«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010
40
Актуально
ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ
Ñêðóòêà ïàð è
ïåðåêðåñòíûå ïîìåõè
В
литературе [1—3] приведе-
ны в основном качествен-
ные и достаточно противо-
речивые сведения о зависимости
перекрестных помех от конструк-
ции кабельных систем. Например,
в [3] есть утверждение, что для
минимума взаимных влияний двух
пар 1—2 и 3—4 (номера жил) не-
обходимо обеспечить равенство:
r
14
r
23
=r
13
r
24
(рис. 1). Оно автома-
тически выполняется в звездной
(четверочной) скрутке, а также
при специальной синхронизации
скрутки соседних пар. Тем не ме-
нее далее в [3] идут пространные
рассуждения на предмет «согла-
сования» шагов скруток Ш, что-
бы снизить перекрестную помеху.
В [2] есть похожие рассуждения
«магов», но там же и такое обе-
скураживающее замечание: «Не
О витой паре — симметричных кабелях связи с регулярной
парной скруткой кажется уже все сказано. Однако вопросы и их
решения продолжают возникать. Не претендуя на новизну объек-
та, авторы предлагают свою точку зрения на витую пару.
Евгений ВИШНЯКОВ, старший преподаватель
Озерского технологического института (филиал МИФИ),
Дмитрий ХВОСТОВ, генеральный директор ЗАО «СИМПЭК»
рассчитывайте особо на пода-
вление наводок за счет варьиро-
вания шага скручивания пар, это
возможно только в том случае,
если длина фронта сигнала на-
много превышает шаг скрутки...
К счастью, скручивание проводов
крайне редко дает негативный
эффект
.
Поэтому не стоит отка-
зываться от него, не попробовав».
Вот так, скрутки бывают и во
вред. И мы попадаем в ситуа-
цию, как в известном афоризме:
про историю мидян известно, что
она темна и непонятна. И еще по-
дозрительное обстоятельство. В
[1, 2] есть некие количественные
сведения о влиянии скрутки на
помехи от местных радиостанций
.
И хотя они не очень достоверны
из-за сильного разброса данных,
но все-таки есть. В то же время
нигде и ничего подобного нет про
влияние скрутки на межпарные
помехи.
Это тем более удивительно,
что сейчас идет освоение кабелей
LAN-7 и LAN-8 с весьма жесткими
требованиями к подавлению по-
мех разного типа. И давно пора
либо отбросить науковидные рас-
суждения про скрутки и помехи,
либо как-то обоснованно все это
формализовать. Скажем, в виде
расчетных формул NEXT (Ш
1
,
Ш
2
...).
Рис. 1. «Согласование» скрутки двух пар жил для предположи-
тельной минимизации их взаимного влияния согласно [3]
1—2 — сигнальная пара, 3—4 — приемная
«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010
41
Актуально
ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ
Тем не менее везде видим как
заклинание — раз каждые пол-
витка пары наводка меняет знак,
то... И хотя применительно к
длинным линиям такие рассужде-
ния по меньшей мере спорны, мы
не будем этого делать, а обра-
тимся к высшему авторитету —
опыту. Спросим сами многопар-
ные кабели, что они «думают» о
скрутках.
Для этого выбрали неэкраниро-
ванный кабель витая пара LAN-5е,
98 м, 100 Ом. Диаметр жил
=0,51
мм, в изоляции 0,9 мм, Ш=19,0,
16,3, 14,5 и 12,5 мм (соответ-
ственно синяя — 1—2, зеленая —
3—4, оранжевая — 5—6 и корич-
невая — 7—8). Оболочка ПВХ —
0,5 мм. Отметим попутно, что со-
гласно частному сообщению ав-
тора [7] результатам исследова-
ний неэкранированных кабелей
особо доверять не следует. Но
мы выбрали именно неэкраниро-
ванный, так как нас интересовали
помехи, возникающие в кабелях
из-за разных причин, в том числе
и внешних.
С этой же целью использо-
вали и такие «неприличные»
вспомогательные объекты, как
телефонные кроссировочные
провода ПКСВ (сине-белый, дли-
на 40 м, волновое сопротивление
119—123 Ом, диаметр жил 0,5,
в изоляции 1,2, Ш=35 мм) и про-
вод ТРП ( соответственно 57 м,
280—300 Ом, 0,5, 1,4, толщи-
на разделительного основания
0,6 мм, полная ширина 4,8 мм).
Хотя они заметно отличаются от
LAN-кабелей, но удобнее для экс-
периментов.
Эксперименты ставили с
помощью специально скон-
струированной измерительно-
информационной системы —
ИИС. На рис. 2 показаны ее
упрощенная функциональная схе-
ма и принципиальные схемы сое-
динителей объектов с ее блоками:
генератором PCI ГСПФ-052 и си-
стемой сбора данных ЛА-н4 USB
(оба производства ЗАО «Руднев-
Шиляев», Москва).
Генератор позволяет менять
частоту сигнала и его форму.
Здесь в основном применяли ко-
роткие отрицательные измери-
тельные импульсы U
0
=минус 8 —
минус 12 В, 13 нс (
2,6 м вдоль
оси кабеля, полоса частот 35—40
МГц). Их в дальнейшем называем
измерительными, зондирующими
или просто зондами. А также ме-
андр с таким периодом (>>1 мкс),
чтобы его фронты можно было
трактовать как ступенчатое воз-
мущение. Зонды (U
0
) направляли
в выбранную пару жил, которую в
дальнейшем называем сигналь-
ной (1—2), а остальные пары (3—
4) — приемными, и такое влияние
обозначим как 1—2
3—4.
Восьмиразрядная двухканаль-
ная система сбора данных ЛА-н4
принимает входные и выходные
сигналы пар, оцифровывает их
(с частотой до 500 МГц) и запи-
сывает в файлы данных, направ-
ляемые в достаточно мощный ПК.
Возможности такой ИИС обшир-
ны. Здесь ее использовали в ка-
честве рефлектометра, в котором
ЛА-н4 обеспечивала работу ПК в
режиме двухканального запоми-
нающего осциллографа.
С его помощью фиксировали
измерительные сигналы и поме-
ху В
0
(t), идущую по сигнальной
линии назад (ее называют также
структурными возвратными по-
терями, а в [4] — обратным пото-
ком), и одновременно (точнее, с
задержкой 2 нс) один из сигналов:
• U
1
(t) — зонд, прошедший ли-
нию и сопровождающую его
помеху В
1
(в [4] ее называют
попутным потоком);
• А
0
(t) — перекрестную помеху
назад на одной из приемных
линий;
• А
1
(t) — там же, вперед.
Цель предлагаемой работы —
исследование источников и усло-
вий возникновения помех в пар-
ных кабелях.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ПОМЕХА
С ТРАДИЦИОННОЙ
КОМПОНОВКОЙ ЖИЛ
ВИТЫХ ПАР
На рис. 3 представлены осцил-
лограммы сигналов U
0
(t) и А
0
(t)
(1—2
3—4) для кабеля LAN-5е.
Они типичны, и мы рассмотрим их
подробнее. Слева во всех осцил-
лограммах U
0
— зонд, за ним —
ряд составляющих структур:
• начальный «звон» (до ~0,15 мкс);
• слабый шумоподобный сигнал
«из тела» линий;
• отраженный сигнал от нагруз-
ки (первое отражение 0,94
мкс);
Рис.2. Функциональная схема ИИС для исследования
перекрестных помех
Под ней — принципиальные электрические схемы блоков для под-
ключения линий к цепям: В — генератора ГСПФ и Н — системы сбо-
ра данных (осциллографа) ЛА-н4
«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010
42
Рис.4. Осциллограммы начального «звона» и излучения
«из тела» кабеля в увеличенном масштабе
Следует обратить внимание на сдвиг головного пика A
0
относитель-
но зондирующего импульса (уходит глубоко под рисунок). а также на
корреляцию пиков А
0
и В
0
, которые могут быть как синфазными, так
и противофазными.
• остаточное эхо, наблюдаемое
в течение 3—5 мкс (на рисунке
не показано).
Сигнал U
0
(t), за исключением
зонда, идентифицируем как по-
меху В
0
. Обычно сигналы началь-
ного звона A
0
и B
0
противофазны
(рис. 3, 4), равно как и сигналы,
отраженные от конечных нагру-
зок. Но это не строгое правило.
Табл. 1. Показатели подавления
помех, дБ в кабеле LAN-5е
Составляющая помехи
1—2
®
3—4 5—6 7—8
начальный звон
22,5
29,1
29,29
23,85
сигнал из тела линии
41,1*
41,5
41,60
38,90
сигнал нагрузки
24,9
29,5
29,68
24,24
остаточный звон
38,8
36,6
36,71
34,02
полная энергия A
0
(NEXT )
20,4*
25,8
25,96
20,75
полная энергия B
0
(FEXT )
8,74*
29,38
22,01
22,48
* для — 2 SRL, RL вместо NEXT и Att вместо FEXT
Сигналы А
0
(t) и B
0
(t) коррелиро-
ваны, что можно непосредственно
видеть в осциллограммах. Коэф-
фициенты корреляции r не малы,
особенно из тела кабеля. Так, для
амплитуд А
0
(t) и B
0
(t) из тела r=
-0,46 (то есть A
0
и B
0
в основном
противофазны). И для мощности:
r=0,95 (почти 100-процентная кор-
реляция). Для полных A
0
и B
0
поху-
же: соответственно r= -0,40 и 0,33.
Аналогично для других влияний:
1-2
5—6
7—8 и т.д.
В табл. 1 приведены показа-
тели подавления разных состав-
ляющих помех: 20 log(U
0
/U) [дБ],
где U — среднеквадратичное на-
пряжение.
Показатели в строках NEXT и
FEXT для пар 3—4, 5—6 и 7—8
аналогичны одноименным в стан-
дарте TIA/EIA 568А. Для пары
1—2: SRL — подавление помехи
В0, RL — то же для всего тракта
и Att — затухание в сигнальной
линии. Параметры для других
конфигураций сигнал-помеха
(3—4
... и т.п.) близки к приве-
денным в табл. 1.
Напоминаем во избежание не-
доразумений, что параметры в
кавычках — «импульсные», в то
время как в стандартах предпи-
сывают контролировать их с по-
мощью гармонических сигналов.
Импульсный подход упрощает от-
деление сигнала собственно ка-
беля от сигналов его соедините-
лей, а также паразитных в самой
ИИС.
Поэтому здесь и в дальнейшем
работаем именно с импульсными
измерительными сигналами, не
претендуя на получение «атте-
стованных» результатов. Для по-
ставленной в работе цели это не
требуется.
На рис. 5 — осциллограммы
импульса U
1
. Он заметно уширен
относительно U
0
. Кстати, анало-
гичный эффект зафиксирован и
в [4]. На рис. 5 приведены также
осциллограммы помех А
1
(t) и В
1
(t).
В качестве В
1
идентифицируем
сигнал U
1
(t) «без импульса U
1
».
В
1
, как правило, содержит эхо
Рис.3. Осциллограммы сигналов U
0
(t) и А
0
(t)
Крайний левый отрицательный пик — зондирующий импульс. Знако-
переменные импульсы около 0,94 и 1,88 мкс — отражения от даль-
него конца. Справа — в увеличенном масштабе отчетливо виден на-
чальный звон А
0
(t) и В
0
(t), а также наводка зондирующего импульса
на соседний («красный») канал ИИС.
Актуально
ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ
«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010
43
Рис. 5. Осциллограммы
помех B
1
А
1
(1—2
3—4, 5—6, 7—8: крас-
ная, зеленая, сиреневая линии
соответственно). Пунктир —
форма зондирующего импульса.
Стрелкой помечен пик в сигнале
U
1
(t), который идентифицирова-
ли, как помеху В
1
, парную поме-
хам А
1
в соседних линиях.
Рис.6. Осциллограммы помех
А
0
и В
0
при разных
внешних воздействиях
Стрелки — начало и конец, на не-
экранированный кабель LAN-5е.
Вверху — при погружении LAN-
5е в воду. Ниже — при погруже-
нии пары проводов ПКСВ в воду
(см. текст). Здесь следует об-
ратить внимание на существен-
ную разницу в поведении А
0
и
В
0
. Внизу — при воздействии на
LAN его спиральной скрутки и
экрана поверх оболочки.
3—5 мкс, а также пики как кон-
трастно различимые на фоне зон-
да (на рис. 5 помечен стрелкой
В
1
), так и в виде «колен» на фрон-
тах зонда (на рис. 5 — на заднем).
Так что анализ В
1
требует специ-
альной регрессионной процеду-
ры, но на этом здесь останавли-
ваться не будем.
Необходимость введения тако-
го понятия, как помеха В
1
, продик-
тована тем, что она явно парная
синхронной ей А
1
. Кроме того, она
родственна и упомянутому в [4]
попутному потоку. Хотя сигналы
А
1
и В
1
весьма информативны для
кабельной диагностики, далее со-
средоточимся на более наглядных
А
0
и В
0
.
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ
ФАКТОРОВ НА ПОМЕХИ
Коль самые мощные сигналы
А
0
(t) и В
0
(t) идут от концов LAN-5е,
для выявления источников помех
в самом кабеле эксперименты с
объектами осуществляли на до-
статочном удалении от их соеди-
нителей с ИИС (не менее чем
на 10 м). Например: погружение
LAN-5е (60 м) в водную среду в
оболочке; то же (10 м) для ПКСВ
без оболочки; скрутку 20 м кабеля
LAN-5е в плотную спираль диаме-
тром 40 мм с длиной 1,5 м; обо-
рудование LAN-5е внешним экра-
ном (20 м поверх ПВХ-оболочки).
На рис. 6 представлены осцил-
лограммы сигналов А
0
и В
0
, свя-
занных с модифицированными
такими способами участками
кабеля (помечены стрелками).
Здесь головные пики помех син-
фазны, в отличие от приведенных
на рис. 3. За исключением полно-
го погружения сигнальной и при-
емной пар ПКСВ в водную среду,
где сигнал А
0
не имеет видимых
особенностей, в то время как
мощность пиков В0 подскакивает
на ~20 дБ.
Подчеркнем, что LAN-5е по-
гружали в воду только в оболоч-
ке, а опыт с полным погружением
пар в водную среду произвели с
помощью свитых друг с другом
проводов ПКСВ. Дело в том, что
с LAN-5е такой опыт нельзя про-
делать без удаления оболочки
или ввода воды внутрь ее (напри-
мер, с помощью шприца). Но и то
и другое нарушает чистоту опыта
(в первом случае — удаление обо-
лочки, а во втором — ее наличие),
и в обоих случаях есть проблема
оценки длины залитого водой
объема.
Помимо водных процедур, ма-
кет из двух пар ПКСВ оказался
полезным для исследований усло-
вий генерации А
0
, В
0
, А
1
, В
1
, так
как с его помощью можно вклю-
чать и выключать электромагнит-
ное взаимодействие пар: отдале-
нием друг от друга; прокладкой
алюминиевой фольги или сталь-
ной ленты; погружением в воду,
которая из-за высокого значения
=78—81 играет роль хорошего
диэлектрического экрана.
Кроме того, меняли шаг скрут-
ки ПКСВ. В частности, при ис-
следовании влияния внешних
(эфирных) радиопомех его дово-
дили до 2,5 мм. Результаты этих
опытов тоже весьма поучитель-
ны и достойны отдельного об-
стоятельного обсуждения. Здесь
ограничимся лишь замечанием,
что подтвержден отмеченный в
[1] факт сильного разброса мощ-
ности помех по частоте радио-
волн (15—250 МГц) и по времени
наблюдений. Тем не менее не за-
фиксировано влияние скрутки на
мощность помех. И, к слову, тео-
ретическое исследование позво-
лило выяснить, почему это так. Не
вдаваясь в подробности, отметим,
что внешние радиоволны создают
помехи лишь в области концов
длинных линий. А в самой линии
однородная радиоволна никаких
помех не создает, так как для это-
го проекция скорости радиоволны
Актуально
ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ
«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010
44
на ось линии должна совпадать
со скоростью собственных волн в
линии, что практически нереали-
зуемо.
Аналогичные опыты провели и
с парой проводов ТРП. Их особое
преимущество в том, что в них
жилы прямые и широко разнесе-
ны (3,7 мм). Кроме того, расчеты в
программной среде ELCUT [www.
tor.ru] показали значительное пре-
имущество ТРП для исследова-
ния перекрестных помех, так как
взаимодействие проводов ТРП
существенно сильнее, чем пар
ПКСВ или LAN. Кроме того, ТРП
можно произвольно поворачивать
и сдвигать друг относительно дру-
га, регулируя взаимодействие. И
главное — нет начальной скрут-
ки. И потому можно проследить
явления вплоть до Ш=25 мм (при
меньших шагах ТРП сворачивает-
ся в трубочку).
Отметим, что приведенные
здесь результаты касаются опы-
тов с согласованными нагрузками
на обоих концах всех линий. Этим,
однако, не ограничивались: испы-
тания проводили в разных комби-
нациях, как с короткозамкнутыми
концами, так и в режимах холо-
стого хода. В целом все это весь-
ма поучительно, но даже краткое
описание слишком объемно. И по-
тому ограничимся лишь одним, на
наш взгляд, наиболее поучитель-
ным опытом.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ПОМЕХА С
«ВЫКЛЮЧЕНИЕМ» СКРУТКИ
Итак, как видно из рис. 3 и
табл. 1, основной сигнал помех А
0
и В
0
исходит от концов линии, где
нет скрутки. И на последнем ме-
сте — сигналы из самого тела ви-
тых пар. Так что на первый взгляд
скрутка хорошо защищает их от
взаимного влияния.
Тем не менее она практически
не работает. И чтобы в этом убе-
диться, достаточно просто поме-
нять местами клеммы жил 2 и 3 на
входном и выходном устройстве
ИИС (рис. 7). Как видно из ри-
сунка, эта операция ликвидирует
смену знака наводки, на чем со-
гласно традиционной трактовке и
основан принцип действия витых
пар, да еще с разным шагом. Кро-
ме того, здесь реализован также
максимум амплитуды наводки.
Так что, следуя традиционной
логике, помеха А
0
из тела линии
должна подскочить до уровня по-
мехи от концов линии или даже
превысить ее.
Но ничего подобного, как это
можно видеть на рис. 8 в сравне-
нии с рис. 3 и 4, а также из табл. 2,
данные которой мало отличаются
от приведенных в табл. 1.
При желании можно даже
усмотреть некоторое усиление
взаимной помехозащищенности
линий, которые, подчеркиваем, в
данном опыте максимально силь-
но взаимодействуют без смены
знака. Аналогично поведение
столь же сильно связанных 5—7
и 6—8.
Такое поразительное поведе-
ние LAN-кабеля настолько проти-
воречит традиционному взгляду
на генерацию перекрестных по-
мех, что ряд опытов поставили с
использованием более простых
объектов: ПКСВ и ТРП (с тем же
результатом). Хотя и не столь
контрастным, как у LAN, но тоже
вполне достоверным.
Следует обратить внимание на
несколько меньшее затухание в
паре 1—3 по сравнению с парой
1—2. Видимо, это связано с тем,
Рис. 7. Формирование перекрестной помехи в системе
двух витых пар
Следует обратить внимание, что в традиционной компоновке пар
наводка 1—2
3—4 меняет знак. Для 1—3
2—4 смены знака нет.
Рис. 8. Осциллограммы помех А
0
и В
0
в системе пар 1—3 и 2—4
Актуально
ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ
«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010
45
что волновое сопротивление у
пары 1—3 (108 Ом) больше, чем у
1—2 (102 Ом). Что вполне понят-
но: расстояние между жилами 1 и
3 больше, чем между 1 и 2.
ОБСУЖДЕНИЕ
Если посмотреть на табл. 1
и 2, то по параметру NEXT ис-
следованный LAN-5е формально
уступает требованиям катего-
рии 5: NEXT>39 дБ (31,25 МГц) и
NEXT>35 дБ (62,5 МГц). Но это,
конечно, не свойство кабеля, а
скорее самой ИИС в целом, так
как энергия помехи А
0
, излучен-
ной кабелем, составляет всего
около 1,5% полной. Аналогично
по параметру В
0
(0,9%).
NEXT собственно кабеля
LAN-5е (сигнал линии) близок
к нормативу LAN-6: NEXT>42
дБ (31,25 МГц) и NEXT>40 (62,5
МГц). А SRL с большим запасом
(~ 20 дБ) превышает норматив
LAN-6: SRL>17,1 дБ (31,25 МГц) и
SRL>14,1 (62,5 МГц) [4].
Высокая, почти единица, сте-
пень корреляции мощности А
0
(t) и
В
0
(t) из тела линии — свидетель-
ство их общего происхождения.
В то же время пониженная корре-
ляция их амплитуд (~ -0,5) — при-
знак наличия двух независимых
механизмов генерации А
0
(t) и
В
0
(t): в
1/3 случаев синфазных, а
в
2/3 — противофазных.
Видимо, из-за высокой корре-
ляции автор [6] предлагает огра-
ничиться контролем SRL. Впро-
чем, опыт с полным погружением
ПКСВ в воду показывает, что по-
меха В
0
, даже мощная, не всегда
сопровождается помехой А
0
. И в
этом смысле параметр SRL может
быть и обманчивым.
Пониженная корреляция помех
А
0
(t) и В
0
(t) от всего тракта пока-
зывает, что их источники (рас-
положенные главным образом в
области входа и выхода линии) в
значительной степени независи-
мые, хотя тоже преимущественно
противофазные.
Знак головных пиков В
0
во
всех осциллограммах рис. 6 про-
тивоположен знаку зонда. Это со-
ответствует отражению сигнала
от участка линии с пониженным
значением волнового сопротивле-
ния Z
0
=(L/C)
1/2
. Что логично: вода
повышает емкость С и, стало
быть, снижает Z
0
. Металлические
предметы (фольга или соседние
витки спирали) тоже повышают
С. Отметим попутно, что в опытах
с локальным механическим отда-
лением друг от друга пар ПКСВ
наоборот: головной пик В
0
имел
знак зонда. Что тоже логично: от-
даление взаимодействующих ли-
ний ведет к снижению С и росту
Z
0
. То же с проводами ТПР.
Некоторое снижение затуха-
ния в паре 1—3 в сравнении с
1—2 вызвано по крайней мере
двумя причинами. Первая: повы-
шенное значение Z
0
ведет к сни-
жению затухания из-за омических
потерь: Att=434,4 R/Z
0
[дБ/100 м]
(R [Ом/м] — сопротивление по-
терь). А вторая особенно интерес-
на: в конфигурации 1—3
2—4
из-за сильного взаимодействия
жил 1 и 2 и 3 и 4 четные жилы как
бы помогают нечетным (это по-
казало моделирование в ELCUT).
Дело в том, что ток жилы 1 вызы-
вает противоток наводки в жиле
2, который, в свою очередь, вызы-
вает противоток в жиле 1, то есть
направленный вдоль нее. Четные
жилы как бы параллельно под-
ключаются к нечетным. Впрочем,
это, может быть, и не правило, так
как в ПКСВ зафиксировали неко-
торое (на 2 %) повышение затуха-
ния.
Следует особо подчеркнуть:
основной источник помех — неод-
нородности кабеля. Кстати, кос-
венно на это указано и в курсах
магии [1, 2], содержащих весьма
обстоятельные обсуждения помех
и механизмов их возбуждения. В
частности, по мнению «магов»,
основной источник помех — скач-
ки потенциалов (токов) сигналь-
ной линии.
На самом деле, если посмо-
треть на рис. 9, то впечатление
такое, что помеха А
0
действует,
пока передний фронт прямоуголь-
ного импульса летит к нагрузке
t=0,24 мкс (t=Д/V , Д — длина ли-
нии ПКСВ, V — скорость сигнала)
и пока оттуда не пришел сигнал,
отраженный от нагрузки. Это еще
0,24 мкс, и возникают малень-
кие пики на вершинах зондов. И
тут помеха в основном исчезает
(к слову, в [1, 2] приведены ана-
логичные осциллограммы). Но
ведь зонд-то никуда не делся:
напряжение-ток в сигнальной ли-
нии есть, проводники-изоляторы
на месте, их взаимодействие —
тоже... По традиционной логике
помеха должна оставаться, а она
почти исчезает. И тут лучше ра-
ботает логика «магов»: помеха
А
0
«живет», пока «не знает», что
передний фронт зонда линию уже
прошел.
Тем не менее и она недоста-
точно полна. Так, не ясно, как с ее
помощью понять низкочастотное
поведение А
0
и А
1
, существенно
отличающееся от высокочастот-
ного, как это видно на рис. 9, где
представлена реакция приемной
3—4 линии на прямоугольные им-
пульсы в сигнальной 1—2 с дли-
тельностью 1,25 и 64 мкс.
И тут помеха А
0
существует
в основном в течение времени
2t=0,48 мкс, а потом в виде спа-
дающей экспоненты. Это очень
1—3
2—4
5—7
6—8
сигнал линии
37,34*
42,89
40,36
39,76
NEXT 22,44*
26,06
19,59
19,97
FEXT 6,30*
21,38
19,06
22,56
* для 1—3 SRL, RL вместо NEXT и Att, вместо FEXT
Табл.. 2. Параметры подавления
помех (дБ) в кабеле LAN-5е
с «выключенной» скруткой
Актуально
ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ
«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010
46
похоже на работу дифференци-
рующей цепочки, где роль емко-
сти играет электрическая связь
сигнальной и приемной линий, а
роль сопротивления — нагрузка
последней. Но это — на клемме
А
0
. А вот А
1
ей противофазна, что
уже больше похоже на другую
клемму вторичной обмотки транс-
форматора. И то за исключением
случая: 1—2
3—4 в интервале
~0,1—1 мкс (это область резо-
нансных частот линии, и, похоже,
только здесь скрутка как-то себя
проявляет).
Кабель нельзя рассматривать
как сосредоточенный элемент. И
даже на самых низких частотах
вряд ли можно адекватно понять
его работу в рамках аппарата те-
ории цепей (узловые потенциалы,
уравнения Кирхгофа и т.д.). По-
ведение же помех вообще не впи-
сывается в традиционную логику,
логику «магов». В целом физика
работы кабеля связи требует осо-
бо обстоятельного обсуждения,
которое надеемся сделать позд-
нее. Здесь ограничимся лишь не-
которым качественным объясне-
нием.
Прямые двухпроводные линии
отличаются от других волноводов
тем, что в них распространяются
Т-волны, электрическое Е и маг-
нитное Н, поле которых перпенди-
кулярно оси линии. В результате
поток энергии Т-волны (вектор
Умова) У=[ЕН] течет строго па-
раллельно линии. И она не может
передаваться в параллельные ей
соседние, даже самые близкие.
С другой стороны, чтобы в при-
емных линиях возникли помехи А
0
и А
1
, туда надо передать энергию.
А из Т-волны эта энергия посту-
пить не может. Этот вывод можно
сформулировать в виде теоремы:
в идеальных бесконечно длинных
кабелях связи с однородными
прямыми парами перекрестных
помех нет.
Но если на пути Т-волны есть
рассеивающая неоднородность
(вход и выход линии, соседний
предмет, изгиб линии, скрутка...),
то здесь могут возникать волно-
вые моды под углом к соседним
проводникам, способные пере-
дать туда энергию. В этом месте
и происходит генерация помех:
назад А
0
и вперед А
1
. А в сигналь-
ной линии — волны реакции на
локальную убыль энергии, но уже
в виде помех В
0
и В
1
.
И тут встает вопрос: а как же
витые пары? Ведь получается,
что их витки — источники помех?
Да, и неслабых. Это подтвержде-
но, в частности, численными экс-
периментами по моделированию
электромагнитных полей витых
пар и рядом других опытов. И по-
лучается парадокс: общеизвест-
но, что скрутка пар — хороший
прием в борьбе против помех, а
оказывается, они сами их мощ-
ный источник.
Но на самом деле парадокса
нет. Все дело в СВЧ — сверх-
высокой частоте «виты» помех:
F=2V/Ш, где V — скорость вол-
ны. К примеру, для Ш=10—40
мм и V=2—108 м/с F=40—10 ГГц.
Это намного выше рабочей ча-
стоты средств связи, и их филь-
тры эти СВЧ-помехи подавля-
ют.
Более того, витые пары с той
же частотой модулируют помехи
от всех остальных источников,
«подставляя» их под те же филь-
тры. И в этом смысле витые пары
работают. Но, разумеется, со-
всем не так, как пишут в учебни-
ках.
В результате витые пары
верой и правдой служили свя-
зистам, пока рабочие частоты
были намного меньше ~1 ГГц.
И с этим, скорее всего, связан
ошеломляющий рост быстродей-
ствия систем связи в прошедшее
десятилетие: на порядок за 4—
5 лет [5]. Но в последние годы,
как началось освоение частот
1—1,2 ГГц, налицо резкое тор-
можение. Это, скорее всего,
связано со стечением ряда не-
благоприятных обстоятельств:
снижением NEXT с ростом часто-
ты, ростом Att, ростом мощности
собственных шумов приемников
и ухудшением эффективности
их фильтров. А если в линии или
приемниках есть еще и нели-
нейности, выпрямляющие СВЧ-
помеху, то становится понятным
замечание «магов» о том, что
скрутки иногда ухудшают ситуа-
цию.
Понятно также, почему в ли-
тературе нет расчетных формул
NEXT (Ш
1
, Ш
2
...): витые пары не
подавляют помехи, а, напротив,
возбуждают.
В целом же следует констати-
ровать, что прогресс в повышении
рабочих частот и быстродействия
систем связи на базе многопар-
ных кабелей вряд ли возможен
без отказа от витых пар. А что мо-
жет быть взамен — тема отдель-
ного разговора.
Рис.9. Помеха А
0
(красные линии) и A
1
(сиреневые) в случае
длительных сигналов прямоугольной формы
Следует обратить внимание на симметрию А
0
и А
1
везде, кроме
левых верхних осциллограмм.
Актуально
ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ
«КАБЕЛЬ-news», № 10, 2010
47
ВЫВОДЫ
Весь объем проведенной нами работы позволяет
констатировать следующее.
1. В многопарных линиях связи могут действовать по-
мехи по крайней мере четырех типов, которые це-
лесообразно объединить в «родственные» связки
А
0
, В
0
назад и А
1
, В
1
вперед.
2. Генерация помех происходит в местах неоднород-
ностей кабеля: входа, выхода, изгибов, около со-
седних предметов, изгибов, скруток... А по тем при-
чинам, о которых можно прочитать в учебниках и
других фолиантах, ее нет.
3. Вопреки широко распространенному мнению скрут-
ка витых пар не влияет на мощность перекрестных
и других помех. В лучшем случае. А в худшем —
является их дополнительным источником. И на по-
вестке дня вопрос об отказе от витых пар в много-
парных кабелях связи.
4. Получение столь неожиданных результатов и выво-
дов было бы практически невозможно без приме-
нения в диагностике свойств кабелей интеллекту-
альной ИИС на базе мощной ЭВМ, оборудованной
ВЧ-генератором импульсов произвольной формы и
быстродействующей системой сбора данных.
5. Для оценки помехозащищенности кабелей свя-
зи надо отказаться от гармонических сигналов в
пользу импульсных. Так как последние позволяют
надежно отделить сигналы кабеля от паразитных,
идущих от других звеньев тракта: соединителей
кабеля с измерительной системой и внутри самой
этой системы.
ЛИТЕРАТУРА
Г. Джонсон, М. Грэхем. Конструирование высоко-
скоростных цифровых устройств. Начальный курс чер-
ной магии. — М: Вильямс, 2006.
Г. Джонсон, М. Грэхем. Высокоскоростная передача
цифровых данных. Высший курс черной магии. — М:
Вильямс, 2005.
В.Е. Власов, Ю.А. Парфенов. Кабели цифровых се-
тей электросвязи. — М: Эко-трендз, 2005.
С.Ф. Глаголев, М.С. Былина, А.С. Дюбов. «КАБЕЛЬ-
news», № 8, 2010, с. 48-54. Оценка неоднородностей
цепей кабелей для цифровой передачи импульсным
рефлектометром.
Д. Гальперович, Ю. Яшнев. Инфраструктура ка-
бельных сетей. — М: Русская панорама, 2006, с. 218.
И.Г. Бакланов. Технологии ADSL/ADSL2+: теория и
практика применения. — М: Метротек, 2007.
А. Кочеров. Что нужно измерять для определения
причин недостаточной эксплуатационной надежности
xDSL. Телемультимедиа № 5 (33), ноябрь 2005.
Актуально
ÏÎÌÅÕÈ Â ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ÑÅÒßÕ
Оригинал статьи: Скрутка пар и перекрестные помехи
Сегодня хорошо известна витая пара — симметричные кабели связи с регулярной парной скруткой, однако вопросы и решения продолжают возникать. Например, как зависят перекрестные помехи от конструкции кабельных систем? Анализ этих проблем и своя точка зрения у авторов этой статьи.