Витая пара
Витая пара — это тип кабеля связи , в котором два проводника одной цепи скручены вместе в целях улучшения электромагнитной совместимости . По сравнению с одиночным проводником или нескрученной симметричной парой , витая пара снижает электромагнитное излучение пары и перекрестные помехи между соседними парами, а также улучшает подавление внешних электромагнитных помех . Его изобрел Александр Грэм Белл . [1]
Для дополнительной помехоустойчивости витая пара может быть экранирована . Кабель с экраном называется экранированной витой парой ( STP ), а без него — неэкранированной витой парой ( UTP ).
Объяснение
[ редактировать ]Витую пару можно использовать в качестве симметричной линии , которая как часть симметричной цепи может значительно снизить влияние шумовых токов, наведенных в линии связью электрических или магнитных полей. Идея состоит в том, что токи, индуцированные в каждом из двух проводов, почти равны. Скручивание гарантирует, что два провода находятся в среднем на одинаковом расстоянии от источника помех и подвергаются одинаковому воздействию. Таким образом, шум создает синфазный сигнал , который можно подавить в приемнике путем обнаружения только разностного сигнала, причем последний является полезным сигналом.
Подавление синфазного сигнала начинает давать сбой на раскрученных проводах, когда источник шума находится вблизи сигнальных проводов; более близкий провод будет сильнее связываться с шумом, и приемник не сможет его устранить. Эта проблема особенно очевидна в телекоммуникационных кабелях, пары которых в одном и том же кабеле лежат рядом друг с другом на протяжении многих миль. Скручивание пар противодействует этому эффекту, поскольку при каждой половине скручивания заменяется провод, ближайший к источнику шума. При условии, что источник помех остается или почти однородным на расстоянии одного витка, наведенный шум останется синфазным.
Скорость скрутки (также называемая шагом скрутки, обычно определяемая в витках на метр ) составляет часть спецификации для данного типа кабеля. Когда соседние пары имеют одинаковую скорость скрутки, одни и те же проводники разных пар могут неоднократно лежать рядом друг с другом, частично сводя на нет преимущества скрутки. По этой причине обычно указывается, что, по крайней мере, для кабелей, содержащих небольшое количество пар, скорости скручивания должны различаться. [2]
В отличие от экранированной или фольгированной витой пары (обычно экран кабеля S/FTP или F/UTP ), кабель UTP не окружен никакой защитой. UTP является основным типом провода для использования в телефоне и очень распространен в компьютерных сетях .
История
[ редактировать ]Самые ранние телефоны использовали телеграфные линии, которые представляли собой однопроводные цепи заземления. В 1880-х годах во многих городах были установлены электрические трамваи , что создавало шум на этих маршрутах. В некоторых странах трамвайные компании несут ответственность за нарушение работы существующих телеграфных линий и должны платить за ремонтные работы. [а] Однако для новых установок необходимо было с самого начала защитить от существующих трамваев. Помехи на телефонных линиях еще более разрушительны, чем на телеграфных. Телефонные компании перешли на симметричные схемы , что позволило снизить затухание и, следовательно, увеличить дальность связи.
Поскольку распределение электроэнергии стало более распространенным явлением, эта мера оказалась неадекватной. Два провода, натянутые по обе стороны от перекладин на опорах , разделяли трассу с линиями электропередачи . Через несколько лет растущее использование электричества снова привело к увеличению помех, поэтому инженеры разработали метод, называемый транспозицией проводов , чтобы нейтрализовать помехи.
При перестановке проводов провода меняют положение один раз через каждые несколько полюсов. Таким образом, оба провода будут получать одинаковые электромагнитные помехи от линий электропередачи. Это представляло собой раннюю реализацию скручивания со скоростью скручивания около четырех витков на километр или шести на милю . Такие открытые симметричные линии с периодическими транспозициями до сих пор сохранились в некоторых сельских районах.
Витая пара была изобретена Александром Грэмом Беллом в 1881 году. [4] К 1900 году вся американская телефонная сеть представляла собой либо витую пару, либо открытый провод с транспозицией для защиты от помех. Сегодня большая часть из миллионов километров витых пар в мире — это внешние стационарные линии связи, принадлежащие и обслуживаемые телефонными компаниями, которые используются для голосовой связи.
Неэкранированная витая пара
[ редактировать ]Кабели неэкранированной витой пары (UTP) встречаются во многих сетях Ethernet и телефонных системах. Для внутренних телефонных сетей UTP часто группируют в наборы по 25 пар в соответствии со стандартным 25-парным цветовым кодом, первоначально разработанным корпорацией AT&T . Типичный подмножество этих цветов (белый/синий, синий/белый, белый/оранжевый, оранжевый/белый) встречается в большинстве кабелей UTP. Кабели обычно изготавливаются из медных проводов размером 22 или 24 American Wire Gauge (AWG) (0,644 или 0,511 мм²). [5] с цветной изоляцией, обычно изготовленной из изоляционного материала, такого как полиэтилен или ФЭП , и всей упаковкой, покрытой полиэтиленовой оболочкой.
Для городских наружных телефонных кабелей, содержащих сотни или тысячи пар, кабель разделяется на небольшие, но одинаковые жгуты. Каждый пучок состоит из витых пар с разной скоростью скрутки, поскольку пары, имеющие одинаковую скорость скрутки внутри кабеля, все равно могут испытывать некоторую степень перекрестных помех . Пучки, в свою очередь, скручиваются вместе, образуя кабель.
UTP также является наиболее распространенным кабелем, используемым в компьютерных сетях . Современный Ethernet , наиболее распространенный стандарт сетей передачи данных, может использовать кабели UTP, при этом рост скорости передачи данных требует вариантов кабеля UTP с более высокими характеристиками. Витая пара часто используется в сетях передачи данных для соединений короткой и средней длины из-за ее относительно более низкой стоимости по сравнению с оптическим волокном и коаксиальным кабелем .
кабеля UTP Поскольку полоса пропускания улучшилась и стала соответствовать основной полосе телевизионных сигналов , UTP теперь используется в некоторых видеоприложениях , в первую очередь в камерах видеонаблюдения . [6] Поскольку UTP представляет собой симметричную линию передачи, необходим балун для подключения к несимметричному оборудованию, например любому оборудованию, использующему разъемы BNC и предназначенному для коаксиального кабеля, .
Экранирование кабеля
[ редактировать ]Кабели витой пары могут иметь экранирование для предотвращения электромагнитных помех. Экранирование обеспечивает электропроводящий барьер для ослабления электромагнитных волн, внешних по отношению к экрану. Экран также обеспечивает путь проводимости, по которому индуцированные токи могут циркулировать и возвращаться к источнику через заземление. Такое экранирование может применяться к отдельным парам или к совокупности пар. Экранирование может быть фольгой или плетеной проволокой.
Когда экранирование применяется к набору пар, его обычно называют экранированием, но использование производителями и авторами таких слов, как экранирование , экранирование и STP (экранированная витая пара), может варьироваться. [7] [8]
ISO/IEC 11801 :2002 (Приложение E) пытается стандартизировать на международном уровне различные обозначения экранирования для кабелей витой пары (TP), используя явную аббревиатуру, состоящую из двух частей в форме x/xTP , где первый x указывает на экранирование для всего кабеля. кабеля, а второй x указывает на экранирование отдельных пар или четверок, где каждый x может быть:
- U для неэкранированного,
- S для плетеного экрана (только во внешнем слое) и/или
- F для экранирования фольгой.
Экранированные кабели Cat 5e , Cat 6/6A и Cat 8/8.1 обычно имеют конструкцию F/UTP, а экранированные кабели Cat 7/7 A и Cat 8.2 используют конструкцию S/FTP. [9]
Поскольку экран является проводящим, он также может служить путем к земле. Экранированный фольгой кабель витой пары может иметь встроенный заземляющий провод, называемый дренажным проводом , который обеспечивает электрический контакт с экраном. Заземляющий провод предназначен для удобного подключения к клеммам, которые обычно предназначены для подключения круглых проводов.
Общие типы конструкции щита включают:
- Индивидуальный щит (U/FTP)
- Индивидуальное экранирование алюминиевой фольгой для каждой витой пары или четверки. Общие названия: пара в металлической фольге (ПиМФ), экранированная витая пара, экранированная витая пара, экранированная пара. [10] Этот тип экранирования помогает предотвратить попадание электромагнитных помех в отдельные пары или выход из них, а также защищает соседние пары от перекрестных помех.
- Общий экран (F/UTP, S/UTP и SF/UTP)
- Общая фольга, экранирующая оплетка или оплетка из фольги по всем парам витой пары сопротивлением 100 Ом. Общие названия: фольгированная витая пара, экранированная витая пара, экранированная витая пара. Этот тип экранирования помогает предотвратить попадание электромагнитных помех в кабель или выход из него.
- Индивидуальный и общий экран (F/FTP, S/FTP и SF/FTP)
- Индивидуальное экранирование фольгой для каждой витой пары кабеля, а также наружная фольга или экранирующая оплетка. Общие названия: полностью экранированная витая пара, экранированная фольгированная витая пара, экранированная экранированная витая пара, экранированная экранированная витая пара, экранированная экранированная витая пара. Этот тип экранирования помогает предотвратить попадание электромагнитных помех в кабель или выход из него, а также защищает соседние пары от перекрестных помех.
Ранним примером экранированной витой пары был IBM STP-A, который представляет собой двухпарный кабель S/FTP сопротивлением 150 Ом, определенный в 1985 году спецификациями IBM Cabling System и используемый в Token Ring или сетях FDDI . [7] [11]
Отраслевые сокращения | ISO/IEC 11801 Обозначение [А] | Экранирование кабеля | Парное экранирование | Иллюстрация |
---|---|---|---|---|
УТП, ТП | У/УТП | Никто | Никто | |
ФТП, СТП, СКТП | Ф/УТП | Фольга | Никто | |
СТП, СкТП | С/УТП | плетение | Никто | |
SFTP, S-FTP, СТП | СФ/УТП | Плетение и фольга | Никто | |
СТП, СкТП, ПиМФ | U/FTP | Никто | Фольга | |
ФФТП, СТП | Ф/ФТП | Фольга | Фольга | |
SSTP, SFTP, СТП, СТП ПиМФ | С/ФТП | плетение | Фольга | |
ССТП, СФТП, СТП | СФ/FTP | Плетение и фольга | Фольга |
- ^ Код перед косой чертой обозначает экранирование самого кабеля, а код после косой черты определяет экранирование отдельных пар:
- У – неэкранированный
- F – экранирование фольгой
- S – экранированное экранирование (только внешний слой)
- ТП – витая пара
- TQ – витая пара, индивидуальное экранирование в четверках
Типы
[ редактировать ]Аналоговый телефон
[ редактировать ]До того, как цифровая связь и Ethernet получили широкое распространение, международного стандарта для телефонных кабелей не существовало. Стандарты были установлены на национальном уровне. Например, в Великобритании Главное почтовое отделение указало кабели CW1293 и CW1308. CW1308 был аналогичен более раннему CW1293, но с улучшенным цветовым кодом. В CW1293 на сердечниках использовались в основном сплошные цвета, что затрудняло идентификацию пары, с которой они были скручены, без снятия большого количества оболочки. Чтобы решить эту проблему. CW1308 имеет узкие кольца парного цвета, напечатанные поверх основного цвета. Оба кабеля соответствуют стандарту кабеля категории 3. [12] [13] Кабели категорий с 3 по 7 имеют 4 витые пары. [14]
До повсеместного использования полиэтилена и других пластмасс для изоляции телефонный кабель витой пары изолировался вощеной бумагой или ватой с нанесенным на медь восковым покрытием. Общая оболочка кабеля этого типа обычно была свинцовой. Этот тип кабеля начал использоваться в конце 19 века, вскоре после изобретения телефона. [15] Концевые заделки кабелей в распределительных коробках герметизировались расплавленным воском или смолой, чтобы предотвратить попадание влаги, которая могла бы серьезно ухудшить изоляционные свойства бумажной изоляции. [16] Однако такие уплотнения затрудняли дальнейшее обслуживание и изменения. Эти кабели больше не производятся, но все еще иногда встречаются в старых зданиях и на различных внешних территориях, обычно в сельских деревнях.
Создание инфраструктуры
[ редактировать ]Имя | Типовая конструкция | Пропускная способность | Приложения | Примечания |
---|---|---|---|---|
Уровень 1 | 400 кГц | Телефонные и модемные линии | Не описано в рекомендациях EIA/TIA. Не подходит для современных систем. [17] | |
Уровень 2 | 4 МГц | Старые терминальные системы, например IBM 3270 | Не описано в рекомендациях EIA/TIA. Не подходит для современных систем. [17] | |
Кот 3 | УТП [18] | 16 МГц [18] | 10BASE-T , 100BASE-T4 [18] | Описано в EIA/TIA-568. Непригоден для скоростей выше 16 Мбит/с. Сейчас в основном для телефонных кабелей. [18] |
Кот 4 | УТП [18] | 20 МГц [18] | 16 Мбит/с Маркерное кольцо [18] | Не часто используется [18] |
Кот 5 | УТП [18] | 100 МГц [18] | 100BASE-TX , 1000BASE-T [18] | Обычное явление для существующих локальных сетей. Заменен Cat 5e, но большинство кабелей Cat 5 соответствуют стандартам Cat 5e. [18] Расстояние между оборудованием ограничено 100 м. |
Кот 5е | УТП, [18] Ф/УТП, У/ФТП [19] | 100 МГц [18] | 1000БАСЭ-Т , 2,5 ГБАСЭ-Т [18] | Расширенный Cat 5. Общий для существующих локальных сетей. Та же конструкция, что и у категории 5, но с лучшими стандартами испытаний. [18] Расстояние между оборудованием ограничено 100 м. |
Кот 6 | УТП, [18] Ф/УТП, У/ФТП [20] | 250 МГц [18] | 5GBASE-T , 10GBASE-T | ИСО/МЭК 11801, 2-е изд. (2002), ANSI/TIA 568-B.2-1. Ограничено расстоянием 55 м при 10GBASE-T. |
Кот 6А | УТП, Ф/УТП, У/ФТП, С/ФТП | 500 МГц | 5GBASE-T , 10GBASE-T | Улучшенные стандарты, протестировано до 500 МГц. Полное расстояние 100 м при 10GBASE-T ISO/IEC 11801, 2-е изд. Являюсь. 2. (2008), ANSI/TIA-568-C.1 (2009). |
Кот 7 | С/ФТП, Ф/ФТП | 600 МГц [21] | ? | ИСО/МЭК 11801, 2-е изд. (2002). Только с GG45 или TERA разъемами . Он не признан EIA / TIA . |
Cat 7Cat7A | С/ФТП, Ф/ФТП | 1 ГГц [21] | ? | ИСО/МЭК 11801, 2-е изд. Являюсь. 2. (2008). Только с разъемами GG45 или TERA. Он не признан EIA/TIA. |
Кот 8.1 | Ф/УТП, У/ФТП | 2 ГГц [21] | 25GBASE-T , 40GBASE-T | ANSI/TIA-568-C.2-1, ISO/IEC 11801-1:2017 |
Кот 8.2 | С/ФТП, Ф/ФТП | 2 ГГц | 25GBASE-T , 40GBASE-T | ИСО/МЭК 11801-1:2017 |
Загружено
[ редактировать ]Нагруженная витая пара намеренно добавляла индуктивность , что раньше было обычной практикой на телекоммуникационных линиях. Добавленные индукторы известны как нагрузочные катушки и уменьшают затухание на частотах голосового диапазона , но увеличивают его на более высоких частотах. Нагрузочные катушки уменьшают искажения в голосовом диапазоне на очень длинных линиях. [22] В этом контексте линия без нагрузочных катушек называется ненагруженной линией.
Связанный
[ редактировать ]Склеенная витая пара – это вариант конструкции, при котором два провода каждой пары скреплены между собой на всю длину кабеля. Впервые разработанный компанией Belden , он предназначен для обеспечения согласованности конфигурации во время и после установки. Одним из ключевых преимуществ является то, что помехоустойчивость кабеля может быть сохранена, несмотря на потенциально грубое обращение. [23] Повышенная производительность может оказаться ненужной, а соединение снижает гибкость кабеля и делает его склонным к поломке в местах сгибания. [24]
Витой ленточный кабель
[ редактировать ]Витой ленточный кабель — это вариант стандартного ленточного кабеля, в котором соседние пары проводников соединены и скручены вместе. Затем витые пары слегка скрепляются друг с другом в виде ленты. Периодически вдоль ленты появляются короткие участки без перекручивания, к которым можно подключить разъемы, используя обычные методы IDC для ленточного кабеля . [25]
Одножильный и многожильный кабель
[ редактировать ]В кабеле со сплошным сердечником на каждый проводник используется один сплошной провод, а в четырехпарном кабеле всего восемь сплошных проводов. [18] В многожильном кабеле используется несколько проводов, намотанных друг на друга в каждом проводнике, а в четырехпарном кабеле с семью жилами на провод всего будет 56 проводов (2 на пару × 4 пары × 7 жил). [18]
Одножильный кабель предназначен для стационарной прокладки ( постоянная связь ). Он менее гибок, чем многожильный кабель, и более склонен к поломке при многократном сгибании из-за деформационного упрочнения . Многожильный кабель используется в патч-панелях и для подключения настенных портов к конечным устройствам ( патч-корд или ответвительный кабель), поскольку он устойчив к растрескиванию проводников.
Разъемы для одножильных проводов устроены иначе, чем для многожильных. Использование разъема с неправильным типом кабеля может привести к ненадежному подключению. Вилки, предназначенные для одножильных и многожильных жил, легко доступны, а некоторые поставщики даже предлагают вилки, предназначенные для использования с обоими типами. Заглушки на патч-панелях и настенных разъемах предназначены для использования с одножильным кабелем. Они работают по методу смещения изоляции , при котором устройство протыкает стороны изоляции и «вгрызается» в медный проводник, образуя соединение. Панчдаун-блоки используются в качестве патч-панелей или коммутационных коробок для витой пары.
Характеристики
[ редактировать ]Витая пара обладает следующими полезными свойствами: [26]
- Можно предотвратить появление электрических помех в кабеле или исходящих из него.
- Перекрестные помехи сведены к минимуму.
- Самый дешевый вид кабеля, доступный для сетевых целей.
- Легко обрабатывать и устанавливать.
Витая пара имеет следующие ограничения:
- Деформация: восприимчивость витой пары к электромагнитным помехам во многом зависит от целостности схем скрутки пары при монтаже. В результате к кабелям витой пары обычно предъявляются строгие требования к максимальному натяжению, а также к минимальному радиусу изгиба . Хрупкость кабелей витой пары делает процедуру установки важной частью обеспечения работоспособности кабеля. [27]
- Перекос задержки: из-за разной скорости скручивания, используемой для минимизации перекрестных помех между парами, разные пары в кабеле имеют разную длину и, следовательно, разные задержки. Это может ухудшить качество изображения, если для передачи компонентов видеосигнала используется несколько пар. Для решения этой проблемы доступен кабель с низким перекосом. [28] [29]
- Дисбаланс (см. симметричную линию ): различия между двумя проводами в паре могут вызвать связь между синфазным и дифференциальным режимами. Преобразование дифференциального режима в синфазный создает синфазные токи, которые могут вызывать внешние помехи и создавать синфазные сигналы в других парах. Преобразование синфазного режима в дифференциальный может создавать сигналы дифференциального режима из синфазных помех от других пар или внешних источников. Дисбаланс может быть вызван несимметрией двух проводников пары друг от друга и по отношению к другим проводам и экрану. Некоторые источники асимметрии могут возникать из-за различий в диаметре проводника и толщине изоляции. [б] [30]
См. также
[ редактировать ]- АНСИ/ТИА-568
- Сбалансированная линия
- Медная проволока и кабель
- Ethernet по витой паре
- Литцендрат
- Главный распределительный шкаф , используемый для соединения витых пар в телефонных сетях.
- Зарегистрированное гнездо , часто используется в качестве разъемов для витой пары.
- Четырехканальный кабель типа «звезда» увеличивает подавление помех
- Наконечник и кольцо
Примечания
[ редактировать ]- ↑ В Кейптауне, например, балансирующий проводник был проложен от телеграфа через улицы и в шести милях от моря, чтобы устранить помехи подводному телеграфному кабелю из Луанды . [3]
- ^ На телефонном жаргоне общий режим называется продольным , а дифференциальный — металлическим .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Барнетт, Дэвид; Грот, Дэвид; Макби, Джим (2004). Прокладка кабелей: Полное руководство по прокладке сети (3-е изд.). Сан-Франциско: СИБЕКС. п. 11. ISBN 9780782143317 .
- ^ «Зависимость перекрестных помех от количества витков на дюйм для версий витой пары шлангокабеля с концевой заглушкой» (PDF) .
- ^ Троттер, А. П., «Нарушение работы подводного кабеля на электрических трамваях» , Журнал Института инженеров-электриков , том. 26, вып. 130, стр. 501–514, июль 1897 г.
- ^ США 244426 , Белл, Александр Грэм, «Телефонная схема», выпущен в 1881 году . См. также сканы в формате TIFF для USPTO 00244426.
- ^ Стивен Т. Каррис (2009). Сети: проектирование и управление . Садовые публикации. п. 6. ISBN 978-1-934404-15-7 .
- ^ Кристин Баэта (27 октября 2008 г.). «Устранение неисправностей систем видеонаблюдения UTP» .
- ^ Перейти обратно: а б Anitech Systems MP 4000 Инструкция
- ^ Заземление экранированных и экранированных сетевых кабелей - Siemon
- ^ Валери, Магуайр (12 июля 2015 г.). «Размер установленной базы категории 7А» (PDF) . Проверено 25 сентября 2015 г.
- ^ https://cdrdv2-public.intel.com/639302/ethernet%20cables%20and%20transceivers%20tech%20guide.pdf
- ^ «TechFest — Техническое резюме кабельной системы IBM» . Архивировано из оригинала 11 марта 2014 г. Проверено 25 января 2014 г.
- ^ Стивен Робертс (2001), Руководство по установке телефона , Elsevier, стр. 32–34, ISBN 0080521487
- ^ Барри Дж. Эллиот (2002), Проектирование структурированной кабельной системы в соответствии со стандартом ISO 11801 , CRC Press, стр. 269, ISBN 0824741307
- ^ Карманный справочник Newnes по передаче данных . Эльзевир. 19 апреля 2002 г. ISBN. 978-0-08-049742-6 .
- ^ Телефония , вып. 153, с. 118, Телефонная издательская корпорация, 1957.
- ^ Производитель бумаги и Британский журнал по торговле бумагой , том. 83-84, с. 294, 1 ноября 1932 г. ОСЛК 10634178
- ^ Перейти обратно: а б «CCNA: Типы сетевых носителей» .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т «Сравнение кабелей CAT5, CAT5e, CAT6, CAT7» . Архивировано из оригинала 2 июня 2020 г. Проверено 18 июля 2022 г.
- ^ «Использование кабеля UTP Cat5e и кабеля STP Cat5e — SewellDirect.com» . sewelldirect.com . Проверено 19 августа 2018 г.
- ^ «CAT3 против CAT5 против CAT6 — CustomCable» . Пользовательский кабель . 24 декабря 2011 г. Проверено 19 августа 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Обзорное руководство CompTIA Network+: экзамен N10-008 . Джон Уайли и сыновья. 28 сентября 2021 г. ISBN 978-1-119-80696-7 .
- ^ «Понимание нарушений линии» . Cisco.com . Проверено 4 июня 2012 г.
- ^ «Полевые испытания подрядчика показывают экономию средств, связанную с производительностью, при использовании кабелей со спаянной парой» (PDF) . Бельден . Проверено 13 августа 2016 г.
- ^ «Кабель спаянной пары» (PDF) . Тёрк . Проверено 08 апреля 2019 г.
- ^ «Плоский кабель витая пара 3M» (PDF) . 3М . Проверено 13 августа 2016 г.
- ^ «Тестирование витой пары» .
- ^ «Влияние напряжений при монтаже на характеристики кабеля» (PDF) . Бельден . Проверено 13 августа 2016 г.
- ^ «Технический паспорт 7987R (метрический)» (PDF) . Бельден . Проверено 13 августа 2016 г.
- ^ «Технический паспорт 7989R (метрический)» (PDF) . Бельден . Проверено 13 августа 2016 г.
- ^ Рив, Уитмен Д. (1995). Справочник по сигнализации и передаче абонентского шлейфа - цифровой (1-е изд.). IEEE Пресс. стр. 215–220 . ISBN 0-7803-0440-3 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]СМИ, связанные с кабелями витой пары, на Викискладе?