминированная линия: вся энергия импульса поглощается. Все неравномерности в волновом сопротивлении ухудшают сигнал.
R
Осциллограф

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Рефлектометр
Импульсный рефлектометр РИ-10М

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Сигнал в линиях связи
Обрыв кабеля (коаксиал)
Замыкание (коаксиал)
Соединение (муфта) (коаксиал)

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Сигнал в линиях связи
Несколько правильно затерминированных отводов (коаксиал)
Дефект кабеля, а затем обрыв (витая пара)
Вторая половина кабеля мокрая (витая пара)

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Сигнал в линиях связи
Испытание кабеля импульсом в 2 наносекунды (витая пара)
Тот же кабель, но испытание импульсом в 10 наносекунд
Тот же кабель, но испытание импульсом в 100 наносекунд
Высокие частоты не пропускаются кабелем

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Погонное затухание
Погонное затухание (attenuation) - потеря мощности сигнала, выражаемая в децибелах (дБ, dB):
dB=10*log10(Pвх/Pвых)
Затухание в кабеле зависит от таких факторов, как размер и состав проводника (Al, Cu, Ag), материала изоляции, рабочей частоты (диапазона частот) и длины кабеля.

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Перекрестные помехи
Переходное затухание (перекрестные помехи) характеризует помехи от активного сигнала, наведенные в соседней витой паре; выражается в децибелах (дБ, dB): dB=20*log10(Uвх/Uнаведен.)

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Виды переходного затухания
Переходное затухание на ближнем конце (NEXT, Near End Cross Talks). Сигнал имеет наибольшую мощность сразу же после момента передачи данных, поэтому именно на ближнем конце он производит наибольшие наводки в соседней витой паре.
Суммарное переходное затухание (PS NEXT, Power Sum NEXT).
Некоторые сетевые архитектуры задействуют сразу несколько пар при передаче в одном направлении, поэтому PS NEXT важно контролировать после прокладки СКС.
PS NEXT

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Виды переходного затухания
Переходное затухание на дальнем конце (FEXT, Far End Cross Talks).
С одной стороны кабеля сигнал пускают в линию, с другой на неактивной паре измеряют наводки. Также этот параметр актуален для систем, использующих несколько витых пар при передаче одновременно, например, Gigabit Ethernet. FEXT характеризует последствия полнодуплексных операций, когда сигналы генерируются одновременно на ближнем и дальнем концах.
Возратные помехи (Return Loss, см. рисунок на след. слайде).
Любое отклонение от импеданса кабельной сети по длине кабеля приведет к тому, что часть сигнала отразится назад к источнику данных (т.е. уменьшится энергия сигнала в прямом направлении). Изменение импеданса может быть вызвано множеством причин:
несоблюдение технологии в процессе изготовления (расстояние между проводниками, нарушение свойств изолирующего материала);
несоответствие компонентов (кабель 5 категории, розетка - для 3 кат.);
неправильная укладка СКС (несоблюдение норм на радиус изгиба, монтажа разъемов на кабель).

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Импеданс, возвратные помехи

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Перекос задержки
Перекос задержки (Skew) характеризует рассинхронизацию сигналов (например, из-за разного шага скрутки, а, сл., разной длины провода), идущих по разным витым парам внутри одного кабеля. Этот параметр важен для сетевых архитектур со скоростями передачи более 100 Мбит/с (каждый метр расхождений в длине витых пар - примерно 3нс расхождения по времени).

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Характеристика 100BaseT
Для сети Fast Ethernet (100BaseT) характерна следующая зависимость скорости передачи от качества СКС. Увеличение числа ошибок при передаче данных до одного процента приводит к снижению пропускной способности на 80%.

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Сравнит. показатели UTP
Att. (attenuation) - погонное затухание
NEXT - переходное затухание на ближнем конце

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Распространенность UTP
Распространенность разных категорий витой пары.
Источник: журнал LAN Technologies (Jan. 2003)

Petrozavodsk State University, Alex Moschevikin, 2004
NETS and OSs
Длина проводов UTP
Длина проводных сегментов в сетях, построенных на витой паре.
70% кабелей имеют длину менее 55 метров.