Один професор в інституті пояснював студентам, як працює вита пара і чому вона скручена, двома способами. Спочатку він занурився в математику, що стоїть за цією ідеєю, заповнивши дошку рівняннями та показуючи, як вони взаємопов’язані. Це пояснення він назвав «для інженерів». Потім він пояснив ту саму фізику, але цього разу без математики. Це, за його словами, було «для гуманітаріїв».
Отже, чому ж кабелі для передачі даних скручені, а силові кабелі — ні? Уся справа в пропускній здатності. Силові сигнали мають настільки низькі частоти, що їм не потрібно «турбуватися» про цей параметр.
Що таке витая пара?
Вита пара (англ. twisted pair) — це кабель, що складається з пар мідних провідників, які скручені між собою по спіралі. Він використовується для передачі даних у комп'ютерних мережах, телефонному зв’язку та інших комунікаційних системах.
Чому виникають завади у кабелях?
Високочастотний сигнал, який використовується для передачі даних, створює магнітне поле, що може спричиняти появу сигналу на сусідньому дроті. Такі наведені сигнали називаються «перехресними завадами». Наприклад, у старих аналогових телефонних лініях часто можна було чути сторонні розмови у фоні вашого дзвінка. Це і є результат впливу наведених сигналів.
Уявімо, що комп’ютер передає якийсь сигнал у лінію. Електромагнітне поле навколо провідників (Tx) викликає появу паразитних сигналів у сусідніх парах, зокрема й у приймальній парі (Rx), по якій комп’ютер отримує дані.
Згідно з правилами роботи Ethernet, передача та прийом сигналів відбуваються послідовно, а не одночасно. Це означає, що коли комп’ютер починає передавати сигнал, він «чує» наведений сигнал у приймальній парі та припиняє передачу. У такій ситуації передача даних стає неможливою.
Чому виту пару скручують?
Скручування проводів у витій парі є основним методом зменшення перехресних завад та електромагнітного впливу. Але як це працює?
1) Компенсація електромагнітного впливу.
Коли сигнали передаються через два паралельні проводи, вони створюють електромагнітне поле, яке впливає на сусідні провідники. Скручування дротів у парі змушує кожен дріт перебувати то ближче, то далі від джерела перешкод, що дозволяє компенсувати наведений сигнал.
2) Зменшення радіоперешкод.
Уявіть, що ви слухаєте радіо, а поруч хтось увімкнув гучний телевізор. Шум заважає вам чути музику, правда? Так само і з електричними сигналами в кабелях. Якщо дроти йдуть рівно, то вони легко піддаються впливу зовнішніх електромагнітних перешкод (від інших кабелів, побутової техніки тощо). Скручування пар допомагає зменшити цей вплив, оскільки електромагнітні хвилі частково компенсують одна одну.
3) Зменшення перехресних завад (NEXT).
Якщо кабель не скручений, то сигнали в сусідніх парах можуть легко впливати один на одного. Скручування змушує кожен дріт періодично змінювати своє положення відносно інших проводів у кабелі, що дозволяє усереднити перешкоди й зменшити рівень завад.
Інженери використовують кілька хитрощів для боротьби з NEXT:
- Кодування сигналу
Перед передачею сигнал кодується таким чином, що кожному позитивному імпульсу на одному проводі відповідає негативний імпульс на іншому. Це означає, що дроти створюють однакові, але протилежні магнітні поля, які компенсують один одного та знижують рівень завад.
- Скручування пар
Якщо провідники всередині кабелю просто лежатимуть паралельно, один із них буде ближчим до інших провідників, що передають сигнал. У такому разі магнітне поле буде сильнішим для одного з провідників, а значить, у кожному з них наводитиметься сигнал різного рівня. Щоб цього уникнути, дроти в парі скручують (звідси і назва «вита пара»).
- Різний крок скручування
Якщо всі пари скручуються однаково, то вони можуть залишатися на однаковій відстані від сусідніх провідників на всій довжині кабелю, що збільшить рівень завад. Щоб уникнути цього, різні пари мають різну кількість скруток на метр довжини.
Різний крок скручування пояснює, чому при вимірюванні довжини кожної пари за допомогою кабельного тестера ми бачимо різні значення. Якби розкрутити їх і вирівняти, ті, що мають більше скруток, були б трохи довшими. Відмінність у довжині може досягати 5% і більше — стандарт TIA визначає довжину кабелю за найкоротшою парою.
Що більше скруток на одиницю довжини — то краще кабель захищений від завад. Наприклад, у кабелях категорії Cat5e та Cat6 кожна пара має свою кількість витків, що покращує якість передачі даних навіть на великих відстанях.
Наприклад NG LAN UTP CAT 5Е та NG LAN UTP CAT-5e Al-Cu
Як покращують характеристики кабелів?
Більш технологічні кабелі витої пари мають покращені характеристики NEXT завдяки:
- Використанню екранів (захисного екранування)
- Більш точному контролю швидкості скручування
- Поєднанню пар у загальну структуру
Нові технології, такі як 10GBASE-T та PoE, вимагають мінімізації перехресних завад. Проте навіть сьогодні вони залишаються одним із ключових факторів, що впливають на швидкість передачі даних.
Висновок
Вита пара — це не просто дизайнерська "фішка" чи забаганка інженерів. Це продумане рішення, що допомагає передавати дані на високих швидкостях, мінімізуючи завади та втрати сигналу. Завдяки цьому кабель став стандартом у мережах, які ми використовуємо щодня!
Тепер ви знаєте, чому кабелі в мережі «закручені», і можете здивувати друзів цією цікавою інформацією!
