Projektowanie i eksploatacja kabli teleinformatycznych (część 1)
Charakterystyka rodzajów i kategoryzacja typów konstrukcji kabli symetrycznych
Przykłady kabli teleinformatycznych o różnej budowie i zakresie częstotliwości pracy
Rozwój nowoczesnej telekomunikacji w sposób nieodłączny związany jest z wdrażaniem na rynek coraz to nowszych usług. Wymaga to realizacji nowatorskich inwestycji i przedsięwzięć, których celem jest m.in. poszerzanie zasięgu sieci.
Zobacz także
Franciszek Spyra - Energopomiar - Elektryka Sp. z o.o. Metody ochrony kabli przed pożarem
Z pierwszymi większymi pożarami kabli zetknęliśmy się z chwilą wprowadzenia do produkcji kabli z tworzyw sztucznych. Przedtem kable produkowane były w izolacji papierowej i miały powłokę metalową. Duża...
Z pierwszymi większymi pożarami kabli zetknęliśmy się z chwilą wprowadzenia do produkcji kabli z tworzyw sztucznych. Przedtem kable produkowane były w izolacji papierowej i miały powłokę metalową. Duża ilość metalu w konstrukcji kabla utrudniała jego zapalenie. Pierwszy duży pożar kabli w Polsce powstał w grudniu 1970 r. w jednej z elektrowni. Wcześniej z problemem tym zetknęli się Węgrzy i w tym czasie mieli już pewne doświadczenia. Energopomiar zajął się wyjaśnieniem przyczyny powstania tego pożaru.
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Jak zacząć przygodę ze złączkami listwowymi w rozdzielnicy budynkowej?
Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych stały się ostatnio znacznie bardziej złożone niż kilkanaście, a nawet kilka lat temu. Korzystamy dzisiaj z większej liczby urządzeń zasilanych energią elektryczną,...
Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych stały się ostatnio znacznie bardziej złożone niż kilkanaście, a nawet kilka lat temu. Korzystamy dzisiaj z większej liczby urządzeń zasilanych energią elektryczną, a nierzadko w domach mieszkalnych mamy również do czynienia z mniej lub bardziej zaawansowanymi systemami automatyki.
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Jak dobrać właściwy sposób otwierania zacisku?
W sprężynowych złączkach listwowych występują trzy warianty otwierania zacisków: z otworem montażowym, za pomocą przycisku i dźwigni. Ostatnio przedstawiliśmy złączki z dźwignią, dostępne wyłącznie w rodzinie...
W sprężynowych złączkach listwowych występują trzy warianty otwierania zacisków: z otworem montażowym, za pomocą przycisku i dźwigni. Ostatnio przedstawiliśmy złączki z dźwignią, dostępne wyłącznie w rodzinie WAGO TOPJOB® S. Tym razem szczegółowo omówimy pozostałe dwa warianty: przycisk i otwór montażowy.
StreszczenieKable teleinformatyczne przeznaczone do multimedialnych sieci teleinformatycznych umożliwiają transmisję sygnałów analogowych wielkiej częstotliwości (do 250 MHz) i cyfrowych o bardzo dużej przepływności binarnej (do 1 Gb/s). Stosowane w sieciach automatyki przemysłowej, aplikacjach multimedialnych czy sieciach alarmowych przeznaczone są do układania wewnątrz budynków w sieciach komputerowych zapewniając tym samym dużą odporność systemów na zakłócenia elektromagnetyczne. W artykule, stanowiącym część pierwszą z dwóch, dokonano charakteryzacji przewodów teleinformatycznych ze względu na ich przydatność do pracy dla założonego pasma częstotliwości. Przedstawiono rodzaje tej grupy kabli oraz ich kategoryzację.AbstractDesign and operation of telecommunication cables. Characteristics of the types and categories of symmetrical cable constructionTelecommunication cables dedicated to multimedia communication networks allow the transmission of high frequency analog signals (up to 250 MHz) and digitized with a very high bit-rate binary (up to 1 Gb/s). Used in industrial automation networks, multimedia applications or network alarms are designed to be installed inside the buildings in computer networks thus providing high immunity to electromagnetic interference systems. In this article, which is part of the first of two, was the characterization of telecommunication cables due to their suitability to work for the assumed frequency band. This group presents the types of cables and their categorization. |
Zwiększanie zakresu częstotliwości pracy kabli teleinformatycznych wynika z obserwowanego zwłaszcza w ostatnich latach dynamicznego rozwoju grupy nowych produktów z dziedziny telekomunikacji i informatyki. Przemysł telekomunikacyjny rozwijający się na podstawie międzynarodowych standardów okablowania strukturalnego budynków, do których przeznaczone są kable o budowie typu UTP, FTP czy STP, do późnych lat 80. używał tanich i łatwych w instalacji (ale o niskiej częstotliwości pracy) kabli o budowie nieekranowanej skrętki.
Z kolei sieciowe organizacje standaryzujące (m.in. IEEE) stosowały wyższej jakości skrętki posiadające ekrany. Kilka lat później wdrożenie technologii 10BASE-T stworzyło możliwość połączenia systemów okablowania do przesyłania zarówno głosu, jak i danych.
Pod koniec lat 80. wiodące stowarzyszenia rozpoczęły definiowanie standardu okablowania do przesyłania głosu i danych. W 1991 roku Electronics Industry Association (EIA) oraz Telecommunications Industry Association (TIA) połączyły się i rozpoczęły publikowanie serii specyfikacji dotyczących okablowania. Rezultatem było stworzenie norm z serii EIA/TIA.
Od tego czasu nastąpiła ewolucja własności kabli teleinformatycznych stosowanych w sieciach lokalnych. Stopniowo wycofywane zostały wieloparowe kable miedziane na rzecz kilkuparowych kabli rozdzielczych o innym poziomie własności transmisyjnych. Przykładami takich przewodów są kable o budowie przedstawionej w dalszej części artykułu, sklasyfikowane w poszczególne kategorie w zależności od konkretnych parametrów niskich i wysokich częstotliwości.
Rodzaje kabli teleinformatycznych
Standardowym nośnikiem sygnału w okablowaniu teleinformatycznym jest skrętka czteroparowa miedziana kategorii 5 lub wyższej. Pod względem konstrukcyjnym wyróżnia się kabel bez ekranu (tzw. UTP), kabel z ekranem w postaci folii (tzw. FTP) lub przewód z ekranem w postaci plecionki (tzw. STP). Przykłady takich kabli przedstawiono na rysunku 1. Przedstawione skrótowe nazewnictwo odnosi się w szczególności do następujących typów okablowania:
- UTP – (ang. Unshielded Twisted Pair – para skręcona, nieekranowana) – kabel z wiązkami parowymi nieekranowanymi i bez ekranu wspólnego dla wszystkich par ośrodka,
- FTP – (ang. Foiled Twisted Pair – para skręcona, ekran z folii) – kabel z wiązkami parowymi nieekranowanymi i z ekranem ośrodka, wspólnym dla wszystkich par, wykonanym z laminowanej folii metalowej zwiniętej w rurkę z zakładką i z żyłą uziemiającą pod ekranem,
- S-FTP – kabel z wiązkami parowymi nieekranowanymi i z podwójnym ekranem ośrodka, wspólnym dla wszystkich par, wykonanym z laminowanej folii metalowej zwiniętej w rurkę z zakładką, na którą nałożony jest oplot z drutów miedzianych ocynowanych,
- S-STP – kabel z wiązkami parowymi ekranowanymi indywidualnie za pomocą laminowanej folii metalowej zwiniętej w rurkę z zakładką, a na skręcony z ekranowanych par ośrodek nałożony jest oplot z drutów miedzianych ocynowanych.
Kategorie i wynikające z nich parametry kabli teleinformatycznych
Amerykańska jednostka certyfikująca – Underwriters Laboratories opracowała system klasyfikacji kabli teleinformatycznych z wiązkami parowymi, który oparty jest na podziale na poszczególne kategorie. Podstawowym kryterium jest tutaj przydatność przewodu do transmisji cyfrowej o określonej przepływności binarnej, co jest równoznaczne z przydatnością symetrycznych torów transmisyjnych kabla do pracy w określonym zakresie częstotliwości sygnałów.
Obserwowany dynamiczny rozwój okablowania strukturalnego budynków oraz coraz bardziej powszechne projekty tzw. „budynków inteligentnych” spowodowały, że światowe instytucje normalizacyjne ustanowiły uzgodnione wzajemnie standardy kabli teleinformatycznych, gdzie podział na tradycyjne kategorie stał się umowny, a grupy przewodów kwalifikuje się przez ich przydatność do pracy dla założonego pasma częstotliwości. Standardowe zakresy częstotliwości dla kabli teleinformatycznych, ustanowione przez normy europejskie serii PN-EN 50288, to: do 100 MH z (PN-EN 50288-3-1:2003), do 250 MHz (PN-EN 50288-6-1:2003) i do 600 MHz (PN-EN 50288-4-1:2003).
Warto zaznaczyć, że przydatność torów do transmisji sygnałów analogowych bądź cyfrowych o określonym widmie częstotliwości jest całkowicie zdeterminowana przez parametry transmisyjne torów. Postęp techniczny i nowe wymagania spowodowały, że obecnie stosowane są wyłącznie kable kategorii 5e i wyższych. W dalszej części przedstawiono kategorie kabli teleinformatycznych zgodnie ze standardami TIA/EIA (tab. 1.):
- kategoria 1 obejmuje kable o torach przeznaczonych do transmisji sygnałów w paśmie częstotliwości akustycznych oraz do doprowadzania zasilania o niewielkiej mocy. Nie stawia się żadnych wymagań wobec parametrów transmisyjnych torów kabli tej kategorii. Nie jest zalecana do transmisji danych,
- kategoria 2 obejmuje kable o liczbie par od 2 do 25, z torami przystosowanymi do transmisji sygnałów w zakresie częstotliwości do 2 MHz, lub z przepływnością binarną do 2 Mb/s. Sprecyzowane są wymagania dotyczące impedancji falowej (84 do 120 ?) oraz tłumienności falowej torów do 1 MHz (tłumienność falowa przy 1 MHz co najwyżej 26 dB/km). Kable te są testowane pod względem osiągania maksymalnej przepustowości 1 MHz,
- kategoria 3, nazywana także okablowaniem do przesyłania głosu, dotyczy kabli z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 16 MHz lub przy przepływności do 16 Mb/s. Wiele istniejących instalacji jest opartych na okablowaniu kategorii 3,
- kategoria 4 dotyczyła kabli o torach przystosowanych do transmisji sygnałów w paśmie częstotliwości do 20 MHz i przy większym zasięgu w stosunku do kategorii 3. Przewody tej kategorii nie uzyskały znaczącego udziału w rynku, ponieważ zostały szybko wyparte przez kategorię 5,
- kategoria 5, nazywana także okablowaniem do przesyłania danych, dotyczyła kabli z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 100 MHz, z przepływnością binarną do 100 Mb/s (transmisja simpleksowa – po dwóch różnych torach, po jednym dla każdego kierunku). Umożliwia to korzystanie z niej protokołom o dużej szybkości, takim jak 100BASE-TX. Mimo że kilka lat temu kategoria 5 była szczytowym osiągnięciem okablowania, sytuacja ta teraz się zmieniła. Jako zamienniki tej kategorii większość producentów oferuje obecnie kable kategorii 5e,
- kategoria 5e dotyczy kabli czteroparowych z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 100 MHz, z przepływnością binarną do 1 Gb/s (transmisja dupleksowa – po czterech torach w obydwu kierunkach). Przewody te pozwalają na działanie technologii 1000BASE-T z większym zapasem bezpieczeństwa niż kategoria 5,
- kategoria 6 dotyczy kabli czteroparowych z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 200 (250) MHz, z przepływnością binarną większą od 1 Gb/s (transmisja dupleksowa – po czterech torach w obydwu kierunkach),
- kategoria 7 dotyczy kabli z dwoma lub czterema indywidualnie ekranowanymi parami, których tory przewidziane są do pracy przy częstotliwościach do 600 MHz, z przepływnością binarną znacznie większą od 1 Gb/s. Kabel ten jest o ok. 50% grubszy i bardziej twardy niż kabel kategorii 5, co powoduje większe trudności w instalacji. Ze względu na konieczność zakończenia ekranu każdej pary złącza są w tym przypadku bardziej skomplikowane i trudniejsze w instalacji,
- kategoria 7A dotyczy kabli z dwoma lub czterema indywidualnie ekranowanymi parami, najczęściej odseparowanymi konstrukcyjnie, których tory przewidziane są do pracy przy częstotliwościach do 1000 MHz. Wymagania dotyczące tych torów transmisyjnych nie zostały ostatecznie ustalone.
Podsumowanie
Transmitowanie sygnału elektrycznego, czyli przekazywanie informacji na odległość, w sposób nieodłączny związane jest z wykorzystaniem odpowiednich kabli i przewodów. Teletransmisja przewodowa wykorzystuje obecnie linie miedziane symetryczne lub współosiowe, a także włókna światłowodowe. Sposób transmisji i dostępne pasmo częstotliwości są ściśle powiązane z wykorzystywanym medium transmisyjnym.
Rozwój sektora teleinformatycznego ostatnich lat determinowany jest największymi osiągnięciami naukowymi z zakresu elektroniki, elektrotechniki i informatyki. Coraz większa liczba użytkowników sprawia, że na rynku pojawiają się różnorodne technologie sieciowe o coraz to większych możliwościach przesyłu danych, przy jednoczesnej minimalizacji stratności sygnału. Stale wzrastająca ilość przesyłanych wiadomości użytkowych, powiększana systematycznie o informacje operacyjne różnorodnych systemów teleinformatycznych, wymusza ciągłe poszukiwania coraz to nowszych i bardziej efektywnych metod transmisyjnych. Odpowiedzią na takie potrzeby stała się nowa grupa kabli i przewodów o różnorodnych konstrukcjach i wynikających z nich m.in. parametrach transmisyjnych.
***
Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki.
Literatura
- ISO/IEC 11801 Information technology. General cabling for customer premises.
- EIA/TIA 568A Building Telecommunications Wiring Standards.
- PN-EN 50288-3-1:2003 Przewody wielożyłowe stosowane w cyfrowej i analogowej technice przesyłu danych. Część 3-1: Wymagania grupowe dotyczące przewodów nieekranowanych do częstotliwości 100 MHz. Przewody przeznaczone do pionowego i poziomego układania w budynkach.
- PN-EN 50288-6-1:2003 Przewody wielożyłowe stosowane w cyfrowej i analogowej technice przesyłu danych. Część 6-1: Wymagania grupowe dotyczące przewodównieekranowanych do częstotliwości 250 MHz. Przewody przeznaczone do pionowego i poziomego układania w budynkach.
- PN-EN 50288-4-1:2003 Przewody wielożyłowe stosowane w cyfrowej i analogowej technice przesyłu danych. Część 4-1: Wymagania grupowe dotyczące przewodównieekranowanych do częstotliwości 600 MHz. Przewody przeznaczone do pionowego i poziomego układania w budynkach.
