Усукана двойка: честотна лента, характеристики, предназначение

Нискобюджетното окабеляване с усукана двойка разшири употребата си в системи за разпределение на къси разстояния или вътрешно-проводни приложения, включително локални вериги, проводници и мрежови терминали. С течение на годините пропускателната способност на кабелите с усукана двойка за интернет се е увеличила значително. От първоначалния стандарт 10Mbit/s напредъкът се ускори до 100Mbit/s и след това до 1Gbit/s. В последно време 10 Gigabit Ethernet осигурява скорости, необходими за нови приложения. До голяма степен тези подобрения се дължат на повишената скорост на процесорите, което позволява на мрежите да избягват тесните места в комуникацията.

Стандартизация на интернет кабелите

Усуканата двойка се състои от две медни жици с дебелина около 1 mm. Те се запечатват поотделно с пластмасова изолация и се усукват във формата на спирала. Полиетилен, поливинилхлорид, полимерна смола и тефлон са веществата, които се използват за защита.

Целта на усукването е да се намалят електрическите смущения в околна среда. Производителността или пропускателната способност на усуканата двойка се подобрява с увеличаване на броя на нишките на дължина. Ако два успоредни проводника са свързани помежду си и в тях се генерират електромагнитни смущения, например от намиращ се наблизо електродвигател, те се появяват в проводника, който е по-близо до източника на смущения, което води до по-високо ниво на напрежение в единия, отколкото в другия.

Стандартизацията на тези кабели се извършва съгласно международните изисквания на ISO/IEC JTC1 / SC25 / WG3, както и на организации като TIA/EIA - Telecommunications Industry Association в САЩ.

Основни категории кабели:

• 3 (10BaseT);
• 4 (10BaseT 16.0 Mbit/s);
• 5 (10BaseT, Token-Ring 16.0 Mbit/s и TPD 100.0 Mbit/s);
• 5e (тип R, разработен за широчина на честотната лента 100.0 MHz);
• 6 (за честотна лента от 200 MHz);
• 7 (честотна лента на усукана двойка 600 MHz).

Сравнявайте ги според пресичането, т.е. загубата на част от енергията на сигнала поради близостта на другата верига и нейното затихване.

Влияние на шума върху многожични проводници

Шумът води до неравномерно натоварване и влошаване на сигнала, тогава ще има разлики в края на приемника. Ако две жици са усукани, кумулативният ефект на смущенията върху двете жици е еднакъв, така че всяка жица е по-близо до източника на шум през половината време и по-далеч през другата половина, обратното е вярно при следващото усукване, така че няма разлика в края на приемника, тъй като нежеланите сигнали са заглушени.

Важно изискване за увеличаване на широчината на честотната лента на кабелите с усукана двойка е да се калибрират. Сензорът е мярка за дебелината на проводника. Колкото по-дебел е проводникът, толкова по-силен е сигналът на дадено разстояние и толкова по-добри са характеристиките на средата. Ефективната широчина на честотната лента на усуканата двойка зависи от няколко фактора, включително размера на проводника, дължината на веригата и разстоянието между усилвателите (ретранслаторите).

Усуканата двойка може да се използва за предаване на аналогови или цифрови сигнали, а ширината на честотната лента варира от 100 Hz до 5 MHz. Най-често срещаното приложение е телефонна система IS. Усуканата двойка е ограничена от разстоянието. С увеличаването на разстоянието между мрежовите елементи затихването се увеличава, а честотната лента на усуканата двойка при дадена честота намалява.

Видове проводници WAN

Разграничават се два вида усукана двойка - неекранирана (UTP) и екранирана (STP). UTP е изработен от цветно кодирани медни проводници, но не съдържа оплетка като изолатор за защита от смущения. двойките проводници във всеки кабел имат различен брой усуквания на метър. Съществуват различни категории UTP.

STP се състои от двойки медни проводници, които са усукани заедно. Двойките са покрити с фолио или плетена мрежа и външна обвивка от PVC. Това фолио или мрежа предотвратява електромагнитните смущения и елиминира пресичането.

Екранът трябва да бъде заземен, за да се предотврати превръщането на фолиото или плетената мрежа в магнит за електричество. Усуканите проводници намаляват влиянието на шума или външните смущения. Броят на навивките на единица дължина определя качеството на кабела, а повече навивки означават по-добро качество.

STP е по-малко чувствителен към шума от UTP и следователно намалява пресичането. Недостатъци на STP - трябва да бъде правилно заземен и е по-скъп от UTP.

Предимства на усуканата двойка:

1. Използва се за предаване на аналогови. както и цифрови данни.
2. Сравнително лесен за изпълнение .
3. Най-евтиният начин за предаване на данни на къси разстояния.
4. Ако част от кабела е повредена, цялата мрежа не е засегната.

Недостатъци на кабела с усукана двойка:

1. Слаба шумоустойчивост, което води до по-голямо изкривяване на сигнала.
2. Затихването е много високо.
3. Поддържа по-ниска честотна лента в сравнение с други медии.
4. Предоставя скорости от 10 Mbit/s на разстояние до 100 м.
5. Осигурява много слаба сигурност и е сравнително лесен за използване.
6. Тъй като са тънки, те могат лесно да се повредят.

Общи свойства на кабелите

В зависимост от дебелината на проводника ефектът е различен. Колкото по-дебел е проводникът, толкова по-ниско е съпротивлението, толкова по-силен е сигналът на дадено разстояние и толкова по-добри са характеристиките на средата. По-дебелите проводници имат предимството на по-голяма якост на опън. Числата за калибриране са регресивни. С други думи, колкото по-голямо е числото, толкова по-нисък е проводникът.

Конфигурация с една двойка - няколко двойки се комбинират по такъв начин, че да се сведат до минимум разходите за внедряване, свързани със свързването на множество устройства, като например електронни телефонни централи PBX или KTS, терминали за данни и модем към една работна станция.

Широчина на честотната лента - ефективният капацитет на кабела с усукана двойка зависи от няколко фактора, включително размера на проводника, дължината на веригата и разстоянието между усилвателите (ретранслаторите). Прилагането на висока честотна лента може да смущава други сигнали в двойки в непосредствена близост.

Сигурност - кабелът с усукана двойка по своята същност е опасна преносна среда. Сравнително лесно разгръщане на физически разклонения по UTP. Освен това излъчваната енергия лесно се улавя от антени или индуктивни бобини, без да е необходимо да се поставя физически кран.

Скорост на трансфер на данни

Докато стандартите за окабеляване определят честотната лента на инсталираната система, действителната скорост, с която могат да се прехвърлят данни, зависи от конструкцията на електронната система на свързаното оборудване. Широчината на честотната лента на системата се определя в мегахерци (MHz), а скоростта на предаване на данни - в битове в секунда: Mbit/s или Gbit/s.

Докато категорията на усуканата двойка определя максималната широчина на честотната лента, максималната скорост на предаване на данни, която действително се предава по кабела, се определя от електронното оборудване в кабелната система. Стандартизираните скорости за пренос на данни обикновено се увеличават в кратни на десет.

Скоростите на окабеляване Cat5e поддържат висока мрежова производителност. Усъвършенстваното окабеляване от категория 5 може да поддържа скорости на Gigabit Ethernet до 1000 Mbps. Кабелните устройства, включително комутаторите и маршрутизаторите, също трябва да поддържат желаната скорост.

Cat5e осигурява честотна лента от 100 MHz, въпреки че се предлагат опции до 350 MHz. Кабелът осигурява по-малко пресичания и смущения в сравнение с оригиналния Cat5. Поради скоростта и достъпността на Cat5e, той се използва често в кабелни LAN мрежи с високи изисквания за производителност и струва с 20% по-малко от Cat6.

Неекранирани UTP вериги

UTP означава неекраниран кабел. Това е меден кабел с империя 100 ома, който се състои от 2800 неекранирани усукани двойки, заобиколени от външна обвивка. Те нямат метален щит. Това го прави кабел с малък диаметър, но той не е защитен от електрически смущения. Усукването спомага за подобряване на имунитета му срещу електрически и електромагнитни смущения.

За хоризонтални кабели броят на двойките обикновено е 4 двойки. За кабели за дълги разстояния броят на двойките обикновено е на стъпки от 25, тъй като многожилните UTP кабели са изградени в свързваща група от 25 двойки. Медният проводник на хоризонталните и дългите UTP кабели е 22 AWG или 24 AWG. 24 AWG е най-разпространеният размер, но при по-производителните кабели, като например UTP категория 6, се използват медни проводници 23 AWG.

Кабел с твърд проводник

Както подсказва името, UTP кабелите имат един проводник от твърда медна жица. Освен че са физически по-здрави и по-лесни за употреба, те имат по-добри електрически свойства на усуканата двойка, които остават стабилни в по-широк честотен диапазон.

Кабелите с твърди проводници имат по-ниско съпротивление при постоянен ток и са по-малко податливи на високочестотни смущения поради диаметъра си. Тези свойства позволяват на едножилните кабели да осигуряват по-дълго време за предаване и по-високи скорости на предаване на данни от многожилните им аналози. UTP кабели, използвани както за хоризонтални, така и за магистрални приложения.

Снимка на усукан UTP кабел

Снимка на многожичен UTP кабел - многожичните кабели обикновено се използват като свързващи кабели в работни зони или телекомуникационни помещения. В усуканите двойки на многожичния кабел всеки отделен проводник е съставен от сноп проводници с по-малка дължина. Те са разположени така, че множество проводници обграждат един проводник в центъра на снопа, като честотната лента на усукана двойка от 8 проводника е по-голяма от тази на двойка от 4 проводника.

Външните проводници се навиват спираловидно около централния проводник чрез процес, наречен усукване. Сплетените проводници заедно образуват един проводник с общ диаметър, приблизително равен на диаметъра на проводник в масивен кабел, но с много по-малка проводяща площ (поради по-малкия диаметър на нишките на проводника). Многожилните проводници се използват за защита и осигуряване на гъвкавост в многожилните кабели.

UTP кабелите се използват предимно за LAN. Може да се използва за пренос на глас, нискоскоростен и високоскоростен пренос на данни, аудио и пейджинг системи, както и за системи за автоматизация и контрол на сгради. UTP кабел може да се използва както в хоризонтална усукана двойка, така и в 8-жилни подсистеми.

Хоризонталните UTP кабели имат 8-позиционен модулен конектор в работната зона. Конекторът RJ45 е 8-проводен модулен компактен конектор, използван за свързване на UTP кабел за данни. Гнездата RJ45 са проектирани да поддържат определени характеристики на категория 5, 5e, 6 или 6A и следователно трябва да са подходящи за категорията на кабела, към който са свързани.

Удължителен USB кабел с усукана двойка

Понякога има ситуации, в които USB кабелът трябва да се простира на разстояние повече от 5, 15, 30 или дори повече метра. Това може да се направи самостоятелно и има няколко решения за избор. Това зависи от ограниченията на максималната дължина на кабела, както и от качеството на кабела.

Първо, трябва да преминем към опциите за удължаване на USB, за да разберем основните ограничения на такива дължини на кабелите. Максималната дължина на кабела между USB 2.0 е 5 метра, а за USB 3.x кабелът е 3 метра. Ако използвате активни USB кабели или повторители, ограничението на дължината зависи от това дали се използва нормален USB кабел с активния кабел или не. За тях активната дължина на кабела за USB 2.0 е 30 метра, а за USB 3.x е 18 метра. Ако се използва нормален кабел, максималната дължина за усукана двойка USB 2.0 е приблизително 20 метра, но препоръчителната дължина на кабела за USB 3.x - 10 метра.

Да речем, че трябва да свържете USB микрофон или уебкамера от маса в конферентна зала към монтирани на стената телевизори, които са на разстояние около 25 метра. За осъществяване на тази връзка се използва едно устройство Hall Research.

Сравнение на проводници за Ethernet

Cat5e и Cat6 са два различни Ethernet кабела, които се класифицират в стандартни категории. "Cat" означава "категория на кабела", а термините "5e" и "6" се отнасят до различни стандарти.

Кабелът Cat5e е усъвършенствана версия на Cat5 с увеличена широчина на честотната лента на усуканата двойка 5e. Cat5e наследява дизайна и честотната лента от 100 MHz на своя предшественик, но повишава производителността си, като въвежда оптимизирани спецификации за скорост на предаване на данни и защита от пречупване. Предава данни до 10 пъти по-бързо от кабел Cat5, със скорост до 1000 Mbps. Поддържа Gigabit Ethernet и често се използва в домашни мрежи с различни дължини и източници на кабели.

Кабелите Cat5e и Cat6 имат общи конектори RJ45 и характеристика на дизайна усукана двойка медни проводници. Това са напълно различни стандарти за Ethernet кабел. Кабелът Cat5e RJ45 има по-ниско ниво на производителност на предаване, а кабелът Cat6 (кабел) RJ45 е оптимизиран с 250 MHz широчина на честотната лента, по-високи скорости на предаване на данни и е по-устойчив на пресичания и шум. В следващия раздел ще бъдат показани техните функционални различия.

Както Cat5e, така и Cat6 се състоят от 4 усукани двойки медни проводници с надлъжен сплитер, който ги изолира. Този дизайн може да намали електромагнитния интерфейс между различните проводници. В сравнение с Cat5e, който осигурява еднакви пресичания в далечния край (FEXT), загуби при връщане и вмъкване, Cat6 има по-ниски пресичания в близкия край (NEXT). Казано по-просто, кабелът Cat6 има висок коефициент на шум на сигнала (SNR), който осигурява по-малко шум, по-малко грешки и по-висока скорост и максимална пропускателна способност на кабела с усукана двойка при предаване на сигнала.

Тестване на усукана двойка

В съвременните телекомуникационни инсталации кабелът с голям брой усукани двойки става все по-често срещан при проектирането на първични и междинни кръстосани връзки. В резултат на това 100-, 300- и повече двойки са общи за първичните и вторичните канали. Тези кабели за големи обеми обикновено съдържат цветно кодирани връзки, които идентифицират отделните снопове от 25 чифта.

Понякога тези връзки могат да бъдат неправилно насочени към съответните им позиции в блока. Алтернативно, връзките могат да бъдат неправилно срязани, ако кабелът не е правилно терминиран, така че те трябва да бъдат тествани.

Алгоритъм на работа:

1. Преди да тествате кабелите с усукана двойка, изключете и отрежете единия край на кабела и прокарайте тон през всеки 25-параден кабел с помощта на генератор на тон и кръстосан проводник с една двойка.
2. Изрежете първия чифт от първия комплект от 25 чифта с тъпия ръб на ударното острие. Това предотвратява прекъсването на кръстосания проводник. След това продължете с втората двойка от втория комплект, третата двойка от третия комплект и така нататък, докато се пресекат всички 25 двойки.
3. Преминете към противоположния край на кабела с помощта на индуктивен усилвател и намерете тона. Ако всички снопове са преминали правилно през блоковото поле, тонът трябва да се движи през това поле в реда, в който е била подрязана тестовата кръстосана линия.
4. При 110-проводно устройство можете да тествате до 600 кабела с усукана двойка едновременно, без да се налага да използвате един и същ комплект от 25 двойки два пъти.

Еволюция на Ethernet

От създаването си в началото на 70-те години на миналия век Ethernet непрекъснато се развива, за да отговори на нарастващите нужди на локалните компютърни мрежи. Първоначално за комуникационна среда се използва общ коаксиален кабел, но се преминава към неекранирани връзки от точка до точка, които увеличават широчината на честотната лента, а също така се преминава от локални мрежи (LAN) към глобални мрежи (WAN).

Стандартизацията на технологията IEEE през 1982 г., заедно с появата на World Wide Web, допълнително ускори растежа и последвалото доминиране на Ethernet в мрежовата топография. Медните носители, използвани за предаване на Ethernet, също се разшириха до оптичен и безжичен пренос, за да отговорят на нуждите от широчина на честотната лента и разширяване на тези растящи пазари.

По време на еволюцията си до 1 Gigabit Ethernet, осемпозиционният конектор 8P8C е в основата на Ethernet свързаността. Този забележителен меден съединител е пряк наследник на модулните съединители, разработени от Bell Laboratories през 1972 г. за използване в приложения за телефония. В мрежовите приложения той обикновено се нарича Ethernet или RJ45 конектор.

Тези евтини съединители се свързват към проводниците с помощта на прост едностъпков процес на изместване на изолацията, който изисква един инструмент, което гарантира, че качеството на връзката не зависи от уменията на оператора. Позлатеният контакт между острието и пружината се е доказал като изключително надежден при голямо разнообразие от предизвикателни условия.

Следващата стъпка към по-висока производителност на Ethernet е 40Gbit Ethernet, описан в стандарта IEEE 802.3ba, ратифицирана през 2010 г. Приложенията от по-високо ниво често изискват възможност за агрегиране на множество 1-гигабитови или 10-гигабитови Ethernet канали, което прави 40-гигабитовия Ethernet привлекателна опция.

По-нов интерфейс в надпреварата за поддръжка на 100Gb Ethernet е конекторът CXP. Той осигурява до 12 канала от 10 Gbit/s в пакет, малко по-голям от QSFP +. Въпреки че CXP първоначално е проектиран за Infiniband, той поддържа 10 x 10G канала за 100G Ethernet.

Техническите предимства на по-ниските скорости на лента могат да бъдат неутрализирани от претоварването на печатната платка, което се дължи на по-големия брой диференциални двойки. Този меден конектор също ще бъде ограничен до сравнително краткосрочни приложения, въпреки че се предлагат активни сглобки на оптични кабели CXP.

Като се има предвид десетократният скок в скоростта на предишните итерации на Ethernet, следващата логична цел е 1TbEthernet, въпреки че някои предлагат по-скромен скок до 400Gbps. Xilinx вече описа 28nm FPGA, който може да поддържа 400Gbps Ethernet. Няма съмнение, че Ethernet в многобройните си форми ще продължи да представлява значително техническо предизвикателство, както и възможности за разширяване на конектора за много години напред.