Кабели структурированных кабельных систем

Курсовая работа

на тему:

"Кабели структурированных кабельных систем"

2009

1. Основные положения

СКС - структурированная кабельная система является элементом информационного пространства и неотъемлемой частью любого современного общественного здания, а ее отсутствие снижает рыночную стоимость его как объекта недвижимости [1].

СКС ориентированы в первую очередь на офисные здания или его часть, основная площадь которых предназначена для организации рабочих мест, оборудованных современными информационными системами.

На базе СКС создаются локальные вычислительные сети (ЛВС).

Применение СКС позволяет:

- при относительно высоких начальных вложениях обеспечить существенную экономию полных затрат за счет длительного срока эксплуатации и низких эксплуатационных расходов;

- обеспечить надежность кабельной системы;

- менять конфигурацию и производить наращивание комплекса информационно-вычислительных систем офисного здания без влияния на существующую проводку;

- одновременно использовать различные сетевые протоколы и сетевые архитектуры в одной системе;

- устранить путаницу проводов в кабельных трассах;

- создать единую службу эксплуатации;

- обеспечить средой передачи информации основную массу действующего и перспективного сетевого оборудования различных классов за счет наличия стандартизованного интерфейса;

- обеспечить быструю локализацию неисправности, восстановление связи или переход на резервирование линии за счет модульного принципа построения.

ЛВС строится на базе оборудования цифровых систем передачи. Для этой цели применяются различные типы кодов, обеспечивающие высокую вероятность передачи информации. К линейным кодам предъявляется ряд требований, основные из которых могут быть сформированы в следующем виде:

- энергетический спектр линейного кода должен иметь минимальные содержание ВЧ и НЧ составляющих. При этом желательно, чтобы основная доля энергетического спектра было сосредоточена в относительно узком частотном диапазоне, так как это обеспечивает уменьшение искажений сигнала при ограниченной ширине полосы пропускания линейного тракта;

- статистические характеристики сигнала должны обеспечивать устойчивую работу приемных устройств, а также возможность контроля ошибок;

- код не должен налагать ограничений на передаваемое сообщение и обязан обеспечить передачу любой последовательности нулей и единиц исходного сообщения;

- устройства кодирования и декодирования линейного сигнала, а также схемы выделения тактовой частоты должны иметь максимально простую конструкцию.

В оборудовании СКС применяют различные виды кодирования исходных сигналов:

- без возврата к нулю по уровню (NRZ);

- без возврата к нулю с инверсией на единицах (NRZI);

- с возвратом к нулю (RZ);

- манчестерский;

- дифференциальный манчестерский;

- блочный код 4В5В+ NRZI. Подробное описание кодов приведено в [1].

Применение указанных кодов в оборудовании СКС требует широкого спектра частот сред передач. Так, например, манчестерское кодирование используется во всех разновидностях интерфейсов сети Ethernet со скоростями передач данных 10 Мбит/с. Для них тактовая частота линейного сигнала составляет 20 МГц.

Высокочастотные сетевые устройства ЛВС используют интерфейсы со скоростями передач 100 и 1000 Мбит/с. Типы кодирования некоторых сетевых интерфейсов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Параметры среды передачи ЛВС

Приложение (оборудование)	Скорость передачи данных, Мбит/с	Вид кодирования	Тактовая частота линейного сигнала, МГц
Token Ring	4	Манчестерский	8
Ethernet	10	Манчестерский	20
Token Ring	16	Манчестерский	32
TP-PMD	100	NRZI+4B5B	125
TP-PMD	100	MLT-3+4B5B	62,5
100Base-T4	100	8В6Т	125
ATM	155	MLT-3+4B5B	96,88
l000Base-T	1000	РАМ-5	125

Таким образом, среда передачи ЛВС должна обеспечить высокую вероятность передачи в широком диапазоне частот.

Строительство и развитие СКС осуществляется в соответствии с американским стандартом TIA/EIA-568 и его аналогом - международным стандартом ISO/IEC 11801, а также европейским EN 50173.

В состав СКС входит оборудование (приложения), кабели и разъемы.

Перечисленными стандартами определены виды Приложений (оборудования), которые могут обмениваться данными по тракту передачи СКС. Предусмотрено 4 класса линий и приложений А, В, С и D (табл. 2).

Классификация кабелей, применительно к классам приложений по ISO/IEC 11801, приведена в табл. 3. Здесь принята терминология «категория кабелей».

В настоящее время для строительства внутриобъектовых локальных сетей нашло широкое применение оборудование (приложение) классов С и D. Для указанных объектов применяются кабели и разъемы категории 3, 5 и 5е соответственно (табл. 4).

Ведутся работы по созданию СКС классов Е и F (кабели 6 и 7 категорий).

Таблица 2. Классификация СКС

Класс линий	Область применения
А	Телефонные каналы ЦСП и низкочастотный обмен данными. Максимальная час-
	тота сигнала - 100 кГц
В	Устройства ЦСП со средней скоростью обмена данными. Максимальная частота
	сигнала - 1 МГц
С	Устройства с высокой скоростью обмена. Максимальная частота сигнала - 16 МГц
D	Устройства с очень высокой скоростью обмена. Максимальная частота сигнала -
	100 МГц

Таблица 3. Стандарты СКС

ФЙБ/ЕЙБ-562-Б	ISO/IEC 11801	ЕН 50173	ISO/IEC 11801
Кабели и соединители	Приложения
Категория 3 Категория 4 Категория 5	Категория 3 Категория 4 Категория 5 Категория 6 Категория 7	Категория 3 Категория 5	А В С D Е ¦¦ F

Таблица 4. Область применения кабелей СКС

Категория кабели и разъема	Максимальная частота сигнала, МГц	Область применения
Категория 3 Категория 5, 5е Категория 6 Категория 7	до 16 до 100 до 250 до 600	ЛВС, низкочастотные телефонные каналы ЛВС со скоростью передачи до 100 Мбит/с ЛВС со скоростью передачи до 155 Мбит/с ЛВС со скоростью передачи до 1000 Мбит/с

2. Структура СКС

В основу любой структурированной кабельной системы положена древовидная топология. Обобщенная структурная схема СКС изображена на рис. 1. Узлами структуры являются технические помещения (кроссовые и аппаратные), которые соединяются друг с другом и с рабочими местами электрическими или оптическими кабелями.

Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятся на коммутационное оборудование, на котором осуществляются переключения в процессе текущей эксплуатации кабельной системы. Это обеспечивает гибкость СКС, возможность легкой переконфигурации и адаптируемости под конкретные приложения.

Для построения СКС и информационной системы предприятия необходимы технические помещения двух видов: аппаратные и кроссовые.

Аппаратная служит для размещения сетевого оборудования коллективного пользования (АТС, серверы, концентраторы).

Кроссовая представляет собой помещение, в котором размещается коммутационное оборудование СКС, сетевое и другое вспомогательное оборудование.

На схеме кроссовое здание имеет обозначение КЗ.

Аппаратная может быть совмещена с кроссовым зданием (помещением). В этом случае его сетевое оборудование может подключаться непосредственно к коммутационному оборудованию СКС.

Если аппаратная расположена отдельно, то ее сетевое оборудование подключается к локально расположенному коммутационному оборудованию или к обычным информационным розеткам рабочих мест.

В кроссовую внешних магистралей (КВМ) сходятся кабели внешней магистрали, подключающие к ней КЗ. В КЗ заводятся внутренние магистральные кабели, подключающие к ним кроссовые этажей (КЭ). К КЭ, в свою очередь, горизонтальными кабелями подключены информационные розетки рабочих мест.

Во всей СКС может быть только одна КВМ, и в каждом здании может присутствовать не более одной КЗ.

Допускается объединение КВМ с КЗ, если они расположены в одном здании.

Подсистемы СКС. В общем случае СКС включает в себя три подсистемы (рис. 2).

Подсистема внешних магистралей (справочная подсистема) состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ, коммутационного оборудования в КВМ и КЗ, к которому подключаются внешние магистральные кабели, и коммутационных шнуров и/или перемычек в КВМ. Подсистема внешних магистралей является основой для построения сети связи между компактно расположенными на одной территории зданиями (campus). Если СКС устанавливаются автономно только в одном здании, то подсистема внешних магистралей отсутствует.

Подсистема внутренних магистралей (вертикальная или вторичная подсистема) содержит проложенные между КЗ и КЭ внутренние магистральные кабели, подключенное к ним коммутационное оборудование в КЗ и КЭ, а также коммутационные шнуры и/или пе-

ремычки в КЗ. Кабели рассматриваемой подсистемы фактически связывают между собой отдельные этажи здания и/или пространственно разнесенные помещения в пределах одного здания. Если СКС обслуживает один этаж, то подсистема внутренних магистралей может отсутствовать.

Горизонтальная (третичная) подсистема образована внутренними горизонтальными кабелями между КЭ и информационными розетками рабочих мест, самими информационными розетками, коммутационным оборудованием в КЭ, к которому подключаются горизонтальные кабели, и/или перемычками в КЭ.

Принципиальной особенностью СКС является то, что коммутация в ней, в отличие от АТС и сетевого компьютерного оборудования, всегда производится вручную коммутационными шнурами и/или перемычками. Наиболее важным следствием такого подхода является то, что функционирование СКС принципиально не зависит от состояния электропи-тающей сети. Введение в состав СКС элемента электронной или электромеханической коммутации влечет за собой обязательное использование в оборудование штатного источника электропитания..н

3. Конструкции кабелей СКС

Кабели на основе витых пар с медными жилами широко применяются в СКС для передачи электрических сигналов. Они относятся к категории симметричных кабелей: UTP, STP, S/UTP, S/STP(pnc. 3).

Основные элементы конструкций кабелей: медный проводник, его изоляция из сплошного или вспененного полиэтилена, защитная оболочка в виде шланга из негорючего полимера. В экранированных кабелях предусматривается экран из тонких металлизированных полимерных пленок.

В зависимости от области применения кабельные изделия СКС подразделяются на четыре основных вида: горизонтальный кабель; магистральный кабель; кабель для шнуров; провод для перемычек.

Указанные виды кабелей предназначены для прокладки внутри зданий. Они должны отвечать требованиям пожарной безопасности.

Для внешних магистралей предусматриваются конструкции кабелей, обеспечивающие условия прокладки в грунте и телефонной канализации.

Горизонтальный кабель

Горизонтальный кабель предназначен для использования в горизонтальной подсистеме на участке от коммутационного оборудования в кроссовой этажа до информационных розеток рабочих мест. Свое название данный вид кабеля получил из-за того, что в большинстве случаев укладывается на трассе прокладки в горизонтальном положении с минимальным количеством вертикальных участков.

В соответствии со стандартами ISO/IEC 11801 и EN 50173 наиболее распространена конструкция, содержащая четыре витые пары.

Допускается также применение двухпарных кабелей.

В связи с большим распространением в СКС двухпортовых рабочих мест предусмотрена конструкция спаренных (сдвоенных) четырехпарных кабелей (shotgun - двухстволка).

Конструктивно спаренные кабели имеют две основные разновидности:

- два отдельных кабеля соединены в единое целое узкой перемычкой (сиамские близнецы);

- два обычных горизонтальных кабеля объединены в интегральную конструкцию общей внешней оболочкой (овальный кабель).

Большинство конструкций спаренных кабелей содержат одинаковые по своим электрическим характеристикам элементов категории 5.

По своим механическим и электрическим характеристикам спаренные кабели не отличаются от обычных. Однако, применение их на параллельных трассах снижает капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Кабели, у которых под общей оболочкой находятся три и более четырехпарных групп, относятся к многопарным кабелям.

Проводники горизонтальных кабелей изготовляются из монолитной (sobid) медной проволоки. Отдельные витые пары образуют кабельный сердечник, покрытый общей для всех внешней защитной оболочкой. Для придания сердечнику определенной структуры в процессе производства и ее сохранения во время эксплуатации может применяться обмотка пар полимерными лентами или нитями. Облегчение разделки некоторых конструкций кабелей обеспечивается использованием разрывной нити (rip-cord), расположенной под оболочкой. При вытягивании эта нить делает на оболочке продольный разрез и открывает доступ к кабельному сердечнику.

По видам скрутки проводников горизонтального кабеля различают парную и четверочную. В четверочной скрутке проводники одной пары всегда располагаются напротив друг друга. Эта конструкция позволяет добиться меньших внешних размеров. Однако, в связи с более сложной технологией изготовления могут возникнуть проблемы нестабильности электрических характеристик, в частности, параметров влияния.

Предпочтительней для кабелей СКС следует считать парную скрутку жил в сердечнике кабеля. Выбор согласованных шагов скрутки отдельных пар позволяет достичь стабильных результатов по параметрам передачи и влияния между цепями.

В табл. 5 приведены для примера согласованные шаги в мм для четырехпарных кабелей СКС категории 5, применяемые в конструкциях различных иностранных фирм.

Таблица 5. Параметры 4-парных кабелей СКС категории 5

Фирма	Пара 1, мм	Пара 2, мм	Пара 3, мм	Пара 4, мм
General Cable	14	17	12	20
В1СС	18	15	20	12
Belden	25	20	16	32
Lucent Technologies	15	13	20	24
Mohawk/CDT	25	17	28	20

Материалы изоляции проводников

В качестве материалов для изоляции проводников в кабелях 3 категории обычно применяют поливинилхлорид, в кабелях 5, 6 и 7 категорий -- материал с улучшенными электрическими характеристиками -- полиэтилен, пропилен. Применяются как сплошные, так и вспененные материалы. Радиальная толщина изоляции - 0,2 мм.

В табл. 6 приведен перечень материалов, применяемых в кабелях зарубежных конструкций.

Таблица 6. Материалы, применяемые в кабелях СКС

Материал	Латинское сокращение	Диэлектрическая проницаемость	Рабочий диапазон температур, t °С
Поливинилхлорид	PVC	4,0-5,0	-40...+85
Полипропилен	РР	2,4	-..+100
Полиэтилен ·"; '·	>·.-;·,' ре	2,3	-55...+85
Ячеистый полиэтилен	-	1,2	-55...+85
(пористый полиэтилен)
Ячеистый полиэтилен	Foam Skin FE	1,5	-55...+85
с оболочкой (пленко-
пористый полиэтилен)
Тефлон	FEP, PTFO, PFA	2,0	-190...+260

В разработке отечественных конструкций кабеля СКС представляет интерес применение пленко-пористой изоляции жил. Коэффициент пористости, определяемый как отношение объема воздушных включений к общему объему образца, у пористого материала обычно выбирается равным не более 0,5.

Внешние оболочки

Для внешней оболочки наряду с обычным поливинилхлоридом применяют материалы, не содержащие галогенов и не поддерживающие горение, а также малодымные полимеры.

Внешняя оболочка окрашивается обычно в серый цвет различных оттенков. Встречаются также другие стандартные для конкретного производителя цвета (синий, фиолетовый, белый, красный). Оранжевая окраска обычно указывает на то, что оболочка изготовлена из негорючего материала и кабель может быть использован для прокладок в так называемых Plenum-полостях. Конструкции, предназначенные для внешней прокладки, имеют полиэтиленовый шланг. При этом из соображения сохранения единства технологического процесса и конструкции сердечника внешний шланг из полиэтилена накладывается дополнительно поверх поливинилхлоридной оболочки.

На внешнюю оболочку наносятся маркирующие надписи, в которых указывается тип кабеля, диаметр и тип проводников, характеристика оболочки, наименование производителя и фирменные обозначения кабеля, наименование стандарта.

Экранированные горизонтальные кабели

Экранирование в кабелях СКС применяют для повышения переходного затухания на ближнем и дальнем концах, снижение уровня ЭМИ и для повышения помехозащищенности. Различают следующие конструкции кабелей (табл. 7).

Таблица 7. Конструкции кабелей СКС

Условное обозначение	Экран	Цель экранирования
основное	альтернативное
S/UTP	ScTP, FTP	Общий экран для всех пар	Снижение уровня ЭМИ Повышение защищенности от внешних помех
S/STP	STP, S-STP	Экранирование каждой пары, плюс внешний экран вокруг всех пар	Снижение уровня ЭМИ Повышение защищенности от внешних помех Повышение переходного затухания Увеличение механической прочности

Областью применения кабелей S/UTP является построение горизонтальной подсистемы СКС при значительном уровне внешних наводок (производственные цеха и другие помещения с источниками сильных электромагнитных полей) или при повышенных требованиях к безопасности кабельной системы (защита от несанкционированного доступа).

S/STP-кабели обладают в сравнении с кабелями STP еще лучшими характеристиками по защите от внешних помех и по уровню ЭМИ, обеспечивают увеличение переходного затухания между парами на ..15 дБ, что может обеспечить выполнение технических требований кабелей категорий 5е и 6.

Сравнительные характеристики некоторых механических и эксплуатационных параметров кабеля СКС приведены в табл. 8.

4. Электрические характеристики кабелей СКС

Специфика организации сетей СКС, оборудование (приложение), диапазон использования, особенность зарубежной терминологии диктуют необходимость уточнения и идентификацию положений в области определения основных электрических характеристик кабелей и элементов. Как известно, среда передачи - кабельные линии характеризуются первичными и вторичными параметрами передачи.

Таблица 8. Сравнительные характеристики кабелей СКС

Тип кабеля	UTP	STP	S/UTP	S/UTP	S/STP
	Кат. 5	Кат. 6	Пленочный экран	Комб. экран
Масса, кг/км	30-33	34-37	42	49	65-85	82-88
Внешний диаметр, мм	4,9	5,2	5,4	6,2	7,6	8,0
Радиус изгиба, мм	30-35	30-35	30-33	35-40	4(М5	40-45
Рабочий диапазон температур, °С			-20+60...70

Первичные параметры (R, L, С, G) определяются в соответствии с классической терминологией. Отличительной особенностью для кабелей СКС является протяженность строительных длин. В соответствии с требованиями СКС они строго регламентированы. Поэтому в технической документации (ГОСТы, технические условия) все значения параметров приведены к заданной в зависимости от области использования кабеля к установлению системой построения тракта передачи.

Вторичные параметры передачи: коэффициент затухания а, волновое сопротивление цепи Жв, как правило, совпадают с классическим определением. Однако, для кабелей СКС параметр затухания определен не на 1 км, а на строительную длину.

Частотный диапазон регламентированной категории кабеля. Волновое сопротивление или импенданс определяется по формуле:

, (1)

На частоте свыше 1 МГц· 100, Ом.

В соответствии с действующими стандартами во всем диапазоне частот ЖВ не должно отличаться более чем на ±15 Ом.

Собственное затухание цепи б определяется как реальная часть коэффициента распространения

(2)

Для кабелей СКС затухание цепей на строительной длине Л, это обычно 100 м, определяется по формуле:

(3)

В соответствии со стандартом ФЙБ/ЕЙБ-568-Б максимальное затухание A(f) по длине кабеля 100 м при температуре +20 °С, начиная с частоты 0,772 МГц, для кабелей 3, 4, 5 категорий определяется по формуле:

(4)

где/- МГц частота сигнала; Јь к2, къ - константы, определяемые в зависимости от категории кабеля (табл. 9).

Таблица 9

Константы к\, к2, к3 для кабелей категорий 3, 4, 5

Категория кабеля	ki	кг	к}
3	2,320	0,738	0,000
4	2,050	0,043	0,057
5	1,967	0,023	0,050

Параметры взаимных влияний между цепями СКС в основном соответствуют классическим определениям, однако учтены терминологические особенности стандартов ISO/IEC 11801 и TIA/EIA-568-A.

Отношение между уровнями передаваемого сигнала и создаваемой ими помехи на соседней паре называется переходным затуханием.

Если источник сигнала и точка измерения находится на одном конце, то говорят о переходном затухании на ближнем конце, если на дальнем - то о переходном затухании на дальнем конце.

В технике СКС термины NEXT (Near-End Crosstalk), FEXT (Far-End Crosstalk) заимствованы из английской технической литературы. В нашей терминологии это соответствует обозначениям А0 и А/. Рис. 4 иллюстрирует принятую для СКС терминологию.

В соответствии со стандартом TIA/EIA 568А нормируется минимальное значение переходного затухания на ближнем конце между цепями кабеля СКС на строительной длине 100 м на частотах свыше 0,772 МГц по формуле:

(5)

где НЕЧФ(0,Р2) - минимально допустимое переходное затухание на ближнем конце на частоте 0,772 МГц, которое для кабелей категории 3, 4, 5 принимается равным 43, 58 и 64 дБ соответственно;/МГц - частота сигнала.

При воздействии нескольких цепей СКС на одну рассчитывается суммарная мощность помехи от з цепей по результатам измерений NEXT по формуле:

(6)

где NEXTi - величина NEXTдля г'-ой пары; з - количество пар в кабеле.

Воздействие внешнего сигнала на дальний конец оценивается по формуле:

где Рппд - уровень помехи на дальнем конце.

При воздействии з цепей суммарная переходная помеха на дальнем конце определяется по формуле:

(8)

Переходная помеха на дальнем конце оказывается обычно меньше по сравнению с переходной помехой на ближнем. Однако она суммируется синфазно, что может увеличить их мощность.

Защищенность в цепях кабелей СКС

Для оценки качества информации в технике проводной связи широко используется параметр защищенности от помех или просто защищенность, которая представляет собой разность между уровнями полезного сигнала и помехи в рассматриваемой точке а3 = Рс - Рп (ACR).

Рис. 5 иллюстрирует определение а3 на ближнем конце цепи 2, подверженной влиянию, при встречной передаче сигнала.

На рис. 5 Р10а - уровень передатчика на ближнем конце в цепи 1 и на дальнем конце 2 - Рюб-равны.

Определим защищенность в точке «а» на ближнем конце цепи, подверженной влиянию. Сигнал, прошедший в цепи 2 в точку «а», равен Рсг = Рюв- а/, где а/ - затухание цепи.

Переходная помеха из цепи 1 в цепь 2 на ближнем конце (точка а) определяется выражением

Тогда защищенность в точке «а» цепи 2 представляется выражением

Используя терминологию СКС, представим ACR = NEXT-А.

Как следует из приведенного выражения, ACR зависит только от величины затухания цепи (А) и переходного затухания на ближнем конце между влияющей и подверженной влиянию цепями.

Тракты СКС и использующие их приемопередатчики сетевой аппаратуры различного назначения построены таким образом, что другие виды помех пренебрежительно малы.

Чтобы отличить от понятия и методов оценки защищенность в любой точке трактов передачи линий связи, где учитывается и другие источники помех, в структурах СКС принята аббревиатура ACR (Attenuation Crosstalk Ratio). Под ACR понимается защищенность от переходных помех источника, расположенного в сердечнике кабеля с витыми парами.

Согласно стандарту ISO/IEC 11801 параметр ACR определяет величину превышения помехи полезным сигналом и поэтому является интегральной характеристикой качества как самого кабеля из витых пар, так и любого тракта передачи на его основе. По мере увеличения величины ACR при прочих равных условиях начинает возрастать отношение сигнал/шум и соответственно растет устойчивость связи. NEXT и А зависят от частоты, причем с ростом частоты их модули меняются в противоположном направлении. Поэтому на основании формулы (13) параметр ACR также является частотнозависимым. Крутизна частотной характеристики параметра ACR для кабелей категории 5 составляет 20...30 дБ на декаду.

Указанный стандарт регламентирует минимально допустимое значение ACR для кабелей категории 5 на частотах 20 МГц и выше.

Кабели обеспечивают устойчивую работу, если минимальное значение параметра ACR составляет 10 дБ.

Для высокоскоростных СКС, которые в процессе работы используют для передачи информации все витые пары и одновременно в двух направлениях, нормирование величины NEXT оказывается недостаточным.

Для расчета помеховой составляющей, создаваемой наводками на дальнем конце, используется аналогичная величина

ELFEXT = FEXT-A. (14)

Применяемое для обозначения этого параметра сокращение ELFEXT означает (Egual Level for Far-End Crosstalk) - эквивалентный уровень переходного затухания на дальнем конце.

Необходимость учета особенностей функционирования интерфейсов сверхвысокоскоростных ЛВС приводит к использованию моделей суммарной мощности и, соответственно, нормирование параметров: PS ACR = PS NEXT-A, PS ELFEXT = PS FEXT-A.

Относительная скорость распространения и задержка прохождения сигналов

Параметр NVP (Nominal Velocity of Propagation) является мерой замедления скорости распространения электромагнитных волн вдоль витой пары. Он численно равен отношению фактической скорости распространения к скорости света в вакууме и выражается в процентах или в виде десятичной дроби. В последнем случае иногда добавляется индекс «с», то есть 65%, 0,65 или 0,65с. Иногда для его обозначения применяется также сокращение VOP (Velocity of Propagation).

Необходимость его учета связана с тем, что конечная скорость распространения приводит к появлению довольно значительной задержки прохождения сигналов, что может оказаться критичным для некоторых приложений, например для сетей Fast Ethernet.

Нормативно-технические документы СКС задают общие требования к величине NVP (табл. 10). Порядок измерения этого параметра впервые конкретно определен в стандарте ISO/IEC 11801 в редакции 2000 года.

Таблица 10

Общие требования к NVP

Частота, МГц	TSVP
	Кат.З	Кат.4	Кат.5
1,0	0,4	0,6	0,65
10,00	0,6	0,6	0,65
100,00	-	-	0,65

Величина NVP витой пары в общем случае зависит от диаметра проводников, расстояния между ними и типа диэлектрика. Для кабелей, применяемых в СКС, определяющим фактором является материал изоляции. Диаметр проводников и толщина изоляционного покрова достаточно жестко заданы стандартом, а для получения необходимого уровня NEXT проводники плотно свиты друг с другом. Так, например, для проводников с полиэтиленовой изоляцией на частотах свыше 10 МГц параметр NVP соответствует 0,65...0,7 с изоляцией из тефлона - 0,69...0,73, а применение поливинилхлоридных материалов уменьшает его значение до 0,60...0,64. При типичном значении NVP в диапазоне 60...75% для участка линии 100 м время прохождения сигнала составляет 370...550 мс.

Значение NVP меняется в зависимости от состояния изоляции жил кабелей и температуры окружающей среды не более чем на 3% от номинального значения.

Конечная скорость распространения электромагнитной волны по витой паре вызывает также задержку поступления сигнала на приемник после его подачи на вход линии. Для современных высокоскоростных сетевых интерфейсов абсолютная величина такой задержки оказывается достаточно заметной даже при тех относительно коротких трассах, которые характерны для горизонтальных подсистем СКС. Величина задержки (параметр delay) является критичной для некоторых приложений, активные устройства которых использует кабельные трассы как моноканал в процессе реализации информационного обмена. К ним относятся разновидности Ethernet при работе в полудуплексном режиме.

Значение задержки прямо связано с параметром NVP и является частотно-зависимой величиной.

Согласно стандарту ISO/IEC 11801 в редакции 2000 г. задержка прохождения сигнала не должна превышать, нс/100 м в диапазоне частот от 1 МГц до верхней граничной частоты в кабеле.

Структурные и возвратные потери

Реальные линии имеют неоднородности по сопротивлению. Источниками неоднородностей являются производственные и эксплуатационные дефекты кабеля, разъемные соединители и оконечные нагрузки с сопротивлением, отличном от волнового. Электромагнитная волна, встречая такие неоднородности в процессе распространения по цепи кабеля, частично отражается от них и возвращается к началу. При наличии нескольких неоднородностей волна претерпевает серию отражений. Результатом является возникновение в цепи двух дополнительных потоков энергии: обратного, состоящего из суммы отраженных волн, и попутного, возникающего в результате двойных отражений (рис. 6).

Обратный поток приводит к колебаниям входного сопротивления. Это затрудняет согласование с аппаратурой на концах линии, что сопровождается ростом рабочего затухания и приводит к искажениям передаваемого сигнала. Попутный поток искажает форму передаваемого сигнала, а также создает помехи передачи.

Интенсивность обратного отражения электромагнитных волн в местах неоднородности волнового сопротивления характеризуется параметром SRL (Structural Return Loss), который определяется как отношение мощности основного сигнала к мощности обратного потока энергии. Чем выше значение SRL, тем меньше мощность имеет обратный и соответственно попутный поток энергии и тем более качественным является кабель.

Этот параметр из-за своей малости нормируется в логарифмических единицах и в нормативно-технических документах указывается на длину кабеля 100 м. Стандарты ISO/IEC 11801 и TIA/EIA-568-A задают практически одинаковые значения параметра SRL для всех категорий кабеля с волновым сопротивлением 100 и 120 Ом (табл. 11).

Таблица 11. Параметры SRL кабелей категорий 3, 4, 5

Частота, МГц	Категория 3	Категория 4	Категория 5
	TIA/EIA-568-A	ISO/IEC 11801	TIA/EIA-568-A	ISO/IEC 11801	TIA/EIA-568-A	ISO/IEC 11801
1-10	12	12	21	21	23	23
10-16	12-101g//10	10	21-101g//10	19	23	23
16-20	-	-	21-101g//10	18	23	23
20-100	-	-	-	-	23-101g//20	23-101g//20

5. Электрические характеристики горизонтальных кабелей СКС

Электрические характеристики кабелей СКС регламентируются стандартами TIA/EIA-568-A, ISO/IEC 11801 в зависимости от их категории. Параметры на постоянном токе:

- электрическое сопротивление жил, приведенное к температуре +20 °С, не более 9,5 Ом/100 м;

- сопротивление изоляции жил, не менее 5000 МОм-км;

- асимметрия жил рабочей пары, не более 3%;

- электрическая емкость цепи, не более 5,2 нФ/100 м.

Максимально допустимые значения затухания цепей при температуре +20 °С на строительную длину 100 м приведены в табл. 12, переходного затухания на ближнем конце (NEXT) в табл. 13. Волновое сопротивление цепей в рабочем диапазоне частот 100±15 Ом.

Магистральный кабель

Магистральный кабель предназначен для использования, в основном, в магистральных подсистемах СКС для связи между собой кроссовых помещений. В подсистемах внешних магистралей обычно большая часть трассы прокладывается горизонтально, в подсистемах внутренних магистралей - вертикально.

К магистральным кабелям относятся кабели, имеющие более четырех витых пар. Конструктивно они имеют сердечник из скрученных пар, аналогичных кабелям ГТС. Емкость таких кабелей - 25, 50 и 100 пар.

К многопарным кабелям относятся и многоэлементные кабели (Multi Unit). Сердечник кабеля формируется из двух или четырехпарных элементов.

Предусмотрена конструкция кабеля экранированного - S/UTP. Электрические характеристика магистральных кабелей соответствуют 3 и 5 категориям.

Кабели для шнуров

Кабель для шнуров предназначен для изготовления из него некоммутируемых и оконечных шнуров. Они содержат в большинстве случаев четыре витые пары. Могут быть двух и трехпарные конструкции.

В качестве проводника применяют гибкую конструкцию, образованную из семи тонких свитых медных проволок диаметром 0,2 мм каждая. Радиальная толщина изделия жил - 0,25 мм. Внешняя оболочка кабеля выполняется из материала с повышенной гибкостью.

Таблица 12

Значения затухания цепей кабелей СКС

Частота,	Затухание рабочих пар кабеля СКС, не более дБ/100 м
МГц	Категория 3	Категория 5	Категория 5е
0,772	2,2	1,8	1,8
1,0	2,6	2,0	2,0
4,0	5,6	4,1	4,1
10	9,7	6,5	6,5
16	13,1	8,2	8,2
20		9,3	9,3
31,25	11,7	11,7
62,5	17,0	17,0
100	22,0	22,0

Таблица 13

Значения переходного затухания на ближнем конце кабелей СКС

Частота,	Переходное затухание на ближнем конце (NEXT), дБ
МГц	Категория 3	Категория 5	Категория 5е
0,772	43	64	67
1,0	41	62	65
4,0	32	57	60
10,0	26	47	50
16	23	44	47
20		42	45
31,25		39	42
62,5 єпп		ш	38

Электрические характеристики цепей кабелей для шнуров и горизонтальных кабелей совпадают за исключением затухания.

Стандарт TIE/EIA-568-A определяет, что максимальное затухание кабелей для шнуров может быть на 20% выше, чем затухание горизонтального кабеля.

Стандарт ISO/IEC 11801 допускает увеличение коэффициента затухания на 50%. В табл. 14 приведены максимально допустимые значения затухания кабелей для шнуров 3 и 5 категорий при температуре +20 °С.

Таблица 14

Максимально допустимые значения затухания кабелей для шнуров 3 и 5 категорий

Частота МГц	Затухание, дБ/100 м
	Категория 3	Категория 5
0,772	2,7/3,3	2,2/2,7
1,0	3,1/3,9	2,4/3,0
4,0	6,7/8,4	4,9/6,2
10	11,7/14,6	7,8/9,8
16	15,7/19,7	9,9/13,3
20	-	11,1/14,0
31,25	-	14,1/17,8
62,50	-	20,4/25,5
100		26,4/33

Провод для перемычек

Провод для перемычек или кроссировочный провод представляет собой одну неэкра-оованную витую пару без внешней защитной оболочки. Проводники изготовляются из монолитной медной проволоки диаметром 0,51 мм с изоляцией из поливинилхлорида с различной расцветкой (белый-синий) (красный). Основное назначение провода - использование на коммутационных панелях.

В номенклатуре имеются также провода для перемычек, содержащие 2, 3 и 4 витые пары в общей защитной оболочке.

Цветовая кодировка проводников многопарных проводов полностью соответствует принципам, используемым для маркировки горизонтальных кабелей.

Как известно, к каналам СКС предъявляются требования к электрическим характеристикам, обеспечивающим устойчивую их работу. В табл. 15 приведены сравнительные данные для кабелей 5, 5е, 6 категорий. Расшифровка терминологии параметров не приводится как общепринятая.

Таблица 15. Сравнение между параметрами кабелей категорий 5, 5е, 6 и классов D, Е, F

Параметр	Категории 5, класс D (в соответствии с TSB95 и ISO/IES JTC 1/SC25N487	Категория 5е (Приложение 5 к TIA/EIA-568-A)	Категория 6, класс Ј (значения для 250 МГц даны в скобках)
Частотный диапазон	1-100 МГц	1-100 МГц	1-250 МГц
Затухание	24 дБ	24 дБ	21,7 дБ (36 дБ)
NEXT	27,1 дБ	30,1 дБ	39,9 дБ (33,1 дБ)
PS NEXT	24,1 дБ	27,1 дБ	31,1 дБ (30,2 дБ)
	(только для класса D)
ACR	3,1 дБ	6,1 дБ	18,2 дБ (-2,9 дБ)
PS ACR	-	3,1 дБ	15,4 дБ (-5,8 дБ)
ELFEXT	17 дБ	17,4 дБ	23,2 дБ (15,3 дБ)
PS ELFEXT	14,4 дБ	14,4 дБ	20,2 дБ (12,3 дБ)
Возвратные потери	8 дБ	10 дБ	12 дБ (8 дБ)
Задержка прохожде-	548 нс	548 не	548 не (546 не)
ния сигнала
Вариация задержки	50 нс	50 не	50 не
прохождения сигна-
лов (skew)

6. Новые возможности кабелей СКС

Структурированные кабельные сети -- это основное назначение кабелей с «витой» парой. Но «витая» пара основа всех кабелей связи. Рассмотрим применение кабелей СКС в области сетей связи.

Бурное развитие цифрового уплотнения абонентских линий (технологии xDSL) потребовало переоценки взглядов на линии связи. Теперь участок городской связи от АТС до абонента становится цифровым (высокочастотным). Традиционные кабели типа ТПП (ГОСТ С 51311-99) уже не удовлетворяют требованиям жизни. Применяемый тип разнонаправленной скрутки жил (SZ скрутка) далек от идеала. Он обеспечивает выполнение требований по взаимным влияниям между цепями только в низкочастотном диапазоне.

А мы говорим о цифровом (высокочастотном) доступе!!!

Так вернем же многопарным кабелям статус кабелей с «витой» (скрученной) парой. Ведь все кабели зоновой и дальней связи всегда имели основу из «витых» пар, «скрученных» по классической однонаправленной схеме.

Кабели СКС, в основу которых положена «витая» пара с малым шагом, обеспечивают необходимые параметры передачи и влияния в диапазоне до 100, 250 и 600 МГц. Оценим эти кабели в диапазоне частот, используемых для технологии DSL.

Конструкции фирмы «ЭЛИКС-КАБЕЛЬ»

При разработке кабелей СКС и составлении технических условий прогнозировалась широкая возможность применения этих кабелей. Поэтому в соответствующих документах введены симметричные кабели категории 1 и 2, используемые в диапазоне частот до 100 кГц и 1,0 МГц. Кроме того, предусмотрены конструкции кабелей для внешней прокладки в телефонной канализации и грунте. Технические решения заимствованы из многочисленного применения кабелей с полиэтиленовой изоляцией жил на сетях связи. С 1999 г. «ЭЛИКС-КАБЕЛЬ» выпускает кабели СКС 1, 2, 3 и 5-ой категорий в широкой номенклатуре по ТУ 3574-006-001.450.628-01-99. Кабели имеют сертификат соответствия № ОС/1-КБ-157.

Кабели СКС для прокладки внутри зданий (UTP) имеют 2, 4 витые пары (ЭКС-ГВПВ-5 2x2x0,5; 4x2x0,52). Многопарные «магистральные» кабели типа МВПВ, для прокладки в телефонной канализации и МВПЗБШп с гидрофобным заполнением и броней из стальной гофрированной ленты для прокладки в грунте изготовляются с диаметром жил 0,52 и 0,64 мм в номенклатуре 4, 8, 10, 25, 30, 50 и 100 пар.

Электрические характеристики кабеля СКС 3, 5 и 5е категорий соответствуют значениям стандартов:

- электрическое сопротивление жил,

приведенное к температуре +20 °С, не более 9,5 Ом/100 м;

- сопротивление изоляции жил, не менее 5000 МОм-км;

- асимметрия жил рабочей пары, не более 3%;

- электрическая емкость цепи, не более 5,2нФ/100м.

Максимально допустимое значение затухания цепей при температуре +20 °С на строительную длину 100 м и переходного затухания на ближнем конце А0 (NEXT) приведены в табл. 16 и 17. Волновое сопротивление цепей в рабочем диапазоне частот в табл. 18.

Условия применения кабелей СКС в сетях доступа

Оценим электрические характеристики кабелей СКС в диапазоне частот до 2,0 МГц.

Возможность использования многопарных кабелей для линий цифрового уплотнении (xDSL) определяется выполнением условий электромагнитной совместимости (ЭМС) в ансамбле цепей дискретной и аналоговой информации.

В соответствии с ОСТ С 45.81-97 «Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистральных и внутризоновых первичных сетей» (Минсвязи РФ, 1996 г.) и проведенными исследованиями определены обобщенные критерии ЭМС на кабельных линиях местной связи.

Для обеспечения верности передачи цифровых систем (xDSL) в зависимости от структуры кода, используемого в оборудовании, (HDB-3, 2B1Q и САР), определены параметры защищенности сигнал/помеха а3 соответственно 24,7; 25,7 и 32 дБ.

Предложено оценку взаимных влияний между цепями осуществлять на частоте максимального сосредоточения энергии, используя упрощенный метод оценки переходного затухания на ближнем Ао (NEXT) и дальнем А3 (FEXT) концах линии.

Таблица 16

Максимально допустимые значения затухания цепей

Частота, МГц	Затухание рабочих пар кабеля СКС, ие более дБ/100 м
	Категория 3	Категория 5	Категория 5е
0,772	2,2	1,8	1,8
1,0	2,6	2,0	2,0
4,0	5,6	4,1	4,1
10,0	9,7	6,5	6,5
16,0	13,1	8,2	8,2
20,0	-	9,3	9,3
31,25	-	П,7	11,7
62,5	-	17,0	17,0
100	-	22	22

Таблица 17

Переходное затухание на ближнем конце, Ао, дБ (NEXT)

Частота, МГц	Категория 3	Категория 5	Категория 5е
0,772	43	64	67
1,0	41	62	65
4,0	32	57	60
10	26	47	50
16	23	44	47
20	-	42	45
31,25	-	39	42
62,5	-	35	38
100	-	32	35

Таблица 18

Волновое сопротивление цепей

Частота, кГц	жв,Пм	б, дБ/Ом
64	130	0,65
100	126	0,93
256	117	1,04
: 512	114	1,34
Я 1000	107	1,81
2000	104	2,40

Требуемые величины Ао и А3 определяются по формулам:

Здесь: а3 - защищенность сигнал-помеха; а/ - усилительная способность оборудования (перекрываемое затухание); Н-- количество цепей, использующих технологию DSL.

В табл. 19 приведены требования к А0 (NEXT) для перечисленного оборудования с различным кодированием сигнала при средней усилительной способности оборудования 40 дБ.

Таблица 19. Нормируемая величина переходного затухания между цепями на ближнем конце (NEXT), не менее, дБ

Код DSL	Информационная скорость, кбит/с	Частота оценки А0, кГц	Количество влияющих цепей xDSL
			1	2	3	4	10
HDB-3	2048	1024	64,7	67,5	69,5	70,7	74,7
2B1Q	160	40	65,7	68,5	69,5	71,7	75,7
САР-128	2320	150	72,0	74,8	76,8	78,8	80,0

Оценим возможность применения многопарных кабелей СКС на абонентском участке сети доступа. В соответствии с ГОСТ С 51311-99 отечественной промышленностью вы-

пускаются кабели ТППэп и ТППэпЗ емкостью от 10 до 1200 пар с медными жилами диаметром 0,4; 0,5 и 0,64 мм в полиэтиленовой изоляции и полиэтиленовой оболочкой.

Кабели предназначены для использования в низкочастотном диапазоне частот. Переходное затухание между цепями нормируется на частоте 1000 Гц и должно быть не менее 69,5 дБ. В спектре высоких частот этот параметр не нормируется. Сравним параметры передачи и влияния между цепями в диапазоне частот до 2,0 МГц в кабелях типа ТППэп, используемых на телефонных сетях, и кабелей СКС. В табл. 20-24 приведены результаты экспериментальных исследований параметров влияния на строительных длинах кабеля.

Таблица 20. Переходное затухание между цепями на ближнем конце А0 (NEXT), дБ, для кабелей (UTP) ЭКС-ГВПВ-5 4x2x0,52, / = 300 м

Комбинации цепей	Измерительные частоты, кГц
	1	80	160	512	1024	2048
1-2	95	93	91	95		89	75
1-3	90	90	93	78		72	62
1-4	93	85	80	79		75	74
2-3	96	94	92	80		77	72
2^1	94	87	82	91		84	70
3-4	96	98	90	77		74	70

Таблица 21. Переходное затухание между цепями на дальнем конце А3, дБ, для кабелей (UTP) ЭКС-ГВПВ-5 4x2x0,52, / = 300 м

Комбинации цепей	Измерительные частоты, кГц
	1	80	160	512	1024	2048
1-2	100/100	99/99	91/85	77/88	84/77	70/67
1-3	99/99	97/92	90/93	69/76	66/65	56/58
; 1-4	97/97	77/75	74/78	76/82	68/70	66/68
й 2-3	99/99	75/99	74/91	64/88	62/77	69/83
Я 2-4	87/88	77/86	73/84	74/77	64 75	67/76
3-4	93/93	87/86	83/84	67/67	60/60	65/65

Таблица 22. Переходное затухание между цепями на ближнем конце Ао (NEXT), дБ, для кабеля ТППэп 10x2x0,5, / = 285 м

Влииюшие	Подверженные влиянию цепи
цепи	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1		68	63	70	67	72	64	72	68	73
2	66		63	68	65	71	66	73	67	71
3	64	60		64	70	62	71	74	65	72	о
4	63	62	61		65	71	69	70	67	69	Я
5	64	60	69	68		64	70	69	71	74	н о
6	70	69	67	70	62		68	64	69	71	5 <я
7	65	64	69	67	65	64		69	65	70	V
8	70	70	68	64	66	62	66		68	71
9	65	65	64	65	70	71	68	65		67
10	70	72	70	66	71	69	67	70	65
Для частоты 160 кГц

Таблица 23. Переходное затухание между цепями на ближнем конце Ао (NEXT), дБ, для кабеля ТППэп 10x2x0,5, / = 285 м

Влияющие цепи	Подверженные влияняю цепи
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1		59	59	58	61	58	63	67	61	66
2	61		58	62	65	77	70	62	63	65	я U
3	60	62		70	60	70	67	64	66	65	И СА
4	62	65	72		62	60	63	58	64	67
5	65	65	65	66		71	70	61	70	66	S
6	63	75	72	72	75		70	65	64	63	З о <Я
7	67	73	70	74	73	73		66	69	70	3" <к
8	70	65	68	72	74	70	72		63	64
9	65	67	70	73	74	72	70	71		59
10	70	69	68	71	73	68	72	70	71
Для частоты 256 кГц

Таблица 24. Переходное затухание между цепями на ближнем конце А0 (NEXT), дБ, для кабеля ТППэп 10x2x0,5, / = 285 м

Влияющие цепи	1	2	3	Под1 4	!ерженн 5	ые вли) 6	шию це 7	пи 8	9	10
1		48	43	43	7	47	54	50	45	47
2	57		53	49	47	51	55	53	46	47 Ъ
3	50	62		50	46	51	50	55	49	56 ос
4	49	57	61		53	50	58	54	55	63 °
5	49	61	69	68		50	50	63	54	59 |
6	59	52	67	70	62		65	63	44	58 |
7	60	57	69	67	65	64		65	52	45 =:
8	62	59	68	64	66	62	66		58	63 g
9	48	52	64	65	70	71	68	65		47
10	48	55	70	66 Для час	71 тоты 10	69 24 кГц	67	70	65

Итак, в соответствии с рекомендациями по ЭМС цепей, оборудованных устройствами xDSL (табл. 19), величина А0 (NEXT) должна быть в пределах 75...80 дБ при уплотнении до 10 пар в многопарных кабелях. Анализ параметров влияния, приведенных в табл. 22-24, показал, что в линиях из кабеля ТППэп для цифрового уплотнения необходимо осуществлять отбор пар.

Оценка кабелей СКС более оптимистична.

Так, в кабеле UTP (табл. 20 и 21) величина А0 (NEXT) между любыми комбинациями пар, как правило, превышает норму по ЭМС и позволяет уплотнять все цепи в диапазоне до 1024 кГц.

Многопарные кабели СКС

Многопарные кабели СКС в соответствии с ТУ 3574-006-001.450.628-01-99 конструктивно представляют собой пучки, собранные из элементарных групп 4x2x0,52.

Так, например, кабель ЭКС-МВПВ 25x2x0,52 имеет шесть пучков, свитых в общей сердечник, в центре которого расположена одна пара. На рис. 7 приведена конструкция этого кабеля.

Взаимные влияния между цепями внутри пучка в кабеле 2-ой категории достаточно высокие (75...80 дБ). А0 (NEXT) между парами, размещенными в разных элементарных группах, примерно на 10 дБ больше, чем, например, внутри основной группы и составляет 85...90 дБ во всем диапазоне частот до 2,0 МГц.

Для сравнения на рис. 8 приведены средние значения величин переходного затухания между цепями на ближнем конце Ао (NEXT) для кабелей серийного производства ТППэп и кабелей СКС в диапазоне частот до 2,0 МГц.

В соответствии с техническими условиями «ЭЛИКС-КАБЕЛЬ» выпускает многопарные кабели ЭКС-МВПВ с диаметром медных жил 0,52 и 0,64 мм в номенклатуре до 100 пар.

Предусмотрена конструкция кабелей с экранированными группами, например, ЭКС-МВПВ 4(4x2x0,52) + 23(4x2x0,52) + 3(1x4x0,64). Анализ фрагментов городской телефонной сети с применением серийно выпускаемых кабелей ТППэп и многопарных кабелей СКС типа ЭКС-МВПВ, показывает, что применение кабелей СКС позволяет обеспечить стопроцентное использование пар для уплотнения цифровыми системами передачи. Так, например, при использовании оборудования xDSL FlexGain PCM 4/5, выпускаемого НТЦ «НАТЕКС», и кабелей СКС типа ЭКС-МВПВ 25x2x0,52 может быть получено 250 цифровых каналов по 64 кбит/с.

При использовании серийно выпускаемых кабелей типа ТППэп, требующих отбора пар, на каждой распределительной коробке может быть получено только 2 цепи, оборудованных ЦСП, по которым возможно будет организовать передачу сигналов. Таким образом, на кабеле ТППэп может быть организовано 50 цифровых каналов.

Применение кабелей СКС 2-ой категории с использованием существующей технологии цифрового уплотнения линий (DSL) позволит во много раз увеличить пропускную способность наших вновь строящихся сетей.