Витая пара — это тип кабеля связи , в котором два проводника одной цепи скручены вместе в целях улучшения электромагнитной совместимости . По сравнению с одиночным проводником или нескрученной симметричной парой , витая пара снижает электромагнитное излучение пары и перекрестные помехи между соседними парами, а также улучшает подавление внешних электромагнитных помех . Его изобрел Александр Грэм Белл . [1]
Для дополнительной помехоустойчивости витая пара может быть экранирована . Кабель с экраном называется экранированной витой парой ( STP ), а без него — неэкранированной витой парой ( UTP ).
Витую пару можно использовать в качестве симметричной линии , которая как часть симметричной цепи может значительно снизить влияние шумовых токов, наведенных в линии связью электрических или магнитных полей. Идея состоит в том, что токи, индуцированные в каждом из двух проводов, почти равны. Скручивание гарантирует, что два провода находятся в среднем на одинаковом расстоянии от источника помех и подвергаются одинаковому воздействию. Таким образом, шум создает синфазный сигнал , который можно подавить в приемнике путем обнаружения только разностного сигнала, причем последний является полезным сигналом.
Подавление синфазного сигнала начинает давать сбой на раскрученных проводах, когда источник шума находится вблизи сигнальных проводов; более близкий провод будет сильнее связываться с шумом, и приемник не сможет его устранить. Эта проблема особенно очевидна в телекоммуникационных кабелях, пары которых в одном и том же кабеле лежат рядом друг с другом на протяжении многих миль. Скручивание пар устраняет этот эффект, поскольку при каждой половине скручивания заменяется провод, ближайший к источнику шума. При условии, что источник помех остается или почти однородным на расстоянии одного витка, наведенный шум останется синфазным.
Скорость скрутки (также называемая шагом скрутки, обычно определяемая в витках на метр ) составляет часть спецификации для данного типа кабеля. Когда соседние пары имеют одинаковую скорость скрутки, одни и те же проводники разных пар могут неоднократно лежать рядом друг с другом, частично сводя на нет преимущества скрутки. По этой причине обычно указывается, что, по крайней мере, для кабелей, содержащих небольшое количество пар, скорости скручивания должны различаться. [2]
В отличие от экранированной или фольгированной витой пары (обычно экран кабеля S/FTP или F/UTP), кабель UTP не окружен никакой защитой. UTP является основным типом провода для использования в телефоне и очень распространен в компьютерных сетях .
Самые ранние телефоны использовали телеграфные линии, которые представляли собой однопроводные цепи заземления. В 1880-х годах во многих городах были установлены электрические трамваи , что создавало шум на этих маршрутах. В некоторых странах трамвайные компании несут ответственность за нарушение работы существующих телеграфных линий и должны платить за ремонтные работы. [a] Однако для новых установок необходимо было с самого начала защитить от существующих трамваев. Помехи на телефонных линиях еще более разрушительны, чем на телеграфных. Телефонные компании перешли на симметричные схемы , что позволило снизить затухание и, следовательно, увеличить дальность связи.
Поскольку распределение электроэнергии стало более распространенным явлением, эта мера оказалась неадекватной. Два провода, натянутые по обе стороны от перекладин на опорах , разделяли трассу с линиями электропередачи . Через несколько лет растущее использование электричества снова привело к увеличению помех, поэтому инженеры разработали метод, называемый транспозицией проводов , чтобы нейтрализовать помехи.
При перестановке проводов провода меняют положение один раз через каждые несколько полюсов. Таким образом, оба провода будут получать одинаковые электромагнитные помехи от линий электропередачи. Это представляло собой раннюю реализацию скручивания со скоростью скручивания около четырех витков на километр или шести на милю . Такие открытые симметричные линии с периодическими транспозициями до сих пор сохранились в некоторых сельских районах.
Витая пара была изобретена Александром Грэмом Беллом в 1881 году. [4] К 1900 году вся американская телефонная сеть представляла собой либо витую пару, либо открытый провод с транспозицией для защиты от помех. Сегодня большая часть из миллионов километров витых пар в мире — это внешние стационарные линии связи, принадлежащие и обслуживаемые телефонными компаниями, которые используются для голосовой связи.
Кабели неэкранированной витой пары (UTP) встречаются во многих сетях Ethernet и телефонных системах. Для внутренних телефонных сетей UTP часто группируют в наборы по 25 пар в соответствии со стандартным 25-парным цветовым кодом, первоначально разработанным корпорацией AT&T . Типичный подмножество этих цветов (белый/синий, синий/белый, белый/оранжевый, оранжевый/белый) встречается в большинстве кабелей UTP. Кабели обычно изготавливаются из медных проводов калибра 22 или 24 American Wire Gauge (AWG) [5] с цветной изоляцией, обычно изготовленной из изолятора, такого как полиэтилен или FEP , и вся упаковка покрыта полиэтиленовой оболочкой.
Для городских наружных телефонных кабелей, содержащих сотни или тысячи пар, кабель разделяется на небольшие, но одинаковые жгуты. Каждый пучок состоит из витых пар с разной скоростью скрутки, поскольку пары, имеющие одинаковую скорость скрутки внутри кабеля, все равно могут испытывать некоторую степень перекрестных помех . Пучки, в свою очередь, скручиваются вместе, образуя кабель.
UTP также является наиболее распространенным кабелем, используемым в компьютерных сетях . Современный Ethernet , наиболее распространенный стандарт сетей передачи данных, может использовать кабели UTP, при этом рост скорости передачи данных требует вариантов кабеля UTP с более высокими характеристиками. Витая пара часто используется в сетях передачи данных для соединений короткой и средней длины из-за ее относительно более низкой стоимости по сравнению с оптическим волокном и коаксиальным кабелем .
Поскольку пропускная способность кабеля UTP улучшилась и стала соответствовать основной полосе телевизионных сигналов, UTP теперь используется в некоторых видеоприложениях , в первую очередь в камерах видеонаблюдения . [6] Поскольку UTP представляет собой симметричную линию передачи, для подключения к несбалансированному оборудованию, например любому оборудованию, использующему разъемы BNC и предназначенному для коаксиального кабеля, необходим балун .
Кабели витой пары могут иметь экранирование для предотвращения электромагнитных помех. Экранирование обеспечивает электропроводящий барьер для ослабления электромагнитных волн, внешних по отношению к экрану. Экран также обеспечивает путь проводимости, по которому индуцированные токи могут циркулировать и возвращаться к источнику через заземление. Такое экранирование может применяться к отдельным парам или к группе пар. Экранирование может быть фольгой или плетеной проволокой.
Когда экранирование применяется к набору пар, его обычно называют экранированием, но использование поставщиками и авторами таких слов, как экранирование , экранирование и STP (экранированная витая пара) , может варьироваться. [7] [8]
ISO/IEC 11801 :2002 (Приложение E) пытается стандартизировать на международном уровне различные обозначения экранирования для кабелей витой пары (TP), используя явную аббревиатуру, состоящую из двух частей в форме x/xTP , где первый x указывает на экранирование для всего кабеля. кабеля, а второй x указывает на экранирование отдельных пар или четверок, где каждый x может быть:
Экранированные кабели Cat 5e , Cat 6/6A и Cat 8/8.1 обычно имеют конструкцию F/UTP, а экранированные кабели Cat 7/7 A и Cat 8.2 используют конструкцию S/FTP. [9]
Поскольку экран является проводящим, он также может служить путем к земле. Экранированный фольгой кабель витой пары может иметь встроенный заземляющий провод, называемый заземляющим проводом , который обеспечивает электрический контакт с экраном. Заземляющий провод предназначен для удобного подключения к клеммам, которые обычно предназначены для подключения круглых проводов.
Общие типы конструкции щита включают:
Ранним примером экранированной витой пары был IBM STP-A, который представляет собой двухпарный кабель S/FTP сопротивлением 150 Ом, определенный в 1985 году спецификациями IBM Cabling System и используемый в сетях Token Ring или FDDI . [7] [10]
До того, как цифровая связь и Ethernet получили широкое распространение, международного стандарта для телефонных кабелей не существовало. Стандарты были установлены на национальном уровне. Например, в Великобритании Главное почтовое отделение указало кабели CW1293 и CW1308. CW1308 был аналогичен более раннему CW1293, но с улучшенным цветовым кодом. В CW1293 на сердечниках использовались в основном сплошные цвета, что затрудняло идентификацию пары, с которой они были скручены, без снятия большого количества оболочки. Для решения этой проблемы. CW1308 имеет узкие кольца парного цвета, напечатанные поверх основного цвета. Оба кабеля соответствуют стандарту кабеля категории 3. [11] [12]
До повсеместного использования полиэтилена и других пластмасс для изоляции телефонный кабель витой пары изолировался вощеной бумагой или ватой с нанесенным на медь восковым покрытием. Общая оболочка кабеля этого типа обычно была свинцовой. Этот тип кабеля начал использоваться в конце 19 века, вскоре после изобретения телефона. [13] Концевые соединения кабелей в распределительных коробках были герметизированы расплавленным воском или смолой во избежание проникновения влаги, которая могла бы серьезно ухудшить изоляционные свойства бумажной изоляции. [14] Однако такие уплотнения затрудняли дальнейшее обслуживание и внесение изменений. Эти кабели больше не производятся, но все еще иногда встречаются в старых зданиях и на различных внешних территориях, обычно в сельских деревнях.
Нагруженная витая пара намеренно добавляла индуктивность , что раньше было обычной практикой на телекоммуникационных линиях. Добавленные индукторы известны как нагрузочные катушки и уменьшают затухание на частотах голосового диапазона , но увеличивают его на более высоких частотах. Нагрузочные катушки уменьшают искажения в голосовом диапазоне на очень длинных линиях. [19] В этом контексте линия без нагрузочных катушек называется ненагруженной линией.
Склеенная витая пара — это вариант конструкции, при котором два провода каждой пары скреплены между собой на всю длину кабеля. Впервые разработанный компанией Belden , он предназначен для обеспечения согласованности конфигурации во время и после установки. Одним из ключевых преимуществ является то, что помехоустойчивость кабеля может быть сохранена, несмотря на потенциально грубое обращение. [20] Повышенные характеристики могут оказаться ненужными, а соединение снижает гибкость кабеля и делает его склонным к поломке в случае сгибания. [21]
Витой ленточный кабель — это вариант стандартного ленточного кабеля , в котором соседние пары проводников соединены и скручены вместе. Затем витые пары слегка скрепляются друг с другом в виде ленты. Периодически вдоль ленты появляются короткие участки без перекручивания, к которым можно подключить разъемы, используя обычные методы IDC для ленточного кабеля . [22]
В кабеле со сплошным сердечником на каждый проводник используется один сплошной провод, а в четырехпарном кабеле всего восемь сплошных проводов. [16] В многожильном кабеле используется несколько проводов, намотанных друг на друга в каждом проводнике, а в четырехпарном кабеле с семью жилами на провод всего будет 56 проводов (2 на пару × 4 пары × 7 жил). [16]
Одножильный кабель предназначен для стационарной прокладки ( постоянная связь ). Он менее гибок, чем многожильный кабель, и более склонен к поломке при многократном сгибании из-за деформационного упрочнения . Многожильный кабель используется в патч-панелях и для подключения настенных портов к конечным устройствам ( патч-корд или ответвительный кабель), поскольку он устойчив к растрескиванию проводников.
Разъемы для одножильных проводов устроены иначе, чем для многожильных. Использование разъема с неправильным типом кабеля может привести к ненадежному подключению. Вилки, предназначенные для одножильных и многожильных жил, легко доступны, а некоторые поставщики даже предлагают вилки, предназначенные для использования с обоими типами. Зажимные блоки на патч-панелях и настенных разъемах предназначены для использования с одножильным кабелем. Они работают по методу смещения изоляции , при котором устройство протыкает стороны изоляции и «вгрызается» в медный проводник, образуя соединение. Панчдаун-блоки используются в качестве патч-панелей или коммутационных коробок для витой пары.
Витая пара имеет следующие полезные свойства: [23]
Витая пара имеет следующие ограничения:
СМИ, связанные с кабелями витой пары, на Викискладе?