Простое объяснение почему витая пара скручена

Почему витая пара скручена

Так почему кабели передачи данных скручены, а кабели питания - нет? Все дело в пропускной способности. Сигналы питания имеют такие низкие частоты, что позволяет им «не беспокоиться» о пропускной способности.

Высокочастотный сигнал, который используется для передачи данных, генерирует магнитное поле, которое может вызвать сигнал на соседнем проводе. Эти индуцированные сигналы называются «перекрестными помехами». К примеру, на старых аналоговых телефонных линиях часто можно слышать другие разговоры на фоне вашего вызова. Эти сигналы и возникают в результате этих индуцированных сигналов.

Представим, что компьютер передает в линию какой-то сигнал. Электромагнитное поле, которое образуется вокруг проводников (Tx) Tx Transmit Data (Отправляемые/Передаваемые данные).
Для лучшего запоминания - T - оТправка. , приводит к возникновению паразитных сигналов в соседних парах, в том числе и на паре (Rx) Rx Receive Data (Принимаемые данные).
Для лучшего запоминания - R - пРием. , по которой компьютер осуществляет прием сигналов.

Исходя из правил, по которым функционирует Ethernet, передача и прием осуществляется последовательно, а не одновременно. Соответственно, как только компьютер начинает передачу сигнала, он «слышит» сигнал на паре приема и останавливается. Таким образом, передача информации невозможна.

На самом деле, индуцированный в паре приема сигнал во много раз слабее, чем оригинал, что делает это меньшей проблемой. Однако приемная электроника должна быть очень чувствительной. Это связано с тем, что высокочастотные сигналы сильно ослабляют по всей длине кабеля. Например, спецификация IEEE 802.3 Список стандартов группы IEEE 802 подгруппы 802.3, являющихся основой семейства технологий пакетной передачи данных Ethernet. для 1000BASE-T Gigabit Ethernet: 1 Гбит/с (125 Мбайт/с) по витой паре 5-й категории допускает максимальные потери 24 дБ, что приводит к уменьшению сигнала до  6% от его первоначальной силы при его отправлении от передатчика с дальнего конца к порту Ethernet вашего компьютера. Таким образом, для успешной передачи информации, наведенный сигнал должен быть намного слабее оригинала. По мере удаления от интерфейса передающего компьютера сигнал затухает, что приводит и к уменьшению наводок на соседние пары. В результате делаем вывод, что наибольшие наводки возникают на передающей стороне. Параметр, который описывает это влияние называется перекрестные помехи на ближнем конце (Near End Crosstalk) или NEXT.

Три способа решить проблему

У инженеров есть ряд хитростей, чтобы справиться с NEXT. Во-первых, сигналы данных кодируются перед передачей по кабелю таким образом, что каждому положительному импульсу на проводнике соответствует соответствующий отрицательный импульс на другом проводнике в паре. Это означает, что провода генерируют равные, но противоположные магнитные поля, которые компенсируют друг друга и не должны создавать перекрестных помех. Однако, если провода в кабеле просто идут параллельно друг другу (если бы витая пары была не витая), то каждый из проводников будет находиться на разном расстоянии от проводников, по которым идет передача сигналов. В результате, магнитное поле будет чуть больше для одного провода, чем для другого и в каждом из них будет наводиться сигнал разного уровня. Чтобы компенсировать такое влияние придумали вторую хитрость - скручивание пар кабеля (именно поэтому витая пара и называется витой). Таким образом, расстояние между проводами разных пар изменяется вдоль длины трассы, иногда ближе к положительному проводу, а иногда ближе к отрицательному. Это имеет тенденцию сводить на нет эффект, уменьшающий перекрестные помехи еще больше. Но если все пары скручиваются с одинаковым шагом, возможно, что они сохранят одинаковое расстояние на протяжении всего цикла, что приведет к увеличению перекрестных помех. Вот тут-то и возникает третий трюк - пары скручиваются с разным шагом, поэтому они не останутся одинаково разнесенными к одному и тому же проводнику на протяжении всего цикла. 

Разный шаг скручивания витой пары является причиной того, что мы видим разные длины для каждой пары при измерении длины каждой из них с помощью кабельного тестера. Если бы мы раскрутили их и растянули их плоско, то те, у которых шаг скрутки меньше, были бы немного длиннее. Длина может отличаться на 5% и более - предел TIA Стандарт, который описывает построение телекоммуникационных структурированных кабельных систем в зданиях для длины кабеля основан на самой короткой паре.

Несмотря на то, что в модульном (RJ-45) соединителе проводники расположены параллельно только на коротком расстоянии, в этом месте наблюдаются наибольшие помехи. И чем больше длина раскрученных проводников, тем сильнее переходные помехи в этом месте. В ряде случаев, нарушение технологии монтажа соединителя приводит к тому, что вся линия не проходит сертификацию.

Кабели витой пары более продвинутой конструкции имеют лучшие характеристики NEXT благодаря использованию экранов в кабеле, более тщательному контролю скорости скручивания и соединению пар вместе. А новые технологии, такие как 10GBASE-T 10 Gigabit Ethernet: 10 Гбит/с (1,25 Гбайт/с) по витой паре 6-й или 7-й категории и PoE Power over Ethernet - технология, позволяющая передавать удалённому устройству электрическую энергию вместе с данными через стандартную витую пару в сети Ethernet. , требуют сведения к минимуму перекрестных помех. Вместе с тем перекрестные помехи все еще являются одним из наиболее важных проблем с точки зрения влияния на скорость передачи информации.

В ходе монтажа и эксплуатации витой пары, монтажниками часто допускаются ошибки, приводящие к повышению уровня переходных наводок и шумов. К счастью, современные  измерительные приборы способны диагностировать такие повреждения. К таким приборам относятся Greenlee Sidekick Plus, Elektronika ELQ2+ , Elektronika ELQ 30 , Elektronika ELQ 30A+, а также приборы для сертификации СКС.

Некоторые приборы позволяют не только проанализировать уровень переходных помех и наведенных шумов, но и локализовать повреждение витой пары мостовым или рефлектометрическим способом.

Вывод

Надеемся, теперь вам стало понятнее, как работает витая пара, зачем у нее скручены проводники друг с другом и пары проводников также скручены. Вся эта физика витой пары направлена на то, чтобы снизить уровень помех и повысить скорость передачи данных.


Назад в раздел