дипломы,диссертации,курсовые,контрольные,рефераты,отчеты на заказ

2. Основные понятия телекоммуникаций

2.4 Электрические кабели связи

Расширение сетей электросвязи базируется на системах передачи, которые по типу среды распространения сигналов делятся на проводные системы и радиосистемы. Достоинства и недостатки систем радиосвязи были рассмотрены выше.

Проводные каналы создаются с помощью направляющих сред передачи (НСП), к которым относятся электрические кабели связи и волоконно-оптические кабели (ОК).

Рассмотрим электрические кабели связи, являющиеся старейшими НСП, да и самой разветвленной кабельной сетью. Фактически сегодня длина проложенных для нужд связи по всему миру обычных медных кабелей значительно превосходит длину ОК.

При этом основное внимание уделим характеристикам электрических кабелей с тем, чтобы впоследствии можно было бы сравнить их с волоконно-оптическими кабелями.

Главными типами широко используемых кабелей являются:

  • коаксиальные кабели;
  • симметричные кабели - кабели с витой парой, которые могут быть экранированными или неэкранированными.
  • Каждый из этих типов кабелей подразделяется на более специализированные категории и имеет собственные конструкции и спецификации, стандарты, свои преимущества и недостатки. Типы кабелей различаются по цене, скорости передачи и рекомендуемому для передачи расстоянию. Например, витая пара в настоящее время является самой дешевой, но имеет наименьшую производительность. Коаксиальные кабели по большинству соотношений производительности и цены располагаются между кабелями с витой парой и ОК.

    Коаксиальный кабель (КК) представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр (сплошной внутренний проводник) концентрически расположен внутри другого полого цилиндра (внешнего проводника). Проводники изолированы друг от друга диэлектрическим материалом (рис. 2.10,а)

    Симметричный кабель (СК) состоит из двух совершенно одинаковых в электрическом и конструктивном отношениях изолированных проводников. В зарубежных источниках его часто называют «витой парой». Различают неэкранированные (UTP) и экранированные (STP) симметричные кабели (рис. 2.10,б).

    Вид коаксиального кабеля
    а

    Вид коаксиального кабеля
    б
    Рис. 2.10 Вид коаксиального и симметричного кабелей:
    а) основная конструкция коаксиального кабеля; б) кабель «витая пара» (UTP)

    Обычные кабели являются хорошим средством для передачи сигнала, но они не совершенны. Любые сигналы при перемещении через любую среду затухают. Это происходит из-за уменьшения амплитуды сигнала.

    Когда по проводнику протекает синусоидальный ток вокруг движущихся в металле электронов, возникают электрическое и магнитное поля. Попробуем увеличить частоту синусоидального тока в проводнике. Сотни Герц…Килогерцы…Сотни Мегагерц. Мы обнаруживаем (естественно, с помощью приборов), что ток с ростом частоты все сильнее и сильнее вытесняется из толщи проводника к его поверхности. Электромагнитное поле вне проводника возрастает, и вот на очень высоких частотах ток полностью вытесняется из проводника.

    Явление поверхностного эффекта
    Рис 2.11 Явление поверхностного эффекта

    Проводник начинает излучать всю электромагнитную энергию в пространство, передача ее по проводу прекратилась, провод превратился в антенну!

    Описанное явление вытеснения тока к внешней поверхности проводника получило у специалистов название поверхностного эффекта. Это и приводит к ослаблению сигналов при передаче. Кроме этого, с ростом частоты растут омические потери в проводниках и потери в диэлектрике. При этом форма электрического сигнала изменяется с расстоянием - сигнал искажается.

    Коаксиальный кабель используется для передачи электрических сигналов в широкой полосе частот. Кабель в высшей степени стабилен в отношении своих электрических свойств на частотах ниже 4 ГГц. Это делает кабель популярным в радио- и СВЧ-системах, системах кабельного телевидения (CATV), а также в локальных компьютерных сетях (LAN). Телефонные компании также используют коаксиальный кабель для магистральных линий связи.

    Коэффициент затухания коаксиального кабеля зависит от диаметра внешнего и внутреннего проводника и их отношения. Оптимальным соотношением D/d для меди является 3,6. Очень важной характеристикой, фактически определяющей широкополосность системы связи, является зависимость коэффициента затухания от частоты. С ростом частоты затухание увеличивается пропорционально корню из частоты:

    α=α0√(f/f0),

    где α0 - указанное в спецификации значение затухания для частоты f0.

    Типичная характеристика затухания в полосе частот показана на рис. 2.12, а, в таблице 2.2 приведены значения погонного затухания для двух коаксиальных кабелей, широко используемых в системах кабельного телевидения.

    Таблица 2.2

    Наименованиеd, ммD, мма, дБ/100 м на частотах, МГц
    501002003005001000
    РК 75-4-110,724,610 1319223050
    РК 75-9-121,29459 101520

    Эффект близости в симметричной цепи
    Рис. 2.12 Эффект близости в симметричной цепи

    Симметричный кабель. Электромагнитное поле симметричной цепи, в отличие от коаксиального кабеля, не имеющего внешнего поля, открытое и действует на значительном расстоянии.

    Под действием переменного поля происходит перераспределение электромагнитной энергии по сечению проводников, при этом наблюдаются следующие явления: поверхностный эффект и эффект близости соседних проводников.

    Эффект близости связан с взаимодействием внешних полей. Как видно из рис. 2.12, внешнее поле Н проводника а, пересекая толщину проводника б, наводит в нем вихревые токи. На поверхности проводника б, обращенной к проводнику а, они совпадают по направлению с протекающим по нему основным током (I+Iв.т). На противоположной поверхности проводника б они направлены навстречу основному току (I - Iв.т). Аналогичное перераспределение токов происходит в проводнике а.

    При взаимодействии вихревых токов с основным плотность результирующего тока на обращенных друг к другу поверхностях проводников а и б увеличивается, а на отдаленных - уменьшается. Это явление («сближение» токов в проводниках а и б) носит название эффекта близости. Из-за неравномерного распределения плотности тока увеличивается активное сопротивление цепи переменному току.

    Эффект близости также прямо пропорционален частоте, магнитной проницаемости, проводимости и диаметру проводника и, кроме того, зависит от расстояния между проводниками.

    Симметричные кабели имеют диаметры проводников от 0,4 до 1,2 мм. Симметричные кабели с большими диаметрами сечений проводников имеют меньший коэффициент затухания. Такие кабели используются на магистральных, зоновых и городских линиях связи и могут содержать до нескольких сотен пар проводников.

    С середины 1980-х годов компьютерная техника, а вместе с ней и техника локальных вычислительных сетей (LAN), начала быстрыми темпами внедряться во все сферы деятельности предприятий и организаций, что резко увеличило объем информации, передаваемой в пределах здания или комплекса зданий, компактно расположенных на одной территории. Возникла необходимость создания единой кабельной системы здания. Над разработкой единой кабельной системы работали Ассоциация Электронной Промышленности (TIA/EIA-569), Международная Организация по стандартизации (ISO) и Международная Электротехническая Комиссия (IEC). В период с 1991 по 1995 гг. были выпущены стандарты телекоммуникационной кабельной системы коммерческих зданий.

    Структурированная кабельная система - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях. Кабели на основе витых пар с медными проводниками широко применяются в СКС для передачи электрических сигналов.

    Международный стандарт ISO/IEC 11801 установил, что в СКС используются лишь симметричные электрические кабели и волоконно-оптические кабели, и определил электромагнитные характеристики СКС по ширине полосы пропускания. В зависимости от граничной частоты компоненты, из которых создается CКС (электрические кабели UTP, STP, разъемы), классифицируются по категориям.

    Категория34567
    Полоса частот, МГц1620100 250600

    Компоненты категорий 3 и 4 в перспективе уже не рассматриваются. Это не значит, что они не применяются при построении CКС. Просто они не позволяют создавать каналы классов 5, 6, 7.

    Базовая конструкция кабеля UTP - это четырехжильный кабель, содержащий четыре отдельно изолированные витые пары, которые заключены во внешнюю оболочку. Каждый провод имеет диаметр 0,51 мм и цветную изолированную оболочку, что упрощает монтаж. Как правило, такие кабели используют в диапазоне частот до 100 МГц.

    Максимальное затухание для любой пары, выраженное в дБ/100 м, измеренное при 20°С, в зависимости от категории, должно быть меньше или равно значениям, приведенным в таблице 2.3.

    Таблица 2.3
    Частота, МГцЗатухание, дБ/100 м
    Кат 3Кат 4Кат 5Кат 6
    1,02,62,22,02,9
    10,09,76,96,56,0
    16,013,18,98,27,7
    20,0-10,09,38,8
    31,25--11,710,8
    62,5--17,015,7
    100,0--22,020,2
    200---29,8
    250---33,3

    Категория 7 имеет полосу частот до 600 МГц, при этом затухание будет 50,6 дБ /на 100 м.

    На рисунке 2.13 представлены зависимости затухания коаксиального кабеля и витой пары от частоты, видны достоинства коаксиала по сравнению с витой парой, однако его стоимость существенно выше.

    Затухание для коаксиального кабеля и неэкранированной витой пары
    Рис. 2.13 Затухание для коаксиального кабеля и неэкранированной витой пары

    Любая передача содержит компоненты сигнала и шума. Качество сигнала снижается по нескольким причинам, в их числе затухание и наводки.

    Перекрестные наводки - это особый вид помех. Перекрестные наводки представляют собой энергию, передаваемую из одного проводника в другой в одном кабеле или между двумя кабелями. Такие наводки часто встречаются в телефонных системах - в этом случае можно не только слышать собеседника, но посторонний разговор.

    Перекрестные наводки есть соотношение мощности перекрестных наводок к мощности сигнала в децибелах. В городских телефонных кабелях собрано большое число пар проводов, десятки и более. Чем выше скорость передачи, тем выше уровень наводок в соседних парах. Виной тому, увеличивающееся на высоких частотах электромагнитное излучение. При большой скорости передачи влияние одной витой пары на другую может быть столь велико, что когда по второй витой паре будут передаваться «свои» сигналы, их будет очень трудно отделить от «чужих». Вот эти то взаимные влияния между витыми парами и не дают возможности беспрерывно увеличивать скорость передачи импульсов по симметричным телефонным кабелям.

    Перекрестные наводки могут измеряться на ближнем (NEXT, near-end crosstalk) или на дальнем (FEXT, far-end crosstalk) конце линии. В случае NEXT энергия в пассивной линии изменяется на том же конце, что источник сигнала, а в случае FEXT - на противоположном конце (рис. 2.14).

    NEXT и FEXT
    Рис. 2.14 NEXT и FEXT

    NEXT, перекрестные наводки на ближнем конце линии, представляют интерес при реализации любого приложения. Рассмотрим сигнал в активной линии. Он передается по кабелю, затухает и теряет энергию. На противоположном конце сигнал слабеет. Таким образом, наиболее сильные наводки будут на ближнем конце. Во-первых, пассивная линия получает здесь наибольшую энергию, а во-вторых, наводки еще не затухают, как на дальнем конце.

    В настоящее время через витую пару можно передавать данные с очень высокой скоростью, некоторых локальных сетях вплоть до 1 Гбит/сек. Однако длина линии связи должна составлять не более сотни метров.

    дипломы,курсовые,рефераты,контрольные,диссертации,отчеты на заказ