Возвращение к основам. Переходное затухание и защищенность

Боб Кенни
директор по информационным кабельным технологиям в Prestolite Wire Cop.

Проводка с неэкранированными витыми парами оказала огромное влияние на сетевую инфраструктуру. Благодаря ей пользователи получили возможность использовать один тип кабельной системы для любых локально-сетевых приложений. Однако в последнее время решения на базе UTP стали куда как разнообразнее. На данный момент производители предлагают многочисленные разновидности проводки UTP от базовой Категории 3 до нестандартной пока Категории 6. В результате конечным пользователям становится все труднее и труднее разобраться в том, чем же отличаются различные типы проводки.

На эту тему написано множество статей. В одних - бум новых классов проводки UTP считается не более чем маркетинговым трюком производителей, в других - предлагаемые усовершенствования классифицируются как запоздалая модернизация устаревшей технологии. Так кто же прав?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОВОДКИ UTP

За последнее десятилетие проводка UTP претерпела значительные изменения. Рост потребностей сетей привел к появлению потенциального спроса на проводку UTP более высокого качества. Но прежде чем переходить к обсуждению достоинств проводки UTP, мы должны вначале разобраться в определяющих ее терминах.

Назначение любого сетевого кабеля состоит в передаче данных от одного устройства к другому. Такими устройствами могут быть терминалы, принтеры, серверы и т. д. Они могут подключаться к различным типам кабельных сред, включая оптический, коаксиальный, биаксиальный кабель, а также кабель с различными сочетаниями экранированных и неэкранированных пар. Выбор наилучшим образом подходящего для данного приложения типа проводки зависит от множества факторов, в том числе от удаленности конечных устройств, срока службы, уровня шума, требований защиты, финансовых ограничений, возможности последующего расширения и скорости передачи. Многие конечные пользователи рассматривают кабели с неэкранированными витыми парами как стандартную среду передачи, использование которой решает многие из перечисленных проблем.

Наибольшей популярностью UTP пользуется в качестве горизонтальной проводки, а именно для подключения настольных систем к телекоммуникационным шкафам (Telecommunication Closet, TC). Как следует из названия, UTP состоит из нескольких неэкранированных витых пар, окруженных общей оболочкой. Несмотря на наличие двух- и 25-парных кабелей, наибольшей популярностью пользуется четырехпарная проводка. Хотя в большинстве локально-сетевых сред, таких, как 10/100BaseTX, используется только две из четырех пар, новые рассматриваемые протоколы, в частности Gigabit Ethernet, будут задействовать все четыре пары.

ПОГОННОЕ ЗАТУХАНИЕ

Потери характеризуются термином "погонное затухание" или просто "затухание". В случае UTP затухание определяет величину потерь при прохождении сигнала по проводящей среде и выражается в децибелах (дБ). Использование децибел в качестве единицы измерения имеет свои преимущества. Например, нетрудно запомнить, что при затухании сигнала на 3 дБ он теряет 50% своей мощности. В Таблице 1 показано, как децибелы соотносятся с потерянной мощностью сигнала.

Величина потерь зависит от конструкции кабеля, в том числе от размера проводника, состава, изоляции и/или материала оболочки, диапазона рабочих частот, скорости передачи и протяженности кабеля. Влияние первого фактора, размера проводника, наиболее очевидно. Обычно чем больше проводник, тем меньше потери. По этой причине во многих кабелях UTP старшего класса используются проводники 23 AWG вместо 24 AWG.

Материал проводника (состав) также имеет важное значение. Например, медь имеет меньшие потери, чем сталь. Некоторые материалы, в частности серебро, имеют еще лучшие характеристики, нежели медь, однако многие из них слишком дороги для массового применения. Материал изоляции также может иметь влияние на затухание сигнала. В высококачественных кабелях UTP для изоляции проводника обычно используются материалы с низкими потерями, такие, как фторированный этиленпропилен или полиэтилен. Эти материалы обычно имеют меньшие потери, чем другие соединения, такие, как PVC. Материал оболочки также отражается на величине затухания. Именно поэтому многие производители отделяют оболочку от изолированных пар с помощью конструкции нежесткой трубы. Кроме того, как известно, затухание в медной проводке UTP увеличивается с ростом частоты. Например, при 100 МГц затухание больше, чем при 1 МГц (при условии, что кабели имеют одинаковую длину). И, наконец, потеря сигнала зависит от протяженности кабеля. При прочих равных условиях - чем длиннее кабель, тем больше потери. По этой причине затухание выражается в децибелах на единицу длины.

Резюме по затуханию:

• при прохождении по кабелю сигнал теряет свою силу;
• затухание определяет величину потерь;
• величина затухания выражается в децибелах (дБ);
• затухание в кабеле зависит от таких факторов, как размер и состав проводника, рабочая частота (диапазон частот), скорость и расстояние.

ПЕРЕХОДНОЕ ЗАТУХАНИЕ

Рисунок 2. Переходное затухание.

Один из наиболее сложных для понимания моментов в отношении переходного затухания связан с единицами измерения, а именно с децибелами. В случае погонного затухания чем больше величина в децибелах, тем выше потери сигнала. В случае переходного затухания все наоборот - чем больше величина в децибелах, тем меньше помехи. Таблица 2 позволит лучше разобраться в ситуации.

Очевидно, появление шумов в соседних парах нежелательно. Как видно из диаграммы, чем больше величина переходного затухания в децибелах, тем меньше наведенное напряжение (т. е. шумы) в соседних парах.

Погонное затухание характеризует потерю сигнала. Следовательно, чем больше величина в децибелах, тем выше потеря сигнала. Однако переходное затухание характеризует потерю шума. В этом случае чем больше величина в децибелах, тем больше потери шума. И конечно, чем активнее затухает шум, тем лучше.

ВИДЫ ПЕРЕХОДНОГО ЗАТУХАНИЯ

Наиболее часто термин "переходное затухание" используется вместе со словосочетанием "на ближнем конце". Причина этого в том, что на ближнем конце, где сигнал имеет наибольшую мощность, он порождает мощное электромагнитное излучение (электромагнитные помехи). Рядом же с передатчиком по соседней паре идет ослабленный сигнал на приемник. Такая комбинация может иметь самые серьезные последствия для принимаемого сигнала, так как он оказывается под воздействием сильного соседнего поля. Это явление имеет место на ближнем конце, поэтому оно и выделяется.

Суммарное переходное затухание. Как отмечалось ранее, некоторые системы задействуют все четыре пары. При рассмотрении переходного затухания на ближнем конце мы исходили из того, что используются только две пары. Однако, если активны все четыре пары, как в стандарте на Gigabit Ethernet, они порождают значительно большие шумы.

Рисунок 4. Суммарное переходное затухание.

Переходное затухание на дальнем конце. Обычно данные передаются в одном направлении, а именно от передающего устройства к принимающему. Однако в некоторых системах данные передаются в двух направлениях. Такие системы называются полнодуплексными. В этом случае данные вводятся в кабель как на ближнем конце, так и на дальнем одновременно. Поэтому в случае полнодуплексной передачи шумы возникают как на ближнем, так и на дальнем конце. Ввиду этого переходное затухание на дальнем конце введено во многие новые спецификации.

Шум на дальнем конце измерить не так-то просто, потому что значительная доля шумов теряется или затухает по пути к тестовому устройству. Поэтому стандартной практикой является вычитание погонного затухания и учет только одних шумов. Величина "шумы минус затухание" получила название приведенного переходного затухания на дальнем конце.

Рисунок 5. Стороннее переходное затухание.

Резюме по переходному затуханию:

• переходное затухание на ближнем конце имеет такое важное значение потому, что на ближнем конце передаваемый сигнал имеет наибольшую мощность, а принимаемый сигнал - наименьшую. В результате принимающая пара оказывается особенно восприимчива к помехам со стороны передающей пары. Суммарное переходное затухание учитывает влияние нескольких активных пар;
• переходное затухание на дальнем конце характеризует последствия полнодуплексных операций, когда сигналы генерируются одновременно на ближнем и дальнем концах. Стороннее переходное затухание определяет воздействие перекрестных помех со стороны других кабелей. Этот эффект проявляется наиболее сильно, когда активны несколько пар в кабеле.

ИМПЕДАНС И ОБРАТНЫЕ ПОТЕРИ

Рисунок 6. Импеданс как функция частоты.

Рисунок 7. Импеданс.

Такое несовпадение неизбежно вызовет отражение энергии в точке разрыва (см. Рисунок 7б). Если импеданс обусловливает возможность несоответствия, то обратные потери характеризуют его последствия. Обратные потери (измеряемые в дБ) позволяют выяснить, какая доля сигнала теряется вследствие отражения.

Резюме по импедансу и обратным потерям:

• импеданс характеризует путь прохождения данных. Любое отклонение в величине импеданса приводит к отражению сигнала;
• отражение означает, что вместо того, чтобы продолжать свой путь дальше вперед, в действительности энергия отражается назад к передатчику;
• в конечном итоге это приводит к ослаблению распространяющегося в прямом направлении сигнала.

ПЕРЕКОС ЗАДЕРЖКИ

Рисунок 8. Перекос задержки.

Когда все четыре пары активны, сигналы должны прибывать согласованно. Измеряемый в наносекундах перекос задержки характеризует разницу во времени поступления сигналов по разным парам кабеля. Если эта разница окажется чересчур велика, то принимающее устройство будет не в состоянии восстановить сигнал. В конечном итоге это приведет к ошибкам и потере данных.

ЗАЧЕМ УСОВЕРШЕНСТВОВАТЬ ПРОВОДКУ?

Первые усовершенствованные версии проводки Категории 5 появились около пяти лет назад. Многие из обсуждавшихся выше параметров удалось улучшить за счет применения уникальных конструкций кабеля, в частности более тугой скрутки и внутрикабельных заполнителей. Цель этих усовершенствований состояла в подготовке пользователей к грядущим изменениям в технологиях локальных сетей.

Когда Категория 5 только появилась, лишь немногим системам был действительно необходим предоставляемый ею диапазон рабочих частот. Так, Ethernet на 10 Мбит/с и Token Ring на 4 Мбит/с разрабатывались в расчете на проводку Категории 3. Однако с появлением новых систем, таких, как 100BaseT и ATM на 155 Мбит/с, потребность в Категории 5 стала очевидной. В последнее время уже новые протоколы, в частности ATM на 622 Мбит/с и 1000BaseT, заставляют многих задуматься о достаточности Категории 5 для их реализации. Отсюда и тенденция к усовершенствованию UTP.

Что же такого особенного в этих сетях, что их появление привело к подобной тенденции?

Возросшие скорости передачи данных. Широкое распространение в современных сетях получили такие системы, как 100BaseT и ATM на 155 Мбит/с. Ввиду их сложности по сравнению с 10BaseT и его аналогами проводка для этих систем должна обеспечивать меньшее затухание сигнала, обладать лучшей устойчивостью к помехам и вообще быть более целостной.

Сложные схемы кодирования. В целях оптимального распределения энергии по диапазону частот системами типа 100BaseT используются многоуровневые схемы кодирования. Они имеют множество достоинств, в частности низкий уровень шумов. К сожалению, чем сложнее схема кодирования, тем чувствительнее система. Поэтому кабель не должен иметь разрывов импеданса, обладая при этом хорошей изоляцией.

Функционирование в полнодуплексном режиме. В системах наподобие 10BaseT в каждый конкретный момент времени активна только одна пара. По одной паре данные передаются, по другой - принимаются. Такой режим работы называется полудуплексным. Благодаря достижениям в технологическом процессе и электротехнике, новые системы могут работать в полнодуплексном режиме, т. е. сигналы могут передаваться и приниматься одновременно. Это позволяет увеличить пропускную способность кабеля UTP фактически вдвое. Однако для этого кабель должен иметь стабильные характеристики импеданса с минимальным отражением и хорошую изоляцию от перекрестных помех между парами на ближнем/дальнем конце.

Использование нескольких пар. В обычных сетях активны только две из четырех пар. Между тем пропускную способность можно значительно увеличить за счет использования всех четырех пар кабеля Категории 5. С помощью хитроумной электроники данные могут передаваться одновременно по нескольким парам и восстанавливаться в точке приема. Чтобы это стало возможным, кабель должен обеспечивать при прохождении сигнала как можно меньшие помехи между парами, когда активны все четыре пары. Это послужило толчком к сертификации кабелей Категории 5 на соответствие параметрам суммарного затухания.

КРАТКОЕ ОБОБЩЕНИЕ

Весь спор о необходимости усовершенствованной проводки можно свести к двум очень простым вопросам.

1. Чем будет полезна усовершенствованная проводка UTP для моей существующей сети?
2. Чем будет полезна усовершенствованная проводка UTP при модернизации моей сети?

Если кто-то пытается продать вам решение на базе усовершенствованной проводки, то попросите его ответить на эти два простые вопроса. Если он окажется не в состоянии это сделать, то его заявления - не больше, чем маркетинговый ход. В конце концов, сами по себе усовершенствования не имеют смысла. Ваш выбор должен напрямую зависеть от того, какую реальную пользу принесет модернизация вашей сети. И ключевым словом здесь является "ваша". Далеко не все усовершенствования нужны именно в вашей сети. Важно также, чтобы обещанные преимущества стали реализованными преимуществами.

Рисунок 9. Показания тестового устройства NEWSLine компании LeCroy.

Тем не менее остается вопрос, каковы общие следствия для сети? В том, что UTP способен обеспечить соединение, сомнений не возникает. Однако гораздо более важное значение имеет способность UTP передавать данные согласованным образом и без ошибок.

Таблица 3 показывает влияние ошибок на пропускную способность сети 100BaseT Ethernet. Как было установлено, увеличение числа ошибок при передаче данных до одного процента приводит к снижению пропускной способности на 80%. Поэтому если усовершенствование проводки UTP способно предотвратить появление ошибок, то переход к проводке более высокого класса вполне оправдан. Улучшение таких параметров, как суммарное переходное затухание, стороннее переходное затухание и мощность сигнала, позволяет сократить вероятность ошибок в существующих и будущих сетях. Однако эти характеристики должны быть продемонстрированы и объяснены конечным пользователям.

Значение надежно функционирующей проводки UTP возрастает с увеличением скорости передачи данных. Такие системы, как 1000BaseT, потенциально в четыре раза более чувствительны, чем 100BaseT. Предотвращение ошибок является в обоих случаях обязательным для успешного функционирования сети. Используя такие устройства, как вышеупомянутый тестер компании LeCroy, конечные пользователи могут увидеть, как UTP влияет на характеристики сети. И в некоторых случаях переход на усовершенствованную проводку позволяет увеличить пропускную способность за счет предотвращения ошибок в передаче данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на наличие у усовершенствованной проводки UTP потенциала для расширения возможностей как существующих, так и будущих сетей, вопросы по-прежнему остаются: "Насколько нужны эти усовершенствования для вашей системы и чем они могут помочь для вывода ее на новый уровень?" Только ответив на эти два вопроса, вы сможете отличить реальные потребности от мнимых.

"Витая пара" (twisted pair) – это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели данного типа зачастую 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.

Сбалансированность пары

Если в кабеле присутствует более одной пары, то для исключения взаимных наводок пар, которые могли бы нарушить электромагнитный баланс, пары скручивают с различным шагом.

Impedance

Скорость/задержка распространения сигнала

Attenuation

На представленном графике показаны потери мощности сигнала при передаче в зависимости как от длины кабеля, так и от используемой частоты.

NEXT

(Near End Crosstalk)
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. Измерения необходимо проводить с обоих сторон, поскольку эта характеристика зависит от взаимного расположения измерительных приборов и мест возможных дефектов в кабеле. Как и погонное затухание, NEXT необходимо измерять для полного ряда частот.

В многопарном кабеле измерения производятся для всех комбинаций пар. Однако в настоящее время все чаще применяют и более глубокие тесты, основанные на выявлении групповых наводок на ближнем конце между всеми парами (Power Sum Crosstalk), присутствующими в кабеле.

Power Sum Crosstalk

Другое название данной характеристики – Power Sum NEXT или PS-NEXT. Как и NEXT, Power Sum CrossTalk выражает переходное затухание между парами в многопарном кабеле, измеренное на ближнем конце - то есть со стороны передатчика сигнала. Однако учитываются одновременные наводки со всех пар, присутствующих в кабеле. Подобно NEXT, PS-NEXT измеряется с обоих концов линии для всего диапазона применяемых частот.

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).

FEXT

(Far End Crosstalk)
Far End Crosstalk или переходное затухание на дальнем конце характеризует влияние сигнала в одной паре на другую пару. В отличие от NEXT FEXT измеряется посредством подачи тестового сигнала на пару в кабеле с одной пары и замера наведенного сигнала в другой паре со стороны приемника. Характеристика численно равна отношению тестового сигнала к наведенному посредством созданного электрического поля. FEXT как и все семейство характеристик переходного затухания, измеряется на всем диапазоне используемых частот и выражается в децибелах.

ACR

(Attenuation Crosstalk Ratio)
Одной из самых важных характеристик, отражающих качество кабеля является разность между погонным и переходным затуханиями, выражающуюся 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. Так как характеристика не измеряется, а является результатом вычислений на основе измерений затуханий, которые в свою очередь зависят от используемой частоты, ACR должен вычисляться для всего диапазона применяемых частот.

ELFEXT

(Equal Far End Crosstalk)
ELFEXT – приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется на основании измерений переходного затухания на дальнем конце (FEXT) и погонного затухания (Attenuation) наводимой пары. Фактически ELFEXT – это ACR на дальнем конце кабельного линка, т.е. разница между параметрами FEXT первой пары и Attenuation второй. ELFEXT как и все семейство характеристик переходного затухания, вычисляется для всего диапазона используемых частот и выражается в децибелах.

PS-ELFEXT

(Power Sum Equal Far End Crosstalk)
PS-ELFEXT – суммарное приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется для каждой отдельной пары простым суммированием значений ее параметров elfext относительно всех остальных пар.

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 сетей с поддержкой протокола Gigabit Ethernet, использующего 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.

Качественные показатели функционирования линий СКС на основе электропроводных кабелей зависят от целого ряда факторов. В частности, в случае неэкранированной конструкции витая пара подвергается воздействию со стороны внешнего электромагнитного излучения.

06.07.2010 Андрей Семенов

Качественные показатели функционирования линий СКС на основе электропроводных кабелей зависят от целого ряда факторов. В частности, в случае неэкранированной конструкции витая пара подвергается воздействию со стороны внешнего электромагнитного излучения. Кроме того, часть энергии передаваемого сигнала переходит во внешнее электромагнитное излучение. Плотное прилегание однотипных кабелей внутри кабельных каналов приводит к тому, что соседние цепи оказываются в зоне действия излучения, создаваемого информационным сигналом. Данное излучение вызывает в них наведенные токи. У этого эффекта есть свое название: наводки.

Наводки, накладываясь на передаваемые по тем же парам полезные сигналы, становятся для последних помехами, которые в силу своей природы называются переходными. Когда уровни полезного сигнала и наводки становятся соизмеримыми, на приеме возникают ошибки, что в конечном итоге снижает качество связи.

Переходная помеха имеет множество разновидностей. При расчете качественных показателей линии связи могут приниматься во внимание как все виды наводок, так и только некоторые из них. Конкретный перечень зависит от особенностей организации передачи и приема информационных сигналов. При анализе переходных помех необходимо учитывать следующие факторы:

• взаимное расположение источника наводки и места взаимодействия порождаемой им помехи с информационным сигналом;
• количество влияющих цепей, которые необходимо принимать во внимание при определении величины переходной помехи;
• организационная принадлежность цепей, являющихся источником и приемником переходной помехи, к одному или различным трактам передачи информации.

По месту измерения различают помеху на ближнем и дальнем концах. В расчет принимается также количество влияющих цепей: обычно рассматривают одинарную (одна влияющая цепь) и суммарную (более одного источника) переходную помеху. Если источник помехи и место ее измерения относятся к одному кабелю (стационарной линии или тракту), то речь идет о внутрикабельной или просто о переходной помехе, если к разным - то о межкабельной или (в общем случае) межэлементной. Кроме того, эти факторы могут произвольным образом комбинироваться при анализе. Иначе говоря, в определенных обстоятельствах возникает необходимость в определении, например, суммарной наводки на дальнем конце или даже межкабельной суммарной наводки на ближнем конце.

Упомянутые наводки можно назвать прямыми, так как они создаются непосредственно источником возмущающего сигнала в подверженной их влиянию цепи. В технике сетей связи общего пользования наряду с прямыми наводками иногда приходится учитывать косвенные наводки - так называемое влияние через третьи цепи. Благодаря малому шагу скрутки горизонтальные кабели СКС характеризуются заметно более низкими значениями переходных наводок. По этой причине косвенные влияния через третьи цепи можно считать пренебрежимо малыми на фоне прямых, поэтому учитывать их не имеет смысла.

Необходимость использования столь разноплановых характеристик влияния обусловлена тем, что наводки различной природы являются доминирующим источником помехи в симметричных кабельных трактах СКС. Расширение перечня составляющих переходной помехи связано с объективной тенденцией к увеличению производительности сетевых интерфейсов. Этот процесс сопровождается расширением диапазона рабочих частот; кроме того, при конструировании оборудования приходится применять все более сложные схемы организации связи.

УЧЕТ И АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПОМЕХ

Далее речь пойдет преимущественно о линейных кабелях, которые представляют собой наиболее «шумящий» элемент кабельного тракта СКС (Рисунок 1). Протяженность кабельных трактов СКС сравнительно небольшая (свыше 90% всех стационарных линий в правильно спроектированной СКС не превышают по длине 70 м), а ширина частотного диапазона достаточно велика. Поэтому, в отличие от линий сетей связи общего пользования, при их расчете и анализе необходимо учитывать переходную помеху со стороны других компонентов СКС (стационарной линии и трактов).

Шнуры отличаются от линейных только конструкцией проводника (семипроволочный вместо однопроволочного), несколько большей толщиной общей оболочки и пластичностью материала, используемого при их изготовлении, - тем самым обеспечивается необходимая механическая стабильность при многочисленных изгибах. Таким образом, переходные влияния этих разновидностей кабелей можно анализировать одинаково.

Стандарты СКС запрещают параллельное подключение к цепям передачи сигналов в пределах стационарной линии. С учетом этого ограничения единственным кандидатом на роль прочего компонента остаются соединители разных видов (разъемные и неразъемные). При таком подходе наряду с межкабельной переходной помехой можно рассматривать более общую межэлементную помеху. Она возникает в результате наводки, направленной с одного разъемного соединителя или неразъемного сростка на другой. Из-за точечного характера соединителя для этого иногда приходится несколько изменить модель описания влияния одних цепей на другие.

Отдельные помеховые составляющие одной частоты могут суммироваться с произвольной фазой или синфазно. В первом случае говорят о суммировании по мощности, во втором - по напряжению. Отдельные разновидности переходной помехи формируются независимо друг от друга, поэтому они воздействуют на сигнал аддитивно (иначе говоря, помехи суммируются по мощности). Суммирование по напряжению увеличивает амплитуду наводки и ее воздействие.

Некоторые производители кабельных систем в конце 90-х годов прошлого столетия предлагали нормировать так называемую глобальную переходную помеху (Global CrossTalk, GXT). Величина GXT численно равна сумме переходных помех, создаваемых источниками, которые находятся на обоих концах кабеля, а также вне его. Ввиду их статистической независимости суммирование отдельных составляющих выполняется по мощности, а не по напряжению (синфазно). Однако данный параметр не получил широкого распространения из-за низкой информативности - слишком уж разный характер изменения демонстрируют образующие его отдельные составляющие при вариации характеристик линии.

ПОНЯТИЕ ПЕРЕХОДНОГО ЗАТУХАНИЯ

Разность между уровнями исходного влияющего сигнала и наводки, создаваемой им в соседней цепи, называется переходным затуханием. Таким образом, переходное затухание по определению является положительной величиной. Введение данной характеристики весьма удобно с методической точки зрения: физический процесс (переходная помеха) и численная мера интенсивности этого процесса (переходное затухание) обозначаются двумя различными терминами.

Термин «переходное затухание» используется в кабельной технике и технике связи уже несколько десятков лет и отличается четкостью и логичностью. Во-первых, затухание определяется в полном соответствии с основополагающим отечественным ГОСТ 24204-80. Во-вторых, переход понимается как пространственное явление, так как источник наводки и место определения ее фактической величины не имеют гальванической связи.

Терминология в отношении переходного затухания тесно связана с отдельными разновидностями переходной помехи. При количественном описании воздействия от наводок говорят о переходном затухании на ближнем и дальнем концах, о суммарном переходном затухании и т. д., а также об их произвольных комбинациях.

Введение различных видов переходного затухания позволяет описать помеху в количественной форме, учесть отдельные ее составляющие, добиться более точного определения качественных показателей формируемого тракта передачи и осуществить их оптимизацию на практике.

ПЕРЕХОДНОЕ ЗАТУХАНИЕ НА БЛИЖНЕМ И ДАЛЬНЕМ КОНЦАХ

Симметричный кабель, а также стационарная линия и тракт, реализованные на его основе, изначально предназначены для передачи информационного сигнала между пространственно разнесенными точками и, таким образом, представляют собой протяженные объекты. Если источник сигнала, порождающего наводку, и место ее измерения находятся на одном конце этих объектов, то говорят о переходном затухании на ближнем конце, если на разных - о переходном затухании на дальнем конце (Рисунок 2).

Для обозначения переходного затухания на ближнем конце широко используется англоязычная аббревиатура NEXT (Near End Crosstalk), а для переходного затухания на дальнем конце применяется сокращение FEXT (Far End Crosstalk). Более точным было бы написание NEXT loss и FEXT loss, что, однако, хотя и принято в стандартах СКС, не получило практического распространения из-за некоторой громоздкости. Слово loss (потери, в данном случае затухание) подразумевается присутствующим по умолчанию. Термином NEXT может обозначаться как явление (переходная наводка), так и численная характеристика интенсивности этого явления (переходное затухание). Предполагается, что смысл термина должен быть ясен специалисту из контекста.

(Понятие переходного затухания на ближнем и дальнем концах в такой форме не является чем-то новым для кабельной техники. Оно широко применялось для линий городской, зоновой и междугородной связи. При их описании в отечественной технической литературе традиционно использовались обозначения A 0 и A l соответственно.)

Переходное затухание на ближнем конце - самая первая численная характеристика влияния, которая начала нормироваться в СКС. При этом на момент выделения СКС в самостоятельное техническое направление NEXT был единственным актуальным для практики параметром влияния. Дело в том, что в середине 90-х годов скорости передачи в локальных сетях не превышали 100 Мбит/с (в вариантах 10BaseT и 100BaseTX), а для увеличения производительности канала связи (под этим параметром традиционно понималась сумма скоростей передачи в прямом и обратном направлениях) использовался полнодуплексный режим, поэтому передатчик и приемник каждого сетевого интерфейса конструируются в расчете на подключение к различным витым парам одного кабеля, которые могли бы функционировать одновременно.

Модель работы простейшего сетевого интерфейса Ethernet в полнодуплексном режиме (в контексте оценки качественных показателей канала связи) изображена на Рисунке 2, а. При такой схеме организации связи информационный сигнал, источником которого является передатчик на дальнем конце, приходит на ближний конец ослабленным после передачи по витой паре. На входе приемника он подвергается воздействию мощной переходной помехи от работающего на этом же конце передатчика. В этом случае для нахождения отношения сигнал/шум, то есть для определения качества передачи информации, достаточно ввести нормы и контролировать выполнение для следующего параметра:

NEXT = P c – max P ппб,

где Р с - уровень сигнала, а Р ппб - уровень переходной помехи, создаваемой этим сигналом на ближнем конце.

Величина max P ппб взята из соображений гарантированного обеспечения определенного отношения сигнал/шум в общем случае. Такой подход удобен тем, что при разработке сетевых интерфейсов пары горизонтального кабеля можно комбинировать произвольным образом.

Увеличить пропускную способность линии связи на основе симметричного тракта можно за счет одновременной передачи информации по двум или более парам одного кабеля. Данный прием известен как схема параллельной передачи и широко применяется на скоростях 1 Гбит/с и выше, но дополнительно к переходным помехам на ближнем конце необходимо учитывать также помехи на дальнем конце (см. Рисунок 2, б). Для расчета данной помехи следует знать величину переходного затухания на дальнем конце:

FEXT = P c – max P ппд,

где P ппд - уровень переходной помехи на дальнем конце. Максимальное значение P ппд берется по тем же соображениям, что и при нормировании помехи на ближнем конце.

Отдельно укажем, что модель влияния (см. Рисунок 2, б) не имеет самостоятельного практического значения из-за отсутствия сетевых интерфейсов, где использовалась бы двухканальная схема параллельной передачи. В принципе ей соответствовал двухпарный гигабитный Ethernet, однако оборудование этого типа не получило распространения, хотя и стандартизировано IEEE 802.3.

Величины NEXT и FEXT представляют собой измеряемые параметры. Под этим понимается то, что при определении их фактического значения измерительный прибор подает на тестируемый объект испытательный сигнал и фиксирует отклик, поступающий в его приемную часть. После обработки данного отклика и его сравнения с исходным воздействием находится фактическое значение переходного затухания на ближнем и дальнем концах.

ЧАСТОТНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ NEXT И FEXT

Влияющая пара и пара, подверженная влиянию, находятся под общей защитной оболочкой кабеля, то есть располагаются параллельно. При анализе переходных воздействий подобную структуру можно рассматривать как конденсатор, функции обкладок которого выполняют влияющие друг на друга пары. Даже из такой простейшей модели следует, что с ростом частоты переходное затухание должно падать. При этом будет резонно, по крайней мере в первом приближении, считать линейной зависимость переходного затухания от частоты (в логарифмическом масштабе).

В нормативном разделе стандарта ISO/IEC 11801:2002 приводятся математические модели стационарных линий и трактов. Анализ их структуры показывает, что для кабельных изделий СКС используется следующее аппроксимирующее выражение частотной характеристики NEXT:

NEXT(f) = NEXT(1) – 15lg(f),

где: NEXT(1) - минимально допустимое переходное затухание на ближнем конце на частоте 1 МГц, которое для кабелей Категорий 5е, 6 и 7 принимается равным 63,5, 74,3 и 102,4 дБ соответственно, f, МГц - частота сигнала.

Из приведенного соотношения следует, что крутизна изменения минимально допустимой величины NEXT принимается постоянной во всем частотном диапазоне и равной 15 дБ на декаду.

Иногда указываемая в каталогах производителей размерность переходного затухания на ближнем конце в дБ/100 м должна трактоваться как величина NEXT, измеряемая при длине кабеля 100 м. Какие-либо пересчеты на меньшую длину недопустимы. Иначе говоря, если, например, на длине 100 м значение NEXT равно 40 дБ, то и при длине 50 м оно не поменяется и будет составлять те же 40 дБ.

Практически идентичное соотношение справедливо и для частотной характеристики переходного затухания разъемных соединителей. Начальное значение NEXT на частоте 1 МГц для разъемов Категорий 5е, 6 и 7 устанавливается стандартом ISO/IEC 11801:2002 равным 83, 94 и 102,4 дБ соответственно. Однако скорость падения NEXT при увеличении частоты зависит от категории разъема. Для изделий Категорий 5е и 6 она составляет 20 дБ на декаду, а для разъемов Категории 7 равна 15 дБ на декаду (аналогично кабелям).

Составляющие одной частоты переходной помехи на ближнем конце, которые создаются отдельными участками влияющей витой пары, суммируются с различными фазами. На качественном уровне этот эффект объясняется тем, что к моменту поступления на вход приемника указанные составляющие проходят различный путь. Поэтому реальный график частотной зависимости величины NEXT имеет вид кривой с падающей медианой и с резкими, но регулярными перепадами значений переходного затухания на близких частотах.

Стандарты нормируют только минимальную величину параметра NEXT. Кабель (а также стационарная линия и тракт, построенные на его основе) считается соответствующим требованиям стандарта, если во всем рабочем частотном диапазоне фактически достигаемая величина NEXT не опускается ниже того значения, которое определено нормами. Таким образом, из соображений преемственности принимается стратегия точечного, а не интегрального нормирования.

Переходная помеха на дальнем конце обычно меньше, чем переходная помеха на ближнем конце. Однако, в отличие от помех на ближнем конце, эти помеховые составляющие к моменту поступления на приемник проходят практически одинаковый путь. С учетом этой особенности они достаточно часто суммируются синфазно или с небольшой разностью фаз, что может дополнительно увеличивать их возмущающее воздействие на информационный сигнал.

ЗАВИСИМОСТЬ NEXT И FEXT ОТ ПРОТЯЖЕННОСТИ ЛИНИИ

Переходное затухание на ближнем конце с увеличением длины линии L сначала довольно быстро уменьшается, а затем асимптотически стремится к некоторому постоянному значению (Рисунок 3). Этот эффект объясняется тем, что, начиная с определенной величины L, токи помех с участков, отдаленных от точки подключения генератора (например, участки III и IV на Рисунке 2, а), приходят на ближний конец настолько ослабленными, что практически не увеличивают взаимного влияния между цепями.

Из рассмотренного механизма формирования помехи на ближнем конце следует, что значения NEXT для двух концов одной пары могут существенно различаться. Поэтому фактическая величина NEXT должна определяться отдельно для каждого конца стационарной линии, тракта или кабеля.

Это сказывается на конструкции приборов для полевого тестирования. Так, они реализуются в виде двух очень похожих полукомплектов или блоков, каждый из которых снабжается управляющим высокопроизводительным контроллером, что позволяет не менять местами базовый и удаленный блоки в процессе работы и по меньшей мере вдвое ускорить процесс тестирования. В серийной измерительной аппаратуре основной блок отличается от удаленного только наличием полномасштабного дисплея и органов управления.

График изменения переходного затухания на дальнем конце, зависящего от длины линии, носит экстремальный характер. Вначале, пока длина линейного кабеля мала, возрастание ее протяженности ведет к увеличению мощности помехи. По мере увеличения длины помеховые составляющие затухают сильнее, и FEXT постепенно, но при этом достаточно быстро возрастает. Данная особенность затрудняет контроль выполнения норм по этому параметру.

СУММАРНОЕ ПЕРЕХОДНОЕ ЗАТУХАНИЕ

К концу 90-х годов для описания функционирования симметричных кабельных линий и трактов СКС возникла потребность в моделях, которые в большей степени соответствовали бы реальным схемам использования ресурсов СКС перспективными видами аппаратуры, что было обусловлено двумя факторами. Во-первых, при разработке сетевого оборудования четко обозначилась тенденция использования одновременно нескольких пар для передачи информации в полнодуплексном режиме. Во-вторых, при построении СКС открытых офисов начали широко применяться многопарные кабели, характеристики которых позволяли выполнять передачу сигналов сразу нескольких сетевых интерфейсов.

Переход к новым схемам реализации информационного обмена привел к тому, что нормирования только межпарного переходного затухания оказалось недостаточно. Это обусловлено тем, что в момент поступления полезной информации на приемник воздействуют помехи со стороны нескольких источников, обладающих одинаковой или, по крайней мере, сопоставимой мощностью. Для учета этого обстоятельства используется более сложная схема, которая фиксирует переходное затухание по модели так называемой суммарной мощности (Power Sum).

В случае четырехпарного кабеля схема для определения суммарной переходной помехи на ближнем конце предстает в виде, изображенном на Рисунке 4, а (помехи от всех пар воздействуют на одну). В соответствии с этой схемой суммарное переходное затухание на ближнем конце составляет:

где NEXT i - величина NEXT для i-й влияющей пары, а n - количество пар в кабеле.

Значение суммарного переходного затухания на дальнем конце определяется аналогично:

Величины PS-NEXT и PS-FEXT зависят от частоты и протяженности линии таким же образом, как NEXT и FEXT соответственно.

В отличие от параметра NEXT величина PS-NEXT при тестировании не измеряется из-за сложностей формирования адекватного испытательного сигнала. Она определяется расчетным путем на основании измерений NEXTi для отдельных пар. Выполнение данной операции не представляет каких-либо проблем благодаря высокой производительности контроллеров современного измерительного оборудования для полевого тестирования.

Параметр PS-FEXT также определяется расчетным путем. Однако как и его «межпарный» прототип он существенно зависит от длины линии и без связи с другими характеристиками малоинформативен. Поэтому стандарты его не нормируют. Тем не менее величина PS-FEXT является одной из составных частей параметра защищенности на дальнем конце, соблюдение требований стандартов для которого является необходимым условием сертификации кабельной системы перед ее передачей в текущую эксплуатацию.

Из-за неодинакового расстояния между парами, различного шага скрутки, особенностей раскладки проводов по контактам разъема и других параметров разность между величинами NEXT и PS-NEXT конструкций специальной разработки оказывается равной примерно 3 дБ, а не 4,8 дБ (см. Таблицу 1). Из приведенных в ней данных следует, что если величина PS-NEXT не приводится в паспортных данных кабеля, то для ее оценки в первом приближении можно воспользоваться довольно точным эмпирическим соотношением:

PS-NEXT = NEXT – 3 дБ.

Проблема обеспечения требуемой величины суммарного переходного затухания возникла сначала в многопарных кабелях при их подключении к нескольким источникам сигналов. Требования к многопарным конструкциям содержались в нормативной части редакций основных стандартов СКС от 1995 года. Сложность их соблюдения привела к тому, что в течение длительного времени на рынке предлагались две разновидности многопарных кабелей: обычные и с сертификацией по Power Sum. Последние обладали улучшенными характеристиками, но стоили намного дороже.

В настоящее время величины суммарного переходного затухания четырехпарных кабелей ненамного отличаются от аналогичных параметров различных многопарных кабелей. Это обусловлено конструкцией последних, где в большинстве случаев применяются пятипарные связки, то есть по количеству пар они мало отличаются от горизонтального кабеля.

Влияние пар соседних пучков многопарных изделий в кабельных трактах Категории не выше D пренебрежимо мало из-за относительно большого значения произведения L λ - расстояния между ними на длину волны передаваемого сигнала. При переходе к трактам Класса E в традиционных многопарных кабелях, в которых все цепи передачи находятся под общей оболочкой, пренебрегать «межпучковыми» влияниями уже нельзя из-за уменьшения λ (роста частоты передаваемого сигнала). Для устранения этого недостатка конструкции Категории 6 с количеством пар свыше четырех реализуются по так называемой многоэлементной схеме. Последняя представляет собой фабричную сборку из нескольких четырехпарных кабелей, скрепленных общей оболочкой (например, так делает компания Corning Cable Systems) или обмоткой из фиксирующей ленточки (решение компании Brand Rex). Такое исполнение не требует радикальной модернизации технологического процесса на производстве и гарантирует большой пространственный разнос пар, относящихся к разным четверкам, благодаря чему величина произведения L λ оказывается достаточной для эффективного подавления межпучковых воздействий.

МЕЖКАБЕЛЬНОЕ И МЕЖЭЛЕМЕНТНОЕ ПЕРЕХОДНОЕ ЗАТУХАНИЕ

Горизонтальные кабели на большей или меньшей части своей длины прокладываются параллельно по одному кабельному каналу с весьма узким поперечным сечением. Это приводит к тому, что кабели плотно прилегают друг к другу. В данной ситуации может понадобиться контроль воздействия всех окружающих кабелей на один, количественной мерой которого является стороннее или межкабельное переходное затухание. В данном случае, аналогично внутрикабельному переходному затуханию, различают переходное затухание на ближнем (Alien NEXT) и дальнем (Alien FEXT) концах, а также их межпарные и суммарные разновидности.

Из механизма возникновения наводок ясно, что основную долю мощности межкабельной помехи в конкретно взятой паре вносят пары такого же цвета других кабелей. Это обусловлено тем, что механизм подавления за счет соответствующего подбора шагов скрутки для таких пар не работает. Выбор названия помехи (от англ. Alien - чужой) дополнительно подчеркивает крайнюю опасность таких наводок для неэкранированных кабелей и линий, изготовленных на их основе.

Из-за особенностей самого процесса возникновения помех их уровень на дальнем конце кабеля может существенно превышать уровень на ближнем конце. Одновременно механизм формирования межкабельной переходной помехи означает изменение механизма формирования суммарной помехи. Поскольку расстояния между источником помехи и парой, подверженной влиянию, значительно больше, чем в случае сердечника, помеху создают не все пары соседних кабелей. При рассмотрении суммарной межкабельной переходной помехи следует учитывать только наводки от пар, которые имеют равный шаг скрутки, то есть «одноцветных» пар.

Соответственно, при определении межкабельной переходной помехи рассматриваются только те кабельные изделия, которые расположены в непосредственной близости от кабеля, подверженного влиянию. Ввиду однотипности кабелей, для анализа межкабельных влияний и построения схем измерения ее фактических значений зачастую применяется схема «шесть вокруг одного» (Рисунок 5).

Проведенные экспериментальные исследования показывают, что необходимость учета переходных помех, создаваемых соседними кабелями, возникает только на частотах свыше 250 МГц. Фактически такие помехи сказываются в трактах Класса не ниже EA, причем когда для их реализации используется неэкранированная элементная база Категории 6А. В отличие от внутрикабельной переходной помехи межкабельные шумовые составляющие не могут быть устранены методами аппаратурной обработки в цифровом сигнальном процессоре DSP приемника сетевого интерфейса. Это привело к увеличению спроса на кабели со структурой F/UTP. Благодаря пленочному исполнению экрана данные изделия чрезвычайно схожи по массогабаритным и эксплуатационным параметрам, а также по удобству монтажа с наиболее широко распространенными полностью неэкранированными конструкциями. Кроме того, они позволяют заметно увеличить эффективность подавления межкабельной переходной помехи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В симметричных кабельных трактах СКС на информационный сигнал воздействует множество наводок со стороны соседних цепей. В результате возникает необходимость нормирования и контроля различных вариантов переходного затухания, которое является численной мерой интенсивности этих наводок. Применение понятия переходного затухания позволяет простыми средствами и с высокой точностью оценивать работоспособность современных сетевых интерфейсов, обеспечивающих скорость передачи информации вплоть до 10 Гбит/с и выше.
2. Различный характер зависимости мощности отдельных видов переходной помехи от частоты и протяженности линии не позволяет ввести единый интегральный параметр, поэтому стандарты учитывают и нормируют каждую помеховую составляющую отдельно.
3. Параметры влияния на ближнем конце нормируются стандартами непосредственно, а на дальнем конце регламентируются косвенно - путем введения норм по защищенности.
4. По мере увеличения скорости передачи информации по симметричным кабельным трактам СКС количество учитываемых разновидностей наводок и, соответственно, видов переходного затухания неуклонно возрастает.

Андрей Семенов - директор центра развития «АйТи-СКС». С ним можно связаться по адресу: [email protected] .

Наиболее употребительным параметром, характеризующим взаимные влияния между цепя­ми, является переходное зату­хание. С его помощью удобно оценивать эффективность раз­личных мероприятий, направ­ленных на уменьшение влия­ний, и сравнивать направляю­щие системы с точки зрения помехозащищенности. Однако этот параметр не позволяет однозначно судить о качестве передачи сигнала по цепи связи, по­скольку последнее определяется отношением сигнала к помехе в точке приема, т. е. защищенностью от помех в точке приема. Защищенность зависит от величины помех соседних цепей связи (переходного затухания) и величины ослабления полезного сиг­нала в цепи связи.

Переходное затухание между цепями по аналогии с собственным затуханием цепей принято оценивать величиной, определяемой ло­гарифмом отношения полной мощности сигнала в начале влияющей цепи Р 10 к полной мощности помехи (Р 20 или Р 2 l ) в цепи, подвержен­ной влиянию (рис. 3.12)

на ближнем конце:

, (3.15)

на дальнем конце:

. (3.16)

Переходное затухание может быть выражено не только через мощности, но и через токи (напряжения). Так как то

Значения токов определяют по формулам (3.10) - (3.14). Если отношение токов I 10 /I 20 обозначить через B 0 , а I 10 /I 2 l - через В l , то формулы переходного затухания примут вид:

(3.19)

(3.20)

(3.21)

(3.22)

Защищенность А з - это логарифмическая мера отношения полной мощности сигнала Р с к полной мощности помех Р п в той же точке цепи:

А з =10lg(Р с / Р п). (3.23)

Значение защищенности однозначно связано со значением переход­ного затухания. В случае одинаковых уровней передачи по влияю­щей и подверженной влиянию цепям эта связь определяется выраже­нием

А з =А-al, (3.24)

где А - переходное затухание на ближнем или дальнем конце цепи;

al - затухание цепи.

Значение защищенности нормируется для конкретных цепей. Поскольку допустимое значение шумов в каналах связи эталонной линии длиной 2500 км не должно превышает 1,1 мВ, то величина защищенности в случае кабельной линии должна быть не менее 54,7 дБ, а воздушной 50,4 дБ.

При строительстве линии связи для контроля за качеством работ требуется знать нормы, отнесенные к одному усилительному участ­ку или длине магистрали, отличной от эталонной длины или другой длины, для которой известно нормируемое значение защищенности.

Когда на линии имеются несколько усилительных участков, то токи помех, наводимые в пределах отдельных усилительных участ­ков, усиливаются промежуточными усилителями, и защищенность на один усилительный участок надо увеличивать. Фазы токов влияния с отдельных участков неизвестны, поэтому применяют квадра­тичный закон сложения. При одинаковых цепях и одинаковых то­ках влияния на каждом усилительном участке полный ток влияния с N усилительных участков будет равен произведению на .

Защищенность по длине всей цепи

Следовательно, защищенность на одном усилительном участке

(3.26)

Значение защищенности, известное для одной длины линии, мо­жет быть пересчитано на другую по формуле

(3.27)

где А з - нормированная защищенность;

l x ; l - длины участков, на которых соответственно определяется и нормируется защищенность.

Нормы переходного затухания устанавливают на основании норм защищенности и принятой схемы организации связи

Косвенные влияния. При выводе формул, для определения токов влияния и переход­ного затухания предполагалось, что на линии имеются только две одинаковые цепи с параллельными проводами (жилами), согласо­ванными нагрузками и электромагнитными связями, постоян­ными по всей длине цепей. В действительности всегда имеют место влияния через третьи цепи из-за несогласованности нагрузок и ли­нии, а также конструктивных неоднородностей. Эти влияния принято на­зывать косвенными (дополнительными). Токи этих влияний, склады­ваясь с токами непосредственного влияния, снижают переходное затухание между цепями и защищенность цепей от взаимных влияний. Исследованиями установлено, что косвенные влияния особен­но сказываются на дальнем конце цепей в области высоких частот и при определенных условиях могут превышать непосредственное влияние между цепями.

Влияния вследствие отражений . Такие влияния возникают в результате неполного согласования входного сопротивления аппаратуры с волновым сопротивлением цепи. На рис. 3.13. показаны две цепи, из которых одна влияющая, другая подверженная влиянию, и пути токов влияния. Оба тока переходят с одной цепи на другую по закону ближнего конца. Токи непосредственного влияния на дальний конец цепи на рис. 3.13 не показаны. Из рис. 3.13 можно видеть, что токи влияния на дальнем конце из-за явления отражений будут тем меньше, чем лучше согласовано входное сопротивление аппаратуры с волновым сопротивлением цепей и чем больше переходное затухание на ближний конец. Следовательно, защищенность на дальнем конце зависит от переходного затухания на ближнем конце А 0 и согласованности входного сопротивления аппаратуры с волновым сопротивлением цепи. По этой при­чине оба эти параметра нормируют.

Влияние из-за конструктивных неоднородностей . В кабельных линиях конструктивные неоднородности обусловлены допусками на параметры полуфабрикатов, используемых для изготовления кабеля (жилы, изоляция жил), допусками в процессе производства кабелей, при скрутке в группы и в общий сердечник кабеля, а также при наложении оболочек. На воздушных линиях причинами конструктивных неоднородностей являются неодинаковые длины стрел провеса проводов, различные расстояния между штырями на траверсах и крюками на опорах. Это приводит к тому, что волновое сопротивление цепей изменяется по длине, в результате чего линия становится неоднородной. В местах изменения волнового сопротивления возникают отраженные волны, которые приводят к появлению суммарной волны, вызванной всеми точками отражений по длине цепи, движущейся к ее началу (встречный поток) и суммарной отраженной волны, движущейся к концу цепи (попутный поток). Эти потоки являются дополнительными источниками влияний на соседние цепи. Конструктивные неоднородности увеличивают поперечную и продольную асимметрии, а следовательно, и влияние между цепями.

Распределение конструктивных неоднородностей вдоль линии носит случайный характер, что значительно ухудшает эффективность скрещивания (скрутки), поэтому их строго нормируют. Чем выше передаваемый спектр частот, тем меньше величина допуска, так как влияние из-за конструктивных неоднородностей возрастает с ростом частоты передаваемого по цепям тока. На воздушных линиях связи расстояние между штырями траверс не должно отклоняться от установленного более чем на 1,5 см, откло­нение длины элемента скрещивания при средней длине его 100 м не должно быть более ± 10 м, асимметрия сопротивления проводов цепи ВЛС постоянному току (на длине усилительного участка) должна быть не более 5 Ом для цепей с проводами из цветных металлов и не более 10 Ом для цепей из стальных проводов диаметром 4 и 5 мм.

Конструктивные элементы симметричных высокочастотных кабелей изготавливаются с жесткими допусками: диаметр медной жилы 1,2 мм ± 100 мкм; максимальная разность диаметров жил в паре 50 мкм; диаметр полистирольного корделя 0,8 мм ± 30 мкм, толщина полистирольной пленки 0,045 мм ± 11 мкм.

Омическая асимметрия цепей кабельных линий городских телефонных сетей постоянному току не должна превышать 1 %. от сопротивления шлейфа измеряемой цепи, а цепей симметричных высокочастотных кабелей типа МКС - , где - длина усилительного участка, км; d – диаметр жилы, мм.

По кабелям типа МКС могут работать как аналоговые так и цифровые системы передачи. Однако производство кабелей типа МКС технологически сложно и они обладают сравнительно низкой электрической прочностью.

Трехслойная пленко-пористая полиэтиленовая изоляция отличается высокой геометрической и диэлектрической однородностью за счет автоматического регулирования диаметра изолированной жилы, погонной емкости и эксцентриситета. Это позволяет обеспечить выполнение основных электрических характеристик кабелей с пленко-пористой полиэтиленовой изоляцией в соответствии с ГОСТ 15125-92 «Кабели связи симметричные высокочастотные с кордельно-полистирольной изоляцией».

Измерения кабеля связи переменным током. Скрутка пар и четвёрок в кабелях связи

Измерение переходного затухания на ближнем конце

Разбитость пар, прослушка - измерение и причины

Бывает такое на телефонных линиях: говорят по телефону два человека и, вдруг слышат, появился в их беседе кто-то третий, а затем четвёртый. Уж и беседовать как-то неловко стало. Начинают люди звонить на АТС, жаловаться. И всё связистам просто и понятно, если это простое сообщение. Но бывает, что изоляция по всем параметрам нормальная, а «прослушка» всё равно есть. В народе называют этот тип повреждения по разному, официально это пониженное переходное затухание .

Возникает исключительно по вине тех людей, которые скручивают муфты и оконечивают кабеля. И пускай они не рассказывают байки, что это кабель такой «неправильно закрученный». Впрочем, согласен, что на кабельных заводах иногда вьют пару настолько слабо, что для правильного выбора её надо разделывать 2-3 метра кабеля.

В кабелях связи жилы идут не вразнобой и как попало, а закручиваются по строго определённой системе. Причём делается не только для того, чтобы спайщикам всё было понятно, но и для защищённости каждой лини проходящей в этом кабеле. Бывает скрутка парная – две жилы, звёздная или четвёрочная – четыре жилы, и редко, исключительно для станционной автоматики скрутка тройками. Обычно тип скрутки понятен из маркировки кабеля: 10 х 2 х 0,4 – парная, а 7 х 4 х 1,2 – четвёрочная, но бывают и исключения. В четвёрочной скрутке пары располагаются по диагонали и при соединении с парным кабелем это надо обязательно учитывать. Не совсем весёлая история по поводу.

Четвёрочная (1х4) скрутка.
Пары в четвёрке кабеля связи.

Приемо-сдаточные измерения линий переменным током. Измерение переходного затухания на ближнем конце

Приемо-сдаточные измерения линий переменным током на многопарных кабелях

Выполяются после измерений постоянным током. Что бы элементарное сообщение или пониженная изоляция не ввели вас в заблуждение.

Приемо-сдаточные измерения линий переменным током на многопарных кабелях можно смело отнести к самым скучным и длительным. До сих пор используют для этой цели ИПЗ-4, ИПЗ-5. Суть измерений сводится к подключению к одной из линий генератора переменного тока частотой в 1000 Гц и прослушивание сигнала этого генератора на остальных парах кабеля. Относительно недавно появились цифровые приборы (напр. Дельта-ПРО) показывающие значение затухания в децибелах, но весь процесс измерения это не упростило.

Сложность процесса в том, что должна быть промерена каждая пара с каждой. Т.е. ставим генератор на одну пару, проверяем на всех остальных. Затем генератор - на другую, и опять слушаем на всех остальных и т.д. Например, магистраль в 500 пар за рабочий день не измерить. Благо со временем приспосабливаешься из шнуров прибора делаешь удобную вилку и быстренько гонишь её по оконечному устройству.

Там, где сигнал слышится, сверяем его сигналом с магазина сопротивлений прибора, должно быть больше 69,5 ДБ или 8 Нп (по ИПЗ-4). Собственно то, что сигнал слышится уже «не есть хорошо». Обычно в нормально смонтированном кабеле переходное больше 90 ДБ и гудения генератора вообще не слышно. Поделюсь некоторыми хитростями.

Хитрость 1 (законная, описана в старой литературе). Можно измерить переходное только внутри десятков. Затем подавать генератор уже на запараллеленые пары всего десятка. Процесс ускориться многократно.

Хитрость 2. Подать генератор на жилы разных пар, то есть искусственно разбить. При такой подаче сигнала все плохо защищённые пары начнут прослушиваться, отметить их. Затем мерить затухание уже между ними. Не даёт стопроцентной гарантии, но если вас торопит начальство не худший вариант.

Хитрость 3. Внимательно промерить рабочую ёмкость всех пар и проверять на переходное затухание только пары с наименьшей ёмкостью. Ёмкость. Тоже не даёт 100 % уверенности. Возможна разбитость на малом участке, ёмкость похожая, а прослушивание всё равно будет.

Если у вас нет специальных приборов можно взять любой генератор, даже от кабелеискателя, и наушник (трубку). Битые пары можно найти и этим.

Если вы обнаружили переходное в 70 – 80 Дб и сомневаетесь надо ли по этому поводу шуметь, доведите процесс измерений до конца. Т. е. на противоположном конце линии должны быть нагружены сопротивлениямив 600 Ом. Подключите эти сопротивления и возможно картина измениться в худшую сторону.

Часто переходное в 80 дБ указывает на то, пара всё таки «битая», но спайщики, обнаружив ошибку, откинули ту пару, с которой она прослушивалась, и включили вместо неё запасную. Обычному телефону это не помешает, но модем подвох «унюхает» и скорость соединения на такой паре будет ниже.