Вита пара (cоотношеніе сигнал і шум).
Незважаючи на першочергове фізичне значення основних електричних параметрів, використовувати їх для реальної оцінки якості середовища передачі не доцільно. Тим більше, історично склалося, що для оцінки якості передачі потрібно знати тільки співвідношення двох базових параметрів - сигналу і шуму. Це досить логічно, адже для коректної інтерпретації прийнятого сигналу не має значення абсолютне значення амплітуди, вона може становити і 0,001 В, і 1000 В. Необхідно, що б корисний сигнал був помітний на тлі шуму (перевищував рівень перешкод).
Тому нормуються виробником і визначаються при тестуванні лінії саме ті параметри, за допомогою яких можна легко зіставити рівні сигналу і шуму. При цьому в якості основної одиниці виміру обрані Децибели (дБ).
Це умовне позначення, що дозволяє порівнювати і кількісно оцінювати рівні сигналів, що відносяться до процесів в різних середовищах і вимірюваним в різних одиницях. Важливо пам'ятати, що децибели визначають ставлення рівнів, а не абсолютну величину, і для перетворення в них застосовується наступна формула: Х (дБ) = 20 * log10 (P1 / P2), де P1 і P2 - два порівнюваних значення.
Розглянемо найбільш важливі з параметрів, що визначають фізичні властивості лінії передачі даних. Найбільш істотний вплив на них надає загасання (ослаблення) - відношення потужності сигналу на виході з передавача до потужності сигналу на вході в приймач тієї ж лінії. Обумовлює поступову втрату енергії сигналу в середовищі передачі, в результаті якої потужність корисного сигналу зменшується.
A = 20 * log10 (Р передавача / Р приймача)
Для оцінки якості кабелю часто використовується коефіцієнт загасання alfa, який відображає ослаблення сигналу на одиницю довжини:
alfa (дБ / м) = А (дБ) / L (м), де L - довжина кабелю.
Потрібно розрізняти власне (в ідеальних умовах), та робоче затухання кабелю. Найменшим воно буде в разі рівності хвильового опору джерела сигналу, приймача, і самого кабелю (відображення електромагнітної енергії буде відсутній). Інакше кажучи, повинна бути забезпечена узгоджена навантаження.
Так як загасання прямо пропорційно опору кручений пари, то з малюнка 7.7. випливає висновок, що воно росте в міру збільшення частоти сигналу, поступово стабілізуючись на високих частотах.
На жаль, загасання далеко не повністю описують картину проходження сигналу по реальному кабелю. При передачі сигналів по неідеальної кручений парі, частина енергії розсіюється в навколишньому просторі у вигляді електромагнітних хвиль (а не тільки у вигляді тепла). Причому, чим більше буде відрізнятися від ідеальної кручена пара (буде розбалансованою), тим більше буде енергія такого випромінювання.
Якщо в безпосередній близькості від таких провідників будуть перебувати інші, то в них виникне наведений струм. Цей ефект отримав назву перехідних наведень - відношення потужності наведеного сигналу до основного. А різниця між ним і переданим сигналом, відповідно, вважається перехідним загасанням.
Мал. 7.8. перехідні наведення
Необхідно розрізняти NEXT (Near End Crosstalk) - перехідне загасання двобічної передачі, і FEXT (Far End Crosstalk) - перехідне загасання односпрямованої передачі (англійське слово Cross часто скорочують як Х). Треба відзначити, що дослівно NEXT означає перехресні наведення на ближньому, а FEXT - на дальньому кінці кабелю.
Таким чином, в залежності від типу передачі (або від місця вимірювання, за іншою трактуванні), можна застосовувати такі співвідношення: NEXT (FEXT) = 20 * log10 (Pс / Рн), де Рс - потужність сигналу, а Рн - потужність сигналу, наведена на інший кручений парі).
Пов'язана така серйозна термінологічна плутанина з тим, що 10 / 100baseT має одну пару на передачу, а іншу на прийом. При цьому поняття односпрямованих наведень не має практичного сенсу (як не має сенсу поняття наведення на джерело сигналу). Природно, початкові визначення давалися за принципом "як простіше", потім вони "устоялися" в нормативах, документації, технологічному обладнанні, і змінити їх стало практично неможливо.
Таким чином, чим вище NEXT і FEXT, тим менше рівень має наводка в сусідніх парах, і тим вище якість кабелю. Це пояснює вибір в якості базового такого неочевидного параметр, як перехресне загасання (а не більш зрозумілою інженерам наведення). З маркетингових міркувань, кращий кабель не повинен мати нижчі числа в малозрозумілих неспеціалістам характеристиках.
Цілком закономірно, що наведення залежать від частоти, так як паралельно йдуть провідники можна розглядати як обкладки конденсатора. Стандарт EIA / TIA-568A нормує мінімально допустимі значення для перехідного загасання двобічної передачі (при кабелі 100 метрів завдовжки) за такою формулою:
На основі описаних параметрів нескладно вивести критерії, безпосередньо що показують співвідношення сигнал / шум (а значить, і якість лінії) в логарифмічному вигляді. У кабельних системах для цього використовується наступна пара параметрів. ACR (attenuation to crosstalk ratio), дослівно перекладається як "відношення загасання до наведенням", і ELFEXT (equal level far end crosstalk) - "равноуровневих наведення на дальньому кінці". Ці параметри не визначаються шляхом вимірювань, а розраховуються за такими формулами:
ACR = NEXT - A, ELFEXT = FEXT - А.
Фізичний сенс ACR досить простий - це перевищення сигналу над рівнем власних шумів при двобічної передачі сигналів, а ELFEXT - односпрямованої.
Так як основним видом перешкод в кабелях комп'ютерних мереж є наведення, то використання параметра ACR дозволяє однозначно визначити верхню межу частоти електричного тракту передачі (або будь-який його частини). Вважається, що середовище передачі може забезпечити стійку полнодуплексную роботу будь-якої програми з такою граничною частотою, на якій параметр ACR становить 10 дБ.
Мал. 7.9. Гранична частота середовища передачі
Наведений графік дуже наочно показує картину можливості прийому сигналу заданої частоти від параметрів кабелю. Особливо добре це видно для нестандартних кабелів, і в наступних розділах до цієї ілюстрації ми ще не раз повернемося.
Для ілюстрації, розглянемо стандартний кабель довжиною 100 метрів в мережі 100baseT. За нормами, загасання не повинно перевищувати 24 дБ. В десяткових величинах це означає зменшення сигналу в 251 разів. Рівень наведень на вході в приймач для комбінації гірших пар обмежений величиною 27,1 дБ. Це означає, що потужність наведень в 513 разів менше потужності сигналу передавача суміжній пари. Сигнал перевищує наведення на 3,1 дБ або в 2,04 рази.
Є ще кілька параметрів, які діючих стандартів не нормуються, але на високошвидкісну передачу даних можуть впливати.
Перш за все, це відносна швидкість поширення сигналів (NVP, Nominal Vilocity of Propagation), що виражає у відсотках уповільнення сигналів в кручений парі щодо швидкості світла у вакуумі. Параметр може виявитися важливий для коректної роботи високошвидкісних додатків. Так само рефлектометри його використовують для визначення відстані до аномалії.
Затримка (Delay) в передачі сигналу по одному кабелю, визначається різною електричної довжиною пар з різним кроком скрутки і різним матеріалом ізоляції. Для протоколів 10 / 100baseT це практично не має значення, але вже для 1000baseT деякі специфічні види кабелів (наприклад, з різним матеріалом діелектрика в парах) можуть викликати серйозне неузгодженість сигналу.
На закінчення розділу потрібно сказати, що зі збільшенням швидкостей передачі даних, все більша кількість параметрів доводиться брати до уваги при побудові мереж. Описаних цілком достатньо для 10/100 / 1000baseT. Але, на жаль, це не означає, що для наступних протоколів не доведеться враховувати ще які-небудь особливості електричної середовища, утвореною вітопарним кабелем.