Застосування кабелю для передачі сигналів залежить від його електричних характеристик. А вони, в свою чергу, визначаються параметрами передачі і параметрами впливу. Параметри передачі характеризують процес поширення електромагнітної енергії по симетричній парі, а параметри впливу - перехід електромагнітної енергії з одного симетричною пари на іншу і захищеність ланцюгів від взаємних і зовнішніх перешкод.
ПАРАМЕТРИ ПЕРЕДАЧІ
Суть параметрів передачі стане зрозуміліше, якщо розглянути еквівалентну електричну схему симетричною пари для однорідної кабельної лінії (будівельної довжини). Звичайно, ця схема сильно спрощена. По-перше, вона асиметрична. По-друге, має зосереджені елементи, в той час як реальна симетрична пара представляє собою ланцюг з розподіленими параметрами. Але оскільки довжини хвиль в спектрі переданого по кабельній лінії сигналу багато більше її фізичних розмірів, вона з малою похибкою може вважатися ланцюгом з зосередженими параметрами.
Двухпроводная лінія має опір R, індуктивністю L, ємністю C і провідність ізоляції G (провідність ізоляції - величина, зворотна опору ізоляції). Це первинні параметри передачі, їх величина обумовлена конструкцією кабелю і частотою сигналу, що передається. Так, опір постійному струму залежить від температури, матеріалу, перерізу і довжини проводу, а опір змінному струмі - ще й від частоти, зростаючи зі збільшенням останньої. Дане явище відомо під назвою поверхневого ефекту: чим вище частота струму, тим в більшій мірі він витісняється на поверхню провідника, що еквівалентно зменшенню поперечного перерізу проводу, оскільки його внутрішня область і не задіюється.
Зростання пропускної здатності відбився і на локальних обчислювальних мережах - повсюдне впровадження структурованих кабельних систем (СКС) супроводжується одночасним підвищенням швидкостей передачі (див. Також кабельні тестери для сертифікації СКС ). Якщо перші симетричні кабелі СКС (Категорія 3, або Клас C) забезпечували передачу сигналу на частотах до 16 МГц, то сьогодні широко застосовуються кабелі, у яких ця межа зрушилася до 250 МГц (Категорія 6, або Клас E), а розробляються кабелі мають діапазон робочих частот до 1,2 ГГц (Категорія 8). За два десятиліття симетричні кабелі СКС стали настільки відрізнятися від традиційних абонентських (до 20 кГц, Категорія 2, або Клас B), що коло тестованих параметрів для сертифікації кабелів і каналів СКС довелося кілька разів змінювати.
Нижче коротко розглядаються найважливіші традиційні і нові параметри скрученої пари.
Первинні параметри симетричною пари є вихідними для розрахунку вторинних параметрів передачі (коефіцієнта загасання a, коефіцієнта фази b і хвильового опору Zc).
Коефіцієнт загасання a характеризує ослаблення сигналу на виході симетричною пари довжиною 1 км, навантаженої на її хвильовий опір. Він вимірюється в дБ / км і збільшується з ростом частоти. Коефіцієнт фази b характеризує фазовий зсув сигналу певної частоти при розповсюдженні його по кабелю. Як і коефіцієнт загасання a, він нормований щодо довжини 1 км, а вимірюється в рад / км.
Хвильовий, або характеристичне, опір лінії
Zc = [(R + jwL) / (G + jwC)]
також є функцією первинних параметрів лінії.
При w = 0 (w = 2πf) характеристичний опір Zc = (R / G). А на досить високих частотах, де справедливі співвідношення wL >> R і wC >> G, Zc = (L / C), стає постійною величиною, що не залежить від частоти. Оскільки R / G >> L / C, то модуль Zc - монотонно спадна функція від (R / G) при w = 0 до (L / C) на високих частотах.
Загасання (Attenuation) - найважливіший параметр симетричною пари (лінії) або каналу, від якого безпосередньо залежить якість передачі сигналу. Занадто сильне загасання на лінії (в каналі) призводить до різкого збільшення помилок в переданому сигналі. При цьому виникає необхідність його повторної передачі, що знижує пропускну здатність лінії зв'язку.
Зазвичай загасання сигналу а - відношення потужностей або амплітуд напруги сигналу на початку лінії і точки вимірювання - висловлюють в децибелах:
а = 10 lg (P0 / Px),
де P0 і Px - потужності сигналу на початку лінії і довільній точці X, відповідно. Якщо, наприклад, Px = 0,1 P0, то а = 10 дБ.
Будь-яка двухпроводная лінія зв'язку є фільтр нижніх частот. Тому загасання лінії зв'язку є зростаючою функцією частоти.
Загасання лінії збільшується також з температурою, що слід враховувати при проектуванні. Особливо чутливі до зміни загасання цифрові системи зв'язку: при збільшенні загасання лінії всього на 1 дБ коефіцієнт помилок цифрового сигналу може зрости на один-два порядки.
Слід зазначити, що термін Attenuation відноситься до так званого власним загасання, яке характерно для однорідної лінії. Такий лінією є будівельна довжина кабелю з однаковими конструктивними і електричними параметрами на всій її довжині. Будь-яка реальна лінія зв'язку (наприклад, абонентська або сполучна) - це сукупність безлічі послідовно включених будівельних довжин кабелю, при цьому у них можуть бути відмінні конструктивні і електричні параметри. Тому на практиці лінія зв'язку неоднорідна, а основні неоднорідності зосереджені в стиках будівельних довжин кабелів або викликані дефектами кабелів через відхилення в процесі їх виробництва, монтажу та експлуатації.
У теорії електричного зв'язку загасання такої лінії називають внесеним загасанням Insertion Loss (IL). На відміну від власного загасання, внесене згасання не пов'язане жорсткої залежністю з її довжиною. Ступінь зв'язку визначається ступенем однорідності конкретної лінії.
Будь-яка лінія зв'язку вносить затримку сигналу. Сигнал буде переданий без спотворень, якщо час затримки однаково у всьому робочому діапазоні частот.
Спотворення часу затримки в лінії можуть виникати внаслідок різких змін її вхідного опору в місцях стику або надмірного вигину кабелю, через що з'являються відбиті сигнали. Ці ефекти особливо помітні на високих частотах, де вони можуть бути викликані відсутністю скручування пари в місці установки з'єднувача. Тому такі з'єднувачі не використовуються в СКС, починаючи з Категорії 5. Всі суворіше стають і вимоги до однорідності характеристик кабелю по всій його довжині, відповідності імпедансу кручених пар кабелю і з'єднувачів, способам укладання і кріплення, а також до якості монтажу кабельних закінчень.
У разі використання технологій xDSL на абонентських лініях телефонної мережі неоднорідності складових їх кабелів також грають негативну роль. Крім згаданих вище видів неоднорідностей вони можуть бути обумовлені паралельними відводами, наявність яких пояснюється тим, що при відмові абонента від користування телефонними послугами відповідна абонентська пара розподільного кабелю не завжди відключається.
Поряд з спотвореннями часу затримки дуже істотний вплив на якість передачі сигналу надає сама величина часу затримки (Propagation Delay). Вона критично важлива, наприклад, при одночасній передачі сигналів в одному напрямку по декількох паралельних парам одного кабелю. Такий спосіб передачі (його називають ще інверсним мультиплексированием) використовується, зокрема, при просторовому розділенні сигналів, коли високошвидкісний сигнал передається паралельно з кількох симетричним парам. Слід врахувати, що великий розкид часу затримки (Propagation Delay Skew) пар кабелю може порушити правильний порядок відновлення вихідного високошвидкісного сигналу на прийомі.
Ступінь неоднорідності лінії зв'язку оцінюється за допомогою параметра Return Loss (RL), який перекладається найчастіше як «поворотні втрати». Мабуть, правильніше називати цей параметр загасанням відображення або загасанням неузгодженості, оскільки він являє собою логарифмічну міру коефіцієнта відображення в місці стику двох відрізків кабелю:
RL = 20 lg (1 / | p |) дБ,
де | p | - модуль коефіцієнта відбиття, причому
| P | = | (Z1 - z2) / (z1 + z2) |,
де z1 і z2 - вхідні опори відрізків кабелю 1 і 2 в місці стику.
Всі системи зв'язку (і, в першу чергу, цифрові) чутливі до шумів зовнішніх джерел (люмінесцентних ламп, мікрохвильових печей, офісного обладнання та ін.), Особливо якщо скручена пара має недостатню симетрію - в цьому випадку вона стає приймальні антеною, легко сприймає зовнішні перешкоди. Якщо перешкоди надмірні, а їх джерело не вдається локалізувати, то використовують екрановані кабелі або волоконно-оптичні кабелі.