Определения основных элементов кабельных систем и принципы разделения активной и пассивной частей в информационных системах

Телекоммуникационная инфраструктура. Сочетание телекоммуникационных элементов, исключая активное оборудование, которые обеспечивают базовую поддержку распреде ления.всей информации внутри здания или кампуса (городка) (ANSI/TIA/EIA-568-A).

Структурированная универсальная кабельная система. Структурированная телекоммуникационная кабельная система, способная поддерживать широкий диапазон приложе ний. Создается без предварительного знания тех приложений, которые будут использоваться впоследствии. Оборудование, предназначенное для поддержки конкретного специфического приложения, не является частью структурированной универсальной кабельной системы (ISO/IEC 11801).

Кабельная система. Система телекоммуникационных кабелей, проводников, шнуров и пассивного коммутационного оборудования, поддерживающая коммутацию информационного технологического оборудования (ISO/IEC 11801).

Кабель. Сборка (узел), состоящий из одного или более проводников, оптических воло кон или их групп одного типа и категории, находящихся внутри общей оболочки с экраном в качестве дополнительного элемента, сконструированный для использования проводников or дельно или группами (ANSI/TIA/EIA-568-A, ISO/IEC 11801).

Коммутационное оборудование. Устройство, обеспечивающее механическое терми нирование кабеля (ANSI/TIA/EIA-568-A).

Приложение. Система, метод передачи информации которой поддерживается телекоммуникационной кабельной системой (ISO/IEC 11801).

Канал. Путь передачи сигнала, соединяющий две точки, в которых происходит подключение оборудования, предназначенного для работы с конкретным специфическим приложе нием. Аппаратные шнуры и шнуры для подключения оборудования на рабочем месте включа ются в модель канала (ISO/IEC 11801).

Аппаратный кабель (шнур). Кабель или кабельный узел (или кабель в сборе - кабель терминированный коннекторами), используемый для подключения телекоммуникационною оборудования к кабельной системе. Аппаратные кабели, как принадлежность активного обо рудования, не рассматриваются стандартами на кабельные системы (ANSI/TIA/EIA-568-A, ISO/IEC 1I801).

Передающие физические среды, используемые в структурированных кабельных системах. Принципы распространения сигналов в средах. Коаксиальные передающие среды

Коаксиальный кабель является наиболее распространенной средой, используемой для пере­дачи радиочастотных сигналов. Конструкционно он состоит из одножильного или многожиль­ного проводника, окруженного диэлектрическим материалом, как правило, плотным или мяг­ким пенополимером. Диэлектрик помещается в непрерывный алюминиевый экран, ламиниро­ванный полистером, а затем в луженую медную сетку. Вся конструкция помещается в оболоч­ку из поливинилхлоридного или огнеупорного полимерного материала.

Для коаксиального кабеля качество передачи сигнала определяется четырьмя электри­ческими параметрами, относящимися к материалу диэлектрика и геометрическим размерам кабеля - импедансом, затуханием, емкостью и временной задержкой распространения сигна­ла или скоростью его распространения в передающей среде.

Импеданс. Импеданс (или характеристический импеданс) - сопротивление (Ом) волно­вой передающей среды переменному электрическому току. Величина импеданса прямо зави­сит от отношения размеров внутреннего и внешнего проводников и связана обратной зави­симостью с диэлектрической постоянной кабеля. В отличие от сопротивления проводника импеданс не изменяется при изменении длины кабеля.

Для того, чтобы система могла работать с максимальной эффективностью, номиналь­ные импедансы передатчика, приемника и кабеля должны очень точно совпадать. При несо­ответствии импедансов в системе возникают обратные потери (потери отраженного сигнала).

Номинальный импеданс Z₀ расчитывается по следующей формуле:

где Е_г- диэлектрическая константа материала диэлектрика, D - диаметр диэлектрика, d - диаметр проводника, а - структурный коэффициент проводника (например, а = 0,939 для 7-жильного проводника, а = 0,970 для 19-жильного проводника).

Значения импеданса для кабелей определяют электрические требования к коммутаци­онному оборудованию. Большинство коаксиальных кабелей создано для работы с коммутаци­онным оборудованием, обладающим импедансом 50, 75 и 93 Ом.

В системах кабельного телевидения (CATV) используются, как правило, коаксиальные кабели с импедансом 75 Ом. Оборудование таких систем ЛВС как CSMA/CD использует 75-омные коаксиалы, а в кабельных системах IBM - 93-омные кабели для подключения видео­терминалов.

Затухание - потери или уменьшение уровня сигнала при прохождении его по пере­дающей среде. Существует два типа потерь, определяющих величину затухания сигнала -собственные потери в проводниках (центральном проводнике и экране) и диэлектрические потери. Оба типа потерь растут с увеличением частоты. Кроме того, на величину затухания влияет электрическая утечка из кабеля. Некоторые материалы обладают высокими диэлек­трическими или изолирующими характеристиками и их применение может способствовать снижению затухания в среде.

Затухание А измеряется в дБ на единицу длины и расчитывается по формуле:

где Е_г - диэлектрическая константа материала диэлектрика, F - частота сигнала в МГц, D - диаметр диэлектрика, d - диаметр проводника, а - структурный коэффициент проводника (например, а = 0,939 для 7-жильного проводника, а = 0,970 для 19-жильного проводника), & -удельное сопротивление внутреннего проводника, р„ - удельное сопротивление внешнего проводника, d_f- тангенс угла потерь диэлектрика.

Спектральное затухание. Одной из проблем коаксиальных сред, обусловленной раз ницей в распространении в них низкочастотных и высокочастотных сигналов, является спек­тральное затухание. Несмотря на то, что высокочастотные сигналы распространяются быст рее по сравнению с низкочастотными, они обладают свойством потери мощности пропорцио нально пройденному растоянию в большей степени по сравнению с низкочастотными сигна лами. Потеря мощности, или затухание, выражается в дБ, и разница между величинами зату ханий высокочастотных и низкочастотных сигналов по всей длине кабеля в рабочей полосе частот не должна превышать определенного значения.

По спектральному затуханию определяется максимальная допустимая длина L кабель ного сегмента в широкополосной сети, которая расчитывается по формуле:

где N - максимально допустимое спектральное затухание в системе, А\ - затухание вы сокочастотного сигнала, А_г- затухание низкочастотного сигнала.

Структурные обратные потери - мера потери мощности в кабеле или в системе при возникновении неоднородностей в проводнике или диэлектрике кабеля, вызывающих отраже ние части сигнала. При регулярном расположении таких неоднородностей по длине кабеля они могут вызывать значительные потери при передаче сигнала на частотах, соответствую­щие длины волн которых пропорциональны удвоенному расстоянию между неоднородностя-ми. Обратные потери могут быть обусловлены как некачественно изготовленным кабелем, так и небрежным монтажем.

Емкость - отношение величины электрического заряда двух проводников к разнице по­тенциалов между ними или, говоря другими словами, - энергия, накапливаемая кабелем. Ем кость измеряется в пФ на единицу длины. Как и импеданс, емкость коаксиального кабеля за­висит от размеров внутреннего и внешнего проводников и диэлектрической константы ди­электрического материала. Емкость и импеданс обратно пропорциональны друг другу.

Емкость С расчитывается по следующей формуле:

где Е_г - диэлектрическая константа материала диэлектрика, D - диаметр диэлектрика, d - диаметр проводника, а - структурный коэффициент проводника (например, а = 0,939 для 7-жильного проводника, а- 0,970 для 19-жильного проводника).

Номинальная скорость распространения сигнала (NVP) - скорость распростране­ния сигнала в конкретном кабеле. В вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света. В кабеле волна распространяется несколько медленнее - со скоростью, об­ратно пропорциональной диэлектрической константе кабеля. Чем меньше диэлектрическая константа, тем ближе скорость распространения сигнала к скорости света. Более низким зна­чениям диэлектрической константы соответствуют более высокие скорости передачи.

Скорость NVP распространения выражается в процентах от скорости света в вакууме и расчитывается по формуле:

где Е, - диэлектрическая константа материала диэлектрика.

Время задержки распространения сигнала по длине кабеля прямо пропорционально квадратному корню диэлектрической константы.

Фазовая задержка обусловлена тем, что более высокочастотные сигналы распростра­няются в передающей среде быстрее по сравнению с низкочастотными. В широкополосной сети информация обычно передается в виде цифрового кода, в котором низкочастотный тон определенной длительности представляет двоичную "1", а высокочастотный тон представляет "О". Вследствие того, что низкочастотные сигналы распространяются медленнее, они обла­дают тенденцией к отставанию от более быстрых высокочастотных сигналов и приходят к концу линии с фазовым сдвигом. Если такая фазовая задержка становиться большой, сигналы накладываются друг на друга и появляется вид интерференции, называемый дрожанием фазы или фликкер-шумом.

Рабочие характеристики экранов

Сеточные экраны состоят из тонких луженых или нелуженых медных проводников, переплетенных вокруг кабеля. В дополнение к отличным экранирующим свойствам сеточные экраны обладают большой гибкостью.

Сеточные экраны бывают самых разнообразных конструкций. Могут быть различными угол переплетения проводников в сетке, диаметр, тип и количество проводников. Количество сеток оказывает влияние на эффективность экранирования. Площадь экрана может изменять­ся от 80% до 95% в случае односеточных конструкций и может достигать 98% в случае двой­ных сеток [32].

Ленточно-сеточные экраны представляют собой луженые медные или алюминиевые сетки, оплетенные вокруг алюминиевой ленты, покрытой полистером или полипропиленом. Площадь сетки меняется от 40% до 95%, однако площадь всего экрана составляет 100%.

Для обеспечения большей эффективности использования экрана вокруг ленточно-сеточного слоя оборачивается еще один слой фольги, формируя таким образом тройной эк­ран. В кабелях с экраном из четырех слоев последний слой, сетка, оборачивается вокруг сис­темы фольга-сетка-фольга.

Комбинированные экраны более эффективны и обеспечивают лучшие характеристики импеданса по сравнению с односеточными конструкциями. Системы с четырьмя слоями обеспечивают лучшие долговременные характеристики, так как они менее подвержены влия­нию периодических изгибов. Следует учитывать только одно обстоятельство - увеличение ко­личества слоев экрана ведет к увеличению внешнего диаметра кабеля и его удельного веса.