Perechea torsadată: lățime de bandă, caracteristici, scop

Costul redus al perechilor torsadate a crescut posibilitatea de a le utiliza în sistemele de distribuție cu rază scurtă de acțiune sau în aplicațiile intrafirești, inclusiv în bucla locală, firul și terminalul de rețea. De-a lungul anilor, cablajul cu perechi torsadate pentru Internet și-a mărit dramatic lățimea de bandă. De la un standard inițial de 10 Mbit/s, progresul s-a accelerat până la 100 Mbit/s și apoi la 1 Gbit/s. Mai recent, 10 Gigabit Ethernet a oferit viteze, necesare pentru aplicații noi. În mare măsură, aceste modernizări au fost determinate de creșterea vitezei procesoarelor, permițând rețelelor să evite blocajele de comunicare.

Standardizarea cablurilor de internet

Perechea răsucită este formată din două fire de cupru cu grosimea de aproximativ 1 mm. Acestea sunt sigilate individual cu izolație din plastic și răsucite în formă de spirală. Polietilenă, clorură de polivinil, rășină polimerică și teflon.

Scopul răsucirii este de a reduce interferențele electrice în mediu. Performanța sau lățimea de bandă a cablurilor cu perechi torsadate se îmbunătățește cu mai multe toroane pe lungime. În cazul în care două fire sunt plasate în paralel și se generează interferențe electromagnetice în ele, de exemplu, de la un motor electric din apropiere, acestea apar în firul care este mai aproape de sursa de zgomot, rezultând un nivel de tensiune mai mare în unul dintre ele decât în celălalt.

Aceste cabluri sunt standardizate în conformitate cu cerințele internaționale, cum ar fi ISO / IEC JTC1 / SC25 / WG3, precum și de către organizații precum TIA / EIA - Telecommunications Industry Association din SUA.

Principalele categorii de cabluri:

• 3 (10BaseT);
• 4 (10BaseT 16.0 Mbit/s);
• 5 (10BaseT, Token-Ring 16.0 Mbit/s și TPD 100.0 Mbit/s);
• 5e (tip R dezvoltat la o lățime de bandă de 100.0 MHz);
• 6 (pentru o lățime de bandă de 200 MHz);
• 7 (600 MHz lățime de bandă pentru perechi torsadate).

Acestea sunt comparate în funcție de diafonie, adică pierderea unei părți din energia semnalului din cauza apropierii de un alt circuit și atenuarea acestuia.

Efectul zgomotului asupra firelor torsadate

Zgomotul provoacă o sarcină inegală și afectarea semnalului, atunci vor exista diferențe la capătul receptorului. Dacă două fire sunt răsucite, efectul cumulativ de interferență asupra ambelor fire este același, astfel încât fiecare fir este mai aproape de sursa de zgomot pentru jumătate din timp și mai departe în cealaltă jumătate, invers este adevărat în următoarea răsucire, astfel încât nu va exista nici o diferență la partea receptorului, deoarece semnalele nedorite sunt amortizate.

O condiție importantă pentru creșterea lățimii de bandă a cablului cu perechi torsadate este calibrarea acestuia. Sonda este o măsură a grosimii conductorului. Cu cât firul este mai gros, cu atât semnalul este mai puternic la o anumită distanță și cu atât mai bune sunt caracteristicile mediului. Lățimea de bandă efectivă a unui cablu cu perechi torsadate depinde de mai mulți factori, inclusiv dimensiunea firului, lungimea circuitului și distanța dintre amplificatoare (repetori).

Perechea torsadată poate fi utilizată pentru a transmite semnale analogice sau digitale, iar gama de frecvențe este cuprinsă între 100 Hz și 5 MHz. Cea mai comună aplicație este un sistem de telefonie IS. Perechea torsadată este limitată de distanță. Pe măsură ce crește între elementele rețelei, crește atenuarea și scade lățimea de bandă a perechii torsadate la o anumită frecvență.

Tipuri de cabluri WAN

Se face o distincție între două tipuri de cablu cu perechi torsadate - neecranat (UTP) și ecranat (STP). UTP este alcătuit din fire de cupru cu coduri de culoare, dar nu conține o împletitură ca izolator pentru a preveni interferențele. Perechile de fire din fiecare cablu au un număr diferit de răsuciri pe metru. Există diferite categorii de UTP.

STP este alcătuit din perechi de fire de cupru care sunt răsucite împreună. Perechile sunt acoperite cu folie sau plasă împletită și un înveliș exterior din PVC. Această folie sau plasă previne interferențele electromagnetice și elimină diafonia.

Ecranarea trebuie să fie împământată, astfel încât folia sau plasa împletită să nu devină un magnet pentru electricitate. Firele răsucite reduc influența zgomotului sau a interferențelor externe. Numărul de spire pe unitate de lungime va determina calitatea cablului, iar mai multe spire înseamnă o calitate mai bună.

STP este mai puțin sensibil la zgomot decât UTP și, prin urmare, reduce diafonia. Dezavantajele STP - trebuie să fie corect împământat și este mai scump decât UTP.

Avantajele cablării cu perechi torsadate:

1. Utilizat atât pentru transmisia de date analogice, cât și analogice. Este, de asemenea, cel mai ieftin mod de a trimite date digitale pe distanțe scurte.
2. Relativ ușor de implementat .
3. Cel mai ieftin mod de a transmite pe distanțe scurte.
4. Dacă o parte a cablului este deteriorată, aceasta nu afectează întreaga rețea.

Dezavantajele perechii răsucite:

1. Oferă o imunitate slabă la interferențe, ceea ce duce la o mai mare distorsiune a semnalului.
2. Atenuarea este foarte mare.
3. Suportă o lățime de bandă mai mică decât alte medii.
4. Oferă viteze de 10 Mbps până la 100 m.
5. Oferă o securitate foarte slabă și este relativ ușor de utilizat.
6. Fiind de dimensiuni subțiri, acestea pot fi ușor deteriorate.

Proprietăți comune ale cablurilor

Efectul depinde de grosimea conductorului. Cu cât firul este mai gros, cu atât rezistența este mai mică, cu atât semnalul este mai puternic la o anumită distanță și cu atât mai bune sunt caracteristicile mediului. Firele mai groase oferă avantajul unei rezistențe mai mari la tracțiune. Numerele de calibrare sunt regresive. Cu alte cuvinte, cu cât numărul este mai mare, cu atât conductorul este mai mic.

Configurație cu o singură pereche - Mai multe perechi sunt combinate într-un mod care minimizează costurile de implementare asociate cu conectarea mai multor dispozitive, cum ar fi un PBX electronic sau KTS, terminale de date și un modem la o singură stație de lucru.

Lățimea de bandă - capacitatea efectivă a cablului cu perechi torsadate depinde de mai mulți factori, inclusiv dimensiunea conductorului, lungimea circuitului și distanța dintre amplificatoare (repetoare). O aplicație cu o lățime de bandă (frecvență) mare poate interfera cu alte semnale aflate în perechi apropiate.

Securitate - perechea torsadată este în mod inerent un mediu de transmisie nesigur. Este relativ ușor să se plaseze robinete fizice pe UTP. De asemenea, energia radiată este ușor de captat de antene sau bobine inductive, fără a fi nevoie să se plaseze un robinet fizic.

Viteza de baud

În timp ce standardele de cablare specifică lățimea de bandă a sistemului instalat, viteza reală la care pot fi transmise datele depinde de designul sistemului electronic a echipamentelor conectate. Lățimea de bandă a sistemului este exprimată în megahertzi (MHz), iar rata de transfer de date este exprimată în biți pe secundă: Mbit/s sau Gbit/s.

În timp ce categoria de cablare cu perechi torsadate definește lățimea maximă de bandă, rata maximă de date transmisă efectiv prin cablu este determinată de echipamentul electronic al sistemului de cablare. Vitezele de transfer standardizate tind să crească de zece ori mai mult.

Viteza cablurilor Cat5e susține performanțele ridicate ale rețelei. Cablarea avansată de categoria 5 poate oferi viteze Gigabit Ethernet de până la 1000 Mbps. Dispozitivele atașate la cablu, inclusiv switch-urile și routerele, trebuie să suporte, de asemenea, viteza dorită.

Cat5e oferă o lățime de bandă de 100 MHz, deși sunt disponibile opțiuni de până la 350 MHz. Cablul oferă mai puțină diafonie și interferențe în comparație cu cablul Cat5 original. Datorită vitezei și disponibilității Cat5e, este utilizat de obicei pentru rețelele LAN cu fir care au cerințe de performanță ridicată și costă cu până la 20% mai puțin decât Cat6.

Circuite UTP neecranate

UTP înseamnă cablu neecranat. Este un cablu de cupru de 100 ohmi care constă din 2-1800 de perechi răsucite neecranate, înconjurate de un înveliș exterior. Nu au scut metalic. Acest lucru face ca cablul să aibă un diametru mic, dar nu este imun la interferențe electrice. Răsucirea ajută la îmbunătățirea rezistenței sale la interferențe electrice și electromagnetice.

Pentru cablurile orizontale, numărul de perechi este de obicei de 4 perechi. Pentru cablurile trunchi, numărul de perechi va fi de obicei în trepte de 25, deoarece cablurile UTP multipereche sunt construite într-un grup de legătură de 25 de perechi. Conductorul de cupru al cablurilor UTP orizontale și pe distanțe lungi este fie 22 AWG, fie 24 AWG. 24 AWG este cea mai comună dimensiune, dar cablurile cu performanțe mai mari, cum ar fi UTP categoria 6, utilizează sârmă de cupru 23 AWG.

Cablu conductor solid

După cum sugerează și numele, cablurile UTP au un singur conductor de sârmă de cupru solidă. Pe lângă faptul că sunt mai puternice din punct de vedere fizic și mai ușor de utilizat, au caracteristici electrice superioare ale perechilor torsadate, care rămân stabile pe o gamă mai largă de frecvențe.

Cablurile din sârmă solidă au o rezistență mai mică la curent continuu și sunt mai puțin susceptibile la interferențe de înaltă frecvență datorită diametrului lor. Aceste proprietăți permit cablurilor cu un singur miez să asigure timpi de transmisie mai lungi și viteze de transmisie a datelor mai mari decât omologii lor cu mai multe miezuri. Cabluri UTP utilizate atât pentru aplicații orizontale, cât și pentru trunchiuri.

Cablu UTP cu fire Imagine de cablu UTP

Cablu UTP cu fire Imagine - cablurile cu fire sunt de obicei utilizate ca cabluri de interconectare în zonele de lucru sau în camerele de telecomunicații. În cadrul perechilor răsucite de cabluri multipolare, fiecare conductor individual este alcătuit dintr-un mănunchi de fire mai scurte. Acestea sunt dispuse astfel încât mai multe fire să înconjoare un singur fir în centrul mănunchiului, lățimea de bandă a unei perechi răsucite de 8 fire fiind mai mare decât a unei perechi de 4 fire.

Firele exterioare sunt înfășurate în spirală în jurul firului central, folosind un proces numit răsucire. Firele răsucite formează un singur conductor cu un diametru total aproximativ egal cu cel al unui cablu solid, dar cu o suprafață conductoare mult mai mică (pe baza diametrelor mai mici ale firelor de conductor). Miezul conductorului asigură protecție și flexibilitate în cazul cablurilor cu mai multe nuclee.

Cablurile UTP sunt utilizate în principal pentru LAN. Acestea pot fi utilizate pentru voce, transmisiuni de date de viteză mică și mare, sisteme audio și de paging și sisteme de automatizare și control al clădirilor. Cablul UTP poate fi utilizat atât în subsistemele orizontale cu perechi torsadate cu 8 fire, cât și în subsistemele backbone.

Cablurile UTP orizontale au un conector modular cu 8 poziții în zona de lucru. Conectorul RJ45 este un conector modular compact cu 8 fire, utilizat pentru conectarea unui cablu de date UTP. Mufele RJ45 sunt concepute pentru a suporta anumite caracteristici ale Categoriei 5, 5e, 6 sau 6A și, prin urmare, trebuie să fie conforme cu categoria de cablu la care se conectează.

Extinzător USB cu perechi torsadate

Uneori există situații în care trebuie să prelungiți cablul USB pe o distanță mai mare de 5, 15, 30 de metri sau chiar mai mult. Puteți să o faceți singur, există mai multe soluții din care puteți alege astăzi. Totul depinde de limitele lungimii maxime a cablului, precum și de calitatea acestuia.

Înainte de a trebui să intrăm în opțiunile de extensie USB pentru a înțelege limitările de bază ale lungimii unui astfel de cablu. Lungimea maximă a cablului între dispozitivele USB 2.0 este de 5 metri, iar pentru USB 3.x este 3 metri. La utilizarea cablurilor USB active sau a repetoarelor, limita de lungime depinde de faptul dacă se utilizează sau nu un cablu USB normal cu un cablu activ. Pentru acestea, lungimea activă a cablului pentru USB 2.0 este de 30 de metri, iar pentru USB 3.x - 18 metri. Dacă se utilizează un cablu normal, lungimea maximă a cablului prelungitor cu perechi torsadate este USB 2.0 aproximativ 20 de metri, și este recomandat pentru USB 3.x - 10 metri.

Să presupunem că trebuie să conectați un microfon USB sau o cameră web de la o masă dintr-o sală de conferințe la televizoarele montate pe perete aflate la o distanță de aproximativ 25 de metri. Pentru a realiza această conexiune, se utilizează un singur dispozitiv Hall Research.

Comparație între firele Ethernet

Cat5e și Cat6 sunt două cabluri Ethernet diferite care sunt clasificate în categorii standard. "Cat" se referă la "Categoria de cablu", iar termenii "5e" și "6" se referă la standarde diferite.

Cablul Cat5e este o versiune îmbunătățită a Cat5 cu o lățime de bandă crescută a perechii torsadate 5e. Moștenind designul și lățimea de bandă de 100 MHz a predecesorului său, Cat5e crește performanța prin introducerea unor specificații optimizate privind viteza de transfer de date și protecția împotriva diafoniei. Transmite date de 10 ori mai repede decât cablul Cat5, până la 1.000 Mbps. Suportă Gigabit Ethernet și este adesea utilizat în rețelele casnice cu lungimi variabile și cabluri de sursă diferite.

Cablurile Cat5e și Cat6 au în comun conectori RJ45 și caracteristică de design fire de cupru cu perechi răsucite. Acestea sunt standarde destul de diferite de cablu Ethernet. Cablul Cat5e RJ45 are un nivel mai scăzut de performanță de transmisie, în timp ce cablul Cat6 (cablu) RJ45 este optimizat cu o lățime de bandă de 250 MHz, o viteză de transfer de date mai mare și este mai robust împotriva diafoniei și a zgomotului. Următorul pasaj va ilustra diferențele lor funcționale.

Atât Cat5e, cât și Cat6 sunt formate din 4 fire de cupru cu perechi răsucite, cu un separator longitudinal pentru izolarea lor. Acest design poate reduce interfața electromagnetică între diferite fire. În comparație cu Cat5e, care oferă aceeași diafonie la capătul îndepărtat (FEXT), pierderi de retur și pierderi de inserție, Cat6 are o diafonie mai mică la capătul apropiat (NEXT). Pur și simplu, un cablu Cat6 are un SNR (Signal Noise Ratio) ridicat, care oferă mai puțin zgomot, mai puține erori și o viteză mai mare și o lățime de bandă maximă a cablului cu perechi torsadate atunci când transmite semnalul.

Testarea perechilor răsucite

În instalațiile moderne de telecomunicații, cablul cu perechi torsadate de mare capacitate devine din ce în ce mai frecvent în proiectele de interconectare primară și intermediară. Ca urmare, 100-pereche, 300-pereche, și perechi mai mari sunt comune pentru canalele primare și secundare. Aceste cabluri conțin, de obicei, legături cu coduri de culoare care identifică pachetele individuale de 25 de perechi.

Uneori, aceste pachete de perechi torsadate pot fi direcționate greșit către pozițiile lor respective pe unitate. Alternativ, perechile torsadate pot fi tăiate greșit dacă cablul nu este terminat corect, astfel încât va fi necesar să le testați.

Algoritm de operare:

1. Înainte de a verifica lățimea de bandă a cablajului cu perechi torsadate, deconectați și tăiați un capăt al cablului și treceți un ton prin fiecare cablu de 25 de perechi folosind un generator de tonuri și un fir de încrucișare cu o singură pereche.
2. Se micșorează prima pereche din primul set de 25 de perechi cu partea netedă a lamei de impact. Acest lucru va împiedica tăierea firelor transversale. Apoi treceți la a doua pereche din al doilea set, la a treia pereche din al treilea set și așa mai departe până când toate seturile de 25 de perechi sunt trecute.
3. Treceți la capătul opus al cablului folosind un amplificator inductiv și găsiți tonul. Dacă toate fasciculele sunt trecute corect prin câmpul de blocare, tonul ar trebui să se deplaseze prin acest câmp în ordinea în care a fost tăiat firul încrucișat de test.
4. Pe un bloc de 110 fire, puteți testa până la 600 de cabluri cu perechi torsadate în același timp, fără a fi nevoie să folosiți de două ori același pachet de 25 de perechi.

Evoluția Ethernet

De la dezvoltarea sa la începutul anilor 1970, Ethernet a evoluat constant pentru a răspunde nevoilor crescânde ale rețelelor locale de calculatoare. Inițial, a folosit un cablu coaxial comun ca mijloc de comunicare, dar a trecut la conexiuni punct-la-punct neecranate în două puncte, care au crescut lățimea de bandă și, de asemenea, au trecut de la rețelele locale (LAN) la rețelele de mare suprafață (WAN).

Standardizarea tehnologiei IEEE în 1982, împreună cu apariția World Wide Web, a accelerat și mai mult creșterea și, ulterior, dominația lui Ethernet în topografia rețelelor. Mediul de cupru utilizat pentru a transmite Ethernet s-a extins, de asemenea, la fibra optică și wireless pentru a satisface nevoile de lățime de bandă și de extindere ale acestor piețe în creștere.

De-a lungul evoluției sale către 1 Gigabit Ethernet, conectorul 8P8C cu opt poziții a fost coloana vertebrală a conectivității Ethernet. Acest conector de cupru remarcabil este un descendent direct al conectorilor modulari dezvoltați de Bell Laboratories în 1972 pentru a fi utilizați în aplicații de telefonie. În aplicațiile de rețea, acesta este denumit în mod obișnuit conector Ethernet sau RJ45.

Acești conectori ieftini se conectează la fire folosind un proces simplu de deplasare a izolației într-un singur pas, care necesită o singură unealtă, asigurând faptul că calitatea conexiunii nu depinde de abilitățile operatorului. Contactul plat placat cu aur dintre lamă și arc s-a dovedit a fi foarte fiabil în de toate felurile condiții dificile.

Următorul pas spre o performanță mai mare a Ethernet este 40 Gigabit Ethernet, așa cum este descris în standardul IEEE 802.3ba, ratificat în 2010. Aplicațiile de nivel superior necesită adesea capacitatea de a agrega mai multe legături Ethernet de 1GB sau 10 Gigabit, ceea ce face din Ethernet 40 Gigabit o opțiune atractivă.

O interfață mai nouă în cursa pentru a suporta 100Gb Ethernet este conectorul CXP. Oferă până la 12 canale de 10 Gbit/s într-un pachet puțin mai mare decât QSFP +. Deși CXP a fost proiectat inițial pentru Infiniband, suportă 10 canale 10G pentru 100G Ethernet.

Avantajele tehnice ale vitezelor mai mici pe bandă pot fi contrabalansate de supraîncărcarea suprafeței plăcii de circuite imprimate care rezultă din numărul mai mare de perechi diferențiale. Acest conector din cupru va fi, de asemenea, limitat la aplicații pe termen relativ scurt, deși sunt disponibile ansambluri de cabluri optice CXP active.

Având în vedere un salt de zece ori mai mare decât vitezele iterațiilor Ethernet anterioare, următoarea țintă logică este 1TbEthernet, deși unii sugerează un salt mai "modest" la 400 Gbit/s. Xilinx a descris deja un FPGA pe 28nm care poate suporta 400Gbit Ethernet. Nu există nicio îndoială că Ethernet, în numeroasele sale forme, va continua să prezinte provocări tehnice semnificative, precum și oportunități de extindere a conectorilor pentru mulți ani de acum înainte.