Баланс и наводки
Чтобы понять природу наводок, следует обратиться к основам передачи электромагнитных сигналов.
В симметричных кабелях существуют два типа электромагнитных волн, различающихся по методу распространения — продольными и поперечными модами. Ток, протекающий по цепи, создает продольные моды. Это хорошо известный из школьного курса физики способ распространения несимметричных сигналов. Продольные моды создают излучение во внешнюю среду, электромагнитные поля наводят ток в проводниках.
Способ передачи поперечными модами подробно изложен в классической теории. Проводники в паре передают сигналы в противофазе. В идеальном прямом и бесконечно длинном кабеле электромагнитные поля, вызванные движущимися зарядами в каждом проводнике, взаимно исключают друг друга. Суммарное излучение равно нулю. Подобным образом взаимно исключаются наводки.
Дифференциальные сигналы определяют характеристики передачи пары. Идеально сбалансированный сигнал не дает излучений и не подвержен влиянию наводок. Для сравнения можно отметить, что электромагнитная энергия распространяется в непроводящей среде также поперечными модами. Сигнал определенной мощности попадает в приемник, при этом электрический ток между передатчиком и приемником отсутствует.
Баланс симметричных систем не идеален, поэтому в них возникают продольные моды, ухудшающие качество принимаемого сигнала. Источник генерирует не идеально идентичные сигналы, витые пары и приемник не абсолютно симметричны. Расплетение пар для монтажа разъемов, неоднородности шага скрутки пар, любой поворот кабеля или чрезмерная затяжка жгутов ухудшают баланс. Асимметрия приводит к появлению тока, протекающего по проводникам и создающего электромагнитное поле. Таким образом возникают наводки.
Дисбаланс в кабельной системе обозначает, что электромагнитные поля и наводки со стороны других систем также создают нежелательные токи. Таким образом, продольные моды определяют электромагнитную совместимость и наличие наводок в кабельной системе. Следует отметить, что уровень продольных сигналов зависит от кабеля, передатчика и приемника, и таким образом, электромагнитная совместимость является системным эффектом.
Баланс симметричных электропроводных и механических систем имеет аналогию. Плохо сбалансированное колесо не создает неудобств при скорости 10 км/час. При 100 км/час оно вызывает вибрации, при большей скорости может разрушиться. Точно так же баланс симметричной кабельной системы может быть приемлемым в полосе частот 10 Мгц и недопустимо плохим при достижении 100 Мгц.
Стандартный канал категории 5 имеет худшие параметры, чем того требуют протоколы класса D. Наибольшую роль в ограничении возможностей среды передачи играют именно разъемы. Подавляющее большинство битовых ошибок стандартного канала происходит в разъемах. Приведенный ниже материал показывает в какой степени конструкция разъемов позволяет повысить качество систем и что это дает пользователям.
Коэффициент ошибок
Для оценки качества сигнала, передаваемого по двум парам в противоположных направлениях (одна пара — передача, другая — прием) достаточно измерить затухание и наводки. Отношение этих величин характеризует превышение сигнала над уровнем шумов без учета внешних помех. Параметры СКС представляют в логарифмической шкале, в которой вычитание равно делению десятичных величин.
Применение современных протоколов передачи данных требует использования высоких частот. В настоящее время международные и национальные стандарты определяют параметры передачи сигналов по кабелям категорий 3 — 7 и линиям / каналам классов А — F. Полоса частот приложений класса D составляет 80 — 155 МГц.
Параметр сигнал / шум ограничивает длину канала и скорость передачи данных. Длина электропроводного канала, используемого для информационных приложений соответствующего класса, не должна превышать 100 метров. Скорость передачи данных зависит от метода преобразования цифрового сигнала в аналоговый и частотного диапазона среды передачи. Верхняя часть спектра сигналов, обеспечивающая качество работы современных протоколов — Gigabit Ethernet, Fast Ethernet, ATM 155 и других, имеет наихудшие параметры сигнал / шум.
Наводки обозначают как NEXT (Near End Crosstalk) Точнее это наводки двунаправленной передачи. Они возникают на обоих концах кабеля. Данный параметр характеризует отношение сигнала на выходе из передатчика одной пары к наведенному сигналу на входе в приемник другой пары. Наводки уменьшают путем скрутки пар кабеля с разным шагом.
Затухание сигнала возрастает с ростом частоты сотни, а наводки — в тысячи раз. Наводки наряду с ослаблением сигнала приводят к увеличению коэффициента ошибок. Это проявляется в сбоях протоколов и сети в целом.
Графики 1 и 2. Параметры базовой линии и канала категории 5 и коэффициент ошибок
| Параметры базовой линии (БЛ) и канала категории 5 | Зависимость
|
 |
 |
Att — затухание, ACR отношение затухания и
наводок (эквивалент сигнал / шум без учета
внешний помех и возвратных потерь),
NEXT — перекрестные наводки, БЛ — базовая линия,
BER — коэффициент ошибок
Как показано на графике слева, параметры разъемов лучше, чем у кабелей. Однако при монтаже разъемов на кабель уровень наводок базовой линии оказывается в несколько раз больше, чем у кабеля. Наихудшее качество сигналов отмечается на максимальных частотах. Отношение затухания и наводок (ACR) базовой линии категории 5 на частоте 100 Мгц должен быть не менее 8 дБ, канала - 3,1 дБ.
График справа показывает зависимость
коэффициента ошибок (BER — Bit Error Rate) от чистоты
сигнала (ACR). Чтобы коэффициент ошибок
составил
Для протокола 100 Base TX Fast Ethernet
максимальная частота эффективной полосы
составляет 80 МГц. Как видно из графиков,
стандартный канал гарантирует на этой частоте
около 10 дБ, что соответствует коэффициенту
ошибок
Автор: Воловодов А.А., ООО «Эколан Тек».