Cтруктурированные кабельные системы (СКС), составляют основу локальных сетей офисов и телекоммуникационную инфраструктуру зданий. Затраты на их создание относят к капитальным. Срок службы - не менее 10 лет.
Если речевые приложения не предъявляют особых требований, то информационные буквально сотрясают стандарты среды передачи. Сетевая нагрузка возрастает на порядок каждые пять лет, что требует замены категорий СКС, которые были выбраны под текущие протоколы.
Чтобы не пришлось менять проводку уже в первой четверти гарантийного срока, необходимо смотреть в будущее. При этом проблемы, не существовавшие еще вчера, выходят на первый план. Одна из них - межкабельные наводки.
Кабельный жгут или параллельно проложенные неэкранированные кабели могут создавать недопустимый уровень помех работе гигабитных протоколов. Это один из ключевых вопросов, обсуждаемых в настоящее время в комитетах стандартизации.
Для ограничения их влияния может потребоваться ужесточение спецификаций стандартов, изменение правил прокладки кабелей или принятие других мер.
Межкабельные наводки можно определить как нежелательные
электромагнитные сигналы от проложенных в жгутах смежных кабелей. Измеряются как
отношение сигнала, подаваемого на активную витую пару (пары) одного кабеля, к
сигналу, наведенному в контрольной паре другого кабеля.
Наибольший уровень наводок возникает между витыми парами, имеющими одинаковый шаг скрутки. Все проводники имеют цветовую маркировку, потому можно говорить, например, о наводках между синими или коричневыми парами.
Если в жгуте более двух кабелей, появляется эффект суммарных наводок. Кроме равношаговых, и остальные пары оказывают негативное воздействие.
Как и для помех между парами, межкабельные наводки могут быть двунаправленными (Alien NEXT) и <однонаправленными (Alien FEXT). В данной статье анализируются только двунаправленные наводки.
Соседние кабели вносят дополнительные помехи, превышающие их уровень между парами внутри кабельной оболочки. Это снижает отношение сигнал / шум канала и может повлиять на работу протоколов. В результате уменьшаются динамический и частотный диапазоны канала.
Специалисты Американского национального института стандартизации и Ассоциации телекоммуникационной и электронной промышленности предлагают пересмотреть значения затухания и наводок, чтобы обеспечить заданный диапазон частот 200 МГц, определенный для категории 6. Эти изменения должны обеспечить требуемое отношение сигнал / шум в верхнем диапазоне частот для любых условий прокладки кабелей.
Важно учесть, что даже после монтажа системы эффект межкабельных наводок невозможно обнаружить с помощью стандартных измерений. Следовательно, для устранения проблемы придется ужесточать параметры стандартов или принимать другие меры.
Расширение частотного диапазона требует учета источников наводок, которые прежде не принимались во внимание. На частотах до 20 МГц, требуемых для работы протоколов класса С, например, Ethernet, сигнал затухает незначительно. Пренебрежимо малы и наводки. Отношение сигнал / шум многократно превышает требования протоколов.
В системах категории 5 существенно возрастает затухание и наводки. В каналах максимальной длины их отношение оказывается недостаточным для работы протоколов класса D (Fast Ethernet, ATM 155). При этом основным источником помех являются кабельные разъемы. Изменение волнового сопротивления зависит, прежде всего, от геометрии проводников. Расплетение витых пар для монтажа гнездовых разъемов создает максимальный электромагнитный шум. Разъем создает в несколько раз больше шумов, чем кабель длиной 100 метров.
Мощность межкабельных наводок выше, чем у межпарных, и сопоставима с наводками от расплетенных пар. Однако проблем у систем категории 5 не возникает благодаря схеме передачи.
В протоколе Fast Ethernet одна пара работает на передачу, другая на прием. Все пары, маркированные одним цветом, передают сигналы в одном направлении.
Особенность двунаправленных наводок (NEXT) в том, что они практически не зависят от длины кабеля, хотя и возникают на всем протяжении канала. Это объясняется затуханием сигнала. Для канала категории 5 максимальной длины величина затухания составляет 24 дБ. Другими словами, мощность сигнала на удаленном конце падает в 250 раз. Соответственно снижается и уровень наводок. Наводки от дальнего конца кабеля также затухают, прежде чем попадают на вход в приемник.
Таким образом, двунаправленные наводки максимальны на обоих концах канала и существуют только между разнотипными парами. Такие пары имеют разный шаг скрутки, что снижает уровень взаимных наводок. В жгутах это влияние еще меньше, чем внутри кабельной оболочки.
При работе гигабитных протоколов межкабельные наводки не только превышают межпарные, но и создают больше проблем.
Во первых, протокол Gigabit Ethernet использует все четыре пары для одновременной передачи данных в обоих направлениях. В результате возникает необходимость учета суммарных межкабельных наводок между парами с одинаковым шагом скрутки.
Во вторых, межкабельные наводки оказываются преобладающими. Расширение частотного диапазона до 200 МГц потребовало улучшения конструкции коннекторов. Наводки разъемов и кабелей стали сопоставимыми.
В третьих, в отличие от наводок между парами межкабельные наводки невозможно компенсировать. Подобный учет двунаправленных наводок (NEXT) и возвратных потерь (Return Loss) с помощью цифровой обработки сигналов позволяет подавить наводки из других пар и уменьшить битовый коэффициент ошибок до приемлемого уровня. Процессорная обработка дает увеличение отношения сигнал / шум на 6 дБ.
В четвертых, кабели категории 6 более уязвимы для межкабельных наводок по сравнению с категорией 5. При их производстве требуется точнее выдерживать шаг скрутки. Следовательно, идентичные пары смежных кабелей оказывают большее влияние друг на друга.
Для учета межкабельных наводок следует различать понятия жгута и канала. Жгут представляет собой параллельно проложенные кабели, фиксированные стяжками. Как правило, длина жгута не превышает 90 метров - максимальной длины базовой линии.
Канал - это среда передачи сигналов между двумя устройствами активного оборудования. Канал включает линию, абонентские и сетевые кабели. В некоторых случаях соединительные кабели также могут объединяться в жгуты. В частности, коммутационные кабели фиксируются стяжками для удобства администрирования. Длина канала для класса приложения, соответствующего категории СКС, не должна превышать 100 метров.
Как и в кабеле, в жгуте возникают наводки двунаправленной и однонаправленной приемопередачи.
Источниками двунаправленных межкабельных наводок служат точки максимального приближения однотипных пар друг к другу. Со стороны розетки проблема может не возникать, если одно из гнезд используется для компьютера, другое – для телефона. На другом конце линии – подключении к панели - двунаправленные межкабельные наводки неизбежны.
Двунаправленные межкабельные наводки повышают требования к качеству монтажа. Чрезмерная затяжка жгутов приводит к изменению геометрии витых пар и приближению пар друг к другу. Это ухудшает балансировку и увеличивает все виды электромагнитных помех.
Хотя длина жгута для двунаправленных наводок не имеет значения, длину канала следует учитывать. При увеличении длины канала затухание возрастает, что ухудшает параметр сигнал / шум.