آموزش رایگان

کابل های Twisted Pair را مهندسی تر بشناسیم.

سلام به همه شما دوستان و همراهان همیشگی هیوا

در این آموزش می خواهیم کابل های Twisted Pair را بیشتر، بهتر و در کل مهندس مدارانه تر بشناسیم. پس از خواندن این آموزش موارد زیر را خواهید آموخت:

• با ویژگی های عمومی کابل های Twisted Pair آشنا می شوید.
• با برخی از اصلاحات تخصصی و تعاریف آن ها آشنا می شوید.
• اگر کابل های Twisted Pair را سیم صدا می زدید، از این به بعد به آن ها کابل خواهید گفت!
• با انواع دسته بندی های کابل های Twisted Pair آشنا خواهید شد.
• تفاوت های هر دسته از کابل های Twisted Pair را با دیگری یاد می گیرید.
• یاد می گیرید که واحد اندازه گیری سرعت در انتقال داده Bit Rate است نه پهنای باند.
• البته ممکن است این ها را از قبل بلد بوده باشید و با خواندن این نوشته، آن ها برای شما یادآوری شوند!

کابل Twisted Pair یا زوج به هم تابیده

ویژگی های عمومی:

• تعداد زوج ها بستگی به نوع کابل دارد
• زوج سیم ها در Twisted Pairبا استفاده از رنگ علامت گذاری شده اند.
• قطر هر سیم بین 0.4 میلی متر تا 0.8 میلی متر است.
• همه زوجها به وسیله یک غلاف پلاستیکی محافظت شده اند.
• تابیده شدن باعث کاهش اثر هم شنواییمی شود.
• هرچه زوج ها بیشتر تابیده شوند اثر Crosstalk کمتر و کابل گرانتر می شود.
• ضریب پیچش (Twisted Ratio) به تعداد بار پیچش کابل در واحد یک متر و یا یک فوت است.
• هر چه زوج سیم ها بیشتر تابیده شوند پدیده تضعیفبیشتر می شود!
• برای کاهش اثر هم شنوایی و کاهش پدیده تضعیف باید تعداد پیچش بهینه باشد.

خصوصیات انتقالی کابل Twisted Pair

• هم برای انتقال سیگنال آنالوگ و هم برای انتقال سیگنال دیجیتال بکار می رود.
• در انتقال سیگنال آنالوگ در هر 5 تا 6 کیلومتر به آمپلی فایر نیاز است.
• نسبت به محیط انتقال Coax و Fiber محدودیت بیشتری در فاصله، پهنای باند و حداکثر Bit Rate دارد.
• برخلاف Coaxبا توجه به شکل و ساختارش بسیار تحت تاثیر نویز و هم شنوایی است.
• در انتقال داده دیجیتال فقط در فواصل کوتاه (حدود 100 متر) می توان به نرخ داده های 1 Gbpsو اخیرا 40 Gbps دست یافت.

سوال:

1. Crosstalk یا اثر هم شنوایی چیست؟
2. چرا با پیچش کابل اثر هم شنوایی کم می شود؟
3. چرا هرچه پیچش زوج ها بیشتر باشد، کابل گرانتر می شود؟
4. ضریب پیچش یا Twisted Ratioچه عددی است؟
5. آیا همه زوج سیم ها درون کابل، ضریب پیچش یکسانی دارند؟

پاسخ پرسش ها بالا:

سیگنالی که توسط محیط انتقال ( کابل های Twisted Pair و Coax، فیبرنوری، امواج) منتقل شده و به مقصد رسیده لزوما همان سیگنالی نیست که در مبدا تولید و ارسال شده است. چرا؟

چون سیگنال (چه آنالوگ و چه دیجیتال) تحت تاثیر اختلالاتی قرار می گیرند. این اختلالات می توانند :

• توان سیگنال آنالوگ را کاهش دهند.
• در سیگنال دیجیتال، مقدار 0 را به 1 و برعکس تبدیل کند.

اما این اختلال ها چند نوع هستند؟

1. تضعیف یا Attenuation
2. اعوجاج یا Distortion
3. نویز یا Noise

تضعیف یا Attenuation چیست؟

کاهش انرژی سیگنال؛ هنگام عبور سیگنال از محیط انتقال بخشی از انرژی سیگنال به دلیل مقاومت محیط، هدر می رود. مثلاً در محیط سیم ممکن است به گرما تبدیل شود. میزان تضعیف سیگنال به عواملی مانند فرکانس سیگنال، ویژگی های محیط انتقال مثل جنس سیم و طول سیم و مواردی از این دست وابسته است.

اعوجاج یا Distortion چیست؟

تغییرات در شکل و فرم سیگنال؛ اعوجاع در سیگنال های مرکب که از چندین هارمونی تشکیل شده اند اتفاق می افتد. اعوجاج ممکن از نوع تاخیری باشد (Delay Distortion) و یا از نوع Intersymbol Distortion (معادل فارسی ندارد).

در Delay Distortion هنگامی که سیگنالی ارسال می شود بخشی هایی از سیگنال با تاخیر بیشتری نسبت به بخش های دیگر سیگنال به مقصد برسند. این مساله باعث تغییر فاز سیگنال می شود.

Intersymbol Distortion در اثر Delay Distortion به وجود می آید. فرض کنید جریانی از بیت ها بوسیله سیگنال دیجیتال و یا آنالوگ در حال ارسال باشد.در اثر اعوجاج تاخیری ، برخی از اجزای سیگنال تشکیل دهنده یک بیت ، ممکن است در مکان بیت دیگری قرار گرفته و در نتیجه ارزش آن بیت دچار تغییر شود.

نویز یا Noise چیست؟

اثری است ناخواسته از منابعی غیر از فرستنده که باعث تحریف سیگنال می شود.

انواع نویز:

• نویز حرارتی
• نویز مدولاسیون داخلی
• نویز القایی
• نویز هم شنوایی
• نویز ضربه

نویز هم شنوایی یا Crosstalk

تاثیر یک سیم یا کابل بر روی یک سیم یاکابل دیگر؛ در اثر کوپلینگ الکترومغناطیس اتفاق می افتد.

یک سیم نقش آنتن فرستنده و دیگری نقش آنتن گیرنده را بازی می کند.

وقتی در حال تماس تلفنی صدایی گرچه ضعیف از مکالمه دیگری را می شنوید مثالی است از نویز هم شنوایی.

بررسی نویز Crosstalk در کابل های Twisted Pair

هم شنوایی بین زوج سیم های درون کابل. هر زوج سیم در کابل Twisted Pair بر روی زوج سیم های دیگر اثر می گذارد.

نویز NEXT و FEXT

اثر هم شنوایی را می توان در Near (نزدیک) و یا در Far (دور) اندازه گیری کرد.

ELFEXT

فرض کنیم می خواهیم اثر Crosstalk را بر روی یک زوج سیم در حالت Far یا دور بررسی کنیم (FEXT). فرض کنیم در زوج سیم اثر تضعیف هم وجود داشته باشد (که در واقعیت دارد). در این صورت علاوه بر سیگنال های اصلی ای که ما فرستادیم، خود نویز FEXT نیز تحت تاثیر اختلال تضعیف قرار می گیرد و توانش کم می شود. پس در نهایت بر روی زوج سیم، نویز FEXT ای که تضعیف شده است، اثر نهایی را می گذارد. به نویز FEXT تضعیف شده، ELFEXT می گویند.

ELFEXT= FEXT-A

A = تضعیف

PSNEXT و PSFEXT

بر هر زوج سیمی از طرف 3 زوج سیم دیگر اثر NEXT گذاشته می شود. مجموع نویز های NEXT بر روی یک زوج سیم همان PSNEXT است. مجموع نویز های FEXT هم PSFEXT نامیده می شود.

PSLFEXT

فرض کنیم می خواهیم اثر Crosstalk را از طرف 3 زوج سیم دیگر بر روی یک زوج سیم در حالت Far یا دور بررسی کنیم (PSFEXT). سیگنال تحت تاثیر نویز PSFEXT قرار گرفته است. اما خود PSFEXT هم تحت تاثیر تضعیف یا Attenuation قرار گرفته و از اثرش کم شده.پس آنچه سیگنال ما را تحت تاثیر قرار می دهد PSFEXT ای است که تضعیف شده. PSELFEXT همان PSFEXT تضعیف شده است.

PSELFEXT = PSFEXT – A

هدف از پیچش زوج سیم ها در کابل Twisted Pair ، کاهش اثر Crosstalk است. هر چه تعداد پیچش زیادتر باشد، اثر Crosstalk نیز کمتر می شود.

اما از طرفی هر چه تعداد پیچش بیشتر باشد، مقدار سیم بیشتری مصرف می شود. یعنی مثلا اگر ما دو عدد سیم با طول 1متر را 10 بار بپیچانیم در نهایت یک زوج به هم تابیده 80 سانتی متری داشته باشیم و اگر 20 با بپیچانیم یک زوج به هم تابیده 60 سانتی متری داشته باشیم. پس یک متر کابل 20 بار تابیده شده گرانتر از یک متر کابل 10 بار تابیده شده است.

مساله دیگر این است که اگر سیگنالی را هم از یک متر کابل 20 بار تابیده شده و هم از یک متر کابل 10 بار تابیده شده عبور دهیم، سیگنالی که از یک متر کابل 20 بار تابیده شده عبور می کند مسافت بیشتری را طی کرده است! پس بیشتر تضعیف شده است!

با توجه به موارد بالا، باید تعادلی را در پیچش زوج سیم ها رعایت کنیم تا این پیچش به گونه ای باشد که اثر Crosstalk و تضعیف در کمترین حد خود باشد.

در کابل های Twisted Pair تعداد پیچش هر زوج سیم با دیگری متفاوت است!

همه این عوامل دست به دست هم می دهند تا انواع مختلفی از کابل های Twisted Pair داشته باشیم!

انواع کابل های Twisted Pair

کابل های Twisted Pair از نظر جنس شیلد و نحوه قرار گرفتن شیلد در دو دسته کلی قرار می گیرند: UTP و STP

UTP یا Unshielded Twisted Pair

• زوج سیم های تابیده شده درون غلاف پلاستیکی قرار دارند.
• درون غلاف هیچ حفاظ یا Shield دیگری بر روی زوج سیم ها وجود ندارد
• نسبت به STP ارزانتر است.
• نسبت به STP نویز پذیرتر است. چون هیچ شیلدی برای زوج سیم ها ندارد.
• UTP را با UDP که پروتکلی است در لایه 4 در مدل OSI اشتباه نگیرید.

STP یا Shielded Twisted Pair

• همان کابل UTP است با این تفاوت که داخل غلاف، بر روی زوج ها یک یا دو شیلد کشیده شده است.
• شیلد کشیده شده بر روی زوج سیم، یک ورق فلزی مانند فویل است (آلومینیوم)
• در برخی موارد یک شیلد سیمی رشته ای بر روی فویل قرار می گیرد.
• هدف از این شیلد گذاری افزایش مقاومت کابل در برابر امواج الکترومغناظیسی و نویز است.
• اگر این شیلد ها به زمین متصل شوند، نقش حفاظتی بیشتری در مقابل نویز خواهند داشت.

انواع STP

بسته به نوع شیلد و نحوه قرارگیری آن بر روی زوج سیم ها، دسته بندی های گوناگونی برای STP به وجود می آید:

• اگر جنس شیلد فویل باشد، نوع کابل FTP می شود.
• کابل FTP هیچ ربطی به پروتکل FTP (File Transfer Protocol) که در لایه 7 مدل OSI کار می کند، ندارد.
• اگر جنس شیلد از نوع رشته سیمی باشد، نوع کابل STP می شود.
• شیلد ممکن است هم روی کل زوج سیم ها باشد و هم به طور مجزا بر روی هر زوج سیم کشیده شده باشد.

جدول زیر انواع کابل های Twisted Pair را بر اساس استاندارد ISO/IEC 11801 نشان می دهد:

تصویر	نوع شیلد روی کل زوج سیم ها	نوع شیلد روی هر زوج سیم	نام گذاری بر اساس استاندارد ISO/IEC 11801	نام رایج
	ندارد	ندارد	U/UTP	UTP
	فویل	ندارد	U/FTP	STP
	ندارد	فویل	F/UTP	FTP
	فویل	رشته سیم	S/FTP	SSTP
	ندارد	فویل – رشته سیم	SF/UTP	SFTP
	فویل	فویل	F/FTP	FFTP

علاوه بر دسته بندی بالا که بر اساس جنس شیلد و شیوه قرارگیری آن در کابل بود، کابل های Twisted Pair بر اساس پهنای باند، Bit Rate و کاربرد، در دسته بندی ها یا Category های مختلفی قرار می گیرند. جدول زیر طبق استاندارد ISO/IEC 11801 بیان گر این Category ها می باشد.

شاید یکی از سوالاتی که ذهن شما را درگیر می کند این باشد که با توجه به وجود Cat7a دیگر چه نیازی به کابل های خانواده Cat8 است؟ برای بهره گیری از سرعت 40 Gbps به فرکانس بیشتر از 1 GHz نیاز است که این مساله در Cat8 حل می شود. البته Cat8 همچنان در حال توسعه است و ویژگی های واقعی آن پس از نهایی شدن این محصول مشخص می شود.

حال در ویدئوی زیر حط تولید یک کارخانه پچ کوردسازی را ببینید:

خب این مقاله آموزشی را در همینجا به پایان می رسانیم. اما حکایت همچنان باقیست. ادامه این آموزش را یا در همینجا از سر خواهیم گرفت و یا در نوشته های آتی.

سپاس از بردباری و همراهی شما دوستان و همراهان.

سپاس از جناب آقای مهندس فرزاد توکلی، استاد درس انتقال داده، که از جزوه و راهنمایی های ایشان در تهیه این آموزش بهره مند شدیم.

گروه آموزشی هیوا شبکه.

دانلود رایگان PDF کابل های Twisted Pair را مهندسی تر بشناسیم!