Волоконо оптический кабель
Обозначения российских коаксиальных кабелей
Согласно: ГОСТ 11326.0-78 марки кабелей должны состоять из букв, означающих тип кабеля и трех чисел, разделенных дефисами. Первое число означает значение номинального волнового сопротивления, второе число означает значение номинального диаметра по изоляции округлённого до ближайшего меньшего целого числа для диаметров более 2 мм (за исключением диаметра 2.95 мм который должен быть округлён до 3 мм и диаметра 3.7 мм который округлять не следует) и третие число это двух или трехзначное число в котором первая цифра означает группу изоляции и категорию тепло стойкости кабеля, а последующие цифры означают порядковый номер разработки, кабели соответствующей тепло стойкости присвоено следующее цифровое обозначение:
1. единица это обычая тепло стойкость со сплошной изоляцией,
2. двойка повышенная тепло стойкость со сплошной изоляцией,
3. тройка обычной тепло стойкости с поло воздушной изоляцией,
4. четверка повышенной тепло стойкости с полу воздушной изоляцией
5. пятерка обычная тепло стойкости с воздушной изоляцией,
6. шестерка повышенная тепло стойкость с воздушной изоляцией и
7. семерка высокой тепло стойкостью
К марке кабелей повышенной однородности или повышенной стабильности параметров в конце через тире добавляют букву «С», наличие буква А(абонентский) в конце названия обозначает пониженное качество кабеля, то есть отсутствие части проводников, составляющих экран. Пример условного обозначения радио частотного коаксиального кабеля с номинальным волновым сопротивлением 50 Ом, со сплошной изоляцией обычной тепло стойкости номинальным диаметром 4.6 мм и номером разработки один: РК 50-4-11 ГОСТ(ТУ)*…
Категории коаксиального кабеля
Наиболее распространены следующие:
1. RH-11, RG-8-толстый коаксиальный кабель сопротивлением 75 и 50 Ом
2. RG-58-тонкий коаксиальный кабель сопротивлением 50 Ом, бывает трех видов:
А) RG-58/U центральный проводник
B) RG-58A/U много жильный центральный проводник
С) RG-58C/U военный кабель
3. RG-59 75 Ом аналогом является российский кабель РК-75-X-X
4. RG-6 также является аналогом российского кабеля РК-75-X-X и имеет несколько модификаций характеризующих его тип и материал исполнения также является телевизионным кабелем сопротивлением 75 Ом.
Тонкий коаксиальный кабель был наиболее распространенным кабелем для построения локальных сетей его диаметр примерно 6 мм, и значительная гибкость позволяли ем быть проложенным практически в любых местах кабели соединялись между собой из сетевой карты компьютера при помощи Т-коннектора, между собой кабели могли соединяться с помощью L-коннектора, на обоих концах сегмента кабеля устанавливались специальные заглушки (терминаторы) данный кабель поддерживал передачу данных до 10 мегабит в секунду на расстояние до 175 метров.
Толстый коаксиальный кабель имел диаметр 12 мм и более тонкий центральный проводник, кабель плохо гнулся. За счет более толстого проводника передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 метров со скорость 10 мегабит в секунду, однако сложность и дороговизна установки не дали этому кабелю такого широкого распространения как RG-58 (тонкий коаксиал).
Витая пара
Витая пара – вид кабеля связи представляющих собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (Электра магнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары) и последующего уменьшения электра магнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче сигналов по разным парам. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар в современных кабелях типа витая пара пары свиваются с различным шагом). Витая пара – один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в теле коммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи данных во многих технологиях. В настоящее время благодаря низкой стоимости и легкости монтажа является самым распространённым решением для построения компьютерных локальных сетей.
Виды витой пары применяемой в сетях:
1. Вопросы защиты кабеля – в защите нуждаются как сигналы, передаваемые по кабелю так и элементы конструкции кабеля, защитные элементы в зависимости от назначения делятся на
А) химическую защиту – защита кабеля от внешних воздействий (почва, вода, газы, солнечный свет),
Б) механическая защита – защита от механических повреждений,
В) экранирование – защита сигнала от помех (от внешних и внутренних электра магнитных наводок).
Защитные элементы продлевают срок службы кабеля. Для механической защиты провода используют особо прочную оболочку и оплетку из медной проволки. Например, оболочка из черного полиэтилена защищает кабель от солнечного света. Для химической защиты кабеля используют фольгу или полиэтилен, алюминиевая фольга или алюминизированя пленка защищают медные проводники от кислорода воздуха. Алюминиевая фольга и медная оплетка также используются для экранирования кабеля и отдельных пар для дополнительной защиты от электра магнитных помех.
2. По числу проводов (числу жил) провода разделяют на:
А) Одножильные (одно проволочные) провода, состоящие из одной медной проволки (одной жилы).
Б) Много жильные – провода из нескольких жил.
Одно проволочный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой периферией, то есть его как правило применяют для прокладки в коробах, стенах и т.д с последующим терминированием розетка, связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются, однако для подключения к разъёмам панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.
Много проволочный кабель плохо переносит врезание в разъёмы панелей розеток так как тонкие жил разрезаются, но замечательно ведет себя при изгибах и скручивании, кроме того много жильный провод обладает большим затуханием сигнала, поэтому много жильный провод используется в основном для связи оборудования с розетками. Для защиты от электрических помех при использовании высоко частотных сигналов в кабелях типа витая пара используется экранирование. Экранирование – применяется как к отдельным витым парам, которые оборачиваются в алюминиевую фольгу (металлизируемую алюминием полиэтиленовую ленту) так и к кабелю в целом в виде общего экрана из фольги или оплетки из медной проволки. Экран также может быть соединен с не изолированным дренажным проводом, который служит для заземления и механически поддерживает экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля. Согласно между народного стандарта ISO/IEC 11801 для обозначения конструкции экранированного кабеля используется комбинация из трех букв:
U – не экранирован
S – металлическая оплетка (общий экран)
M – металлизированная лента (алюминиевая фольга).
Из этих букв формируется аббревиатура типа хх/хTP обозначающая тип общего экрана. Распространены следующие типы экрана:
· Не экранированный кабель U/UTP экранирование отсутствует
· U/FTP индивидуальный экран – экранирование фольгой каждых отдельный пар защищает от внешних помех и от перекрестных помех между парами
· Общий экран F/UTP, S/UTP, SF/UTP – общий экран из фольги из оплетки или из фольги с оплёткой кабель защищает от внешних электра магнитных помех
· Индивидуальный и общий экран F/FTP, S/FTP, SF/FTP индивидуальные экраны из фольги для каждой витой пары + общий экран из фольги, оплетки или фольги с оплеткой защищает от перекрестных помех.
Экранированные кабели категорий 5е-6 и 8/8.1 чаще всего используют конструкцию F/UTP, а кабели категории 7 и 8.2 используют конструкцию S/FTP
Конструкция кабеля типа витая пара
Кабель типа витая пара состоит из нескольких пар витых проводов проводники в парах изготовлены из сплошной медной проволки толщиной 0.4-0.6 мм либо из множества более тонки проводников. Кроме метрической применяется американская система AWG в которой толщина проволки составляет 22-26 AWG. В стандартных четырех парных кабелях в основном используются проводники диаметром 0.51 мм или 24 AWG, толщина изоляции проводника около 2.2 мм внутри кабеля иногда встречается капроновая разрывная нить которая используется для облегчения разделки внешней оболочки. При вытягивании она делает на оболочки продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику гарантировано не повреждая изоляцию проводников, внешняя оболочка четырех парных кабелей имеет толщину 0.5-0.9 мм и обычно изготавливается из поливинилхлорида с добавлением мела который повышает хрупкость. Это не обходимо для точного облома кабеля по месту надреза лезвием инструмента кабели, не поддерживающие горение и не выделяющие дым разрешается прокладывать и использовать в закрытых областях где могут проходить воздушные потоки системы вентиляции и кондиционирования.
Самый распространённый цвет оболочки кабеля серый. У внешних кабелей внешняя оболочка черного цвета. Оранжевая краска указывает как правило на не горючий материал оболочки.
Категории кабеля
Существует несколько категорий кабеля, витая пара которые номеруются от 1 до 8 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов, и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории не экранированной витой пары описываются в стандартах:
· EIA/TIA 568 американский стандарт проводки в коммерческих зданиях
· ISO 11801 международный стандарт
· ГОСТ Р 53246-2008
· ГОСТ Р 53245-2008
1)Полоса пропускания 0.1 МГц применение в телефонных и старых модемных линиях, содержит одну пару проводников и в стандарте ISO не описан. В России применялся кабель вообще без скрутки (лапша) характеристики не хуже, но больше влияние помех. В США использовался только в скрученном виде. Кабель применялся только для передачи голоса или данных при помощи модема и не подходит для современных систем.
2) Полоса 1 МГц представляет собой две пары проводов. Устаревший вид кабеля, также не описанный в стандарте EIA/TIA. Поддерживал передачу данных до 4 мега бит в секунду и не подходит для современных систем, но иногда встречается в телефонных сетях.
3) Полоса пропускания 16 МГц применялся в технологиях 10Base-T и 100 Base-T4. Четырех парный кабель использующейся при построении телефонных и локальных сетей поддерживающий скорость передачи данных 10 Мегабит в секунду и 100 Мегабит в секунду на расстоянии не дальше ста метров. В настоящие время используется в основном в телефонных сетях.
4) Полоса пропускания 20 МГц кабель состоит из четырёх скрученных пар использовался в сетях Token Ring и те же 10 Base-T и 100 Base-T4 скорость передачи не превышает 16 Мегабит в секунду на каждую пару.
5) Полоса пропускания 100 МГц применяется в технологиях FAST Ethernet и Gigabit Ethernet это четырёх парный кабель использующейся при построении локальных сетей и прокладки телефонных линий. Поддерживает скорость до 100 Мегабит в секунду при использовании двух пар проводов и до 1000 Мегабит в секунду при использовании четырёх пар. Категория 5e. Четырех парный кабель являющейся усовершенствованной версией кабеля 5 категории. Кабель категории 5e в настоящие время является самым распространенным кабелем и используется для построения компьютерных сетей, иногда встречается двух парный кабель категории 5e. Преимущества данного кабеля в белее низкой себе стоимости и меньшей толщине.
6) Полоса пропускания в 250 МГц применяется в технологии 10 Gigabit Ethernet. Это не экранированный кабель UTP состоящий из 4 пар проводников и способный передавать данные на скорости до 10 Гигабит в секунду на расстояние до 255 метров, добавлен в стандарт в июне 2002 года.
6а) полоса пропускания 500 МГц стандарт 10 Gigabit Ethernet состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гигабит в секунду на расстоянии до 100 метров. Добавлен в стандарт в 2008 году. Кабели этой категории имеют либо общий экран F/UTP, либо экраны вокруг каждой пары U/FTP.
7) Полоса пропускания 600 МГц те же 10 Gigabit Ethernet спецификация на этот кабель утверждена только в ISO 11801 скорость передачи данных до 10 Гигабит в секунду кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары F/FTP или S/FTP.
7а) Полоса пропускания 1000 МГЦ скорость передачи данных до 10 Гигабит в секунду общий экран и экраны вокруг каждой пары F/FTP и S/FTP
8/8.1) Полоса пропускания 1600 МГц – 2000 МГц категория 100 Gigabit Ethernet данный кабель находится в разработки и полностью совместим с кабелем категории 6а, скорость до 40 Гигабит в секунду. Кабель этой категории имеет или общий экран, или экраны вокруг каждой пары F/UTP либо U/FTP
8.2) Кабель находится в разработки и полностью совместим с кабелем 7а. Скорость до 40 Гигабит в секунду. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары F/FTP и S/FTP
Каждая отдельная витая пара входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных должны иметь волновое сопротивление 100+- 15 Ом в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет не возможной. Причиной проблем с передачей данных может быть не только не качественный кабель, но также наличие скруток в кабели и использование розеток более низкой категории чем кабель.
Волоконо оптический кабель
Оптическое волокно – нить из оптически прозрачного материала (стекло или пластик) используемая для переноса света в нутре себя по средствам полного внутреннего отражения. Кабели на этой основе используются волокно оптической связи, позволяющей передавать информацию на большие расстояния с более высокой скоростью передачи данных чем в электронных средствах связи. Стеклянные оптические волокна делаются из кварцевого стекла, но для дальнего диапазона могут использоваться другие материалы. В настоящие время развивается применение пластиковых оптических волокон.
Имеет круглое сечение и состоит из 2 частей, сердцевина и оболочка. Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины несколько выше показателя преломления оболочки.
Сердцевина изготавливается из чистого материала (Стекла или пластика) и имеет диаметр 9 мкм для одно модового волокна и 50 или 62.5 мкм для много модового волокна. Оболочка имеет диаметр 125 мкм и состоит из материала с добавками изменяющего показатель преломления. Луч света направленный в сердцевину будет постоянно отражаясь от оболочки распространяться по сердцевине. Оптические волокна могут быть одно модовые и много модовые благодаря малому диаметру сердцевины одно модовых волокон оптическое излучение распространяется по волокну в одной фундаментальной моде и как результат отсутствует меж модовая дисперсия. Основным типом меж модовых волокон является одно модовая ступенчатое волокно с несмещенной дисперсией SMF.
Много модовые волокна отличаются от одно модовых диаметром сердцевины. Из-за большого диаметра сердцевины по много модовому волокну распространяется несколько модов излучения (Мода – луч света) каждая под своим углом. Делятся на ступенчатые и градиентные.
Применяется в магистральных сетях.
Цифровая модуляция
При цифровом кодировании дискретной информации применятся потенциальные и импульсные коды. В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используется только значения потенциала сигнала, а его перепады формирующие законченные импульсы во внимание не принимаются. Импульсные коды позволяют представить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса – перепадом потенциала определенного направления. При использовании определенных импульсов для передачи дискретной информации не обходимо выбрать такой способ кодирования, который одновременно достигал бы нескольких целей.
· Имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала – более узкий сектор сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных
· Обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приёмником – в сетях применяются самосинхронизирующиеся коды сигналы которых несут для передатчика указания о том в какой момент времени нужно осуществлять распознавание очередного вида.
· Обладал способностью распознавать ошибки – распознавание и коррекция искаженных данных осуществляется протоколами канального сетевого транспортного или прикладного уровней.
· Способ кодирования обладал низкой стоимостью реализации.
Требования предъявляемые к методам кодирования противоречивые поэтому каждый из рассмотренных далее методов цифрового кодирования обладает своими преимуществами и недостатками по сравнению с другими.
На рисунки « а » показан метод потенциального кодирования называемый кодированием без возращения к нулю (NRZ). При передаче последовательности единиц сигнал не возвращается к нулю в течении такта. Метод прост в реализации обладает хорошей распознаваемостью ошибок из-за двух резко отличающихся потенциалов, но не обладает свойством само синхронизации. При передачи длиной последовательности единиц и нулей сигнал на линии не изменяется поэтому приемник лишен возможности определять по входному сигналу моменты времени, когда нужно в очередной раз считывать данные, даже при наличии высоко точного тактового генератора приемник может ошибиться с моментом съема данных, так как частота 2 генераторов не бывает полностью идентичной поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях единиц и нулей не большое рассогласование тактовых частот может привести ошибки в целый такт и соответственно к считыванию некорректного значения бита в чистом виде код (NRZ) в сетях не используется.
Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией (AMI)
Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией (AMI) является модификацией метода (NRZ) и представлен на рисунки б в этом методе используются 3 уровня потенциала:
· Отрицательный
· нулевой
· положительный
Для кодирования логического нуля используется нулевой потенциал, а логическая единица кодируется либо отрицательным, либо положительным потенциалом при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей. Код (AMI) частично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствие синхронизации присущие коды (NRZ) это происходит при передачи длиной последовательности единиц. В этом случае сигнал на линии представляет собой последовательность разно полярных импульсов. Длинные последовательности нулей опасны для кода (AMI) так как сигнал вырождается в постоянный потенциал нулевой амплитуды. В целом для различных комбинаций бит на линии использование кода (AMI) приводит к более узкому спектру сигнала чем для кода (NRZ), а значит к более высокой пропускной способности линии. Код (AMI) предоставляет также некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов так нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложном импульсе или исчезновении с линии корректного импульса. Сигнал с некорректной полярностью называется запрещённым сигналом. В коде (AMI) используются 3 уровня сигналов на линии в связи с чем дополнительный уровень требует увеличения мощности передатчика примерно на 3 децибела для обеспечения той же достоверности приема бит на линии, что является общим недостатком кодов с несколькими состояниями сигнала по сравнению с кодами, которые различают только 2 состояния.
(NRZI) Потенциальный код с инверсией при единицы
Существует код похожий на AMI но только с 2 уровнями сигнала при передачи нуля он передает потенциал который был установлен в предыдущем такте, а при передачи единицы потенциал инвертируется на противоположный этот код называется потенциальным кодом с инверсией при единицы (NRZI) этот код удобен в тех случаях когда использование 3 уровня весьма нежелательно например в оптических кабелях где устойчиво распознаются 2 состояния сигнала
· свет
· тьма
Для улучшения потенциальных кодов подобных AMI и NRZI используются 2 метода первый метод основан на добавлении в исходный код избыточных бит, содержащих логические единицы в этом случае длинные последовательности нулей, прерываются и код становится само синхронизирующийся для любых передаваемых данных, исчезает также постоянная составляющая, а значит еще больше сужается спектр сигнала, но этот метод снижает полезную пропускную способность линии так как избыточные единицы пользовательской информации не несут другой метод основан на предварительном перемешивании исходной информации таким образом чтобы вероятность появления единиц и нулей на линии становилась близкой устройства или блоки выполняющие такую операцию называются (скремблерами) при скремблировании используется известный алгоритм поэтому приемник получив двоичные данные передает их на дескреблер который восстанавливает исходную последовательность бит при этом избыточные биты на линии не передаются.
Биполярный импульсный код.
Кроме потенциальных кодов в сетях используются импульсные коды, когда данные представлены полным импульсом или его частью – фронтом
Наиболее простым случаям такого подхода является биполярный импульсный код, в котором единица представлена импульсом одной полярности, а ноль другой. Каждый импульс длится половину такта такой код обладает отличными самосинхронизирующийся свойствами, но постоянная составляющая может присутствовать, например, при передаче длиной последовательности единиц или нулей, кроме того спектр данного кода значительно шире чем у потенциальных кодов в связи с чем данный код используется редко.
Манчестерский код.
Одним из распространенных методов кодирования в локальных сетях является Манчестерский код (Рисунок Д) в этом коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При этом кодировании каждый такт делится на 2 части информация кодируется перепадами потенциала, проходящими в середине каждого такта единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала если нужно представить несколько единиц или нулей подряд. Так как сигнал изменяется по крайней мере один раз за такт передачи одного бита данных, то Манчестерский код обладает хорошими само синхронизирующими свойствами у него нет постоянной составляющей, а полоса пропускания уже чем у Манчестерского кода.
Потенциальный код(2B1Q).
На рисунке «е» показан потенциальный код с 4 уровнями сигнала для кодирования данных. Это код 2B1Q название которого отражает его суть – каждые 2 бита (2 B) передаются за 1 такт сигналом, имеющим 4 состояния (1Q) паре бит
00= -2.5 Вольта
01= -0.8 Вольт
11= +0.8 Вольт
10= +2.5 Вольта
При этом способе кодирования требуется дополнительные меры по борьбе с длинными последовательностями одинаковых пар бит так как при этом сигнал превращается в постоянную составляющую при случайном чередовании бит спектр сигнала в 2 раза уже чем у кода NRZ так как при той же битовой скорости длительность такта увеличивается в 2 раза для реализации этого кода мощность передатчика должны быть выше чтобы 4 уровня сигнала четко различались приемником на фоне помех.