Инженеры и разработчики систем и оборудования. Разработчики систем и оборудования, занимающиеся проектированием устройств для передачи и приема телекоммуникационных сигналов, часто рассматривают проблемы излучения и невосприимчивости к шуму как вопросы, требующие компромиссного решения. Для соответствия требованиям к излучению (таким, как FCC Part 15 и IEC CISPR22) часто снижается амплитуда передаваемого сигнала. К сожалению низкие уровни сигналов увеличивают восприимчивость системы к шуму. С точки зрения разработчика хорошая кабельная система - это система, которая позволяет вести передачу сигнала с уровнями, достаточными для преодоления остаточного шума, и в то же время удовлетворяющими требования к излучению, установленные для предполагаемого рынка.
Конечные пользователи. Главной заботой для огромного большинства конечных пользователей является то, насколько хорошо будет функционировать система в различных конфигурациях и при различных кабельных решениях. Невосприимчивость к воздействию со стороны электромагнитных шумов является главным критерием при определении рабочих характеристик установленной системы (часто выражается как BER - bit-error-rate - уровень битовой ошибки). В случае ЛВС ухудшение рабочих характеристик может значительно увеличить время реакции системы и в экстремальных ситуациях вызвать аварию в сети. С точки зрения конечного пользователя хорошая кабельная система позволяет реализовать множественные конфигурации (то есть количество пользователей, количество подключений, длины кабельных сегментов) и в то же время сохранять приемлемые рабочие характеристики ВЕН. По этой причине экранированные кабели обладают интуитивной привлекательностью для тех, кто не подозревает об опасностях, создаваемых неправильно терминированным экраном, и не знает о хорошей невосприимчивости к шуму и отличных рабочих характеристиках кабельных систем DTP, предназначенных для передачи данных.
Физические характеристики кабелей UTP и STP
Неэкранированный кабель витая пара состоит из двух или более одножильных медных проводников, в основном размером 24 AWG, отдельно помещенных в изолирующие пластиковые оболочки. Изоляция, как правило, изготавливается из термопластичного материала, такого как поливинилхлорид (PVC - ПВХ) для кабелей более низкого класса и из полиэтилена для кабелей высших классов. Изолированные проводники обычно свиты с различным шагом витков для повышения сбалансированности пар и улучшения невосприимчивости к шуму между парами (NEXT).
Экранированный кабель витая пара состоит из свитых пар (как описано выше), которые
окружены экраном, представляющим собой луженую сетку, фольгу или комбинацию обеих.
Два наиболее распространенных типа техники экранирования - это индивидуальное экрани-
рование каждой пары и экранирование всего кабельного пучка. Практика индивидуального
экранирования витых пар имеет целью уменьшение излучения и повышение невосприимчиво-
сти к шумовым помехам, а также для улучшения рабочих характеристик NEXT. Общее экрани-
рование кабеля снижает уровень излучения и повышает невосприимчивость к шумовым поме-
хам, но не улучшает рабочие характеристики NEXT между парами. Недостатком кабелей, эк-
ранированных только оболочкой из фольги является то, что они подвержены низкочастотному
EMI-шуму, например, генерируемому мощными электрическими двигателями. Кроме того, эк-
ранирование в общем случае ухудшает характеристики кабеля по затуханию сигнала. Это по-
вышенное значение затухания является следствием добавочной емкости между экраном и
витыми парами.
Испытания
В AT&T Bell Laboratories было проведено сравнительное исследование рабочих характеристик кабелей ЭВП и НВП с помощью двух тестовых процедур. Была исследована чувствительность кабеля к шуму при защите только с помощью экранирования (измерение вторично наведенного тока). Результаты этого теста являются индикатором проникновения шума через экран. Еще одна серия исследований была выполнена для сравнения относительных уровней помехового напряжения, наводимого на кабелях DTP Category 3, UTP Category 5 и Type 1 STP в результате воздействия шума (измерение разницы напряжений).
Измерение вторично наведенного тока
Многие проектировщики систем и оборудования, а также конечные пользователи уверены в том, что качество их кабельных систем на основе STP является следствием физического присутствия "экрана". Однако, любой экран, если он изготовлен и терминирован некачественно, будет вести себя как антенна, излучая или поглощая шумы. Эффективно экранированная кабельная система должна быть правильно терминирована с обоих концов и должна поддерживать целостность экрана в каждом соединении по всей кабельной системе. При измерении вторично наведенного тока сравнивают результирующее воздействие шума, произошедшее вследствие нарушения системы заземления, с воздействием шума на хорошо заземленный кабель.
По результатам этого теста невосприимчивость экрана к шуму изменялась от граничной
(10% для заземляющего отвода длиной 1 дюйм) до плохой (50% для заземляющего отвода
длиной 8 дюймов) и результирующее влияние на сигнал изменялось соответствующим образом.
Это замечание является очень важным, так как на практике очень часто экран заземля-
ется с помощью заземляющего отвода.
Результаты измерений вторично наведенного тока четко демонстрируют, что любая деградация экрана может ухудшать невосприимчивость к шуму до такой степени, что начинают происходить искажения сигнала. Очевидно, что физическое наличие экрана само по себе недостаточно для обеспечения невосприимчивости к шуму. Более того, качество терминирования экрана по всей телекоммуникационной системе и качество монтажа системы заземления определяют уровень невосприимчивости к шуму. На самом деле сбалансированная линия передачи с неправильно терминированной системой экранирования может быть более подвержена шумовым помехам, чем если бы она не была экранирована вовсе.
Измерение разницы напряжений
Важным фактором при выборе кабельной продукции как для разработчиков систем и оборудования, так и для конечных пользователей, является общий уровень работоспособности кабеля. Измерение разницы напряжений, основанное на измерении уровней помех, вызванных шумом, были проведены для кабелей DTP Category 3, UTP Category 5 и Type 1 STP.
На основании результатов измерений инженеры Bell Labs сделали заключение, что "при
соблюдении определенных правил, в реальных рабочих условиях неэкранированный кабель
витая пара может достигать таких же высоких рабочих характеристик по сопротивляемости к шуму, какие присущи экранированному кабелю витая пара. Результирующие дифференциальные шумовые напряжения, измеренные в кабелях UTP Category 5 и STP были достаточно низкими для обеспечения точной передачи данных, учитывая жесткие условия эксперимента" [71].
Выводы по результатам измерений
Результаты измерений разницы напряжений и вторично наведенного тока привели к заключению, что и UTP и STP способны обеспечивать степень невосприимчивости к электромагнитным помехам от хорошей до отличной. По определению специалистов Bell Labs степень невосприимчивости "зависит от сбалансированности системы DTP и качества экранирования системы STP. Кабели UTP для высокочастотных приложений с жестко контролируемым балансом могут обеспечивать рабочие характеристики ЕМС, сравнимые с такими же характеристиками кабельных систем на основе STP с хорошим экраном. И точно так же, плохо экранированная система STP или система с дефектным экраном может оказаться более уязвимойк помехам, чем хорошо сбалансированная система на основе UTP" [71].
Заключение. Измерения рабочих характеристик, проведенные AT&T, развеяли некоторые заблуждения, связанные с рабочими характеристиками кабелей на основе ЭВП и НВП.
Результаты измерений вторично наведенного тока привели к заключению, что "сам по себе
экранированный кабель не обеспечивает невосприимчивости к шуму. Следует рассматривать
внешнее экранирование всей линии, так как на первый взгляд безобидные соединения могут
оказывать и оказывают значительное влияние на эффективность экранирования. Кроме того,
поддержание высокого качества экрана в каждой точке становится дорогим, а разработчик
системы должен найти компромисс между требованиями, предъявляемыми к системе, учиты-
вая требуемые рабочие характеристики ЕМС, а также стоимость компонентов и обслуживания
системы". В заключение можно констатировать, что при использовании обычных кабельных
конфигураций, неэкранированный кабель полностью способен обеспечивать такой же уровень
устойчивости к шуму, как и экранированный кабель.
TIA/EIA TSB-67: Полевое тестирования кабельных
систем на основе неэкранированной витой пары -
спецификации передающих рабочих характеристик
Завершающим моментом проекта по монтажу кабельной системы является ее полевое тести-
рование и сертификация.
Кабельные системы категории 5 являются ключевой технологией, позволяющей реали-
зовывать высокоскоростные сетевые приложения вплоть до уровня настольного компьютера.
Для удостоверения в высокоскоростных свойствах каждого канала категории 5 в кабельной
системе необходимо проводить тестирование рабочих характеристик в полевых условиях.