Экранированная проводка Класса EA с полосой 500 МГц

Кабельная система Класса E_A с полосой 500 МГц стандартизована полностью. Необходимые для создания такой системы компоненты, в том числе кабели, соединители и шнуры, из которых собирают линии проводки Класса E_A, выпускают несколько производителей. Все эти компоненты соответствуют Категории 6_A по стандарту ISO/IEC 11801:2002 (Поправки 1 и 2), которая по некоторым параметрам отличается от Категориями 6A по стандарту TIA/EIA 568B.2-10. (Подробно о различиях между Категориями 6_A и 6A рассказывается в статьях Г.-Ю. Нитхаммера и С. Логинова в «Журнале сетевых решений/LAN» за октябрь 2009 года.)

Выпускаемые кабели превосходят требования стандартов IEC 61156-5 и 61156-6. Соединители соответствуют форм-фактору RJ45 и удовлетворяют требованиям IEC 60603-7-51 с запасом. Далее мы рассмотрим компоненты Категории 6_A, собранные тракты Класса E_A и результаты их испытаний в специализированной лаборатории Delta (Дания).

Правомерен вопрос: почему рассмотрение ограничивается только экранированными кабельными системами для передачи 10 Гбит/с? Совсем недавно на него получен довольно убедительный ответ. Независимая лаборатория по испытаниям электромагнитной совместимости GHMT (Германия) в течение года проводила исследование кабельных систем разных производителей. Испытания проходили три системы U/UTP, одна — F/UTP и две — S/FTP, при этом исследовалось влияние радиочастотных полей, сильных токов, импульсных помех, магнитных полей, электростатических разрядов. Измерялся также параметр ANEXT (переходные межкабельные влияния).

В итоге проверку прошли пять кабельных систем (первая система U/UTP — СКС 00 — не выдержала отборочных испытаний). Результаты тестирования остальных (от СКС 01 до СКС 05), представленные в Таблице 1, свидетельствуют о том, что по показателю электромагнитной совместимости неэкранированные кабельные системы непригодны для 10 Gigabit Ethernet.

СОЗДАНИЕ ПРОВОДКИ КЛАССА E_A

Когда в 2006 году был принят стандарт на 10 Gigabit Ethernet (10GbaseT), многие ожидали, что проводка для этого приложения будет создана довольно быстро. Но все оказалось не так просто. Только в феврале 2008 года американские организации TIA/EIA опубликовали стандарт на проводку Категории 6A, удовлетворяющую требованиям 10GbaseT. Примерно в это же время международные организации ISO/IEC утвердили нормы для всего тракта Класса E_A, где, правда, отсутствовали требования на компоненты Категории 6_A, из которых и собирается тракт Класса E_A. В очередной раз путаница стандартов тормозила внедрение нового приложения.

Различие стандартов TIA/EIA и ISO/IEC состоит в том, что требования TIA/EIA к тракту Категории 6A по NEXT допускают быстрое падение значения этой величины в высокочастотный части диапазона, в то время как нормы ISO/IEC на тракт Класса E_A предусматривают его равномерное снижение во всем разрешенном диапазоне частот (см. Рисунок 1). Так, на частоте 500 МГц NEXT для тракта Класса E_A на 1,8 дБ выше, чем для тракта Категории 6A.

Относительно компонентов Категории 6_A можно сказать следующее. Вышедшая в феврале 2010 года Поправка 2 к стандарту ISO/IEC 11801:2002 определяет основные требования к Категории 6_A. Что касается кабелей, то удовлетворяющие этим требованиям изделия разработаны довольно давно. Кабели S/FTP выпускаются более 10 лет, а стандартизованы они еще в 2002 году (см. статью автора в «Журнале сетевых решений/LAN» за декабрь 2009 года).

Определенный интерес представляют кабели F/UTP (четыре неэкранированные пары, защищенные экраном из одиночной фольги), также удовлетворяющие требованиям Категории 6_A и довольно широко применяющиеся в США. Заведомо лучшими параметрами обладают кабели F/FTP, у которых фольгой экранирована каждая пара, а поверх всего сердечника наложен еще один экран из фольги, то есть обеспечивается двойная экранировка кабеля.

Основные частотно-зависимые параметры кабелей F/FTP Категории 6_A: Attenuation (затухание), NEXT (переходное затухание на ближнем конце), ACR-N и ACR-F (защищенность на ближнем и на дальнем концах соответственно), ANEXT (межкабельные переходные помехи), RL (возвратные потери) заданы в полосе 500 МГц. Параметры влияния представляются как суммарные (PS), то есть в кабеле учитывается влияние трех пар на четвертую (PS/NEXT).

Cравнение параметров лучших кабелей F/FTP приведено в Таблице 2. Это кабели LANmark 6A F/FTP Cat 6A Nexans и Cat 7 PiMF Compact 600 MHz AMP Netconnect (Рисунок 2). Кабель PiMF 600 был выбран потому, что именно он использовался в трактах Класса E_A, подвергнутых испытанию в лаборатории Delta. Оба кабеля имеют однопроволочные проводники AWG23 (~0,58 мм) и пористую полиэтиленовую изоляцию диаметрами 1,42 и 1,35 мм. Экраны пар накладываются по-разному: у Nexans — по спирали, а у AMP Netconnect — продольно. В обоих кабелях используется оболочка из низкодымного, безгалогенного компаунда.

Наибольшие изменения произошли с гнездовыми модулями Категории 6A. Ведущие производители (AMP Netconnect, Nexans, R&M) разработали на их основе новые гнездовые модули Категории 6_A, полностью удовлетворяющие требованиям Поправки 2 к стандарту ISO/IEC 11801:2002. Связано это с тем, что требования к соединителям Категории 6A и Категории 6_A отличаются (см. Рисунок 3). Так, NEXT на частоте 500 МГц у соединителей Категории 6_A на 3 дБ выше, чем у Категории 6A, что довольно много на краю диапазона частот.

Самым удивительным является то, что характеристики модуля RJ45, который изначально предназначался для работы на частоте до 3 МГц, путем непрерывного совершенствования удалось довести до уровня, необходимого для поддержки требований 10GBaseT. Теперь традиционный тракт из экранированных четырехпарных кабелей и экранированных соединителей RJ45 функционирует вплоть до частоты 500 МГц и позволяет передавать данные на скорости 10 Гбит/с. Это одно из высших достижений разработчиков кабельных систем на сегодняшний день.

ГНЕЗДОВЫЕ МОДУЛИ КАТЕГОРИИ 6A

Особую сложность при создании проводки Класса E_A составила разработка модулей Категории 6_A. Дело в том, что к 2008 году основные производители уже выпустили соединители, соответствовавшие Категории 6A TIA/EIA, но несколько позже международные организации ISO/IEC ужесточили нормы по NEXT для соединителей Категории 6_A (см. Рисунок 3). На частоте 500 МГц, как видно из рисунка, эти требования повышены на 3 дБ — для таких частот разница довольно существенная. Следующие два года (с 2008 по 2010) ушли на разработку модулей в соответствии с новыми требованиями ISO/IEC. (Мы не рассматриваем здесь вопрос, зачем понадобилось это ужесточение норм. Надеемся, что ответ на него дадут представители комитета JTC1, подкомитета SC25 ISO/IEC, разработавшие Поправку 2 с такими требованиями.)

Итак, AMP Netconnect, Nexans и R&M выпустили модули, соответствующие Категории 6_A, и провели их испытания во внешних независимых лабораториях. К описанию этих модулей мы и переходим.

AMP-TWIST-6_AS разработки AMP Netconnect состоит из двух частей (см. Рисунок 4). Одна часть представляет собой контактное гнездо, а вторая служит для разделки на ней кабеля. Обе части соединяются с помощью стыковочного устройства и образуют единый гнездовой модуль RJ45 с высокими характеристиками. Он полностью соответствует Категории 6_A стандарта ISO/IEC 11801:2002. Модуль имеет компактный размер (длина 32 мм), для его заделки (оконцевания) требуется немного времени, производитель предоставляет на него 25-летнюю гарантию.

Еще несколько лет назад частота 500 МГц считалась недостижимой для соединителя RJ45. Благодаря использованию автоматизированного проектирования и моделирования, инженеры AMP Netconnect смогли довести его возможности до уровня технических требований Категории 6_A. Новое гнездо AMP-TWIST-6_AS в комбинации с различными типами разъемов обеспечивает запас по NEXT на частоте 500 МГц до 5 дБ, и это позволяет передавать данные со скоростью выше 10 Гбит/с с обеспечением их высокой достоверности.

LANmark6A Evo от Nexans разработан для поддержки 10-гигабитных приложений и может быть установлен в любое оборудование, предназначенное для модулей Nexans (см. Рисунок 5). Характеристики модуля и всей кабельной системы LANmark6A в целом таковы, что позволяют отказаться от проведения измерений уровня межкабельных помех на объекте монтажа, так как данный параметр априори соответствует требованиям Категории 6_A. Эта особенность существенно снижает стоимость эксплуатации 10-гигабитных систем.

Характеристики модуля превышают требования последних стандартов в диапазоне частот до 500 МГц. Это позволяет создавать линии с высокой пропускной способностью Класса E_A даже на коротких расстояниях (например, линии длиной 12 м с тремя соединителями), что зачастую является необходимым в центрах обработки данных. Процесс заделки (оконцовки) модулем LANmark6A автоматизирован и осуществляется с помощью инструмента Comfort Тool новой модификации, в результате существенно увеличивается скорость, повышаются качество и надежность оконцевания. Варианты модуля имеются для однопроволочных и многопроволочных жил кабеля. Заделываемые проводники могут иметь сечение 24, 23 и 22AWG (0,51; 0,58; 0,64 мм) соответственно.

Advanced Cat 6_A R&M (Рисунок 6) появился недавно и предназначен для скоростной передачи голосовых данных и широкополосных приложений (он является частью Advanced Cabling System R&M). Этот экранированный модуль Категории 6_A в настоящее время обеспечивает поддержку 10Gigabit Ethernet, а в будущем — всех приложений с полосой 500 МГц. Основные особенности модуля: его характеристики превышают требования спецификации Категории 6_A из стандарта ISO/IEC 11801 2002 с Поправками 1 и 2, как и требования стандарта TIA/EIA 568-C.2. Тракт Класса E_A R&M обладает наилучшими характеристиками в случае применения именно модуля Advanced Cat 6_A и значительно превосходит требования IEEE 802.3an для 10GBaseT. Для достижения наилучших характеристик передачи рекомендуется использовать шнуры R&M Категории 6_A. Во время заделки кабеля автоматически обрезаются лишние концы проводов. Кабели с проводниками AWG 22-26 можно заделывать без применения специальных инструментов.

ЛИНИИ ПРОВОДКИ КЛАССА EA И ИХ ИСПЫТАНИЯ

Из кабелей и соединителей Категории 6_A, описанных выше, собирают тракты (Channel) и постоянные линии (Permanent Link) Класса E_A. Первые описаны в Поправке 1 к стандарту ISO/IEC 11801:2002, вторые — в Поправке 2. Некоторые компании рекомендуют для этих линий кабели S/FTP, другие придерживаются конструкций F/UTP и F/FTP (см. результаты испытаний в Таблице 1).

Во всех случаях для экранированной проводки используются только экранированные кабели и соединители, с рабочей полосой 500 МГц. Оба типа линий собирались на стендах компаний-изготовителей, а затем испытывались в независимой тестирующей лаборатории Delta (Дания).

У автора имеется два полных отчета об испытаниях проводки Класса E_A трактов (Channel) AMP Netconnect и постоянных линий (Permanent Link) Nexans. По результатам этих испытаний AMP Netconnect и Nexans получили сертификаты соответствия линий проводки предъявляемым требованиям.

Тракты AMP Netconnect/Tyco Electronics. В испытаниях участвовали два типа трактов: один — с четырьмя соединителями, второй — с тремя. Составы трактов представлены в Таблице 3.

Три полных тракта (Channel) были проверены на соответствие стандарту ISO/IEC 11801:2002 с Поправкой 1: с кабелями F/FTP 600, S/FTP 600 и S/FTP 1200, в полосе частот до 500 МГц. Шнуры, розетки и другое коммутационное оборудование во всех трех трактах были одни и те же. Измерения характеристик выполнялись на этих трактах и на одном коротком тракте, описанном в Таблице 3.

Тракты для электрических испытаний были собраны и представлены заказчиком — AMP Netconnect. Испытания проведены в лабораторных условиях в European Cabling group организации Delta. Отчет об испытаниях содержит детальное описание трактов и подробное изложение результатов тестов, в заключении приводятся применяемые стандарты и методики тестирования.

Согласно полученным результатам, основные параметры трактов намного превышают предъявляемые в стандарте требования. Особое внимание уделим ANEXT — межтрактовому переходному затуханию на ближнем конце, критически важному параметру для систем 10Gigabit Ethernet: как было установлено, испытанные тракты значительно превышают нормы стандарта и по этому параметру.

Параметр Coupling Аttenuation аналогичен параметру «затухание экранирования» и измерялся для всех трех типов кабелей, упомянутых выше. Для двух кабелей с внешним экраном из оплетки (S/FTP 600 и 1200) он оказался лучшим или равным этому параметру для кабеля с внешним экраном из фольги (F/FTP). Таким образом, ANEXT для кабелей с оплеточными внешним экраном должен быть не хуже, чем для кабеля с внешним экраном из фольги.

Результаты измерений PS ANEXT показаны на Рисунке 7, из которого видно, что испытанные тракты намного превосходят требования, предъявляемые стандартом ISO/IEC 11801:2002 с Поправкой 1. Следовательно, представленные тракты не требуют испытаний межтрактовых переходных помех в полевых условиях, что является их важным преимуществом перед неэкранированными.

Постоянные линии Nexans. Тестирование проводилось для 6 постоянных линий, состав которых приведен в Таблице 4.

Постоянные линии (см. Таблицу 4), собранные и предоставленные заказчиком испытаний, компанией Nexans, тоже испытывались в лабораторных условиях в EC Cabling group организации Delta. В отчете дается детальное описание постоянных линий, подвергнутых испытаниям, подробно излагаются результаты тестирования и, наконец, рассматриваются испытательные методики и применяемые стандарты. В заключении делается вывод, что указанные постоянные линии прошли сертификационные испытания и соответствуют стандартам на кабельные системы (СКС) Класса E_A в полосе частот до 500 МГц.

Давид Гальперович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОКБ кабельной промышленности. С ним можно связаться по тел.: (495) 583-54-72.