Мультисервисные сети2

99) уже не удовлетворяют современным требованиям по скорости передачи. Поэтому в соответствии с международными стандартами:

американским TIA/EIA 568;

международным ISO/IEC 11801;

европейским EN 50173

в России начат выпуск кабельной продукции структурированных кабельных систем (СКС). Кабели представляют собой специальные конструкции витых пар, обеспечивающих широкополосную передачу. Кабели определены по категориям и классам приложений (табл. 3.3).

Структурированные кабельные системы (Structured Cabling System, SCS) – представляют собой универсальную кабельную проводку для локальных сетей, проектируемую и устанавливаемую без привязки к конкретным приложениям, т.е. к сетям компьютерным, телефонным и другим.

Центральным элементом СКС выступает кабель с витыми медными и биметаллическими парами. При формировании кабеля медные пары дополнительно скручиваются между собой и получившийся свиток помещают в изоляционную оболочку с экраном или без экрана. Кроме кабеля в СКС входят розетки для подключения пользовательских устройств, кроссовое и распределительное оборудование. Пример общей архитектуры СКС на основе стандарта EN 50173 приведен на рис. 3.2.

Как видно из рисунка зона медной кабельной проводки ограничена по протяженности. Прежде всего, это ограничение обусловлено затуханием пары кабеля и взаимными влияниями между парами одного кабеля.

Ниже рассмотрены примеры конструкций и характеристики кабелей СКС с экранированными витыми парами. Кабели обозначаются:

UTP (Unshielded Twisted Pair) – неэкранированная витая пара.

STP (Shielded Twisted Pair) – экранированная витая пара.

Рис. 3.2. Структура общей кабельной сети по стандарту EN 50173

Рис. 3.3. Конструкция экранированного кабеля

S-STP 600/900/1000/1200 (категория 7)

Рис. 3.4. Конструкция неэкранированного кабеля

UTP 300 (категория 5)

На рис. 3.3 представлен пример конструкции экранированного симметричного кабеля с экранированными витыми парами. На рис. 3.4 представлен пример конструкции симметричного кабеля без экранирующего покрытия.

Характерныеотличительные признаки рассматриваемых конструкций:

рабочий диапазон кабеля S-STP 600/900/1000/1200 до 1200 МГц;

каждая пара экранируется фольгой;

сопротивление шлейфа 130 Ом/км;

асимметрия шлейфа 3%;

сопротивление изоляции > 5000 МОм км;

волновое сопротивление при 1-100 МГц 100 Ом;

Рис. 3.7. Максимальные затухания для кабелей компании ЭЛИКС-кабель

Рис. 3.8. Средние значения А0 для кабелей ТПП и СКС

Кроме характеристики NEXT иногда применяют характеристику переходных помех на дальний конец линии (Far End Cross Talk Loss, FEXT).

В настоящее время налажен выпуск кабелей СКС емкостью до 100 витых пар. Такие кабели могут быть использованы на протяженных линиях для организации связи по технологиям xDSL в диапазоне частот до 2 МГц.

На рис. 3.7 и 3.8 приведены примеры характеристик затухания 0 и взаимных влияний для кабелей категорий 3, 5, 5е производства компании ЭЛИКС – кабель. Как видно из рисунков кабели СКС имеют существенно лучшие показатели защиты от помех, чем телефонные. Они могут быть использованы на 100% для передачи по технологии xDSL.

Известно, что для построения мультисервисных сетей могут быть использованы существующие сети кабельного телевидения и перспективные интерактивные сети кабельного телевидения (КТВ). Структуры и стандарты КТВ существуют и развиваются независимо от

других сетей, т.к. имеется свой спектр услуг с телевизионным вещанием в основе. Физической средой для передачи сигналов в КТВ чаще всего являются коаксиальные кабели различных марок. Для стандартизации в этой области телекоммуникаций в 1995-1996 гг. Европейским комитетом по стандартизации в электротехнике (CENELIC) выпущен стандарт EN 50117 – коаксиальные кабели, используемые в кабельных распределительных сетях. Он заложил основу нормативной документации на коаксиальные кабели для широкополосных мультисервисных сетей.

Прежде всего, стандарт устанавливает ряд диаметров по изоляции для распределительных и магистральных кабелей: 6,9; 8,8; 13,5; 19,4; 23; 29 мм. В нем определена рабочая область частот 5-862 МГц, считавшаяся базовой в Европе до 1996 г.

В настоящее время стандарты коаксиальных кабелей для перспективных сетей находятся в обсуждении. Предполагается, что международная электротехническая комиссия (МЭК-IEC) примет единый стандарт коаксиальных кабелей под индексом IEC 61196. Однако уже производятся коаксиальные кабели, отвечающие стандарту EN 50117, но рассчитанные на диапазон частот 5-2500 МГц. Эти кабели отличаются рекордно низкими потерями энергии благодаря применению вспененного полиэтилена для изоляции центрального проводника от трубки. В табл. 3.4 приведены некоторые характеристики новых коаксиальных кабелей для мультисервисных сетей. На рис. 3.9 представлены характеристики 0.

Таблица 3.4. Характеристики коаксиальных кабелей CAVEL

Рис. 3.9. Характеристики затухания коаксиальных кабелей CAVEL

Если сравнить характеристики затухания кабелей СКС и коаксиальных, то нетрудно увидеть, что коаксиальные имеют существенно меньшее погонное затухание, но при этом они проигрывают в цене. Коаксиальные кабели хорошо защищены от взаимных и внешних помех. Их коэффициент экранирования превышает 75 дБ в полосе час-

тот 30-1000 МГц.

3.2.2. Волоконно-оптические кабели [20]

Современное представление о мультисервисной сети неразрывно связано с использованием волоконно-оптических кабелей до абонентского терминала или с промежуточным окончанием («гибридный вариант волокно–медь»).

Напомним сущность передачи информации по волокну.

Когда световая волна падает на границу раздела двух сред, то могут наблюдаться следующие эффекты: свет преломляется; свет отражается; свет распространяется вдоль границы раздела сред. Эти эффекты зависят от соотношения показателей преломления сред и угла падения света. Связь этих параметров устанавливает закон Снеллиуса:

где – угол падения, – угол преломления, V1 – скорость света в среде 1, V2 – скорость света в среде 2. На рис. 3.10 приведен пример распространения света на границе раздела сред.

В оптических стекловолокнах используется эффект отражения света. Стекловолокна выполняются цилиндрическими и прямоуголь-

Рис. 3.10. Световые лучи на границе раздела физических сред

Рис. 3.11. Примеры конструкций волоконных световодов

ными. Прямоугольные применяются в микросхемах, а цилиндрические в виде длинных волокон служат основой кабелей (примеры волоконных световодов представлены на рис. 3.11).

В конструкциях световодов выделяются две составляющие: сердцевина с диаметром от 8-10 мкм до 100 мкм и оболочка с диаметром от 125 до 140 мкм. Сердцевина и оболочка выполняются из материалов с разной оптической плотностью, которая характеризуется показателем преломления n.

Показатель преломления вычисляется по формуле 3.2

где С – скорость света в свободном пространстве (~ 3 10 м/с), V – скорость света в веществе. Обычно значение показателя преломления сердцевины обозначается n1, а оболочки n2. Условие распространения света в волноводе в этом случае записывается:

Рис. 3.12. Лучи света в волноводе

В зависимости от геометрических размеров сердцевины и соотношения показателей n1 и n2 возможна реализация режимов работы световодов: многомодовый и одномодовый.

Многомодовый режим характеризуется распространением в световоде множества независимых лучей света или типов волн.

Одномодовый режим характеризуется распространением в световоде одного луча светаили одноготипасветовой волны(рис. 3.12).

Для изготовления световодов применяют многие материалы, которые условно подразделяют на неорганические и органические. К неорганическим относятся стекла (SiO2, GeO2, NAO2, СаО , PbО и другие) и дополнительные присадки к ним (Р2О5, TiO2, Аl2О3, Sb2O3). К органическим относятся пластмассы на основе различных полимеров (метилметакрилат, тетрафторпропилметакрилат, метилакрилат и другие).

Волоконные световоды на основе пластмасс имеют худшие характеристики, чем на основе стекол, но они на порядок дешевле. Это очень важное обстоятельство для использования волоконных световодов в сетях доступа, где наиболее актуально снижение затрат на одно окончание для пользователя.

Одномодовые и многомодовые световоды характеризуются двумя важнейшими параметрами передачи оптических сигналов: затуханием и дисперсией.

Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на поглощение и рассеяние излучения в световоде. Затухание зависит от длины волны излучения, вводимого в волокно. Например, для кварцевых волокон (стекловолокон) передача наиболее эффективна вблизи длин волн: 0,85 мкм; 1,3 мкм и 1,55 мкм (рис. 3.13).

Полимерные волокна имеют другие значения длин волн наивысшей эффективности передачи (рис. 3.14).

Затухание пластикового световода может составлять десятки и сотни дБ/км, что естественно ограничивает возможности передачи до десятков и сотен метров. Лучшие пластиковые световоды обеспечивают передачу до 3 км при стандартных излучателях и приемниках.

Другой важнейший параметр оптического волокна – дисперсия. Дисперсия – это рассеяние во времени спектральных, модовых и поляризационных составляющих оптического сигнала.