Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Эта статья про тип проводки. О фильме см. Витая пара (фильм) .
25-парный код цвета диаграммы

Кабельная система с витой парой - это тип проводки, в которой два проводника одной цепи скручены вместе с целью улучшения электромагнитной совместимости . По сравнению с одиночным проводом или нескрученной симметричной парой , витая пара снижает электромагнитное излучение от пары и перекрестные помехи между соседними парами, а также улучшает подавление внешних электромагнитных помех . Его изобрел Александр Грэм Белл . [1]

Объяснение [ править ]

Витая пара может использоваться в качестве симметричной линии , которая как часть симметричной схемы может значительно снизить влияние шумовых токов, наведенных в линии за счет связи электрических или магнитных полей. Идея состоит в том, что токи, индуцируемые в каждом из двух проводов, почти равны. Скручивание гарантирует, что два провода находятся в среднем на одинаковом расстоянии от источника помех и подвержены одинаковому воздействию. Таким образом, шум создает синфазный сигнал, который можно подавить в приемнике, обнаружив только разностный сигнал, последний является полезным сигналом.

Подавление синфазного сигнала начинает давать сбой на раскрученных проводах, когда источник шума находится близко к сигнальным проводам; более близкий провод будет сильнее связываться с шумом, и приемник не сможет его устранить. Эта проблема особенно очевидна в телекоммуникационных кабелях, где пары в одном кабеле пролегают рядом друг с другом на протяжении многих миль. Скручивание пар нейтрализует этот эффект, поскольку на каждой половине скрутки происходит замена провода, ближайшего к источнику шума. При условии, что источник помех остается однородным или почти одинаковым на расстоянии одного скручивания, наведенный шум останется синфазным.

Скорость скручивания (также называемая шагом скрутки, обычно определяемая в скрутках на метр ) составляет часть спецификации для данного типа кабеля. Когда соседние пары имеют одинаковую скорость скручивания, одни и те же проводники разных пар могут неоднократно лежать рядом друг с другом, частично сводя на нет преимущества скручивания. 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 с экраном кабеля S / FTP или F / UTP ), кабель UTP (неэкранированная витая пара) не окружен каким-либо экраном. UTP является основным типом проводов для использования по телефону и очень часто используется в компьютерных сетях .

История [ править ]

Перестановка провода на столбе

В самых ранних телефонах использовались телеграфные линии, которые представляли собой однопроводные цепи заземления . В 1880-х годах во многих городах были установлены электрические трамваи , которые наводили шум в этих цепях. В некоторых странах трамвайные компании несли ответственность за нарушение работы существующих телеграфных линий и платили за ремонтные работы. [3] Для новых установок, однако, с самого начала необходимо было защитить от существующих трамваев. Помехи на телефонных линиях еще более разрушительны, чем на телеграфных линиях. Телефонные компании перешли на симметричные схемы , что позволило уменьшить затухание и , следовательно, увеличить дальность связи.

Поскольку распределение электроэнергии стало более обычным явлением, эта мера оказалась недостаточной. Два провода, натянутые по обе стороны поперечин на опорах , разделяли трассу с линиями электропередач . В течение нескольких лет растущее использование электричества снова привело к увеличению помех, поэтому инженеры разработали метод, называемый перестановкой проводов , чтобы нейтрализовать помехи.

При перестановке проводов провода меняют положение через каждые несколько полюсов. Таким образом, два провода будут получать одинаковые электромагнитные помехи от линий электропередачи. Это была ранняя реализация скручивания со скоростью примерно четыре скручивания на километр или шесть на милю . Такие симметричные линии с открытой проводкой и периодическими перестановками все еще существуют в некоторых сельских районах.

Кабельная система с витой парой 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 перестановкой для защиты от помех. Сегодня большинство из миллионов километров витых пар в мире - это стационарные телефоны вне помещений, которые принадлежат и обслуживаются телефонными компаниями и используются для голосовых услуг.

Неэкранированная витая пара [ править ]

Сечение кабеля с четырьмя неэкранированными витыми парами

Кабели неэкранированной витой пары (UTP) используются во многих сетях Ethernet и телефонных системах. Для внутренних телефонных приложений UTP часто группируется в наборы по 25 пар в соответствии со стандартным цветовым кодом из 25 пар, первоначально разработанным корпорацией AT&T . Типичное подмножество этих цветов (белый / синий, синий / белый, белый / оранжевый, оранжевый / белый) обнаруживается в большинстве кабелей UTP. Кабели обычно изготавливаются из медных проводов сечением 22 или 24 Американского калибра проводов (AWG) [5], с цветной изоляцией, обычно сделанной из изолятора, такого как полиэтилен или FEP, и весь корпус покрыт полиэтиленом. пиджак.

Для городских уличных телефонных кабелей, содержащих сотни или тысячи пар, кабель делится на небольшие, но одинаковые жгуты. Каждый пучок состоит из витых пар с разной скоростью скручивания, так как пары, имеющие одинаковую скорость скручивания в кабеле, все же могут испытывать некоторую степень перекрестных помех . Жгуты, в свою очередь, скручиваются вместе, образуя кабель.

Неэкранированная витая пара с разной скоростью скрутки

UTP также является наиболее распространенным кабелем, используемым в компьютерных сетях . Современный Ethernet , наиболее распространенный стандарт сетей передачи данных, может использовать кабели UTP, при этом для увеличения скорости передачи данных требуются варианты кабеля UTP с более высокими техническими характеристиками. Кабели с витой парой часто используются в сетях передачи данных для соединений короткой и средней длины из-за их относительно более низкой стоимости по сравнению с оптоволоконным и коаксиальным кабелями .

Поскольку кабель UTP пропускной способность улучшилась в соответствии с базовой полосой из телевизионных сигналов, UTP в настоящее время используется в некоторых видео - приложениях, в первую очередь , в камерах безопасности . [6] Поскольку UTP является симметричной линией передачи, необходим симметрирующий трансформатор для подключения к несимметричному оборудованию, например, любому, использующему разъемы BNC и предназначенному для коаксиального кабеля.

Экранирование кабеля [ править ]

Основная статья: Электромагнитное экранирование
Кабель F / UTP
S / FTP-кабель
U / FTP, F / UTP и F / FTP используются в кабелях Cat 6a.

Кабели витой пары могут иметь экранирование, чтобы предотвратить электромагнитные помехи. 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 соединение заземления. Такое экранирование может применяться к отдельным парам или к группе пар. Экранирование может быть фольгой или проволочной оплеткой.

Когда экранирование применяется к набору пар, это обычно называется экранированием, но использование поставщиками и авторами таких слов, как экранирование , экранирование и STP (экранированная витая пара), может изменяться. [7] [8] ISO / IEC 11801 : 2002 (Приложение E) пытается стандартизировать на международном уровне различные обозначения для экранированных кабелей, используя комбинации трех букв - U для неэкранированного, S для экранирования в оплетке (только во внешнем слое) и F. для экранирования из фольги - для явного указания типа экрана для общей защиты кабеля и для защиты отдельных пар или квадратов с использованием сокращения, состоящего из двух частей, в виде x / xTP .

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 проводом к земле. Кабель витой пары с экраном из фольги может иметь встроенный заземляющий провод, называемый дренажным проводом, который обеспечивает электрический контакт с экраном. Дренажный провод предназначен для простого 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 квадрата. Распространенные названия: пара в металлической фольге, экранированная витая пара, экранированная витая пара. Этот тип экранирования помогает предотвратить проникновение или выход электромагнитных помех в отдельные пары, 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 на всех парах 100-омного кабеля витой пары. Распространенные названия: фольгированная витая пара, экранированная витая пара, экранированная витая пара. Этот тип экранирования помогает предотвратить попадание или выход электромагнитных помех из кабеля.
Индивидуальная и общая защита (F / FTP, S / FTP и SF / FTP)
Индивидуальное экранирование с использованием фольги между наборами витой пары, а также внешней фольги или плетеного экрана. Распространенные названия: полностью экранированная витая пара, экранированная фольговая витая пара, экранированная фольгированная витая пара, экранированная экранированная витая пара, экранированная экранированная витая пара. Этот тип экранирования помогает предотвратить проникновение или выход электромагнитных помех из кабеля, а также защищает соседние пары от перекрестных помех.

Ранним примером экранированной витой пары был IBM STP-A, представляющий собой двухпарный кабель S / FTP на 150 Ом, определенный в 1985 году спецификациями IBM Cabling System и используемый в сетях Token Ring или FDDI . [7] [10]

Общепромышленная номенклатура типов кабельных конструкций
Сокращения по отраслямОбозначение ISO / IEC 11801 [A]Экранирование кабеляПарное экранирование
UTP, TPU / UTPНиктоНикто
STP, ScTP, PiMFU / FTPНиктоФольга
FTP, STP, ScTPF / UTPФольгаНикто
STP, ScTPS / UTPПлетениеНикто
SFTP, S-FTP, STPSF / UTPПлетение и фольгаНикто
FFTP, STPF / FTPФольгаФольга
SSTP, SFTP, STP, STP PiMFS / FTPПлетениеФольга
SSTP, SFTP, STPSF / FTPПлетение и фольгаФольга
  1. ^ Код перед косой чертой обозначает экранирование самого кабеля, а код после косой черты определяет экранирование отдельных пар:
    U - неэкранированный
    F - экранирование фольгой
    S - экранирующая оплетка (только внешний слой)
    ТП - витая пара
    TQ - витая пара, индивидуальное экранирование в четырехугольниках

Типы [ править ]

См. Также: ISO / IEC 11801

Аналоговый телефон [ править ]

До того, как цифровая связь и Ethernet получили широкое распространение, не существовало международного стандарта для телефонного кабеля. Стандарты были установлены на национальном уровне. Например, в Великобритании Главное почтовое отделение определило кабели CW1293 и CW1308. CW1308 был аналогичен спецификации более раннего CW1293, но с улучшенным цветовым кодом. CW1293 использовал в основном сплошные цвета на жилах, что затрудняло идентификацию пары, с которой он был скручен, без удаления большого количества оболочки. Чтобы решить эту проблему. CW1308 имеет узкие кольца парного цвета, напечатанные поверх основного цвета. Оба кабеля аналогичны стандарту кабеля категории 3. [11] [12]

До того, как стали широко использоваться полиэтилен и другие пластмассы для изоляции, телефонные витые пары изолировали с помощью вощеной бумаги или хлопка с восковым покрытием, нанесенным на медь. Общая оболочка этого типа кабеля обычно была свинцовой. Этот тип кабеля стал использоваться в конце 19 века, вскоре после изобретения телефона. [13] Концевая заделка кабеля в клеммной коробке была герметизирована расплавленным воском или смолой для предотвращения проникновения влаги, которая серьезно ухудшила бы изоляционные свойства бумажной изоляции. [14] Однако такие уплотнения затрудняли техническое обслуживание и замену в будущем. Эти кабели больше не производятся, но все еще время от времени встречаются в старых зданиях и на различных внешних территориях, обычно в сельской местности.

Строительная инфраструктура [ править ]

Стандартные типы витой пары
ИмяТиповая конструкцияПропускная способностьПриложенияПримечания
1-й уровень0,4 МГцТелефонные и модемные линииНе описано в рекомендациях EIA / TIA. Не подходит для современных систем. [15]
Уровень 24 МГцСтарые терминальные системы, например IBM 3270Не описано в рекомендациях EIA / TIA. Не подходит для современных систем. [15]
Кошка 3UTP [16]16 МГц [16]10BASE-T , 100BASE-T4 [16]Описано в EIA / TIA-568. Не подходит для скоростей выше 16 Мбит / с. Сейчас в основном телефонные кабели. [16]
Кот 4UTP [16]20 МГц [16]Token Ring 16 Мбит / с [16]Не часто используется [16]
Кошка 5UTP [16]100 МГц [16]100BASE-TX , 1000BASE-T [16]Общий для существующих локальных сетей. Заменено кабелем Cat 5e, но большинство кабелей Cat 5 соответствуют стандартам Cat 5e. [16] Ограничено 100 м между оборудованием.
Кошка 5eUTP, [16] F / UTP, U / FTP [17]100 МГц [16]1000BASE-T , 2,5GBASE-T [16]Enhanced Cat 5. Общий для существующих локальных сетей. Такая же конструкция, как у Cat 5, но с лучшими стандартами тестирования. [16] Ограничено 100 м между оборудованием.
Кошка 6UTP, [16] F / UTP, U / FTP [18]250 МГц [16]5GBASE-T , 10GBASE-TISO / IEC 11801 2-е изд. (2002), ANSI / TIA 568-B.2-1. Наиболее часто используемый кабель в Финляндии соответствует стандарту EN 50173-1 2002 года. Ограничено расстоянием 55 м при 10GBASE-T
Cat 6 AUTP, F / UTP, U / FTP, S / FTP500 МГц5GBASE-T , 10GBASE-TУлучшенные стандарты, протестированы до 500 МГц. Полное расстояние 100 м при 10GBASE-T ISO / IEC 11801 2nd Ed. Являюсь. 2. (2008 г.), ANSI / TIA-568-C.1 (2009 г.)
Кошка 7S / FTP, F / FTP600 МГц5GBASE-T , 10GBASE-TПолностью экранированный кабель. ISO / IEC 11801 2-е изд. (2002). Это не признано EIA / TIA.
Cat 7 AS / FTP, F / FTP1000 МГц5GBASE-T , 10GBASE-TИспользуются все четыре пары. ISO / IEC 11801 2-е изд. Являюсь. 2. (2008). Это не признано EIA / TIA.
Кошка 8 / 8.1F / UTP, U / FTP2000 МГц25GBASE-T , 40GBASE-TANSI / TIA-568-C.2-1, ISO / IEC 11801-1: 2017
Кошка 8.2S / FTP, F / FTP2000 МГц25GBASE-T , 40GBASE-TИСО / МЭК 11801-1: 2017

Загружено [ править ]

В нагруженной витой паре намеренно добавлена индуктивность, что раньше было обычной практикой на линиях связи. Дополнительные катушки индуктивности известны как нагрузочные катушки и уменьшают затухание для частот голосового диапазона, но увеличивают его на более высоких частотах. Катушки нагрузки уменьшают искажения в голосовой полосе на очень длинных линиях. [19] В этом контексте линия без катушек нагрузки называется ненагруженной линией.

Связанный [ править ]

Связанная витая пара - это вариант конструкции, в котором два провода каждой пары скреплены вместе на длину кабеля. Первоначально разработанный компанией Belden , он предназначен для обеспечения согласованности конфигурации во время и после установки. Одним из ключевых преимуществ является то, что характеристики помехоустойчивости кабеля могут быть защищены, несмотря на потенциально грубое обращение. [20] Повышенная производительность может быть ненужной, а соединение снижает гибкость кабеля и делает его склонным к выходу из строя там, где он изгибается. [21]

Скрученный ленточный кабель [ править ]

Скрученный ленточный кабель, используемый для соединений SCSI

Скрученный ленточный кабель - это вариант стандартного ленточного кабеля, в котором смежные пары проводников связаны и скручены вместе. Скрученные пары затем слегка скрепляются друг с другом в виде ленты. Периодически вдоль ленты есть короткие участки без скручивания, чтобы можно было заделать разъемы и заголовки печатных плат с использованием обычных методов IDC ленточного кабеля . [22]

Жесткий или многожильный кабель [ править ]

В одножильном кабеле используется по одному сплошному проводу на каждый проводник, а в четырехпарном кабеле всего восемь сплошных проводов. [16] В многожильном проводе используется несколько проводов, намотанных друг на друга в каждом проводе, а в четырех паре с семью прядями на каждый проводящий кабель всего 56 проводов (2 на пару × 4 пары × 7 жил). [16]

Кабель с одножильным сердечником предназначен для стационарных участков ( постоянная связь ). Он менее гибкий, чем многожильный кабель, и более склонен к выходу из строя при многократном сгибании из-за наклепа . Многожильный кабель используется для выводов на коммутационной панели и для соединений от настенных портов к оконечным устройствам ( патч-корд или ответвительный кабель), поскольку он сопротивляется растрескиванию проводов.

Разъемы для одножильного сердечника разработаны иначе, чем для многожильного. Использование соединителя с кабелем неправильного типа может привести к ненадежной прокладке кабеля. Вилки, предназначенные для одножильных и многожильных сердечников, легко доступны, а некоторые поставщики даже предлагают вилки, предназначенные для использования с обоими типами. Вставные блоки на патч-панели и гнездах настенного порта предназначены для использования с кабелем с твердым сердечником. Они работают по методу смещения изоляции, при котором устройство протыкает стороны изоляции и «втыкается» в медный проводник, образуя соединение.

Преимущества [ править ]

  • Можно предотвратить электрические шумы, идущие в кабель или исходящие от него. [23]
  • Перекрестные помехи сведены к минимуму. [23]
  • Самый дешевый вид кабеля для работы в сети. [23]
  • Легко обрабатывать и устанавливать. [23]

Недостатки [ править ]

  • Деформация: восприимчивость витой пары к электромагнитным помехам во многом зависит от схем скручивания пар (иногда запатентованных производителями), которые не повреждаются во время установки. В результате к кабелям витой пары обычно предъявляются строгие требования по максимальному натяжению при растяжении, а также минимальному радиусу изгиба. Эта хрупкость кабелей витой пары делает их установку важной частью обеспечения характеристик кабеля. [24]
  • Смещение задержки: разные пары в кабеле имеют разные задержки из-за разной скорости скручивания, используемой для минимизации перекрестных помех между парами. Это может ухудшить качество изображения, когда несколько пар используются для передачи компонентов видеосигнала. Для устранения этой проблемы доступен кабель с низким перекосом. [25] [26]
  • Дисбаланс: различия между двумя проводами в паре могут вызвать связь между синфазным и дифференциальным режимами. Дифференциальное преобразование в синфазное создает токи синфазного режима, которые могут вызывать внешние помехи и могут 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 асимметрией между двумя проводниками пары друг от друга и по отношению к другим проводам и экрану. Некоторыми источниками асимметрии являются различия в диаметре проводника и толщине изоляции. На телефонном жаргоне общий режим называется продольным, а дифференциальный - металлическим . [27]

См. Также [ править ]

  • Ethernet по витой паре
  • Сбалансированная линия
  • Медный провод и кабель
  • Литц-проволока
  • Зарегистрированный домкрат
  • Кабель с четырьмя звездами увеличивает подавление помех
  • ANSI / TIA-568
  • Наконечник и кольцо

Ссылки [ править ]

  1. ^ Макби, Дэвид Барнетт, Дэвид Грот, Джим (2004). Кабели: полное руководство по сетевой разводке (3-е изд.). Сан-Франциско: SYBEX. п. 11. ISBN 9780782143317.
  2. ^ «Зависимость перекрестных помех от числа витков на дюйм для витой пары шлангокабеля с концевой заглушкой» (PDF) .
  3. ↑ В Кейптауне, например, уравновешивающий провод был проложен от телеграфной станции через улицы и в шести милях от моря, чтобы устранить помехи подводному телеграфному кабелю из Луанды .
    • Троттер, А.П., "Нарушение работы подводного кабеля электрическими трамваями" , Журнал Института инженеров-электриков , вып. 26, вып. 130, стр. 501–514, июль 1897 г.
  4. ^ US 244426 , Белл, Александр Грэм, «Телефонная цепь», выпущенный в 1881 году . См. Также отсканированные изображения в формате TIFF для USPTO 00244426 
  5. ^ Стивен Т. Каррис (2009). Сети: проектирование и управление . Публикации в саду. п. 6. ISBN 978-1-934404-15-7.
  6. ^ Кристин Бета (2008-10-27). «Устранение неисправностей систем видеонаблюдения UTP» .
  7. ^ a b Руководство по Anitech Systems MP 4000
  8. ^ Заземление для экранированных и экранированных сетевых кабелей - Siemon
  9. ^ Валери, Магуайр (2015-07-12). «Размер установленной базы категории 7A» (PDF) . Проверено 25 сентября 2015 .
  10. ^ http://www.techfest.com/networking/cables/ibmcs.htm
  11. ↑ Стивен Робертс (2001), Справочник по установке телефона , Elsevier, стр. 32-34, ISBN 0080521487
  12. ^ Барри Дж. Эллиот (2002), Проектирование структурированной кабельной системы в соответствии с ISO 11801 , CRC Press, стр. 269, ISBN 0824741307
  13. ^ Телефония , т. 153, стр. 118, Телефонная издательская корпорация 1957 г.
  14. ↑ Paper Maker и British Paper Trade Journal , vol. 83-84, с. 294, 1 ноября 1932 г., OCLC 10634178 
  15. ^ a b «CCNA: Типы сетевых средств массовой информации» .
  16. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t «Сравнение кабелей CAT5, CAT5e, CAT6, CAT7» .
  17. ^ «Использование кабеля UTP Cat5e и STP Cat5e - SewellDirect.com» . sewelldirect.com . Проверено 19 августа 2018 .
  18. ^ "CAT3 против CAT5 против CAT6 - CustomCable" . CustomCable . 2011-12-24 . Проверено 19 августа 2018 .
  19. ^ «Понимание нарушений линии» . Cisco.com . Проверено 4 июня 2012 .
  20. ^ «Полевые испытания подрядчика показывают экономию затрат, связанных с производительностью, используя кабели со связанными парами» (PDF) . Belden.com . Belden . Дата обращения 13 августа 2016 .
  21. ^ "Связанный парный кабель" (PDF) . Турк . Проверено 8 апреля 2019 .
  22. ^ "Плоский кабель витой пары 3M" (PDF) . 3М . Дата обращения 13 августа 2016 .
  23. ^ a b c d «Тестирование витой пары» .
  24. ^ «Влияние монтажных напряжений на характеристики кабеля» (PDF) . Belden . Дата обращения 13 августа 2016 .
  25. ^ "Лист технических данных 7987R (метрическая система)" (PDF) . Belden.com . Belden . Дата обращения 13 августа 2016 .
  26. ^ "7989R Технические характеристики (метрическая система)" (PDF) . Belden.com . Belden . Дата обращения 13 августа 2016 .
  27. ^ Рив, Уитмен Д. (1995). Справочник по абонентской сигнализации и передаче - цифровой (1-е изд.). IEEE Press. С.  215–220 . ISBN 0-7803-0440-3.

Внешние ссылки [ править ]