Параметр кабельной линии loop resistance это
Основными электрическими параметрами горизонтального кабеля, которые нормируются действующими редакциями стандартов и представляют практический интерес, являются:
Первичные параметры
Сопротивление
Сопротивление медной жилы определяется главным образом сечением, т.к. при повышении частоты наблюдается так называемый поверхностный эффект, который состоит в следующем:
Рис. Поверхностный эффект и эффект близости
При поверхностном эффекте вихревые токи от переменного магнитного поля проводника с током 1 взаимодействуют с током этого же проводника (рис). В центре эти токи направлены встречно, а по краям попутно вызвавшему их току.В результате плотность тока увеличивается по мере удаления от центра проводника к его поверхности. Внутренние слои проводника при этом как бы не используются.
Эффект близости наблюдается при взаимодействии вихревых токов, наведенных магнитным полем проводника 1 в соседнем проводнике 2, с основным током этого проводника (рис). В результате такого взаимодействия происходит перераспределение плотности тока во втором проводнике, при этом она увеличивается на взаимообращенных друг к другу сторонах проводников симметричной цепи в случае, когда токи в проводниках текут в противоположных направлениях и на взаимно удаленных поверхностях при одинаковом направлении токов.
Оба эти эффекта сказываются тем сильнее, чем выше частота протекаемого тока.Суммарное действие этих эффектов приводит к увеличению сопротивления с ростом частоты. В случае многопроволочного проводника сопротивление дополнительно увеличивается за счет того, что вышеупомянутые эффекты наблюдаются в пределах каждой проволоки, и усиливаются тем, что радиус этих проволок мал. Поэтому требования к затуханию для шнуров, жила которых для гибкости скручивается из проволочек, снижены. К тому же площадь сечения проводника многопроволочных жил выбирается несколько большей по сравнению со сплошной жилой.
Емкость
Емкость двухпроводниковой линии определяется как:
где e -коэффициент диэлектрической проницаемости, D и d –диаметры по изоляции и медной жиле. Как видим, если исключить изменения e от частоты, емкость на высоких частотах не меняется. Коэффициент диэлектрической проницаемости зависит от материала изоляции, например у полиэтилена он равен 2,2-2,3, а у пенополиэтилена – 1,2-1,5, что существенно улучшает вторичные параметры.
Проводимость
Проводимость изоляции определяется выражением:
Индуктивность
Индуктивность двухпроводной линии:
Первичные параметры зависят от частоты передаваемого сигнала следующим образом:
Различают собственное и рабочее затухания. Последнее несколько выше, так как в нем учитываются дополнительные потери, вызванные рассогласованием нагрузки и затухание вызванное соединениями и разъемами.
Как следствие изменяется от частоты и затухание. Оно растет приблизительно пропорционально квадратному корню из частоты. Точная зависимость определяется конструкцией конкретного кабеля, однако затухание во всем частотном диамазоне не должно превышать норм, определенных стандартами. В зависимости от категории кабеля требования к затуханию выражаются как:
Потеря напряжения в кабеле — величина, равная разности между установившимися значениями действующего напряжения, измеренными в двух точках системы электроснабжения (по ГОСТ 23875-88). Этот параметр необходимо знать при производстве любых электромонтажных работ — начиная от видеонаблюдения и ОПС и заканчивая системами электроснабжения промышленных объектов.
 |  |
| Рис.1 | Рис.2 |
При равенстве сопротивлений Zп 1 =Zп 2 =Zп 3 и Zн 1 =Zн 2 =Zн 3 ток в нулевом проводе отсутствует (Рис.1), поэтому для трёхфазных линий потери напряжения рассчитываются для одного проводника.
В двух- и однофазных линиях, а также в цепи постоянного тока, ток идёт по двум проводникам (Рис.2), поэтому вводится коэффициент 2 (при условии равенства Zп 1 =Zп 2 ).
Доступна Windows-версия программы расчёта потерь напряжения
Пояснения к расчёту
Расчёт потерь линейного (между фазами) напряжения в кабеле при трёхфазном переменном токе производится по формулам:
 или (если известен ток) |
 где |
 |
Расчёт потерь фазного (между фазой и нулевым проводом) напряжения в кабеле производится по формулам:
 или (если известен ток) |
 где |
 |
Для расчёта потерь линейного напряжения U=380 В; 3 фазы.
Для расчёта потерь фазного напряжения U=220 В; 1 фаза.
Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник.
При равенстве сопротивлений Zп1=Zп2=Zп3 и Zн1=Zн2=Zн3 ток в нулевом проводе отсутствует (Рис.1), поэтому для трёхфазных линий потери напряжения рассчитываются для одного проводника.
В двух- и однофазных линиях, а также в цепи постоянного тока, ток идёт по двум проводникам (Рис.2), поэтому вводится коэффициент 2 (при условии равенства Zп1=Zп2).
Расчёт потерь линейного (между фазами) напряжения в кабеле при трёхфазном переменном токе производится по формулам:
ΔU(в)=(PRL+QXL)/Uл; ΔU(%)=(100(PRL+QXL))/ Uл² или (если известен ток)
ΔU(в)=√3·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L); ΔU(%)=(100√3·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L))/ Uл , где:
Q= Uл·I·sinφ
Расчёт потерь фазного (между фазой и нулевым проводом) напряжения в кабеле производится по формулам:
ΔU(в)=2·(PRL+QXL)/Uф; ΔU(%)=2·(100(PRL+QXL))/ Uф² или (если известен ток)
ΔU(в)=2·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L); ΔU(%)=2·(100·I(R·cosφ·L+X·sinφ·L))/Uф, где:
Q= Uф·I·sinφ
Для расчёта потерь линейного напряжения U=380 В; 3 фазы.
Для расчёта потерь фазного напряжения U=220 В; 1 фаза.
Для постоянного тока cosφ=1; 1 фаза.
При распространении сигнала по кабелю он постепенно теряет свою мощность - уменьшается амплитуда тока и напряжения. Численно эта величина выражается следующим образом:
где a - затухание, выраженное в децибелах на км или, чаще, на 100 м. Р0, Рl - мощности сигнала в начале и конце линии. Через первичные параметры затухание может быть выражено как:
где а - затухание, R,L,C,G - первичные параметры кабеля: Сопротивление, Индуктивность, Емкость и Проводимость изоляции. Рассмотрим их подробнее:
Первичные параметры
Сопротивление
Сопротивление медной жилы определяется главным образом сечением, т.к. при повышении частоты наблюдается так называемый поверхностный эффект, который состоит в следующем:
Рис. Поверхностный эффект и эффект близости
При поверхностном эффекте вихревые токи от переменного магнитного поля проводника с током 1 взаимодействуют с током этого же проводника (рис). В центре эти токи направлены встречно, а по краям попутно вызвавшему их току.В результате плотность тока увеличивается по мере удаления от центра проводника к его поверхности. Внутренние слои проводника при этом как бы не используются.
Эффект близости наблюдается при взаимодействии вихревых токов, наведенных магнитным полем проводника 1 в соседнем проводнике 2, с основным током этого проводника (рис). В результате такого взаимодействия происходит перераспределение плотности тока во втором проводнике, при этом она увеличивается на взаимообращенных друг к другу сторонах проводников симметричной цепи в случае, когда токи в проводниках текут в противоположных направлениях и на взаимно удаленных поверхностях при одинаковом направлении токов.
Оба эти эффекта сказываются тем сильнее, чем выше частота протекаемого тока.Суммарное действие этих эффектов приводит к увеличению сопротивления с ростом частоты. В случае многопроволочного проводника сопротивление дополнительно увеличивается за счет того, что вышеупомянутые эффекты наблюдаются в пределах каждой проволоки, и усиливаются тем, что радиус этих проволок мал. Поэтому требования к затуханию для шнуров, жила которых для гибкости скручивается из проволочек, снижены. К тому же площадь сечения проводника многопроволочных жил выбирается несколько большей по сравнению со сплошной жилой.
Емкость
Емкость двухпроводниковой линии определяется как:
Проводимость
Проводимость изоляции определяется выражением:
Индуктивность
Индуктивность двухпроводной линии:
где a - расстояние между проводниками, d – диаметр проводника, Q(x) – коэффициент учитывающий внутрипроводниковую индуктивность, который уменьшается с ростом частоты, вследствие поверхностного эффекта.
Первичные параметры зависят от частоты передаваемого сигнала следующим образом:
Различают собственное и рабочее затухания. Последнее несколько выше, так как в нем учитываются дополнительные потери, вызванные рассогласованием нагрузки и затухание вызванное соединениями и разъемами.
Как следствие изменяется от частоты и затухание. Оно растет приблизительно пропорционально квадратному корню из частоты. Точная зависимость определяется конструкцией конкретного кабеля, однако затухание во всем частотном диамазоне не должно превышать норм, определенных стандартами. В зависимости от категории кабеля требования к затуханию выражаются как:
Появились новые термины, такие как alien crosstalk (межкабельные наводки) и coupling attenuation (затухание излучения). Специалистами задавались вопросы о важности этих параметров для практической реализации высокоскоростных систем. Появилась даже мысль, что параметры затухания излучения и межкабельные наводки — это всего лишь теоретические параметры, и не требуется при проектировании структурированной кабельной системы (СКС) их учитывать. Давайте попробуем разобраться с этими параметрами, экранированными и неэкранированными кабелями и рядом возникающих вопросов и проблем.
Работа над новым стандартом 10GBase-T
Работа над стандартом 10GBase-T началась в 2002 году, когда была создана рабочая группа в IEEE. Вначале многие участники рынка с большим скепсисом относились к возможности реализации передачи 10 Гигабит в секунду по витой паре на расстояния до 100 метров. Тем не менее, разработчиками была успешно решена эта достаточно сложная техническая задача за счет использования сложного метода кодирования, подавления наведенных помех на ближнем (NEXT) и компенсации наведенных помех на дальнем конце (FEXT). Предложенные рабочей группой технические решения позволили снизить полосу пропускания в кабельной линии до 417 МГц. В июне 2006 года IEEE был опубликован новый стандарт IEEE 802.3an c возможностью передачи 10 Гигабит в секунду по витой паре.
Особенности реализации приложения 10GBase-T
Поддержка работы высокоскоростного приложения 10GBase-T предъявляет достаточно жесткие требования к техническим характеристикам кабеля витая пара. Применяемый для передачи 10 Гбит/с метод модуляции линейного сигнала по схеме РАМ-16 привел к существенному уменьшению отношения сигнал/шум между логическими уровнями по сравнению с методами модуляции, применяемыми ранее в других протоколах передачи данных Ethernet. Теперь на выходе передатчика сигнального цифрового процессора разница между двумя логическими уровнями находится в диапазоне всего 0,13 В (рис. 1).
При ослаблении сигнала в ходе передачи разница между логическими уровнями становится еще меньше. Чувствительность приемника для распознавания логического уровня поступающих сигналов 10GBase-T должна быть существенно выше по сравнению с протоколом 1GBase-T. При этом сильно сократилось время обработки сигналов. Теперь даже самая незначительная наведенная внешняя помеха на витую пару может повлиять на распознавание логического уровня сигнала. Существенно расширилась полоса пропускания канала связи — она выросла c 62,5 МГц до 417 МГц. Для сравнения в протоколе 100Base-T (100 Mбит/с) полоса пропускания до 31,25 МГц, а в протоколе 1GBase-T (1000 Mбит/с) полоса пропускания расширена до 62,5 МГц. В таблице 1 для наглядности приведены данные по скорости передачи и полосе пропускания.
В результате разработки протокола 10GBase-T, значительно возросло требование к повышению уровня защищенности витопарного кабеля к воздействию внешних шумов. Сравнив помехоустойчивость приложений Fast Ethernet и 10 Гигабит Ethernet для витой пары, можно увидеть, что чувствительность к воздействию помехи в последнем случае возрастает в 100 раз. Публикация IEEE стандарта 10GBase-T стала движущей силой для обновления стандартов в области кабельных систем (далее по тексту кабельных стандартов).
Обновление кабельных стандартов
В стандартах были описаны новые технические параметры и требования к ним, связанные с межкабельными наводками и асимметрией витой пары, которые мы рассмотрим ниже.
Параметры витопарных кабелей, связанные с ЭМС
Высокая чувствительность витопарного кабеля к помехам, насыщенность современных офисов и объектов радиоэлектронным, цифровым оборудованием, создающим помехи, приводит к необходимости анализа параметров электромагнитной совместимости (ЭМС), характеризующих помехоустойчивость витопарных линий и кабелей витая пара. Для оценки ЭМС используются два основных параметра: затухание излучения и межкабельные наводки.
Затухание излучения (coupling attenuation)
Затухание излучения характеризует защищенность кабельной линии от внешних электромагнитных помех, а также уровень внешнего излучения линии в окружающую среду.
Затухание излучения определяется как отношение внешнего уровня помех к результирующему уровню помех внутри информационной системы. Величина затухания излучения выражается в децибелах (рис. 2).
Параметр затухание излучения позволяет оценить характеристики ЭМС кабельной линии. Читатель может спросить, а откуда возникает излучение у витой пары при использовании сбалансированной системы? Идеальная симметричная система является отличной средой передачи, но на практике не бывает идеально сбалансированных систем. Нарушение симметрии скрутки пар присутствует практически во всех кабелях. Это приводит к возникновению паразитного электромагнитного поля вокруг пары проводников. Качество скрутки проводников очень важно, так как скрутка проводников непосредственно влияет на электромагнитные характеристики кабельной системы (генерируемые шумы и воздействие внешних помех). Система с нарушением симметрии сохраняет свою работоспособность до определенного уровня внешних помех.
Нарушение симметрии в информационных системах может быть вызвано следующими причинами и факторами:
• конструкцией кабеля и компонентов;
• технологией изготовления витой пары;
• процедурой монтажа системы (растягивающие усилия, раздавливающие нагрузки, радиусы изгиба и скручивание, приводящие к изменениям в симметричной системы);
• подключением активных устройств с нарушением симметрии (сетевые карты, коммутаторы и т.д).
В экранированных системах эффект нарушения симметрии пар, приводящий к возникновению, компенсируется за счет наличия экрана. Значение сoupling attenuation (ac) экранированной кабельной системы равно сумме затухания экранирования (as) и затухания асимметрии (au). Для различных типов кабельных систем значение параметра сoupling attenuation (ac) определяется для экранированных и неэкранированных кабелей по следующим формулам:
• для экранированного витопарного кабеля: ac= as + au
• для неэкранированного витопарного кабеля: ac = au (так как as = 0)
На рисунке 3 схематично показано изменение затухания излучения для экранированных и неэкранированных систем.
Параметр ac является универсальным параметром, позволяющим определить уровень ЭМС различных типов информационных кабельных систем: неэкранированных, экранированных и коаксиальных.
В 1-й поправке к международному стандарту ISO 11801 приводится формула для расчета и оценки минимально допустимого значения ac (таблица 2).
В случае если значение затухания излучения для кабельных каналов класса EA или F выше на 10 дБ и для каналов класса FA выше на 25 дБ минимально допустимого значения, указанного в таблице 2, то значением параметра межкабельных наводок можно будет пренебречь, так как отсутствие межкабельных помех гарантируется конструкцией кабеля — экраном.
Значение затухания излучения экранированной кабельной линии превышает значение 70 дБ. Для неэкранированной системы это значение, как правило, составляет около 40 дБ, что указывает на низкий уровень ЭМС неэкранированных систем. А если монтаж кабельной линии будет выполнен с ошибками, то значение параметра затухания излучения будет меньше 40 дБ (рис. 4).
Межкабельные наводки (alien crosstalk)
Внешние помехи на витую пару могут создаваться не только сторонними источниками излучения, такими как мобильные телефоны, радиоустройства, силовые кабели, люминесцентные лампы, выключатели, реле, а и генерироваться слаботочными кабелями, которые проложены рядом и по которым передаются данные — такие кабели еще называют «соседними» кабелями. В телекоммуникационном помещении или в одном кабельном канале прокладывается по соседству свыше нескольких десятков, а иногда и свыше сотни телекоммуникационных кабелей. На рисунке 5 показано воздействие шести соседних кабелей, окружающих кабель «жертву».
Хотя и на рисунке показано воздействие соседних кабелей на один кабель, однако, надо понимать, что все кабели, находящиеся рядом, при передаче сигналов излучают и оказывают влияние друг на друга. То есть все кабели также являются «жертвами» своих соседей. Межкабельные наводки описывают электромагнитное взаимодействие, возникающее между проложенными рядом телекоммуникационными кабелями. Межкабельные наводки не могут быть скомпенсированы цифровым сигнальным процессором в отличие от таких внутренних помех, как переходное затухание на ближнем конце (NEXT) или переходное затухание дальнем конце (FEXT).
Различные технические параметры, связанные с межкабельными наводками, приводятся в стандартах, приведем некоторые их них:
• alien near end crosstalk (ANEXT, межкабельное переходное затухание на ближнем конце);
• alien far end crosstalk (AFEXT, межкабельное переходное затухание на дальнем конце);
• power sum alien near end crosstalk (PSANEXT, суммарное межкабельное переходное затухание на ближнем конце);
• power sum alien far end crosstalk (PSAFEXT, суммарное межкабельное переходное затухание на дальнем конце).
При наличии вышеупомянутых требуемых характеристик стандартом 10Base-T (меньший уровень между логическими уровнями сигналов и большая частота), значение межкабельных наводок приобретает большое значение при передаче 10 Гигабит в секунду.
Экранированная система отлично справляется с межкабельными наводками. Для некэранированных кабельных систем требуется применять специальные способы и методы снижения межкабельных наводок.
Способы снижения уровня межкабельных наводок
в неэкранированных кабельных системах
В неэкранированной кабельной системе необходимо снижать уровень межкабельных наводок. Существуют следующие рекомендации для снижения уровня межкабельных наводок в неэкранированных кабельных системах: изменение конструкции UTP-кабелей и разнесение кабелей, шнуров в пространстве, которые мы рассмотрим далее в этой статье.
Изменение конструкции
неэкранированных кабелей категории 6А
С учетом отрицательного влияния межкабельных наводок, в конструкцию неэкранированных кабелей, предназначенных для реализации 10 Гигабит Ethernet, производителями кабелей вносятся различные конструктивные изменения и дополнения, направленные на увеличение расстояния между парами соседних кабелей. На рисунке 6 показана конструкция неэкранированного кабеля категории 6А. Внутри кабеля расположен пластиковый разделитель (сепаратор), предназначенный для разнесения витых пар. Внешняя оболочка кабеля делается утолщенной, чтобы увеличить расстояние между соседними кабелями и, следовательно, увеличить расстояние между парами соседних кабелей.
Альтернативной конструкцией, обеспечивающей разнесение пар в пространстве, является применение вместо традиционной круглой формы кабеля — кабелей овальной формы (рис. 7). При применении кабелей овальной конструкции можно увеличить расстояния между парами проводников в соседних кабелях.
Оба варианта модернизированной конструкции неэкранированных кабелей позволяют уменьшить межкабельные наводки, но приводят к увеличению площади сечения кабеля. Площадь сечения UTP-кабеля категории 6A может быть больше на 60% по сравнению с экранированными кабелями (рис. 8).
Увеличение сечения кабельных каналов,
кабельного ввода
Следствием увеличения внешнего диаметра UTP-кабеля является увеличение размера или количества кабельных каналов. Кабельные каналы заполняются меньшим количеством неэкранированных кабелей категории 6A, тогда как экранированных кабелей в кабельный канал такого же сечения будет размещаться больше.
Возникают сложности при организации кабельного ввода в телекоммуникационное помещение и распределении кабельных каналов в телекоммуникационных помещениях, так как требуется большее сечение для ввода и распределения неэкранированных кабелей внутри помещения. Также не надо забывать о том, что кабели могут быть распределены и внутри телекоммуникационного шкафа. Поэтому увеличение сечения неэкранированных кабелей может привести к покупке и установке дополнительных монтажных конструктивов или установке шкафов, имеющих большие габариты. На рисунке 9 показан пример размещения неэкранированных и экранированных кабелей в лотке.
Снижение уровня межкабельных наводок —
разнесение неэкранированных
кабелей и шнуров
Обычно витопарные кабели прокладываются на объекте пучками или укладываются чаще всего в один и тот же кабельный канал, где и размещаются вместе. Объединение кабелей в пучки при монтаже СКС существенно увеличивают вероятность возникновения межкабельных наводок в неэкранированных кабельных системах. На рисунке 10 показан пример прокладка кабелей витая пара. Основное воздействие межкабельных наводок осуществляется на расстоянии до 20-ти метров. После 20-ти метров уровень межкабельных наводок практически не влияет на кабель жертву, так как сигнал в соседних кабелях ослабевает из-за вносимых потерь.
Межкабельные наводки на расстоянии до 20- ти метров могут образоваться и от других соседних кабелей, которые могут оказаться рядом не только в кабельном канале, а например, в одном кабельном вводе в кроссовую или серверную, при распределении и заделке кабелей сзади коммутационной панели (рис. 11).
Сильное внешнее воздействие могут оказать коммутационные шнуры, размещаемые в одном кабельном организаторе. Чтобы снизить влияние межкабельных наводок, неэкранированные кабели и шнуры необходимо разносить в пространстве, что на практике на реальном объекте не всегда реализуемо и крайне затруднено.
Проблема расширения установленных
неэкранированных кабельных сетей
В ходе разработки нового приложения 10Base-T была обнаружена и еще одна проблема. При одновременной параллельной передаче приложений Гигабит Ethernet по кабелям UTP категории 5e или категории 6, конструкция которых не предназначена для противодействия межкабельным наводкам, и 10 Гигабит Ethernet по кабелям категории 6A, возникает явление интерференции (наложения) сигналов (рис. 12). В случае расширении существующей СКС, неэкранированные кабели категории 6А будут подвержены межкабельным наводкам от уже установленных линий, по которым будут передаваться сигналы протокола 1GBase-T. Поэтому не рекомендуется неэкранированные кабели категории 6А, которые планируется использовать для передачи 10 Гигабит EtherNet, прокладывать совместно с существующими неэкранированными слаботочными кабелями категории 5e и категории 6.
Увеличение затрат инсталлятора
при использовании неэкранированной проводки
по сравнению с экранированной
С учетом возрастания вероятности межкабельных наводок в каждом UTP-кабеле при прокладке неэкранированных кабелей в пучках и распределении кабелей в кроссах придется инсталляторам структурированной кабельной системы выполнять несколько кабельных вводов и разделять пучки неэкранированных кабелей на несколько параллельных потоков. Это неизбежно приводит к увеличению времени монтажа СКС на объекте. По завершению монтажных работ неэкранированные кабельные линии необходимо будет обязательно протестировать не только на соответствие категории или класса, а провести полевые испытания неэкранированных кабелей и оценить уровень межкабельных наводок. Процедура тестирования межкабельных наводок требует закупки дополнительного оборудования и занимает много времени. При этом не будет 100% гарантии на приемлемый уровень межкабельных наводок, так как нереально провести тестирование межкабельных наводок во всех возможных комбинациях неэкранированных кабелей.
Устойчивость к внешним помехам
достигается за счет использования
экранированных кабелей
Заключение
Установка в современных офисах большого количества цифровой аппаратуры, появление во внешней среде большого количества излучающих устройств средств связи, ужесточение требований к уровню надежности работы телекоммуникационных систем, увеличение скорости передачи данных до 10 Гигабит приводит к тому, что электромагнитной совместимости (ЭМС) необходимо уделять внимание при проектировании СКС.
Использование неэкранированных витопарных кабельных линий для передачи 10 Гигабит Ethernet возможно, и это подтверждено теоретическими расчетами и испытаниями, проведенными в лабораториях. Однако высокая чувствительность к различным электромагнитным наводкам, присутствующим в реальной среде, привела к необходимости изменения конструкции неэкранированных кабелей и соблюдению трудновыполнимых на практике правил монтажа неэкранированной проводки на объекте.
С экономической точки зрения, реализация 10-гигабитной сети с использованием неэкранированной проводки связана с рядом ограничивающих факторов. Большее сечение неэкранированных витопарных кабелей увеличивает общие расходы на кабельную систему, увеличивает время монтажа кабельной системы.
Как правило, подобные расходы и временные затраты редко принимаются во внимание при сравнении плюсов и минусов экранированных и неэкранированных систем. К тому же, при проведении любых перемещений, дополнений и изменений (так называемой процедуры Move Add Change) в неэкранированной системе потребуется обязательное повторное тестирование на межкабельные наводки.
Кабельная система должна обладать хорошими показателями по соотношению сигнал-шум и защите от межкабельных наводок. Чем большим запасом по характеристикам обладает витопарная кабельная линия, тем менее она восприимчива к любым внешним помехам. Применение экранированных систем позволяет решать проблемы, связанные с ЭМС, что в будущем позволит не только реализовать передачу 10 Гигабит в секунду, но и гарантировать функционирование в различных условиях электромагнитной обстановки, соответствующей международной классификации MICE.
Базовые стандарты СКС
Базовыми стандартами структурированных кабельных систем являются:
Стандарты призваны служить общественным интересам, устраняя недопонимание между производителями и потребителями, обеспечивая взаимозаменяемость и универсальное качество продукции наряду с её доступностью и грамотным использованием. Стандарты телекоммуникационной инфраструктуры зданий должны обеспечить работу разнотипного оборудования любых производителей, создание кабельных систем на этапе строительства зданий и их длительную эксплуатацию.
Базовые международные и европейские стандарты совпадают практически буквально. Однако ISO/IEC и CENELEC разрабатывают собственные стандарты в смежных областях. В Европе, например, существует Директива ЭМС, определены собственные параметры экранированных и оптоволоконных кабелей. Международная организация стандартизации ведет разработку стандартов проектирования, монтажа, администрирования, измерений и внедрения приложений.
Россия принимает участие в работе Международной организации стандартизации (ISO), но не входит в CENELEC. В США действует ряд стандартов, которые только разрабатываются в упомя нутых организациях и широко применяются при создании СКС во всех странах. Организации ISO/CENELEC используют разработки ANSI/TIA/EIA как ступени для движения вперед. При этом они исправляют недостатки американских стандартов.
- ISO/IEC 11801 Информационные технологии — структурированные кабельные системы для помещений заказчика;
- ISO/IEC 11801A1/A2 Информационные технологии — структурированные кабельные системы для помещений заказчика; Приложения 1/2.
Приложение 2 Международного стандарта ISO/IEC 11801
В марте 2000 года было оглашено на национальном уровне и в сентябре 2000 года принято Приложение 2 стандарта ISO/IEC 11801. Приложение 2, основой которого является Проект дополнительных изменений PDAM3, расширяет перечень параметров СКС базовой и канала до уровня требований гигабитных протоколов. Исключена концепция линии, на смену которой пришло понятие стационарной линии. В результате улучшено отношение затухания и наводок линии образца 1995 года. При этом существующие параметры кабелей и разъемов остались прежними.
В Приложении 2 определены дополнительные параметры кабелей, разъемов, линий и каналов, которые требуется обеспечить для работы протокола 1000Base-T Gigabit Ethernet. Полный перечень включает: затухание (attenuation), двунаправленные наводки (NEXT), суммарные двунаправленные наводки отношение затухания к дву-направленным наводкам (ACR), отношение затухания к суммарным двунаправленным наводкам (PS ACR), однонаправленные наводки (FEXTj, суммарные однонаправленные наводки (PS FEXTj, отношение затухания к однонаправленным наводкам (EL FEXTj, отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам (PS ELFEXTj, возвратные потери (return loss), задержку (delay), фазовый сдвиг (skew) и сопротивление цепи (loop resistance).
Второе издание ISO/IEC 11801
Новый стандарт, принятый в 2002 году, содержит спецификации конструктивных элементов категории 3-7, линий и каналов классов А, В, С, D, Е и F. На смену канала с тремя разъемами пришла модель с четырьмя разъемами. Усложнена топология магистралей. Допускается комбинация централизованной и иерархической архитектуры. Добавлены два класса электропроводных линий и каналов (класс Е - 250 МГц и F - 600 МГц), четыре категории оптоволоконных элементов и четыре класса ОВ линий. Определены четыре уровня электромагнитной совместимости. Исключены системы с волновым сопротивлением 150 Ом и альтернативные типы среды передачи. Кабели и разъемы с волновым сопротивлением 120 Ом предусмотрены только для систем класса С и ниже.
Изменилась методика определения длины каналов горизонтальной и магистральной подсистем. Для каждой модели канала,среды передачи, категории кабелей и подсистемы СКС приведены формулы, определяющие длину фиксированных, консолидированных и стационарных линий, которые могут быть разными для этажа, здания и комплекса. Длина оптоволоконных линий зависит от категории ОВ кабелей, модели канала, числа разъемов и сплайсов.
- EN 50173:1995 Информационные технологии — структурированные кабельные системы (1995 год);
- EN 50173/А1:2000 Информационные технологии — структурированные кабельные системы (2000 год).
Второе издание EN 50173
В ноябре 2001 года закончилась первая фаза открытого обсуждения проекта Второго издания стандарта EN 50173 "Информационные технологии. Структурированные кабельные системы". Содержание документа практически полностью совпадает с проектом Второго издания ISO/IEC 11801. Данный документ заменил стандарт EN 50173:1995 и дополнения к нему EN 50173:1995/А1:2000.
EIA/TIA-569 Стандарты прокладки телекоммуникационных каналов коммерческих зданий (октябрь 1990).
EIA/TIA-570 Стандарт телекоммуникационных кабельных систем жилых и малых коммерческих зданий (июнь 1991).
TIA/EIA-606 Стандарт администрирования телекоммуникационной инфраструктуры коммерческих зданий (февраль 1993).
TIA/EIA-607 Требования по заземлению и электрическим соединениям телекоммуникационных систем коммерческих зданий (август 1994).
TIA/EIA TSB 72 Руководство по централизованным оптоволоконным кабельным системам (октябрь 1995).
TIA/EIA TSB 75 Дополнительные требования построения горизонтальных кабельных систем открытых офисов (август 1996).
- Исключены системы категорий 4 и 5. Остаются спецификации категорий 3 и 5е. Приведена справочная информация параметров конструктивных элементов и каналов категории 5 для пользователей ранее установленных СКС данного класса.
- Вместо канала с тремя разъемами принята модель с четырьмя разъемами.
- Отказ от категории базовой линии в пользу фиксированной линии. Особенность устаревшей категории, определенной в TSB-67, заключается в том, что измерительные кабели, обеспечивающие подключение кабельного тестера, учитывались в составе базовой линии. Фиксированная линия включает только кабель с разъемами на концах, а гибкие кабели относятся к измерительному оборудованию.
- Добавлены параметры оптоволоконного кабеля 50/125 мкм. К ОВ разъемам 568SC добавлены новые типы дуплексных разъемов с малым форм-фактором, призванные обеспечить удобство подключения к ОВ линиям оборудования пользователей.
Изменена структура документа, состоящего из трех частей:
Документ включает спецификацию линий, каналов, разъемов, требования и процедуры измерений. Определены допустимые погрешности и меры по достижению стабильности результатов. Это должно обеспечить надежность установленных систем.
Стандарт категории 6 включает:
- спецификацию системы, включая параметры комплектующих, каналов, стационарных линий и гибких кабелей;
- расширение полосы до 200 МГц (в два раза по сравнению с категорией 5е);
- спецификацию комплектующих до частоты 250 МГц. Стандарт позволяет реализовать:
- совместимость категории 6 с категориями 5е, 5 и 3;
- совместимость элементов различных изготовителей;
- электрическую совместимость гнездовых и штекерных разъемов типа RJ45;
Решение проблем совместимости обеспечено благодаря разработке спецификации и процедур тестирования штекерных разъемов. Потребовалось создать новые устройства, методики калибровки и решить ряд технических проблем, чтобы обеспечить достоверные результаты измерений. Это создает основу совместимости штекеров и разъемов различных изготовителей. Кроме того, потребовалось определить параметры и процедуры тестирования гибких кабелей. Этот раздел стал нормативным, а не информационным приложением, как было прежде.
Сертификация и тестирование СКС
Смысл сертификации состоит в том, что производитель компонентов СКС, как независимая от инсталлирующей компании организация, гарантирует пользователю определенный уровень технических характеристик созданной по его заказу системы.
Другими словами, это означает, что сертификация СКС:
- гарантирует, что сеть будет работать в течение всего срока гарантии;
- будет обеспечивать указанную скорость передачи данных;
- гарантирует техническую поддержку и решение всех проблем, связанных с её эксплуатацией.
Производитель компонентов СКС в обязательном порядке контролирует деятельность компании-инсталлятора. Контроль осуществляется за:
- выполнением требований стандартов (компания-инсталлятор производит замеры на конкретном объекте и, занеся их в специальную форму, высылает производителю);
- качеством производимых работ.
Кабельная проводка может превратиться в СКС только при профессиональной подготовке персонала компании-инсталлятора, естественно, при условии использования качественных компонентов. В компании должно быть достаточное количество специалистов, каждый из которых прошел обучение и был сертифицирован производителем).
Представления о структурированных кабельных системах (СКС), как правило, идеализированы. Многие заказчики считают тестирование линий излишней и дорогостоящей процедурой, необходимой только для сертификации. Фактически качество современных систем невозможно обеспечить без 100-% контроля. Объективная проверка позволяет устранить как мелкие, так и серьезные недостатки.
В большинстве случаев тестирование СКС включает только часть канала. Как правило, это базовая линия, состоящая из фиксированного кабеля с разъемами на концах. Однако работа сети зависит от параметров канала, обеспечивающего передачу сигналов между двумя терминальными устройствами.
Точки подключения активного оборудования и кабелей внешних служб называются интерфейсами СКС. Интерфейсы СКС не совпадают с интерфейсами тестирования. Во-первых, точка консолидации (ТК), предназначенная для удобства организации рабочих мест в открытых офисах, не является интерфейсом СКС. Стандарты не предусматривают подключение оборудования к ТК. Во-вторых, параметры гибких кабелей измеряют в составе канала, что исключает коммутационные панели магистрального канала с четырьмя разъемами в качестве портов подключения измерительного оборудования.
В настоящее время стандарты определяют две модели канала: подключение и коммутация. Второе издание ISO/IEC 11801 предусматривает четыре модели канала: подключение, коммутация, подключение с точкой консолидации (ТК) и коммутация с ТК.
На долю горизонтальной подсистемы приходится подавляющее большинство электропроводных кабелей. В магистралях телефонная и информационная подсистемы разделены, а в горизонтальной подсистеме интегрированы, поэтому все линии должны соответствовать самым строгим требованиям современных приложений.
Рисунок 1. Интерфейсы СКС и интерфейсы тестирования 2002
Новые стандарты реализуют непривычную пока концепцию создания СКС. В настоящее время длина фиксированных кабелей горизонтальной подсистемы не должна превышать 90 м, а гибких — 10м. С 2002 года длина фиксированных линий определяется по формулам, различным для каждого класса среды передачи и каждой модели канала. Проектировщики должны использовать общий бюджет затухания канала и определять длину фиксированных кабелей, исходя из требуемой длины абонентских и переходных кабелей. Например, модель "подключение" класса D с абонентскими кабелями 23 м и сетевыми 2 м будет ограничена величиной 71 м, а фиксированные кабели — 46 м. Измерение параметров стационарной линии при этом не имеет практического значения. В результате применения новых стандартов, доля тестируемых каналов будет возрастать.
Если длина каналов значительно меньше предельно допустимой, тестирования линий будет достаточно. Каналы более сложных моделей и линии предельной длины необходимо проверять не просто на соответствие стандартам среды передачи, но и требованиям протоколов.
Основные понятия и определения
"Витая пара"— это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке несколько пар проводников. Каждая пара представляет собой два свитых между собой изолированных медных провода. Проводники могут быть одножильными (solid) или многожильными (stranded). Кабель может иметь различное исполнение, отдельные пары и весь могут иметь экран из оплетки и/или из фольги.
Шаг скрутки — каждая пара имеет свой шаг скрутки, отличный от соседних пар. Этим обеспечивается снижение перекрестных наводок.
Attenuation — (погонное затухание) характеризует величину потери мощности сигнала при передачи.
NEXT— переходное затухание между парами в многопарном кабеле, измеренное на ближнем конце, то есть со стороны передатчика.
PS-NEXT— переходное затухание между парами в многопарном кабеле, измеренное на ближнем конце с учетом одновременных наводок со всех пар.
FEXT — переходное затухание на дальнем конце. Измеряется посредством подачи тестового сигнала на пару в кабеле с одной пары и замеры наведенного сигнала в другой паре со стороны приемника.
ACR — отношение затухания сигнала к ослаблению перекрестной помехи (отношение сигнал/шум). Положительное значение ACR означает превышение уровня полезного сигнала над уровнем шума, а отрицательное — означает, что полезный сигнал меньше помехи и его распознавание будет проблематичным.
ELFEXT— приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется на основании FEXT и погонного затухания.
PS-ELFEXT— суммарное приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется для каждой отдельной пары на основании ELFEXT.
Return Loss — (обратное затухание). При передаче сигнала по витой паре особенно при полнодуплексной передаче, возникает эффект отражения сигнала в обратном направлении.
AWG— сечение проводников в кабелях в соответствии со стандартом AWG (American Wire Gauge) (табл. 1).
Модули (keystone) RJ-45 5е кат и RJ-12 используются для создания наборных модульных систем, основой которых служит коробка (суппорт-рамка), в которую защелкивается адаптер-вставка с установленным модулем RJ-45 или RJ-12.
Наборная конструкция позволяет собирать готовые розетки нужной конфигурации и с разным количеством портов. Для монтажа кабеля к модулям 45 (кроме модуля KES-5V, где монтаж кабеля осуществляется без инструмента) можно использовать специальный вруб-ной инструмент тип 110 (например, НТ-324, НТ 314 и другие).
Рисунок 2. Модели канала горизонтальной подсистемы 2002:
АК — абонентский кабель, КК — коммутационный кабель,
СК — сетевой кабель, ПК — переходный кабель,
ТР — телекоммуникационный разъем, ТК — точка консолидации,
РП — распределительная панель, КП — коммутационная панель
Таблица. Классификация медных проводов по AWG
| AWG | Диаметр, мм | Сечение, мм 2 |
| 10 | 2,6 | 5,31 |
| 12 | 2,05 | 3,3 |
| 13 | 1,83 | 2,6 |
| 14 | 1,63 | 2,0 |
| 16 | 1,3 | 1,3 |
| 18 | 1,02 | 0,78 |
| 20 | 0,813 | 0,5 |
| 22 | 0,643 | 0,33 |
| 23 | 0,574 | 0,26 |
| 24 | 0,511 | 0,20 |
| 26 | 0,404 | 0,13 |
| 28 | 0,32 | 0,08 |
| 30 | 0,254 | 0,049 |
| 32 | 0,203 | 0,031 |
| 34 | 0,16 | 0,02 |
| 36 | 0,127 | 0,013 |
| 38 | 0,102 | 0,0078 |
| 40 | 0,079 | 0,005 |
Монтаж кабеля к модулям keystone RJ-12 осуществляется при помощи специальной вставки, входящей в комплект модуля.
Патч-корд представляет собой короткий (как правило, не более 6 метров) отрезок гибкого кабеля (с экраном или без), терминированный с обоих концов разъемами RJ-45. Одной из основных характеристик патч-корда является его гибкость, то есть он должен быть изготовлен из многожильного кабеля и иметь гибкую пластиковую внешнюю изоляцию. Полностью совместимы с любыми патч-панелями и розетками. Для обеспечения качественного соединения место соединения разъема RJ-45 с кабелем заливается пластмассой. В результате заливки вилки RJ-45 получается гибкий хвостовик, который обеспечивает допустимый радиус изгиба. Предлагаемые патч-корды произведены в заводских условиях и прошли ЮО-% сертификационное тестирование. Каждый патч-корд упакован в индивидуальную упаковку.
Патч-панель (или панели переключения) применяются для обеспечения гибких соединений между горизонтальными или магистральными кабелями и портами активного телекоммуникационного оборудования (например хабами). Патч-панели выпускаются:
Читайте также: