Кабельные каналы связи

Сообщение

на  тему «Кабельные каналы связи»

 

Подготовили:

Бейбулаева  А.

Мигаль Д.

Мещерякова  Н.

Сошенко В.

Каналом связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих передачу и прием электрических сигналов.

Ка́бель (нидерл. kabel) - один или несколько изолированных друг от друга проводников (жил), заключённых в оболочку.

Кабельные каналы для  целей телекоммуникаций исторически  использовались первыми. Да и сегодня  по суммарной длине они превосходят  даже спутниковые каналы. Основную долю этих каналов, насчитывающих многие сотни тысяч километров, составляют телефонные медные кабели. Эти кабели содержат десятки или даже сотни скрученных пар проводов. Полоса пропускания¹ таких кабелей обычно составляет 3-3,5 кГц при длине 2-10 км. C учетом возрастающих требованиям к широкополосности каналов скрученные пары проводов пытались заменить коаксиальными кабелями (coaxial cable). Именно коаксиальные кабели стали в начале транспортной средой локальных сетей ЭВМ (10base-5 и 10base-2).

1 - центральный проводник; 2 - изолятор; 3 - проводник-экран; 4-внешний изолятор

Коаксиальная система  проводников из-за своей симметричности вызывает минимальное внешнее электромагнитное излучение. Сигнал распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранный провод², который защищает от внешних электромагнитных полей.

Типы коаксиальных кабелей 

«Толстый»  коаксиальный кабель разработан для сетей Ethernet стандарта 10Base-5³ с волновым сопротивлением 50 Ом и внешним диаметром 12 мм, имеет более толстый центральный проводник (2,17 мм), который обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики. За счёт более толстого проводника передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 метров (без повторителей) со скоростью 10 Мбит/с.  Зато этот кабель сложно монтировать – он плохо гнется. Сложность и дороговизна установки не дали этому кабелю такого широкого распространения.

«Тонкий»  коаксиальный кабель предназначен для сетей Ethernet стандарта 10Base-2. Был наиболее распространённым кабелем для построения локальных сетей. Диаметр примерно 6 миллиметров и значительная гибкость позволяли ему быть проложенным практически в любых местах.. Поддерживает передачу данных до 10 Мбит/с на расстояние до 185 метров (без повторителей). Однако был не так прочен как «толстый» коаксиал и его механические и электрические характеристики гораздо хуже (затухание гораздо выше, чем в «толстом»).

В таблице 1 приведены  характеристики каналов, базирующихся на обычном и широкополосном коаксиальном кабелях⁴.

 

Таблица 1

	Стандартный кабель	Широкополосный
Максимальная длина  канала	2 км	10 - 15 км
Скорость передачи данных	1 - 50 Мбит/с	100 - 140 Мбит/с
Режим передачи	полудуплекс	дуплекс
Ослабление влияния  электромагнитных и радиочастотных наводок	50 дБ	85 дБ
Число подключений	< 50 устройств	1500 каналов с одним  или более устройств на канал

 

Но по мере развития технологии кабельных каналов связи, скрученные пары проводов, так называемая витая пара смогли вытеснить из этой области коаксиальные кабели. Это произошло, когда полоса пропускания скрученных пар достигла 200-350 МГц при длине 100м (неэкранированные и экранированные скрученные пары категории 5 и 6), а цены на единицу длины сравнялись. Скрученные пары проводников позволяют использовать биполярные приемники, что делает систему менее уязвимой (по сравнению с коаксиальными кабелями) к внешним наводкам. Но основополагающей причиной вытеснения коаксиальных кабелей явилась относительная дешевизна скрученных пар.

Этот вид среды передачи данных очень популярен и составляет основу большого количества, как внутренних, так и внешних кабелей. Кабель может состоять из нескольких скрученных пар (внешние кабели иногда содержат до нескольких десятков таких пар).

Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring.

Самая простая витая пара (twisted pair) - это два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная (unshielded) витая пара (UTP) и экранированная (shielded) витая пара (STP).

 

Рисунок 1. Неэкранированная и экранированная витые пары

Несколько витых пар часто помещают в одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть разным. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых  соседними парами и другими источниками, например двигателями, реле и трансформаторами.

 

Экранированная  витая пара

Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних  помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает, в  свою очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а голос по нему не передают.

Неэкранированная витая пара

Неэкранированная витая пара (спецификация 10BaseT) широко используется в ЛВС, максимальная длина сегмента составляет 100 м.

Неэкранированная витая пара состоит  из двух изолированных медных проводов. Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины - в зависимости от назначения кабеля. В Северной Америке UTP повсеместно используется в телефонных сетях.

Неэкранированная витая пара определена в особом стандарте - Electronic Industries Association and the Telecommunications Industries Association (EIA/TIA) 568 Commercial Building Wiring Standart. EIA/TIA 568 - на основе UTP - устанавливает стандарты для различных случаев, гарантируя единообразие продукции.

Категории кабеля

Кабель на основе неэкранированной витой пары, используемый для проводки внутри здания, разделяется в международных стандартах на категории. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины.

CAT1 (полоса частот 0.1 МГц) — Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной разводки.

• CAT2 (полоса частот 1 МГц) — старый тип кабеля, 2-е пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях token ring и ARCNet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

CAT3 (полоса частот 16 МГц) — 4-х парный кабель, использовался при построении локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 МБит/с по технологии 100BASE-T4. Кабели категории 3 сейчас составляют основу многих кабельных систем зданий, в которых они используются для передачи и голоса, и данных.

• CAT4 (полоса частот 20 МГц) — кабель состоит из 4-х скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.
• САТ5 (полоса частот 100 МГц) — 4-х парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар. При прокладке новых сетей пользуются несколько усовершенствованным кабелем CAT5e (полоса частот 125 МГц), это и есть то, что обычно называют кабель «витая пара», благодаря высокой скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000 Мбит/с, при использовании 4-х пар, является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор. Ограничение на длину кабеля между устройствами (компьютер-свитч, свитч-компьютер, свитч-свитч) 100 м. Ограничение хаб-хаб 5 м.
• CAT6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4-х пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года. Существует категория CAT6a, в которой увеличена частота пропускаемого сигнала до 500 МГц. По данным IEEE 70 % установленных сетей в 2004 году, использовали кабель категории CAT6.
• CAT7 — Спецификация на данный тип кабеля пока не утверждена, скорость передачи данных до 100 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории экранирован. Седьмая категория в принципе не UTP а S/FTP (Screened Fully shielded Twisted Pair). Благодаря двойному экрану длина кабеля может превышать 100 м.

Все кабели UTP выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из 4-х пар кабелдя имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две –для передачи голоса.

Большинство телефонных систем использует неэкранированную витую  пару. Это одна из причин ее широкой  популярности. Причем во многих зданиях, при строительстве, UTP прокладывают не только для сегодняшних нужд телефонизации, но и, предусматривая запас кабеля, в расчете на будущие потребности. Если установленные во время строительства провода рассчитаны на передачу данных, их можно использовать и в компьютерной сети. Однако надо быть осторожным, так как обычный телефонный провод не имеет витков, и его электрические характеристики могут не соответствовать тем, какие требуются для надежной и безопасной передачи данных между компьютерами. Одной из потенциальных проблем для всех типов кабелей являются перекрестные помехи⁵. Неэкранированная витая пара особенно страдает от перекрестных помех. Для уменьшения их влияния используют экран.

Новые Ethernet протоколы 1000BASE-T и 10GBASE-T требуют применения скрученных пар существенно более высокого качества (с большей полосой пропускания, с более низкими уровнями NEXT и FEXT).

NEXT - Near End Cross Talk - перекрестные наводки ближнего конца кабеля.

Передача в этом случае производится по четырем скрученным парам одновременно.

Подводя итоги можно  сказать, что при расстояниях  до 100 метров с успехом могут использоваться скрученные пары и коаксиальные кабели, обеспечивая полосу пропускания до 150 Мбит/с, при больших расстояниях или более высоких частотах передачи оптоволоконный кабель предпочтительнее. При расстояниях в 10-20 метров с помощью скрученной пары можно достичь полосы пропускания до 1 Гбит/с. Следует заметить, что работа с кабелями предполагает необходимость доступа к системе канализации (иногда это требует специальных лицензий; а там часто размещаются усилители-повторители). Кабельное хозяйство требует обслуживания. В этом отношении радиоканалы предпочтительнее, ведь случаев коррозии электромагнитных волн не зарегистрировано, да и крысы их не грызут.

 

 

Библиографический список:

1. Семенов, Ю.А. Кабельные каналы связи [Электронный ресурс] / Ю.А. Семенов. – Режим доступа: http://book.itep.ru/3/cabel_31.htm
2. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учеб. для вузов / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – 3-е изд. . – СПб: Питер, 2006. – 958 с.: ил.
3. Википедия: Свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org

¹ Полоса пропускания – ширина полосы частот, которую линия передает без существенных искажений

² При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи (ведь разные “земли” обычно имеют неравные потенциалы). Такие токи могут стать причиной внешних наводок (иной раз достаточных для выхода из строя интерфейсного оборудования), именно это обстоятельство является причиной требования заземления кабеля локальной сети только в одной точке.

³ Число 10 в указанном названии обозначает номинальную битовую скорость переданных этих стандартов- 10 Мбит/с, а слово «Base» - метод передачи по одной базовой частоте 10 МГц.

⁴ В мире компьютерных сетей "широкополосный кабель" означает кабельную сеть, использующую аналоговую передачу. Широкополосные системы обычно разделяются на отдельные каналы (часто - на 6-МГц каналы, используемые в телевещании). Каждый канал независимо от других может применяться для аналогового телевидения, аудио с качеством компакт-диска (1,4 Мбит/с) или цифрового потока данных со скоростью около 3 Мбит/с.