Кабелі на основі витих пар

Виті пари дротів використовуються в дешевих і сьогодні, мабуть, найпопулярніших кабелях. Кабель на основі витих пар є декількома парами скручених попарно ізольованих мідних дротів в єдиній діелектричній (пластиковою) оболонці. Він досить гнучкий і зручний для прокладки. Скручування дротів дозволяє звести до мінімуму індуктивні наведення кабелів один на одного і понизити вплив перехідних процесів.

Зазвичай в кабель входить дві (мал. 2.1) або чотири виті пари.

Мал. 2.1. Кабель з витими парами

Неекрановані виті пари характеризуються слабкою захищеністю від зовнішніх електромагнітних перешкод, а також від підслуховування, яке може здійснюватися з метою, наприклад, промислового шпигунства. Причому перехоплення передаваної по мережі інформації можливе як за допомогою контактного методу (наприклад, за допомогою двох голок, увіткнених в кабель), так і за допомогою безконтактного методу, що зводиться до радіоперехоплення випромінюваних кабелем електромагнітних полів. Причому дія перешкод і величина випромінювання в зовні збільшується із зростанням довжини кабелю. Для усунення цих недоліків застосовується екранування кабелів.

В разі екранованої витої пари STP кожна з витих пар поміщається в металеве обплетення-екран для зменшення випромінювань кабелю, захисту від зовнішніх електромагнітних перешкод і зниження взаємного впливу пар дротів один на одного (crosstalk - перехресні наведення). Для того, щоб екран захищав від перешкод, він має бути обов'язково заземлений. Природно, екранована витаючи пара помітно дорожче, ніж неекранована. Її використання вимагає спеціальних екранованих роз'ємів. Тому зустрічається вона значно рідше, ніж неекранована витаючи пара.

Основні достоїнства неекранованих витих пар - простота монтажу роз'ємів на кінцях кабелю, а також ремонту будь-яких пошкоджень в порівнянні з іншими типами кабелю. Решта всіх характеристик у них гірша, ніж біля інших кабелів. Наприклад, при заданій швидкості передачі загасання сигналу (зменшення його рівня у міру проходження по кабелю) у них більше, ніж біля коаксіальних кабелів. Якщо врахувати ще низьку перешкодозахисну, то зрозуміло, чому лінії зв'язку на основі витих пар, як правило, досить короткі (зазвичай в межах 100 метрів). В даний час витаючи пара використовується для передачі інформації на швидкостях до 1000 Мбіт/с, хоча технічні проблеми, що виникають при таких швидкостях, украй складні.

Згідно стандарту EIA/TIA 568, існують п'ять основних і дві додаткові категорії кабелів на основі неекранованої витої пари (UTP):

· Кабель категорії 1 - це звичайний телефонний кабель (пари дротів не

виті), по якому можна передавати тільки мову. Цього типа кабелю має великий розкид параметрів (хвилевого опору, смуги пропускання, перехресних наведень).

· Кабель категорії 2 - це кабель з витих пар для передачі даних в смузі частот

до 1 Мгц. Кабель не тестується на рівень перехресних наведень. В даний час він використовується дуже рідко. Стандарт EIA/TIA 568 не розрізняє кабелі категорій 1 і 2.

· Кабель категорії 3 - це кабель для передачі даних в смузі частот до 16 Мгц,

що складається з витих пар з дев'ятьма витками дротів на метр довжини. Кабель тестується на всі параметри і має хвилевий опір 100 Ом. Це найпростіший тип кабелів, рекомендований стандартом для локальних мереж. Ще недавно він був найпоширенішим, але зараз повсюдно витісняється кабелем категорії 5.

· Кабель категорії 4 - це кабель, передавальний дані в смузі частот до 20 Мгц.

Використовується рідко, оскільки не дуже помітно відрізняється від категорії 3. Стандартом рекомендується замість кабелю категорії 3 переходити відразу на кабель категорії 5. Кабель категорії 4 тестується на всі параметри і має хвилевий опір 100 Ом. Кабель був створений для роботи в мережах за стандартом IEEE 802.5.

· Кабель категорії 5 - в даний час самий здійснений кабель, розрахований на

передачу даних в смузі частот до 100 Мгц. Складається з витих пар, що мають не менше 27 витків на метр довжини (8 витків на фут). Кабель тестується на всі параметри і має хвилевий опір 100 Ом. Рекомендується застосовувати його в сучасних високошвидкісних мережах типа Fast Ethernet і TPFDDI. Кабель категорії 5 приблизно на 30-50% дорожче, ніж кабель категорії 3.

· Кабель категорії 6 - перспективний тип кабелю для передачі даних в смузі

частот до 200 (або 250) Мгц.

· Кабель категорії 7 - перспективний тип кабелю для передачі даних в смузі

частот до 600 Мгц.

Згідно стандарту EIA/TIA 568, повний хвилевий опір найбільш досконалих кабелів категорій 3, 4 і 5 повинно складати 100 Ом ±15% у частотному діапазоні від 1 Мгц до максимальної частоти кабелю. Вимоги не дуже жорсткі: величина хвилевого опору може знаходитися в діапазоні від 85 до 115 Ом. Тут же слід зазначити, що хвилевий опір екранованої витої пари STP за стандартом має бути рівним 150 Ом ±15%. Для узгодження опорів кабелю і устаткування в разі їх неспівпадання застосовують трансформатори, що погоджують (Balun). Існує також екранована витаючи пара з хвилевим опором 100 Ом, але використовується вона досить рідко.

Другий найважливіший параметр, що задається стандартом, - це максимальне загасання сигналу, передаваного по кабелю, на різних частотах. У (таблиці 2.1) приведені граничні значення величини загасання в децибелах для кабелів категорій 3, 4 і 5 на відстань 1000 футів (тобто 305 метрів) при нормальній температурі навколишнього середовища 20°С.

З таблиці видно, що величини загасання на частотах, близьких до граничних, для всіх кабелів дуже значительны. Навіть на невеликих відстанях сигнал ослабляється в десятки і сотні разів, що пред'являє високі вимоги до приймачів сигналу.

Ще один специфічний параметр, визначуваний стандартом, це величина так званого перехресного наведення на ближньому кінці (NEXT - Near End CrossTalk). Він характеризує вплив різних дротів в кабелі один на одного. Суть даного параметра ілюструється на(мал. 2.2.)Сигнал, передаваний по одній з витих пар кабелю (верхня пара), наводить індуктивну перешкоду на іншу (нижнюю) виту пару кабелю. Дві виті пари в мережі зазвичай передають інформацію в різні боки, тому найбільш важливе наведення на ближньому кінці сприймаючої пари (нижней на малюнку), оскільки саме там знаходиться приймач інформації. Перехресне наведення на далекому кінці (FEXT - Far End CrossTalk) не має такого великого значення.

У (таблиці 2.2)представлені значення допустимого перехресного наведення на ближньому кінці для кабелів категорій 3, 4 і 5 на різних частотах сигналу. Природно, якісніші кабелі забезпечують меншу величину перехресного наведення.

Мал. 2.2. Перехресні перешкоди в кабелях на витих парах

Стандарт визначає також максимально допустиму величину робочої ємкості кожній з витих пар кабелів категорії 4 і 5. Вона повинна складати не більше 17 нФ на 305 метрів (1000 футів) при частоті сигналу 1 кГц і температурі навколишнього середовища 20°С.

Для приєднання витих пар використовуються роз'єми (коннектори) типа RJ-45, схожі на роз'єми, використовувані в телефонах (RJ-11), але декілька великі за розміром. Роз'єми RJ-45 мають вісім контактів замість чотирьох в разі RJ-11. Приєднуються роз'єми до кабелю за допомогою спеціальних обтискових інструментів. При цьому позолочені голчані контакти роз'єму проколюють ізоляцію кожного дроту, входять між його жилами і забезпечують надійне і якісне з'єднання. Треба враховувати, що при установці роз'ємів стандартом допускається розплітання витої пари кабелю на довжину не більш за один сантиметр.

Найчастіше виті пари використовуються для передачі даних в одному напрямі (крапка-крапка), тобто в топологиях типа зірка або кільце. Топологія шина зазвичай орієнтується на коаксіальний кабель. Тому зовнішні терминаторы, що погоджують непідключені кінці кабелю, для витих пар практично ніколи не застосовуються.

Кабелі випускаються з двома типами зовнішніх оболонок:

• Кабель в полівінілхлоридній (ПВХ, PVC) оболонці дешевше і призначений для роботи в

порівняно комфортних умовах експлуатації.

• Кабель в тефлоновій оболонці дорожче і призначений для тяжчих умов експлуатації.

Кабель в ПВХ оболонці називається ще non-plenum, а в тефлоновій - plenum. Термін plenum позначає в даному випадку простір під фальшполом і над підвісною стелею, де зручно розміщувати кабелі мережі. Для прокладки в цих прихованих від очей просторах якраз зручніше кабель в тефлоновій оболонці, який, зокрема, горить набагато гірше, ніж ПВХ, - кабель, і не виділяє при цьому отруйних газів у великій кількості.

Ще один важливий параметр будь-якого кабелю, який жорстко не визначається стандартом, але може істотно вплинути на працездатність мережі, - це швидкість розповсюдження сигналу в кабелі або, іншими словами, затримка розповсюдження сигналу в кабелі з розрахунку на одиницю довжини.

Виробники кабелів інколи указують величину затримки на метр довжини, а інколи - швидкість розповсюдження сигналу щодо швидкості світла (або NVP - Nominal Velocity of Propagation, як її часто називають в документації). Зв'язано ці дві величини простої формулою:

tз =1/(3 Ч 1010 ^{Ч NVP)}

де tз - величина затримки на метр довжини кабелю в наносекундах.

Наприклад, якщо NVP=0,65 (65% від швидкості світла), то затримка tз буде рівна 5,13 нс/м. Типова величина затримки більшості сучасних кабелів складає близько 4-5 нс/м.

У (таблиці 2.3) приведені величини NVP і затримок на метр довжини (у наносекундах) для деяких типів кабелю двох найвідоміших компаній-виробників AT&T і Belden.

Варто також відзначити, що кожен з дротів, що входять в кабель на основі витих пар, як правило, має свій колір ізоляції, що істотно спрощує монтаж роз'ємів, особливо у тому випадку, коли кінці кабелю знаходяться в різних кімнатах, і контроль за допомогою приладів утруднений.

Прикладом кабелю з екранованими витими парами може служити кабель STP IBM типа 1, який включає дві екрановані виті пари AWG типа 22. Хвилевий опір кожної пари складає 150 Ом. Для цього кабелю застосовуються спеціальні роз'єми, що відрізняються від роз'ємів для неекранованої витої пари (наприклад, DB9). Є і екрановані версії роз'єму RJ-45.