Кабельные линии связи. Электрические кабельные линии связи. Основные электромагнитные характеристики электрических кабелей связи. Витая пара. Коаксиальный кабель.

Кабельные линии связи

При организации компьютерных сетей широко используются кабельные линии связи.

Кабельная линия связи (КЛС) – линия связи, состоящая из кабеля, кабельной арматуры и кабельных сооружений (туннели, колодцы, распределительные шкафы, кабельные столбы).

Кабель (от голл. kabel – канат, трос) – совокупность гибких изолированных проводов, заключенных в защитную (обычно герметичную) оболочку.

Электрический (медный) кабель – кабель из электрических (медных) проводников (токопроводящих жил), применяемый для передачи на расстояние электрической энергии (силовой кабель) или электрических сигналов (кабель связи).

Волоконно-оптический кабель – кабель из оптических волокон для передачи светового потока.

Кабель связи предназначен для передачи информации электрическими или оптическими (световыми) сигналами.

Электрические кабельные линии связи

В сетях передачи данных применяются следующие типы электрических кабелей:

1) витая пара:

· неэкранированная;

· экранированная;

2) коаксиальный кабель:

· толстый (thick);

· тонкий (thin).

Основные электромагнитные характеристики электрических кабелей связи

1. Затухание (коэффициент затухания) – уменьшение мощности сигнала (потеря амплитуды) при передаче между двумя точками:

· является одной из основных характеристик, учитываемых при проектировании ЭЛС и определении максимальной длины кабеля между узлами;

· зависит от частоты передаваемого сигнала;

· измеряется в [дБ/м].

2. Импеданс (волновое сопротивление) – полное (активное и реактивное) сопротивление электрической цепи:

· измеряется в Омах и является относительно постоянной величиной для кабельных систем (в высокоскоростных сетях зависит от частоты);

· резкие изменения импеданса по длине кабеля могут вызвать процессы внутреннего отражения, приводящие к возникновению стоячих волн, при этом станция, подключенная вблизи узла стоячей волны, не будет получать адресованные ей данные.

3. Перекрестные наводки между витыми парами на ближнем конце (NEXT – Near End Crosstalk) и на дальнем конце (FEXT – Far End Crosstalk) – результат интерференции электромагнитных сигналов:

· значения NEXT и FEXT зависят от частоты передаваемого сигнала;

· чем больше абсолютное значение NEXT (FEXT), тем лучше, так как наводки в соседних проводниках будут меньше;

· измеряется в дБ при определённой частоте.

4. Активное сопротивление – сопротивление электрической цепи постоянному току:

· не зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля;

· измеряется в Омах на 100 м.

5. Ёмкость – свойство металлических проводников накапливать электрическую энергию:

· является нежелательной величиной и должна быть минимальной;

· высокое значение ёмкости в кабеле приводит к искажению сигнала и ограничивает полосу пропускания линии.

Витая пара

Витая пара (Twisted Pair – TP) – изолированные проводники, попарно свитые между собой минимально необходимое число раз на определенном отрезке длины (рис.2.36,а), что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками, и заключённые в изолирующую оболочку.

Витая пара – самый распространенный вид кабеля в телефонии. Скручивание применяется с целью уменьшения излучения и повышения помехозащищенности кабеля.

Несколько витых пар (обычно 4 или 8), заключённые в общую пластиковую оболочку, образуют кабель. Существует несколько категорий неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair – UTP), причём чем выше категория кабеля, тем больше его полоса пропускания. Кабели 1-й и 2-й категорий используются для передачи речи и данных на низких скоростях и не включены в стандарты для передачи данных в компьютерных сетях.

Стандарт EIA/TIA-568, разработанный American National Standards Institute (ANSI, США) определяет спецификации для 3-й, 4-й и 5-й категорий UTP и нормирует следующие характеристики:

· коэффициент затухания,

· волновое сопротивление,

· емкость,

· переходное затухание на ближнем конце и др.

Например, для кабеля 5-й категории определены следующие характеристики:

· затухание – не более 23,6 дБ на 100 м (0,236 дБ/м) при частоте 100 МГц;

· волновое сопротивление – не более 100 Ом+-15%;

· NEXT – не менее 27 дБ при частоте 100 МГц;

· активное сопротивление – не более 9,4 Ом на 100 м;

· емкость не более 5,6 нФ на 100 м.

Экранированная витая пара – кабель, содержащий одну или несколько пар скрученных медных проводов, заключенных в изолирующую оболочку. Снаружи кабель покрыт экранирующей оплеткой и еще одной изолирующей оболочкой, за счёт чего меньше излучает и лучше защищён от электромагнитных помех, чем неэкранированная витая пара. Применяется в сетях Token Ring.

Экранированная витая пара подразделяется на две разновидности:

· с экранированием каждой пары и общим экраном (Shielded Twisted Pair – STP);

· с одним общим экраном (Foiled Twisted Pair – FTP).

Для высокоскоростных сетей разработаны еще две категории медного кабеля:

· категория 6 – обеспечивает работу на частоте 250 МГц и может быть реализована как экранированный, так и неэкранированный кабель;

· категория 7 – обеспечивает работу на частоте до 600 МГц и использует экранирование каждой пары кабеля и общий экран.

Коаксиальный кабель (от лат. co – совместно и axis – ось) – кабель, в котором проводники представляют собой 2 соосных металлических цилиндра, разделенных диэлектриком. Коаксиальный кабель используется для передачи высокочастотных сигналов (до нескольких ГГц) и характеризуется высокой помехозащищенностью и малым затуханием сигналов. Это обусловлено отсутствием внешнего электромагнитного поля – вся энергия распространяется только внутри кабеля.

Коаксиальный кабель содержит:

1) внутренний проводник диаметром от 0,4 мм до 2,5 мм;

2) диэлектрик, в качестве которого обычно применяется обычный полиэтилен или физически вспененный полиэтилен с низкой плотностью, позволяющий уменьшить коэффициент затухания;

3) внешний проводник, в качестве которого обычно используется фольга;

4) медную оплетку с покрытием из олова;

5) защитную пленку;

6) внешнюю оболочку.

В ранних сетях Ethernet применялись два типа коаксиального кабеля:

· толстый (thick) диаметром около 1 см, для которого, в отличие от тонкого, характерны следующие особенности:

- более надежная защита от внешних помех;

- прочнее;

- требует применения специального отвода (прокалывающего разъема и отводящего кабеля) для подключения компьютера или другого устройства;

· тонкий (thin) диаметром около 0,5 см, для которого, в отличие от толстого, характерны следующие особенности:

- передает данные на более короткие расстояния;

- дешевле;

- использует более простые соединители.

Основные недостатки коаксиальных кабелей:

· сложность прокладки, а также добавления и отключения станций;

· высокая удельная стоимость.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Оптическое волокно. Волоконно-оптический кабель. Оптические компоненты. Особенности ВОЛС. Применение ВОЛС в ЛВС. Способы сращивания оптических волокон. Перспективы ВОЛС.