3.1 Кабельные каналы связи

Свойства коаксиальных кабелей

Рис. 3.1.1. 1 - центральный проводник; 2 - изолятор; 3 - проводник-экран; внешний изолятор

Коаксиальная система проводников из-за своей симметричности вызывает минимальное внешнее электромагнитное излучение. Сигнал распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранный провод. При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи (ведь разные “земли” обычно имеют неравные потенциалы). Такие токи могут стать причиной внешних наводок (иной раз достаточных для выхода из строя интерфейсного оборудования), именно это обстоятельство является причиной требования заземления кабеля локальной сети только в одной точке. Наибольшее распространение получили кабели с волновым сопротивлением 50 ом. Это связано с тем, что эти кабели из-за относительно толстой центральной жилы характеризуются минимальным ослаблением сигнала (волновое сопротивление пропорционально логарифму отношения диаметров внешнего и внутреннего проводников). Но по мере развития технологии скрученные пары смогли вытеснить из этой области коаксиальные кабели. Это произошло, когда полоса пропускания скрученных пар достигла 200-350 МГц при длине 100м (неэкранированные и экранированные скрученные пары категории 5 и 6), а цены на единицу длины сравнялись. Скрученные пары проводников позволяют использовать биполярные приемники, что делает систему менее уязвимой (по сравнению с коаксиальными кабелями) к внешним наводкам. Но основополагающей причиной вытеснения коаксиальных кабелей явилась относительная дешевизна скрученных пар. Скрученные пары бывают одинарными, объединенными в многопарный кабель или оформленными в виде плоского ленточного кабеля. Применение проводов сети переменного тока для локальных сетей и передачи данных допустимо для весьма ограниченных расстояний.

Если коаксиальный кабель имеет досточно большую длину и, например, проходит из одного здания в другое, имеющие разные заземления, возможно формирование наводки. Пусть L - индуктивность оплетки кабеля, а r - сопротивление оплетки, и по оплетке протекает импульсный ток i, тогда на вход приемника может попасть наводка с амплитудой DV=L(di/dt)+ir. Смотри рис. 3.1.1А.

Рис. 3.1.1А. Формирование наводки в коаксиальном кабеле

В таблице 3.1.1 приведены характеристики каналов, базирующихся на обычном и широкополосном коаксиальном кабелях.

Таблица 3.1.1

На рис. 3.1.2 показана зависимость ослабления кабеля (внешний диаметр 0,95 см) от частоты передаваемого сигнала.

При диагностировании сетей не всегда под руками может оказаться настоящий сетевой тестер типа WaveTek, и часто приходится довольствоваться обычным авометром. В этом случае может оказаться полезной таблица 3.1.2, где приведены удельные сопротивления используемых сетевых кабелей. Произведя измерение сопротивления сегмента, вы можете оценить его длину.

Зависимость ослабления сигнала в кабеле от его частоты

Рис. 3.1.2. Зависимость ослабления сигнала в кабеле от его частоты

Таблица 3.1.2 Сопротивление кабеля по постоянному току

Эти данные взяты из Handbook of LAN Cable Testing. Wavetek Corporation, California

Новые европейские стандарты для скрученных пар

Таблица 3.1.3. Новые европейские стандарты для скрученных пар (CENELEC)

Категории кабелей со скрученными парами

Таблица 3.1.3A. Обзор категорий кабелей со скрученными парами проводов (ISO/IEC 11801 = EN 50173)

Обзор классов соединений ISO/IEC 11801

Таблица 3.1.3A1. Обзор классов соединений согласно требованиям ISO/IEC 11801 (EN 50173)

Новые европейские стандарты на разъемы для скрученных пар

Таблица 3.1.3Б. Новые европейские стандарты на разъемы для скрученных пар (CENELEC)

Конкретные зависимости сигнала NEXT от частоты и длины кабеля в децибелах представлены в таблице ниже (LANline Special IV, 2002 p. 26). Данные соответствуют европейскому кабелю категории 5 EN 61935-2 и американскому категории 6 TIA/EIA-568-B.2-1).

Данные, приведенные в таблице 3.1.2, могут использоваться для оперативной предварительной оценки качества кабельного сегмента (соответствует стандарту EIA/TIA 568, 1991 год). Частотные характеристики неэкранированных пар категории 6 представлены в табл. 3.1.5`.

Таблица 3.1.5. Параметры неэкранированных пар категории 6

Наводки NEXT

NEXT - Near End Cross Talk - перекрестные наводки ближнего конца кабеля.
ACR - Attenuation-to Crosstalk Ratio.

Такой кабель пригоден для передачи информации со скоростью более 1 Гбит/с. ACR - Attenuation-to-Crosstalk Ratio (отношение ослабления к относительной величине перекресных наводок).

Ниже на рис. 3.1.3 показана зависимость наводок на ближнем конце кабеля, содержащего скрученные пары, (NEXT - Near End CrossTalk) от частоты передаваемого сигнала.

Рис. 3.1.3. Зависимость наводок NEXT от частоты передаваемого сигнала.

На рис. 3.1.4 представлена зависимость ослабления сигнала в неэкранированной скрученной паре (именно такие кабели наиболее часто используются для локальных сетей) от частоты передаваемого сигнала. Следует иметь в виду, что при частотах в области сотен мегагерц и выше существенный вклад начинает давать поглощение в диэлектрике. Таким образом, даже если проводники изготовить из чистого золота, существенного продвижения по полосе пропускания достичь не удастся.

Зависимость ослабления сигнала от частоты для неэкранированной скрученной пары

Рис. 3.1.4. Зависимость ослабления сигнала от частоты для неэкранированной скрученной пары

Для неэкранированной скрученной пары 5-ой категории зависимость отношения сигнал-шум от длины с учетом ослабления и наводок NEXT показана на рис. 3.1.5.

Рис. 3.1.5 Зависимость отношения сигнал/шум от частоты с учетом ослабления и наводок на ближнем конце кабеля

Рис. 3.1.6. Зависимость частотных свойст кабелей класса Е, а также NEXT, FEXT, Return Loss и Insertion Loss от частоты

Рис. 3.1.7. Зависимость частотных свойст кабелей класса F, а также NEXT, FEXT, Return Loss и Insertion Loss от частоты

Таблица 3.1.7.