Борьба с межкабельной переходной помехой в неэкранированных системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО «МГУС»

Борьба с межкабельной переходной помехой в неэкранированных системах

Аббасова Т.С., Артюшенко В.М.

Умудумов О.Ф., Германия, Франкфурт на Майне, Корпорация компьютерных наук

Москва

Рассмотрены вопросы выбора технических средств для уменьшения влияния межкабельной переходной помехи в электрических трактах кабельных систем с пропускной способностью 10 Гбит/с. В статье использованы теоретические и практические аспекты обеспечения необходимой защищенности от межкабельной переходной помехи исследовательской группы высшей инженерной школы Ройтлингена при участии журнала LANline.

Введение

Постановка задачи: при эксплуатации неэкранированной проводки Категории 6 как наиболее распространенной в структурированных кабельных системах ее параметры требуется проконтролировать при помощи инструментальных средств и, в случае необходимости, провести модернизацию.

В технике проводной связи различают переходные помехи на ближнем и дальнем концах. На высоких частотах f переходную помеху на ближнем конце создают первые 20 м кабелей. Результаты измерений показывают, что дальнейшее увеличение длины параллельного пробега кабелей свыше 20 м не оказывает заметного влияния на величину переходной помехи. Вследствие статистического характера электромагнитной связи двух цепей переходное затухание на ближнем конце усиливается пропорционально f ^1,5 по мере роста частоты. При переходе к логарифмическим единицам для обозначения переходного затухания на ближнем конце используется символ a_n [1].

Переходное затухание на дальнем конце зависит от длины кабеля и линейно возрастает по мере ее увеличения. Оно пропорционально затуханию тракта передачи сигнала, а в частотной области меняется пропорционально f ². При переходе к логарифмическим единицам для обозначения переходного затухания на дальнем конце используется символ a_f. Рабочее (погонное) затухание тракта (Insertion Loss) изменяется пропорционально его длине и увеличивается пропорционально . В логарифмических единицах эта величина обозначается символом a_i.

Чаще всего на практике обычно применяются два различных метода уменьшения величины переходной помехи [2]:

1) Экранирование отдельных элементов кабельного тракта.

2) Увеличение расстояния между контурами прохождения мешающего и информационного сигналов за счет выбора конструкции кабеля с учетом подавления помехи или посредством соответствующего расположения кабелей на трассе. Для определения эффективности данного приема в случае использования неэкранированных линейных кабелей применяется принцип измерения «молния»: сигнал подается на одну из пар, а затем фиксируются изменения переходных помех на ближнем или дальнем концах с увеличением расстояния между кабелями, в соответствии с рисунком 1. Длину раскрыва обозначают через Y.

Рис. 1. Измерительная конфигурация «молния»

Полевые испытания кабельной системы необходимо проводить в процессе монтажа при помощи популярной базы Fluke Networks DTX-1800 CableAnalyzer и нового модуля DTX 10 Gig в соответствии с двумя схемами испытания: проброс и тракт [1,3]. Затем смонтированную и протестированную проводку сертифицируют по всем правилам с помощью специализированной лаборатории. При проведении экспериментальных исследований влияния межкабельных помех на качество и дальность передачи используется модель «шесть вокруг одного», приведенная на рис. 2.

Рис. 2. Модель влияния при анализе межкабельной переходной помехи

Рассмотрим влияние межкабельных помех на пропускную способность тракта передачи сигнала.

При передаче в условиях воздействия помех важно знать три основных параметра: верхнюю граничную частоту полосы пропускания тракта f_g, мощность сигнала и мощность помехи. Отношение мощности источника информационного сигнала к мощности источника помех называется отношением сигнала к шуму a_S/N. Согласно теореме Шеннона, параметры полоса пропускания f_g и отношение мощности сигнала к мощности шума a_S/N однозначно определяют максимальный темп передачи данных, или пропускную способность канала связи C. Частотная характеристика отношения сигнала к шуму для идеального фильтра нижних частот изображена на рис. 3 а. Если принять ширину полосы частот f_g = 625 МГц и предположить, что мешающее воздействие имеет вид белого шума, интенсивность которого соответствует a_S/N = 48,2 дБ, то пропускная способность канала связи составляет С = 10,0 Гбит/с (). Численное значение этого параметра пропорционально площади под кривой a_S/N.

Данные могут передаваться с указанной скоростью, только если линейный сигнал согласован с каналом, т. е. задействуется полная ширина канала и максимально используется его динамический диапазон. Например, если передаваемая полоса частот f_band будет меньше максимально возможной f_g, то тогда пропускная способность канала C соответствующим образом уменьшится (см. Рис. 3 б). Частота на рис. указана в мегагерцах, затухание -- в децибелах, а пропускная способность канала -- в битах в секунду.

а) б)

Рис. 3. Идеальный фильтр нижних частот: зазор шума (а) и емкость канала как функция полосы пропускания (б)

Экспериментальное определение максимального значения длины связи для переходной помехи на ближнем конце осуществлялось для двух параллельно проложенных кабелей длиной 100 м каждый [2]. Изменение длины связи выполнялось в соответствии с конфигурацией «молния», причем, согласно принятому методу исследования, расстояние между кабелями увеличивалось на дальнем конце. Полученные результаты для затухания (на частотах 100 и 500 МГц) изображены на рис. 4 как функции величины раскрыва Y.

Рис. 4. Межкабельное переходное затухание на ближнем конце как функция величины длины раскрыва Y на дальнем конце

По мере увеличения частоты эффективная длина связи естественным образом уменьшается: на частоте 100 МГц протяженность участка влияния составляет 20 м, а при увеличении частоты до 500 МГц она сокращается до 4 м. Таким образом, можно констатировать, что значение эффективной длины связи L_eff соответствует примерно десяти длинам волн (l) передаваемого сигнала. помеха кабельный сигнал

L_eff = 10 l = 10 10 VK. (1)

В этом соотношении 10 обозначает длину волны в вакууме, а VK представляет собой коэффициент изменения электрической длины кабеля.

На рис. 5 изображена зависимость межкабельного переходного затухания на ближнем конце как функция длины раскрыва Y на частоте 600 МГц в сравнении с теоретически предсказанными значениями. Сравнение производилось на частоте 600 МГц, что соответствует наибольшей ожидаемой величине частоты линейного сигнала 10GBaseT.

Рис. 5. Теоретическое и экспериментальное межкабельное переходное затухание на ближнем конце как функция длины раскрыва Y на частоте 600 МГц

Первой задачей исследований [2] было определение влияния длины связи двух кабелей на величину переходного затухания.

Обе разновидности межкабельных переходных влияний (на ближнем и дальнем концах) проявляются одновременно и снижают пропускную способность канала связи. В процессе определения максимально допустимой скорости передачи данных, т. е. пропускной способности С, их обязательно следует учитывать совместно. Это обусловлено тем, что канал связи информационной системы функционирует в дуплексном режиме, т. е. приемник и передатчик работают одновременно.

Разновидности межкабельных переходных влияний обсуждаются комитетом 802.3an с точки зрения нормирования граничных значений. Фактические величины межкабельных переходных затуханий оказываются несколько большими, так как в данном эксперименте учитывался только один источник помехи, а нормы разрабатываются для модели суммарной мощности переходной помехи от нескольких источников. На низких частотах доминирующее значение имеет межкабельная переходная помеха на дальнем конце, при переходе в область высоких частот начинает преобладать межкабельная переходная помеха на ближнем конце. Фактическая пропускная способность канала оказывается несколько меньшей по сравнению с той, при которой учитывается только переходная помеха на ближнем конце.

Когда на ближнем конце на протяжении 10 м кабели проложены далеко друг от друга, межкабельное переходное затухание на дальнем конце изменяется достаточно мало, а межкабельное переходное затухание на ближнем конце испытывает значительные трансформации [2]. Пропускная способность канала резко возрастает. Это объясняется возможностью использования всего частотного диапазона вплоть до верхней граничной частоты f_g, где рабочее затухание становится численно равным межкабельной переходной помехе на ближнем конце.

Если максимальная частота передаваемого сигнала ограничивается активным сетевым оборудованием (как правило, на практике случается именно так), то эффективность улучшения пропускной способности канала связи за счет разнесения кабелей значительно падает. Это демонстрирует Рис. 6. На рис. 6 представлены четыре кривые: 1 - 50 м максимальная длина тракта без ограничения максимальной частоты активным сетевым оборудованием, 2 - 100 м максимальная длина тракта без ограничения максимальной частоты активным сетевым оборудованием, 3 - 50 м с пределом 500 МГц, 4 - 100 м с пределом 500 МГц.

Из приведенных на рис. 6 графиков следует, что данный параметр резко возрастает при увеличении расстояния между кабелем и источником помехи (красная кривая для канала длиной 50 м и синяя кривая для канала длиной 100 м), потому что канал передачи позволяет передавать более высокие частоты.

Рис. 6. Пропускная способность канала связи в случае двух параллельно проложенных кабелей длиной 100 и 50 м при различной величине раскрыва Y

Кривые 3 и 4 относятся к пропускной способности канала, когда рабочий диапазон ограничен частотой f_band = 500 МГц. При длине тракта передачи 50 м выигрыш по пропускной способности пренебрежимо мал, тогда как в 100-метровом тракте он составляет около 1 Гбит/с, т. е. примерно четверть от величины, достигаемой при отсутствии ограничений по частотному диапазону.

Заключение

Увеличение расстояния до источника помехи позволяет существенно увеличить пропускную способность проводного канала связи при условии применения соответствующего активного оборудования. В этом случае необходимо использовать адаптивное кодирование линейного сигнала. Если максимальный частотный диапазон ограничен активным сетевым оборудованием, то заметного выигрыша в пропускной способности тракта за счет пространственного разнесения получить не удается. В идеале, при реализации адаптивного линейного кодирования, оборудование должно обладать способностью подстраиваться под любую разновидность проводки.

Литература

1. Артюшенко В.М., Аббасова Т.С. Структурированные кабельные системы. Учебное пособие. М.: МГУС, 2005. - 152 с.

2. Альбрехт М. Олер, Дитер В. Шикетанц. Межкабельная переходная помеха: теория и измерение // LAN. - 2006. - №01. - С. 26-32.

3. Спецификация для тестирования симметричной связной проводки в соответствии с ISO/IES 11801. Часть 1: Инсталлированная проводка» («Generic cabling systems. Specification for the testing of balanced communication cabling in accordance with ISO/IES 11801. Part 1: Installed cabling»).

Размещено на Allbest.ru