138.Перекрестные наводки (параметры next и fext)
При прохождении сигнала по витой паре создается электромагнитное поле, которое взаимодействует с сигналами, передаваемыми по соседним парам. В зависимости от того, осуществляется двунаправленная или однонаправленная передача сигнала, важно оценить влияние наведенной сигналом помехи на ближнем или на дальнем конце по отношению к источнику сигнала.
Однонаправленная передача сигнала
Двунаправленная передача сигнала
Поэтому влияние наведенного сигнала при передаче по одной паре на полезный сигнал, передаваемый по другой паре оценивают с помощью двух параметров:
*Ослабление перекрестных наводок на ближнем конце -NEXT loss (Near End Crosstalk loss) в дальнейшем NEXT. Ослабление перекрестных наводок на ближнем от передатчика конце, NEXT – это параметр двунаправленной передачи, характеризующий затухание сигнала помехи, наведенного сигналом передатчика на смежную пару. Измеряется в децибелах (дБ). Чем выше значение NEXT, тем меньше влияние помех между двумя парами проводников. Тестирование проводится для двух концов кабельной цепи. Указывается наихудшее значение NEXT для каждой из 6 комбинаций пар. Измерение данного параметра требуется в соответствии с телекоммуникационным бюллетенем TSB-67 (Telecommunications System Bulletin).
*Ослабление перекрестных наводок на дальнем конце -FEXT loss (Far End Crosstalk loss) в дальнейшем FEXT Современные высокоскоростные приложения используют одновременную передачу и прием информации по всем четырем парам. Помимо параметра NEXT в этом случае необходимо учитывать влияние помех на дальнем от передатчика конце линии. Ослабление перекрестных наводок на дальнем от передатчика конце, FEXT – это параметр однонаправленной передачи, характеризующий затухание сигнала помехи, наведенного сигналом передатчика на смежную пару. Измеряется в децибелах (дБ).Чем выше значения FEXT, тем меньший уровень имеет наводка в соседних парах и тем лучше качество передачи. Тестирование проводится для двух концов кабельной цепи.
Параметр FEXT в отличие от NEXT зависит от длины линии на всем ее протяжении. Две линии с использованием одних и тех же элементов, но разной длины, будут иметь разные значения FEXT. Поэтому нормируется параметр — равноуровневые перекрестные наводки на дальнем концеELFEXT (Equal-level Far End Crosstalk). Этот параметр выражается в децибелах (дБ). На экран сканера выводятся результаты рассчитанные, как разность между измеренными потерями FEXT и затуханием сигнала в возмущаемой паре:
Что означает параметр fext
Региональные представители:
Глава 23: Витая пара (соотношение сигнал и шум)
Охарактеризовать качество среды передачи с помощью значения электрических параметров не целесообразно. Даже не смотря на их первоочередное физическое значение. Так сложилось, что для ее оценки необходимо знать всего два параметра, такие как шум и сигнал. Это легко объяснимо хотя бы тем фактом, что для корректной интерпретации принятого сигнала значение амплитуды не важно. Колебания амплитуды могут находиться и в промежутке от 0.001 до 1000В. Основным условием является: уровень сигнала, должен быть выше уровня помех (шума).
В этой связи маркируются только параметры, помогающие сопоставить уровни полезного сигнала и шума. При тестировании линии значение иметь будут только они. Единицей измерения в этом случае служат дБ — Децибелы.
Так как все процессы происходят в различных средах и имеют различные единицы измерения, то данная единица измерения назначена условно и служит для того, что бы была возможность сравнения и оценки уровня сигнала. Децибелы характеризуют отношение уровней звука и шума и не показывают абсолютную величину шума в сигнале. Чтобы выразить эту величину в Децибелах, используют формулу:
Х(дБ) = 20*log10(P1/P2), где:
P1 и P2 — два сравниваемых значения.
Физические свойства линии — это очень важный фактор, поэтому рассмотрим самые важные параметры, которые ее характеризуют. Один из таких показателей — это ослабление (затухание). Этот фактор более других влияет на среду передачи, определяется он как отношение мощности сигнала на выходе из передатчика к мощности сигнала на входе в приемник одной и той же линии. Затухание приводит к постепенной потере энергии сигнала в среде передачи данных и, как следствие, сила полезного сигнала снижается.
A = 20*log10 (Р передатчика / Р приемника)
Следующий параметр — коэффициент затухания alfa. Он показывает ослабление сигнала на единицу длины и используется для оценки качества прокладываемого кабеля:
alfa(дБ/метр) = А (дБ) / L (м), где:
L — длина кабеля
Затухание может быть рабочим и собственным. Необходимо различать оба эти вида. Самым маленьким затухание будет при условии отсутствия отражения электромагнитной энергии. Это можно достичь, если волновое сопротивление приемника, кабеля и источника сигнала равно.
Рассмотрение картины прохождения сигнала по реальному кабелю только с позиции одного затухания не верно. Существует еще она особенность. Когда сигнал проходит в реальных условиях (не по теоретической идеальной витой паре), часть передаваемой энергии теряется в виде электромагнитных волн и тепла. Таким образом, чем больше различия между реальной ситуацией и идеальной витой парой (разбалансированная система), тем больше будут потери.
В случае разбалансированности, если рядом с такими кабелями будут находиться другие, то это приведет к возникновению в них наведенного тока. Этому эффекту было дано название «переходные наводки». Определяется, как отношение мощности наведенного сигнала к основному. Переходным затуханием будет называться разность между ним и передаваемым сигналом.
На этом рисунке:
NEXT (Near End Crosstalk) — переходное затухание двунаправленной передачи
FEXT (Far End Crosstalk) — переходное затухание однонаправленной передачи (английское слово Cross часто сокращают как Х).
В результате мы можем вывести следующие соотношения, которые будут зависеть от типа передачи:
NEXT (FEXT) = 20*log10 (Pс/Рн), где:
Рс — мощность сигнала
Рн — мощность сигнала, наведенная на другой витой паре
Возникает самая настоящая терминологическая путаница. Ее появление объясняется тем, что стандарты 10/100baseT включают в себя 2 пары: одна на прием, другая на передачу. В итоге само понятие однонаправленных наводок теряет практический смысл, т.к. нет смысла от наводки электромагнитного излучения на источник сигнала. Существование определения этого термина в таком виде сохранилось до наших дней благодаря тому, что изначально оно было выбрано для простоты, потом прочно закрепилось в документации, а сейчас изменить его во всех этих актах не возможно.
В итоге можно сделать вывод, что уровень качества определяется уровнем NEXT и FEXT: чем эти величины выше, тем качественнее используемый кабель. Этим объясняется определение затухания, как базового параметра (не смотря на то, что инженерам более понятен параметр «наводка»). В связи с законами маркетинга, было определено, что кабель более высокого качества не должен быть маркирован низкими числами характеристик.
Проводника, размещенные параллельно, рассматриваются как обкладки конденсатора, поэтому наводки зависят от частоты. Был определен специальный стандарт (EIA/TIA-568A), который определяет норму для минимально допустимого значения переходного затухания двунаправленной передачи. Предполагается, что кабель имеет длину сто метров, переходное затухание определяется как:
NEXT(f) = NEXT(0,772) — 15*log10(f/0,772), где
NEXT(0,772) — минимально допустимое переходное затухание двунаправленной передачи на частоте 0,772 МГц (составляет 43 дБ для кабеля 3 категории, и 64 дБ для 5 категории)
f (МГц) — частота сигнала
В логарифмическом виде можно представить формулы, определяющие соотношение сигнал-шум. Такая формула будет показывать качество линии. Для кабельных систем используют два параметра:
ACR (attenuation to crosstalk ratio), дословно переводится как «отношение затухания к наводкам»,
ELFEXT (equal level far end crosstalk) — «равноуровневые наводки на дальнем конце».
Измерить эти параметры нельзя, они определяются по следующим формулам:
ACR = NEXT — A, ELFEXT = FEXT – А
ACR — это превышение сигнала над уровнем собственных шумов при двунаправленной передачи сигналов
ELFEXT — это превышение сигнала над уровнем собственных шумов при однонаправленной передачи сигналов
Можно сделать вывод, что самой распространенной помехой в кабельных компьютерных сетях являются наводки. ACR дает возможность обозначить верхнюю границу частоты электрического тракта передачи. Если параметр ACR равен 10 дБ, то считается, что среда передачи может обеспечить устойчивую полнодуплексную работу любого приложения с такой граничной частотой.
Граничная частота среды передачи
На этом рисунке наглядно представлена зависимость приема сигнала заданной частоты от качественных характеристик кабеля. Лучше всего этим графиком иллюстрируется случай, когда применяется нестандартный кабель. В дальнейшем мы еще обратимся к этому изображению.
Рассмотрим пример. Предположим, что взят стандартный кабель протяженностью 100 м, с помощью которого организована сеть 100baseT. Согласно установленным нормативам, затухание не должно быть больше 24 дБ. Если перевести в десятичную систему, то это означает уменьшение сигнала в 251 раз. Так же мы знаем, что уровень наводок на входе в приемник должен не превышать 27,1 дБ (это для комбинации самых худших пар). В десятичной системе это означает, что мощность наводок в 513 раз меньше мощности сигнала передатчика смежной пары. В итоге — мощность сигнала будет в 2,04 (3,1 дБ) раза выше мощности наводок.
Существует еще ряд характеристик, которые не описаны стандартами, однако они оказывают непосредственное влияние на скорость передачи информации в сети.
Во-первых — это Nominal Vilocity of Propagation (относительная скорость распространения сигналов). Данный показатель измеряется в процентах и показывает замедление сигналов в витой паре относительно скорости света в вакууме. Он влияет на работу высокоскоростных приложений. Его применяют в своей работе и рефлектометры: с его помощью измеряется расстояния до аномалии.
Не одинаковый шаг скрутки пар в кабеле и различный материал, из которого изготовлена изоляция, оказывают влияние на задержки (Delay) в передаче информации по одному кабелю. Если на стандарты 10/100baseT этот фактор не оказывает существенного влияния, то при передаче протокола 1000baseT он может привести к очень серьезному рассогласованию сигнала. Поэтому здесь этот вид нестандартных кабелей лучше не применять.
Закончим эту главу на том, что укажем: скорости передачи данных в витопарных кабельных сетях с каждым годом возрастают, что сопряжено с ростом влияющих на сигнал факторов. Все эти параметры необходимо выявить и учесть при построении сети. Рассмотренных показателей хватит, чтобы построить качественную сеть стандарта 10/100/1000baseT. Но это не повод для расслабления — с появлением новых протоколов обязательно выявятся дополнительные оказывающие влияние факторы, характерные для электрической среды передачи данных.
Near End Crosstalk (NEXT) и Far End Crosstalk (FEXT)
#Next Как известно, при прохождении тока по проводнику вокруг него генерируется электромагнитное поле, которое может влиять на сигнал, передаваемый по проводам, расположенным поблизости от рассматриваемого. Эффект усиливается при увеличении частоты тока. Закручивание проводов в витой паре позволяет уменьшить наводки, т.к. поля, возникающие в каждом из проводов, взаимно уничтожают друг друга. Чем сильнее закручены провода, тем меньше наводки при передаче сигнала, и тем выше скорость передачи данных для кабеля.
Предположим, что по одной из пар многопарного кабеля передается сигнал. Параметр NEXT (Near End Crosstalk — перекрестные наводки на ближнем конце) характеризует устойчивость кабеля ко внутренним помехам, когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого по одной паре проводников, наводит на другую пару проводников сигнал помехи. Показатель NEXT, выраженный в децибелах, равен 10log PВЫХ/PNEXT, где PВЫХ — мощность выходного сигнала, а PNEXT — мощность наведенного сигнала.
NEXT — характеристика той стороны кабеля, где находится передатчик сигнала. FEXT (Far End Crosstalk — перекрестные наводки на дальнем конце) определяется аналогично NEXT за исключением того, что в отношении FEXT фигурируют мощности выходного и наведенного сигнала на другом конце линии.
Слово Crosstalk в названии показателей NEXT и FEXT берет свое начало в телефонии: каждый из нас может припомнить телефонный разговор, фоном которому служил посторонний разговор (Crosstalk), который был слышен именно из-за наводок.
Значение NEXT существенно изменяется при изменении частоты (как правило, уменьшается при увеличении частоты, т.к. наводки при этом возрастают).
Как видно из определения параметров NEXT и FEXT, чем меньше значения этих параметров, тем лучше. Так, для витой пары категории 5 показатель NEXT должен быть меньше -27 дБ на частоте 100 МГц.
Обычно показатель NEXT, вычисленный по приведенной выше формуле, имеет отрицательное значение. Довольно часто, говоря о NEXT, имеют в виду его абсолютное значение, и в этом случае, чем больше значение NEXT, тем лучше кабель.
Показатель NEXT как правило, используют применительно к кабелю, состоящему из нескольких витых пар, т.к. в этом случае существенны наводки одной пары на другую. Для одинарного коаксиального кабеля (состоящего из одной экранированной жилы) этот показатель не имеет смысла; для двойного коаксиального кабеля он также не применяется из-за высокой защищенности каждой жилы. Оптические волокна также не создают сколько-нибудь заметных помех друг на друга.
Вследствие затухания FEXT увеличивается при увеличении длины кабеля, т.е. для разных по длине отрезков кабеля одинакового качества значения FEXT будут различны. Поэтому значение FEXT не имеет смысла без указания затухания на отрезке кабеля, где оно было измерено. Параметр FEXT используется при определении Equal Level Far End Crosstalk (ELFEXT).
Что такое Attenuation, ACR, Return Loss и др. параметры при тестировании? Просто о сложном.
Витая пара (twisted pair) – это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели данного типа зачастую сильно отличаются по качеству и возможностям передачи информации. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при передачи сигнала.
Один из основных параметров NEXT мы разобрали в отдельной статье и здесь рассматривать не будем. Обратим внимание на другие не маловажные параметры.
Impedance (импеданс).
Как всякий проводник, «Витая пара» имеет сопротивление переменному электрическому току. Однако это сопротивление может быть различным для различных частот. «Витая пара» имеет импеданс обычно 100 или 120 Ом. В частности для кабеля Категории 5 импеданс измеряется в диапазоне частот до 100 МГц и должен составлять 100 Ом ±15%.
Для идеальной пары импеданс должен быть одинаковым по всей длине кабеля, поскольку в местах неоднородности возникает эффект отражения сигнала, что в свою очередь может ухудшить качество передачи информации. Чаще всего однородность импеданса нарушается при изменении в рамках одной пары шага скрутки, перегиба кабеля при прокладке или иного механического дефекта.
Attenuation (затухание).
Attenuation (затухание) — потеря мощности сигнала. Характеристика вычисляется как отношение мощности полученного на конце линии сигнала к мощности сигнала, поданного в линию. Поскольку величина затухания изменяется с ростом частоты, она должна измеряться для всего диапазона используемых частот. Оценка результата тестирования для каждой пары выводится на основании наихудшего результата.
Для увеличения длины канала связи следует использовать более качественные кабели с защитой от помех и наводок.
ACR (Attenuation Crosstalk Ratio).
Одной из самых важных характеристик, отражающих качество кабеля является разность между погонным и переходным затуханиями, выражающуюся в децибелах. Чем меньше погонное затухание, тем большую амплитуду имеет полезный сигнал на конце линии. С другой стороны чем больше переходное затухание, тем меньше взаимные наводки пар. Таким образом разность этих двух величин отображает реальную возможность выделения полезного сигнала принимающим устройством на фоне помех. Для уверенного приема сигнала необходимо чтобы Attenuation Crosstalk Ratio был не меньше заданного значения, определяемого стандартами для соответствующей категории кабеля. При равенстве погонного и переходного затухания выделить полезный сигнал становится теоретически невозможно. Так как характеристика не измеряется, а является результатом вычислений на основе измерений затуханий, которые в свою очередь зависят от используемой частоты, ACR должен вычисляться для всего диапазона применяемых частот.
Может быть представлено как разница между NEXT и Attenuation (затуханием). Этот параметр по значению аналогичен отношению сигнал/шум и характеризует возможность выделения принимающим устройством полезного сигнала на фоне помех.
ELFEXT (Equal Far End Crosstalk).
ELFEXT – приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется на основании измерений переходного затухания на дальнем конце (FEXT) и погонного затухания (Attenuation) наводимой пары. ELFEXT как и все семейство характеристик переходного затухания, вычисляется для всего диапазона используемых частот и выражается в децибелах.
Фактически ELFEXT – это ACR на дальнем конце кабельного линка, т.е. разница между параметрами FEXT первой пары и Attenuation второй.
PS-ELFEXT (Power Sum Equal Far End Crosstalk).
PS-ELFEXT — суммарное приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется для каждой отдельной пары простым суммированием значений ее параметров elfext относительно всех остальных пар.
Return Loss (Обратные потери).
При передачи сигнала, возникает так называемый эффект отражения сигнала в обратном направлении. Величина отражения сигнала Return Loss или «обратное затухание» пропорциональна затуханию отраженного сигнала. Характеристика особенно важна при построении сетей с поддержкой протокола Gigabit Ethernet, использующего передачу сигналов по витой паре в обе стороны (полнодуплексная передача). Достаточно большой по амплитуде отраженный сигнал может искажать передачу информации в обратном направлении. Return Loss выражается в виде отношения мощности прямого сигнала к мощности отраженного.
Обратные потери — мера величины отражения сигналов, вызываемого несоответствием импедансов компонентов кабельной системы.
Наиболее распространённой причиной возникновения обратных потерь является различие волнового сопротивления у компонентов кабельного канала (розетка, патч-панель, кабель и т.д.). Именно поэтому рекомендуется подбирать оборудование одного производителя, обладающее одинаковыми (специально подобранными) характеристиками. Так же неоднородность может возникнуть в случае нарушения шага скрутки. Это может быть следствием брака при производстве, либо ошибки монтажников при протяжке кабеля.
Неоднородность может возникнуть в случае слишком сильного изгиба, надлома жилы кабеля. Чаще всего это результат ошибки монтажников.
Обратившись к специалистам нашей компании вы сможете избежать многих проблем. Мы поможем подобрать качественное и недорогое оборудование, провести квалифицированный монтаж СКС, монтаж систем видеонаблюдения, монтаж СКУД и провести тестирование СКС на соответствие категории поверенным прибором.