Витая пара в качестве среды передачи используется во всех современных сетевых технологиях, а также в аналоговой и цифровой телефонии. Унификация пассивных элементов сети на витой паре стала основой для концепции постороения структурированных кабельных систем, независимых от сетевых технологий. Любые сети на витой паре (кроме устаревшей LocalTalk) основаны на звездообразной физической топологии, которая при соответствующем активном оборудовании может служить основой для любой логической топологии.

Кабели на скрученной, или витой паре (Twisted Pair cable или ТР), в отличие от коаксиального кабеля, симметричны и используются для дифференциальной (балансной) передачи сигнала. Отсюда и происходит иное название этих кабелей — симметричные (balanced cable), под которое подпадают и редко используемые кабели из четверок проводов. Иногда это название переводят как «сбалансированные», но это слово характеризует скорее свойство (качество), чем принцип. Скрученная пара проводов по свойствам существенно отличается от пары тех же прямых проводов, идущих рядом параллельно друг другу. При скручивании оказывается, что проводники идут всегда под некоторым углом друг к другу, что снижает емкостную и индуктивную связь между ними. Кроме того, значительный отрезок такого кабеля для внешних полей оказывается симметричным (круглым), что снижает его чувствительность к наводкам (по дифференциальной помехе) и внешние излучения при прохождении сигнала. Чем мельче шаг скрутки, тем меньше перекрестные помехи, но и больше погонное затухание кабеля, а также время распространения сигнала. Кабель может иметь различное исполнение, отдельные пары могут иметь экран из медной проволоки и/или фольги. В общий экран могут быть заключены и все пары кабеля. Впервые в сетевых технологиях витая пара была применена в сетях Token Ring — так называемый кабель IBM STP Туре 1. Это был (и есть) дорогой и громоздкий кабель, требующий применения довольно крупных коннекторов. В настоящее время кабели на витой паре постоянно совершенствуются, главным образом в сторону расширения полосы пропускания. 100 МГц — это уже обычное значение для полосы пропускания кабеля, прорабатываются стандарты на кабели с полосой до 600 МГц. Определим некоторые понятия, имеющие отношение к кабелям и проводам на основе витой пары.

Провод витая пара представляет собой два скрученных изолированных проводника. Такой провод применяют для кроссировки (cross-wires) внутри коммутационных шкафов или стоек, но никак не для прокладки соединений между помещениями. Кроссировочный провод может состоять из одной, двух, трех и даже четырех витых пар.

Кабель отличается от провода наличием внешнего изоляционного чулка (jacket). Этот чулок главным образом защищает провода (элементы кабеля) от механических воздействий и влаги. Наибольшее распространение получили кабели, содержащие две или четыре витые пары. Существуют кабели и на большое число пар — 25 пар и более.

Шнур (cord) представляет собой отрезок гибкого (многожильного) кабеля относительно небольшой длины. Типичный пример — коммутационный шнур (patch cord) — отрезок многожильного 4-парного кабеля длиной 1-5 м с модульными 8-контактными вилками (RJ-45) на концах.

Категория (Category) витой пары определяет частотный диапазон, в котором ее применение эффективно (ACR имеет положительное значение). В настоящее время действуют стандартные определения 7 категорий кабеля (Category 1... Category 5е), 6-я категория, прорабатывается и ожидается появление кабелей категории 7. Категории определяются стандартом EIA/TIA 568A. В последней графе приводится классификация линий связи, обеспечиваемых этими кабелями, по стандарту ISO 11801 и EN 50173.

Употребление в характеристиках или наименовании кабеля слова PowerSum означает более жесткий подход к определению перекрестных наводок. Кабели категории 5 PowerSum имеют больший запас по NEXT и ACR, чем обычные кабели категории 5. Эти 4-парные кабели гарантируют работоспособность разделяемого кабеля для 100BaseTX.

Классификация кабелей на витой паре

*Категория 7 еще не стандартизована.

Кроме общепринятых обозначений кабелей по категориям, существует и классификация кабелей по типам (Туре), введенная фирмой IBM. В эту классификацию кроме медных кабелей попали и оптоволоконные. Понятия тип (Туре) и категория (Category) иногда путают, но в названиях кабелей по классификации IBM обычно присутствует имя этой фирмы и слово «Туре».

Кабельная система IBM

Иногда в обозначениях типов кабеля присутствуют цифры, вводящие в заблуждение. Так, например, фирмой MOHAWK/CDT выпускается кабель MegaLAN400, который тестирован в диапазоне частот до 400 МГц. Однако это означает, что его характеристики нормированы в этом диапазоне, но на 400 МГц у него ACR будет уже отрицательным. Фактически этот кабель применим для частот до 200 МГц (на 155 МГц у него ACR не меньше 10 дБ).

Витая пара может быть как экранированной (shielded), так и неэкранированной (unshielded), вид кабелей приведен ниже. Терминология конструкций экрана неоднозначна, здесь используются слова braid (оплетка), shield и screen (экран, защита), foil (фольга), tinned drain wire (луженый «дренажный» провод, идущий вдоль фольги и слегка ее обвивающий).

Неэкрапированная витая пара (НВП) больше известна по аббревиатуре UTP (Unshielded Twisted Pair). Если кабель заключен в общий экран, но пары не имеют индивидуальных экранов, то, согласно стандарту (ISO 11801), он тоже относится к неэкранированным витым парам и обозначается UTP или S/UTP (правда, AMP такой кабель обозначает как STP, но со словесными примечаниями). Сюда же относится ScTP (Screened Twisted Pair) или FTP (Foiled Twisted Pair) — кабель, в котором витые пары заключены в общий экран из фольги, а также SFTP (Shielded Foil Twisted Pair) — кабель, у которого общий экран состоит из фольги и оплетки.

Экранированная витая пара (ЭВП), она же STP (Shielded Twisted Pair), имеет множество разновидностей, но каждая пара обязательно имеет собственный экран:

- STP с обозначением вида «Туре хх» — «классическая» витая пара, введенная IBM для сетей TokenRing. Каждая пара этого кабеля заключена в отдельный экран из фольги (кроме типа 6А), обе пары заключены в общий плетеный проволочный экран, снаружи все покрыто изоляционным чулком, импеданс — 150 Ом. Провод может быть одножильным или многожильным калибра 22-26 AWG. Одножильный кабель 22 AWG может иметь полосу пропускания до 300 МГц.

- STP категории 5 — общее название для кабеля с импедансом 100 Ом, имеющего отдельный экран для каждой пары, который может иметь различное исполнение (фольга, оплетка, их комбинация). Иногда под этим же названием идет кабель, имеющий только общий экран (фирма AMP).

- PiMF (Pair in Metal Foil) — кабель, в котором каждая пара завернута в полоску металлической фольги, а все пары находятся в общем экранирующем чулке. От STP Type 1 этот кабель отличается числом пар (здесь их че­тыре) и более широкой полосой частот (выпускается и на 600 МГц).

- SSTP (Shielded-Screened Twisted Pair) категории 7 — кабель, аналогичный PiMF.

Кабели могут иметь различные номиналы импеданса. Стандарт EIA/TIA-568A определяет два значения — 100 и 150 Ом, стандарты ISO1 1801 и EN 50173 добавляют еще и 120 Ом. Требования к точности выдерживания импеданса в рабочей полосе частот обычно лежат в диапазоне ±15 % от номинала. Заметим, что кабель UTP чаще всего имеет импеданс 100 Ом, а экранированный кабель STP первоначально существовал только с импедансом 150 Ом. В настоящее время существуют типы экранированного кабеля и с импедансом 100 и 120 Ом. Оконечное оборудование выпускается в модификациях как для экранированной (STP), так и, неэкранированной (UTP) витой пары. С кабелем, имеющим хотя бы один экран (STP, ScTP, FTP, PiMF), используются разъемы, обеспечивающие соединение экранов и (не всегда) экранирование. Импеданс применяемого кабеля должен соответствовать импедансу соединяемого им оборудования, в противном случае помехи, возникающие от отраженного сигнала (см. выше), могут привести к неработоспособности соединений. Особенно это критично для высоких частот (100 МГц и выше).

При необходимости использования кабеля и аппаратуры с несовпадающими значениями импеданса следует применять согласователи импедансов — волновые адаптеры. Такой согласователь представляет собой небольшое пассивное устройство (чаще всего согласующий трансформатор), включаемое между стыкуемыми цепями. Существуют разнообразные согласователи, из которых наиболее распространены переходники 100/150 Ом для витой пары. Существуют и переходники 50 Ом коаксиальный кабель/ 100 (150) Ом витая пара, позволяющие подключать сегмент сети Ethernet 10Base2 или 10Base5 через витую пару (но не к сети 10BaseT). Эти переходники имеют название Balun (balance-unbalance).

Наибольшее распространение получили кабели с числом пар 2 и 4. Существуют и двойные конструкции — два кабеля по две или четыре пары заключены в смежные изоляционные чулки. В общий чулок могут быть заключены и кабели STP+UTP. Из многопарных популярны 25-парные, а также сборки по 6 штук 4-парных. Кабели с большим числом пар (50, 100) применяются только в телефонии, поскольку изготовление многопарных кабелей высоких категорий — задача очень сложная.

Каждая пара кабеля имеет свой шаг скрутки, отличающийся от соседних. Этим обеспечивается снижение взаимной индуктивности и емкости проводов пар, а следовательно, и снижение перекрестных наводок. Поскольку от шага скрутки зависят волновые характеристики пары (скорость распространения, импеданс, затухание), пары в кабеле не идентичны. Каждая пара в отрезке кабеля имеет свою «электрическую длину», определяемую через время распространения сигнала и номинальную (для данного кабеля) скорость распространения волны. «Электрическая длина» пары будет отличаться от «механической», измеренной рулеткой. Иногда применяют переменный шаг скрутки для каждой пары — это выравнивает усредненные параметры пар при сохранении допустимого уровня перекрестных помех. Кабели разных производителей по шагу скрутки различаются .

Шаг скрутки (мм) витых пар в кабелях категории 5

Кабели чаще всего бывают круглыми — в них элементы собираются в пучок. Существуют и плоские кабели, используемые в телефонии для подключения оконечного оборудования, но в них пары проводов обычно не скручены, так что высокие рабочие частоты для них не реализуемы. Существуют и специальные плоские кабели для прокладки коммуникаций под ковровыми покрытиями (un-dercarpet cable), среди которых есть и кабели категорий 3 и 5.

По калибру — сечению проводников — кабели маркируются в соответствии со стандартом AWG (American Wire Gauge — американские калибры проводов). В основном применяются проводники 26 AWG (сечение 0,13 мм2, погонное сопротивление 137 Ом/км), 24 AWG (0,2-0,28 мм2, 60-88 Ом/км) и 22 AWG (0,33-0,44 мм2, 39-52 Ом/км). Однако калибр проводника не дает информации о толщине провода в изоляции, что весьма существенно при заделке концов кабеля в модульные вилки, и внешнем диаметре кабеля, по которому можно рассчитать сечение требуемых кабельных каналов.

Проводники могут быть жесткими одножильными (solid) или гибкими многожильными (stranded или flex), состоящими обычно из 7 проволочек (7-strand). Кабель с одножильными проводами обладает лучшими и более стабильными характеристиками. Его применяют в основном для стационарной проводки (он и дешевле многожильного), которая составляет наибольшую часть в кабельных линиях. Многожильный гибкий кабель применяют для соединения оборудования (абонентского и телекоммуникационного) со стационарной проводкой и коммутационных шнуров.

Для многопарных кабелей стандартизована цветовая маркировка проводов, позволяющая быстро и безошибочно выполнять их разделку без предварительной прозвонки. Каждая пара имеет условно прямой (Tip) и обратный (Ring) провод. Маркировка кабелей приведена в таблицах ниже, кроме основного варианта имеется и альтернативная маркировка. Дешевые «беспородные» кабели зачастую имеют невнятную маркировку — в паре с каждым цветным проводом идет просто белый, что осложняет визуальный контроль правильности разделки.

Цветовая маркировка 25-парного кабеля

Цветовая маркировка 4-парного кабеля

Соединительная аппаратура

Соединительная аппаратура обеспечивает возможность подключения к кабелям, то есть предоставляет кабельные интерфейсы. Для витой пары имеется широ­кий ассортимент коннекторов, предназначенных как для неразъемного, так и разъемного соединения проводов, кабелей и шнуров. Из неразъемных коннекто­ров распространены соединители типов S110, S66 и Krone, являющиеся про­мышленными стандартами. Среди разъемных наиболее популярны стандартизо­ванные модульные соединители (RJ-11, RJ-45 и др.). Встречаются и коннекторы фирмы IBM, введенные с сетями Token Ring, а также некоторые специфические нестандартизованные коннекторы. Многопарные кабели часто соединяют 25-парными разъемами Telco (RJ-21). Для соединения кабелей и проводов в муфтах применяют различные сплайсы (клеммники). Большинство коннекторов уста­навливаются без применения пайки и по принципу обеспечения контакта отно­сятся к классу IDC (Insulate Displacing Connector — соединитель, смещающий изоляцию). Для оконцовки изоляция с проводов не снимается — она смещается во время заделки самими ножами контактов коннектора. Процедура заделки (оконцовки) проводов в коннекторы типов S110, S66, Krone и подобных с помо­щью специальных ударных инструментов (см. 3.3.4) называется также и забивкой (punch down), а блоки с этими коннекторами называются PDS (Punch Down System).