Proč je kroucený pár kroucený: Vysvětlení pro „humanitní vědy“

Jeden profesor z institutu vysvětlil studentům, jak kroucený dvoulinkový kabel funguje a proč je kroucený dvěma způsoby. Nejprve se ponořil do matematiky za tímto nápadem, naplnil tabuli rovnicemi a ukázal, jak spolu všechny souvisí. Poznamenal to „pro inženýry“. Potom znovu vysvětlil tuto fyziku, ale tentokrát bez matematiky. Řekl, že to bylo „pro humanitní vědy“.

Proč je kroucená dvoulinka kroucená?

Proč jsou tedy datové kabely zkroucené, ale napájecí kabely nikoli? Všechno je to o šířce pásma. Výkonové signály mají tak nízké frekvence, že se nemusí starat o šířku pásma.

Vysokofrekvenční signál, který se používá k přenosu dat, generuje magnetické pole, které může způsobit signál na blízkém vodiči. Tyto indukované signály se nazývají „přeslechy“. Například na starších analogových telefonních linkách často slyšíte jiné konverzace na pozadí vašeho hovoru. Tyto signály jsou výsledkem těchto indukovaných signálů.

Představme si, že počítač vysílá do vedení nějaký signál. Elektromagnetické pole, které se tvoří kolem vodičů (Tx), vede k výskytu rušivých signálů v sousedních párech, včetně páru (Rx), přes který počítač přijímá signály.

Na základě pravidel, podle kterých Ethernet funguje, dochází k přenosu a příjmu postupně, nikoli současně. Jakmile tedy počítač začne vysílat signál, „uslyší“ signál na přijímacím páru a zastaví se. Přenos informací tedy není možný.

Ve skutečnosti je indukovaný signál v přijímacím páru mnohonásobně slabší než původní, takže to není problém. Přijímací elektronika však musí být velmi citlivá. Vysokofrekvenční signály jsou totiž po celé délce kabelu značně utlumeny. Například specifikace IEEE 802.3 pro 1000BASE-T umožňuje maximální ztrátu 24 dB, což má za následek snížení signálu na (spočítám to za vás humanisty) 6 % své původní síly při odesílání z dálky. -end vysílač do ethernetového portu vašeho počítače. Pro úspěšný přenos informace tedy musí být indukovaný signál mnohem slabší než původní. Jak se vzdaluje od rozhraní vysílacího počítače, signál se utlumuje, což vede i ke snížení rušení sousedních párů. V důsledku toho docházíme k závěru, že k největšímu rušení dochází na vysílací straně. Parametr, který tento efekt popisuje, se nazývá Near End Crosstalk nebo NEXT.

Inženýři mají řadu triků, jak se s NEXT vypořádat. Nejprve jsou datové signály před přenosem po kabelu zakódovány tak, že pro každý kladný impuls na vodiči existuje odpovídající záporný impuls na druhém vodiči v páru. To znamená, že vodiče generují stejná, ale opačná magnetická pole, která se navzájem ruší a neměla by způsobovat přeslechy. Pokud však vodiče v kabelu vedou jednoduše paralelně k sobě (pokud by kroucená dvoulinka nebyla zkroucená), pak bude každý z vodičů v jiné vzdálenosti od vodičů, po kterých jsou signály přenášeny. V důsledku toho bude magnetické pole u jednoho drátu o něco větší než u druhého a v každém z nich se bude indukovat jiná úroveň signálu. Aby kompenzovali tento vliv, přišli s druhým trikem – kroucením kabelových párů (proto se kroucený pár nazývá kroucený). Vzdálenost mezi dráty různých párů se tedy mění podél délky stopy, někdy blíže k kladnému drátu a někdy blíže k zápornému drátu. To má tendenci rušit účinek a ještě více snížit přeslechy. Ale pokud jsou všechny páry zkroucené se stejnou roztečí, je možné, že si zachovají stejnou vzdálenost během celého cyklu, což povede ke zvýšenému přeslechu. Zde přichází na řadu třetí trik – páry jsou zkroucené v různých roztečích, takže nezůstanou rovnoměrně rozmístěny u stejného vodiče během celého cyklu.

Rozdílná rozteč krouceného páru je důvodem, proč vidíme u každého páru různé délky, když měříme délku každého z nich pomocí testeru kabelů. Pokud bychom je rozvinuli a natáhli naplocho, ty s menším stoupáním by byly o něco delší. Délka se může lišit o 5 % nebo více – TIA limit pro délku kabelu je založen na nejkratším páru.

Přestože modulární (RJ-45) konektor má vodiče paralelní pouze na krátkou vzdálenost, zde dochází k největšímu šumu. A čím delší je délka nepřekroucených vodičů, tím silnější je přechodové rušení v tomto místě. V některých případech vede porušení technologie instalace konektoru k tomu, že celá řada neprojde certifikací.

Pokročilejší design kroucených párů kabelů má lepší vlastnosti NEXT díky použití stínění v kabelu, pečlivější kontrole rychlosti kroucení a vzájemnému spojení párů. A nové technologie jako 10GBASE-T a PoE vyžadují minimalizaci přeslechů. Přeslechy jsou však stále jedním z nejdůležitějších problémů z hlediska vlivu na rychlost přenosu informací.

Při instalaci a provozu kroucených párů kabelů se montéři často dopouštějí chyb, které vedou ke zvýšení úrovně přechodného rušení a šumu. Naštěstí jsou moderní měřicí přístroje schopny takové poškození diagnostikovat a také certifikovat SCS.

Některá zařízení umožňují nejen analyzovat úroveň přechodného rušení a indukovaného šumu, ale také lokalizovat poškození kroucené dvoulinky pomocí můstku nebo reflektometrické metody.

Závěry

Doufáme, že vám nyní bude jasnější, jak funguje kroucený dvoulinkový kabel, proč jsou jeho vodiče stočeny dohromady a páry vodičů jsou také kroucené. Celá tato fyzika kroucených párů je zaměřena na snížení úrovně rušení a zvýšení rychlosti přenosu dat.

Kroucená dvoulinka je jedním z nejběžnějších typů kabelů v telekomunikačním průmyslu. Pod tímto názvem se však neskrývá jeden konkrétní typ, ale celá skupina kabelů, které mají určité odlišnosti v designu a účelu. Řekneme vám o tom podrobněji.

Twisted pair kabel – účel

Pro lepší pochopení toho, o čem mluvíme, stojí za to začít s účelem. Twisted pair je stejný drát v šedém opletení, který se používá pro připojení k internetu. Navíc slouží nejen k přivedení internetu do bytu či kanceláře, ale také jako spínací kabel, propojovací kabel, sloužící k propojení jednotlivých zařízení. Nejjednodušší příklad: připojení stolního počítače k ​​routeru nebo instalace video dohledu. Jeho vysoká popularita je způsobena:

• nízké náklady,
• všestrannost,
• vysoká stabilita přenosu signálu.

Abyste lépe pochopili, jak je dosaženo všestrannosti při nízkých nákladech a zachování vysoké kvality signálu, stojí za to podívat se na strukturu kabelu.

Zařízení a odrůdy

Kroucená dvoulinka má následující typ zařízení: uvnitř společného PVC pláště je 4 nebo 8 měděných vodičů v samostatné izolaci, označených barevným kódováním. Dráty uvnitř nejdou rovně, ale jsou zkroucené ve dvojicích – odtud pochází název. To je nezbytné, aby se snížil negativní dopad elektromagnetického rušení z jednoho vodiče na druhý. Navíc různé páry vodičů mají různé počty a různé stoupání závitů, což také ovlivňuje snížení úrovně rušení, ale ne v jednom páru, ale mezi nimi.

Toto provedení je nejběžnější, ale některé typy kroucených párových kabelů jsou mnohem složitější a liší se v jednom nebo více aspektech. Na jejich základě je lze také rozdělit na typy.

Podle typu žil

• Jednožilové – každý drát se skládá pouze z jednoho měděného jádra o tloušťce 0,3-0,6 mm. Hlavní nevýhodou je nízká odolnost proti opotřebení. Při pravidelném ohýbání na stejném místě se měděné vodiče rychle zlomí.
• Vícežilové – každé jádro se skládá z mnoha tenkých drátků a při ohýbání nebo kroucení se neláme, nicméně díky malému průřezu vodičů v nich signál rychleji utlumuje, takže celková délka kabelu nemůže být větší než 100 m.

Screeningovou metodou

Kroucení vodičů snižuje rušení, ale zcela je neodstraňuje, takže dalším rozdílem v kroucených dvoulinkách je přítomnost jedné nebo více kovových obrazovek. Svědčí o tom označení:

• UTP je nejjednodušší a nejlevnější typ bez dodatečného stínění. Právě tento typ využívají především poskytovatelé internetu při poskytování internetového připojení do bytů.
• FTP (aka F/UTP) je kabel se společným fóliovým stíněním.
• STP (S/UTP) – se společným stíněním z kovového opletu.
• S/FTP – s dvojitým štítem z fólie a opletu.
• U/FTP – s fólií každého páru, ale bez společné obrazovky.
• S/FTP – s foliováním každého páru a celkovým opletením.
• F/FTP – s páry potaženými fólií a společným fóliovým sítem.
• SF/FTP – s páry potaženými fólií a dvojitým celkovým stíněním z fólie a opletu.

Stíněné typy, zejména FTP, se obvykle používají k vytváření propojovacích kabelů v širokopásmových místních sítích nebo kabelových instalacích s vysokou hustotou.

Podle oblasti použití

Liší se barvou celkového pláště:

• Černá – pro venkovní instalaci. Má celkově tlustý polyethylenový plášť. Někdy je jeho součástí přídavné jádro z ocelového lanka pro větší pevnost nebo tzv. lámací nit – nylonová nit, pomocí které lze snadno otevřít vnější plášť bez poškození stínítka.
• Šedý je kroucený dvoulinkový kabel, který je většina lidí zvyklá používat pro vnitřní instalace.
• Oranžový – kabel, který nepodporuje spalování. Používá se v požárně nebezpečných zařízeních.

Podle tvaru sekce

• Kolo.
• Ploché – pro pokládku pod koberec a jiné krytiny. Méně odolné vůči rušení.

Kategorie Twisted Pair

Kromě různých typů je také rozdělen do kategorií s alfanumerickým označením. Celkem je jich 10 a čím vyšší číslo, tím vyšší spolehlivost a propustnost.

• UTP Cat.1 – dvě jádra bez kroucení a stínění. Zastaralé, nepoužívané.
• UTP Cat.2 – 4 jádra. Zastaralé kvůli malé šířce pásma.
• UTP Cat.3 – 8 žil kroucených po párech. Poskytuje propustnost až 100 Mbps. Maximální délka vedení je 100 m Nyní se používá především pro pokládání telefonních linek.
• UTP Cat.4 – 8 jader. Šířka pásma – až 16 Mbps. Zastaralé, nepoužívané.
• UTP Cat.5 – 4 zákruty. Maximální rychlost je až 100 Mbps při použití 2 párů a až 1 Gbps při použití 4.
• UTP Cat.5E je vylepšená „verze“ předchozí kategorie. Tenčí a levnější kabel, ale neméně spolehlivý. Momentálně nejoblíbenější.
• UTP Cat.6E – 4 závity bez obrazovky. Šířka pásma – až 10 Gbit/s na lince do 55 m Druhá nejoblíbenější kategorie.
• UTP Cat.6A – 4 zákruty, S/FTP nebo F/FTP. Kapacita je stejná, ale přípustná délka je zvýšena na 100 m.
• UTP Cat.7 je obdobou předchozí kategorie s upraveným frekvenčním pásmem.
• UTP Cat.7A – 4 zákruty, S/FTP nebo F/FTP. Maximální rychlost je 40 Gbit/s na lince do 50 m a 100 Gbit/s na lince do 15 m.

V současné době se vyvíjí i kategorie 8, která však ještě nebyla spuštěna do masového používání.

Který kroucený párový kabel je lepší?

Odpověď na tuto otázku je jednoduchá a obtížná zároveň. Na jednu stranu lze jednoznačně říci, že stíněný kabel je lepší než nestíněný. Na druhou stranu s rostoucí spolehlivostí a bezpečností roste i cena za 1 m, ale ne vždy se vyplatí za spolehlivost přeplácet.

Abychom to shrnuli, můžeme říci, že pro domácí použití je kroucený pár Cat.5e více než dostačující. V případě odborné instalace je třeba se řídit specifikacemi kategorie a všeobecnými podmínkami na místě, kde se instalace provádí.