Вибір кабелю типу вита пара: UTP або FTP?
Зміст:
«Екранований або не екранований? Ось у чому питання!" (Принц Гамлет Датський перед побудовою кабельної мережі в замку Ельсінор)
Кабелі типу вита пара
Кабелі типу вита пара (TP, Twisted Pair) в даний час дуже популярні. Вони використовуються не тільки для побудови локальних комп'ютерних мереж, але і для мереж абонентського доступу на базі Ethernet (наприклад FTTB), в системах сигналізації, відеоспостереження і інших застосуваннях.
Конструктивно такий кабель складається з ізольованих мідних або біметалевих жил, скручених в окремі пари (зазвичай 2 або 4). Всі пари, скручуються між собою, формуючи кабельний сердечник, на який накладається захисна пластикова оболонка. Під оболонкою може перебувати металевий екран, який захищає кабель від зовнішніх електромагнітних впливів (перешкод). Найчастіше в якості екрану використовується стрічка з алюмінієвої фольги, накладена на сердечник. У деяких конструкціях екрани можуть накладатися на окремі пари всередині кабелю для захисту від взаємних впливів між ланцюгами передачі.
За наявності зовнішніх екранів кабелі поділяються на кілька типів. Неекранований кабель маркується UTP (Unshielded Twisted Pair), екранований фольгою - FTP (Foiled Twisted Pair). Іноді в конструкцію додається екран у вигляді обплетення дротів. Табель маркується - STP (Shielded Twisted Pair) або SFTP (якщо використовуються обидва екрани).
Рис. 1. Конструкції неекранованих і екранованих кабелів типу вита пара.
Давайте подивимося, наскільки корисний екран, коли і від чого він захищає. Чи є сенс використовувати кабелі FTP, і в яких випадках.
Механізм наведень і перешкод
Джерелами зовнішніх е/м впливів, здатними вплинути на передачу сигналів по кручений парі, можуть виступати блискавки, електродвигуни, лінії високої напруги, силові кабелі, і навіть інші кабелі типу вита пара, що прокладені паралельно.
Е/м поле джерела наводить в парах напруги і струми (див.рис.2). Якщо провідники і пари мають ідеально однакові конструкції, то в ланцюгах синфазні струми перешкод (Iпом) компенсуються на прийомі і не впливають на співвідношення сигнал/шум. У реальних кабелях геометрія крученої пари завжди трохи порушена з технологічних причин. Тому на прийомі виникає різницева напруга перешкод (Uпр).
Рис. 2. Збалансована (а) і незбалансована (б) кручена пара.
Ступінь електромагнітного впливу на кабель залежить від потужності джерела, відстані і частоти випромінювання. Наприклад, блискавка - потужне джерело ел. розрядів, але основна частота наведень до 10 кГц викличе швидше шуми в телефонному каналі, ніж при передачі даних. Хоча амплітуда наведень може бути дуже великий і це може призвести до вигоряння портів активного обладнання.
Значний вплив на виту пару можуть надавати сусідні кабелі (і силові кабелі та інформаційні), покладені в одному лотку каналі, кабель зростанні. Відстань між такими кабелями мінімальна, а довжина ділянки взаємодії може бути досить великою - десятки метрів. Величина впливів буде суттєвою при великій потужності потоку (силові) або високій частоті (інформаційні).
Джерелом перешкод можуть виступати не тільки зовнішні джерела, а й інші пари в тому ж кабелі - так звані «перехідні перешкоди». Особливо це позначається при передачі сигналів в високочастотному спектрі (понад 200 МГц), тобто в кабелях категорій 6, 6а, 7 і більш високих.
Крім захисту від зовнішніх електромагнітних впливів існує проблема випромінювання кабелю при передачі сигналу. Неекранований кабель виступає своєрідною антеною, випромінювання з якою збільшується зі зростанням частоти. Таким чином, зраджувати інформація може бути знята дистанційно за допомогою спеціального обладнання.
Конструкції екранів
Наявність екрану дозволяє як захистити сердечник кабелю від електромагнітних впливів, так і уникнути небажаного випромінювання при передачі сигналу. Найчастіше застосовують екран з алюмінієвої фольги: недорогий, легкий, тонкий, добре відображає е / м хвилі. Такий екран добре захищає пари в широкому діапазоні частот - від одиниць до сотень МГц. Екранування кабелю дозволяє зменшити потужність наводяться в провідниках перешкод на 13-15 дБ. Принцип роботи екрану полягає в тому, що електромагнітна хвиля частково відбивається від кордону середовищ діелектрика і металу, а частково проходить в товщу екрану, затухаючи в ньому. Відображення працює більш ефективно, тому товщина екрана не відіграє суттєвої ролі в процесі.
На практиці в якості екрану використовують ламіновану фольгу, тобто на одну сторону наносять тонку поліетиленову плівку. Це додає стрічці механічної міцності, а при складанні кабелю пластиковий шар екрану краще кріпиться до зовнішньої оболонці. Під екраном розміщується мідний, а краще луджений мідний, провідник (зазвичай 0,4 мм) для відведення струмів перешкод в систему заземлення. У разі порушення цілісності фольги провідник також забезпечує з'єднання окремих частин екрану між собою.
Екрани з обплетення застосовується не часто. Він більш ефективний для екранування в нижній частині спектр Ethernet (до 20-30 МГц).
Максимальний ефект екранування досягається в тому випадку, якщо не тільки кабель, але і всі пристрої від точки передачі до точки прийому заекраніровани, а їх екрани заземлені. Тому при побудові екранованої кабельної системи кабель FTP повинен обжимають екранованими коннекторами, з'єднуватися з екранованими модулями в розетці і кросі.
Можливо також заземлення безпосередньо кабелю FTP за мідний дріт. У цьому є сенс, тому що захищається найбільш довгий сегмент ланцюга. Але в цілому ефективність екранування лінії передачі знижується.
Окреме питання - спільна прокладка силових і інформаційних кабелів. Зрозуміло, що перешкоди частотою 50 Гц не зроблять істотного впливу на передачу в спектрі 1-100 МГц, але велика потужність наведень може бути неприємна для підключається активного обладнання. На цей рахунок є багато різноманітних вимог стандартів, що враховують наявність екрану в силових кабелях і кручений парі, напруги харчування, довжин паралельного прокладання і т.п. Вимоги українського ПУЕ (п.2.1.85) досить прагматичні:
1) якщо силовий кабель і UTP походять паралельно менше 35 м, то рознесення не обов'язково;
2) на довгих ділянках зближення між кабелями повинен бути рознос принаймні 50 мм, а в умовах обмеженого простору слід використовувати металеву перегородку.
При прокладка екранованого кабелю FTP або SFTP в одному каналі з силовим кабелем 220 В потрібно тільки поділ діелектричної перегородкою, не забуваючи про обов'язкове заземлення екрана.
На чому можна заощадити?
В реальних конструкціях кручений пари використовуються екрани з мідної і алюмінієвої фольги. Оскільки провідність міді вище, то і ефективність екрану можна очікувати вище. Однак різницю можна визначити тільки при точних лабораторних вимірах.
На практиці зустрічаються навіть кабелі FTP, в яких роль екрану виконує фторопластовая стрічка, пофарбована сріблястою фарбою! Зрозуміло, що ефективність такого екрану дорівнює нулю. Проте знаходяться люди, усвідомлено купують таку «економічну модель».
Ще один приклад економії це застосування замість мідного заземлюючого провідника біметалічного (CCS - сталь / мідь, CCA - алюміній / мідь). Напевно, зрозуміло, що це не дуже гарна ідея, тому що опір міді на постійному струмі або низьких частотах значно менше. Провідники CCS або CCA краще використовувати на високих частотах для передачі сигналів Ethernet. Де за рахунок поверхневого ефекту вони матимуть практично такі ж параметри передачі, як мідні.
Зараз багато пишуть про те, що при передачі сигналів 10G Ethernet, 40G Ethernet по кабелях категорії 6а, 7, 7а традиційне екранування від межкабельних перешкод стає менш ефективним. Якщо заземлити кабельну лінію тільки по кінцях, то за рахунок більшої частоти і меншої довжини хвилі протікає по екрану перешкода встигає перєїзлучить всередину кабелю. Тому слід заземлювати екран буквально кожні 20-30 м. Ця вимога обгрунтовано, але не практично, особливо для кабелів, що прокладаються у внутрішніх каналах, коробах, пленум-просторах. Можливо простіше кілька рознести паралельно прокладаються кабелі. Це також дасть ефект, оскільки потужність наводяться ВЧ перешкод сильно зменшується з відстанню.
Застосування екранів. Висновки
Незважаючи на деякі складнощі в процесі інсталяції і додаткові витрати, екрановані кабельні системи як і раніше застосовуються досить активно. За оцінками деяких видань в європейських країнах екрановані системи на кручений парі складають 35-40% від загального числа інсталяцій. В Україні частина таких систем оцінюють в 20-25%.
Обгрунтовуючи свій вибір кабельної системи, просимо врахувати наступні висновки і рекомендації.
1. Схильність перешкод в кручений парі залежить не тільки і не стільки від екрану, скільки від якісного виробництва (збалансованості) пари і сердечника кабелю. Кабель UTP високої якості буде захищений досить добре.
2. Якісно виконаний екран дійсно зменшує вплив е/м перешкод до 20-30 разів (13-15дБ). Але це не означає, що співвідношення - сигнал шум покращиться на стільки ж дБ, або в стільки разів зросте швидкість передачі Ethernet.
3. Застосування тільки одного екранованого кабелю (FTP, STP, SFTP) без побудови всієї екранованої ділянки мережі майже нічого не вирішує. Повинні застосовуватися всі екрановані елементи в лінії від абонентської розетки до кросу і активного обладнання.
4. Ефективність екранування сильно залежить від правильно спроектованої і реалізованої системи заземлення - саме телекомунікаційного заземлення, як вимагають стандарти (TIA / EIA 607, EN 50174-2). Просте заземлення кабелю «на будь-яку залізяку» не надто ефективно.
5. Для побудови ділянки абонентської мережі на кабелях категорій 5 і 5е в будинках, квартирах - в 99% випадків екранування не потрібно. Досить буде якісного кабелю UTP. Те ж стосується офісних приміщень.
6. У виробничих приміщеннях, при наявності сильних джерел електромагнітного випромінювання, паралельному прокладанні з силовими кабелями є сенс використовувати екрановані кабелі FTP. При наявності електродвигунів - навіть STP або SFTP. Якщо є можливість поміряти напруженість е/м поля - буде простіше визначитися.
7. При прокладанні зовнішніх кабелів (за межами приміщень), особливо підвісних, а не підземних, трохи краще використовувати екрановані кабелі FTP. Від наведень блискавок вони хоч трохи, але захистять. Знову ж таки, якщо не нехтувати системою заземлення.
8. Спільна прокладка силових кабелів і крученої пари вимагає придумати проектне рішення. У більшості випадків, якщо це 220В, то досить розносу на кілька сантиметрів з UTP. З FTP взагалі ніяких проблем при наявності заземлення.
9. При необхідності забезпечити хороший захист переданої інформації - обов'язкове застосування екранованих систем з правильним заземленням. Але, потрібно розуміти, що це - несерйозно. Ослаблене екраном випромінювання все одно виходить в простір. І застосування професійних пристроїв дозволить дистанційно знімати інформацію. Максимальний захист дає тільки застосування оптичного волокна.
10. Використання кабелів категорій 6а, 7, 7а і вище, особливо на магістральних ділянках, де вони прокладаються паралельно в пучках (кабельрости, короба, стояки тощо) передбачає екрановані кабелі, як мінімум FTP. Це пов'язано з дуже високими частотами передачі (більше 500 МГц і більше), що сильно збільшує взаємні впливи - так звані міжкабельні перешкоди. Можливо тут також знадобиться екранування окремих пар в кабелі. Але це окрема тема.
11. Побудова екранованих кабельних систем або ліній призводить до подорожчання проекту - до 10-30% тільки пасивна частина. Тому їх застосування повинно бути обгрунтовано технічно і економічно.
