3.2 Межкабельные наводки

Расширение частотного диапазона требует учета источников наводок, которые прежде не принимались во внимание. Так, на частотах до 20 МГц, требуемых для работы протоколов класса С, например, Ethernet, сигнал затухает незначительно, наводки пренебрежимо малы, а соотношение сигнал / шум многократно превышает требования протоколов [10].

В системах категории 5 существенно возрастает и затухание, и наводки. В каналах максимальной длины их отношение оказывается недостаточным для работы протоколовкласса D (Fast Ethernet, ATM 155). При этом основным источником помех являютсякабельные разъемы. Кроме того, изменение волнового сопротивления зависит, прежде всего, от геометрии проводников. Расплетение витых пар для монтажа гнездовых разъемов создает максимальный электромагнитный шум. Разъем создает в несколько раз больше шумов, чем кабель длиной 100 метров [11].

Рис. 8 Межкабельные наводки

Межкабельные наводки можно определить как нежелательные электромагнитные сигналы от проложенных в жгутах смежных кабелей (см. рис 8 ).

Наводки измеряются как отношение сигнала, подаваемого на активную витую пару (пары) одного кабеля, к сигналу, наведенному в контрольной паре другого кабеля. Наибольший уровень наводок возникает между витыми парами, имеющими одинаковый шаг скрутки. Все проводники имеют цветовую маркировку, потому можно говорить, например, о наводках между синими или коричневыми парами. Если в жгуте более двух кабелей, появляется эффект суммарных  наводок, когда кроме равношаговых, остальные пары оказывают негативное воздействие.

Как и для помех между парами, межкабельные наводки могут быть двунаправленнымии однонаправленными [11].

Источниками двунаправленных межкабельных наводок  служат точки максимального приближения однотипных пар друг к другу. Со стороны розетки проблема может не возникать, если одно из гнезд используется для компьютера, другое – для телефона. На другом конце линии – подключении к панели - двунаправленные межкабельные наводки неизбежны, что приводит к повышению требований к качеству монтажа. Так например, чрезмерная затяжка жгутов приводит к изменению геометрии витых пар и приближению их друг к другу, что ухудшает балансировку и увеличивает все виды электромагнитных помех. Длина жгута для двунаправленных наводок не имеет значения, но длину канала следует учитывать, так как при увеличении длины канала затухание   возрастает, что ухудшает соотношение сигнал / шум [11].

Однонаправленные наводки зависят как от длины жгута, так и длины канала. Рекомендации стандарта прокладки кабельных каналов EIA/TIA 569таковы, что жгуты составляют практически всю длину линии – от панели до розетки. В жгутах к многопортовым розеткам информационные приложения будут подвергаться межкабельным наводкам на всей длине линии. На практике общий уровень межкабельных наводок будет зависеть от числа кабелей в связке, длины жгута и типа прокладки, а также .от приложения, которое работает по нему.

Так, на рисунке 9 показаны схемы передачи протоколов Fast Ethernet 100 Base-TX и Gigabit Ethernet 1000 Base-T. В первом случае, достаточно было учесть затухание сигнала (Attenuation) и перекрестные наводки (NEXT), изображенные красными стрелками, которые влияют на работу приемников на каждом конце линии. Протоколы используют разные пары, поэтому при тестировании проверяют все возможные комбинации - по шесть помех для обоих концов линии / канала. 

Рис.9. Схема передачи протоколов Fast Ethernet и Gigabit Ethernet

Тактовая частота Gigabit Ethernet составляет 250 МГц, фактическая скорость передачи данных по каждой паре - 250 Мбит в секунду. Для передача двух битов  используется четыре уровня, а для повышения помехозащищенности - пятый уровень, что реализовано в схеме PAM-5. Пятиуровневая схема предъявляет более высокие требования к качеству сигнала, чем двух- и трехуровневая. Для работы Gigabit Ethernet предусмотрено наилучшее отношение сигнал / шум (SNR) на входе в приемник, чем у любого из действующих протоколов. Чтобы обеспечить 1000 Мбит/с, задействованы все четыре пары, каждая из которых работает одновременно в обоих направлениях. Дуплексная передача добавила к перекрестным наводкам (NEXT)  однонаправленные наводки (FEXT). Наводки однонаправленной передачи каждой пары влияют на три смежные пары, что дает по 12 комбинаций FEXT на каждом конце линии.  Кроме того, для оценки качества сигналов на входе в приемник потребовалось измерять не только межпарные, но и суммарные  наводки (Power Sum NEXT и Power Sum FEXT). Таким образом, в четырехпарном кабеле насчитывается 36 комбинаций межпарных и 16 комбинаций суммарных наводок, подлежащих контролю, - по 6 NEXT, 12 FEXT,  4 PS NEXT и по 4 PS FEXT на каждом конце линии [11].

Качество сигналов на входе в приемники каждой из пар определяют две величины: отношение затухания к суммарным перекрестным наводкам (PS ACR) и отношение затухания к суммарным однонаправленным наводкам (PS ELFEXT). В совокупности PS ACR и PS ELFEXT характеризуют превышение сигнала над уровнем собственных шумов и отличаются от параметра сигнал / шум (SNR) на величину внешних наводок. Возвратные потери учитывают отражения сигналов в результате разбалансировки и изменений волнового сопротивления среды передачи и возникают в каждой паре на каждом конце линии. Данный вид помех влияет на протоколы с одновременной передачей и приемом сигналов по каждой паре. Баланс измеряется как логарифмическая разность напряжения сигналов, подаваемых в противофазе на каждый их проводников пары. Этот параметр не оказывает непосредственно влияния на отношение сигнал / шум и не измеряется полевыми тестерами.

Результирующие параметры, характеризующие отношение мощности сигнала на входе в приемник к мощности собственных шумов (ACR, PS ACR, ELFEXT и PS ELFEXT), вычисляют по простым формулам как логарифмическую разность затухания и соответствующих наводок. Если учесть, что все эти параметры измеряются в диапазоне частот вплоть до 350 - 600 МГц с шагом 0,1 - 0,25 МГц, на выходе появляется большой объем данных по каждой тестируемой линии / каналу.

Анализ результатов тестирования показывает, что неэкранированные кабели не являются стабильной платформой для будущих высокоскоростных приложений. Экранированные системы обеспечивают надежную защиту от межкабельных наводок и более пригодны для гигабитных протоколов, однако требуют больших капиталовложений.

В январе 1999 года (Мехико) участники Кабельной группы 3 Международной организации стандартизации (ISO) приняли Дополнение 1 к стандарту ISO/IEC 11801 и обсудили проект дополнения PDAM3 (Proposed Draft Ammendment 3), который расширяет перечень параметров базовой линии и канала до уровня требований гигабитных протоколов. Проект прошел стадию согласования и получил статус Приложения 2 к стандарту ISO/IEC 11801. Кабельная группа 1 Европейской организации стандартизации (CENELEC) в феврале 1999 года внесла аналогичные изменения в европейский стандарт EN 50173 в форме Приложения 1.