Проводной широкополосный доступ может быть реализован тремя основными способами: при помощи технологии DSL, по сети кабельного телевидения и по оптическим кабелям, с распределением через Ethernet.
КАБЕЛИ ДЛЯ DSL
Доступ по DSL до сих пор остается наиболее распространенным. Это и понятно, поскольку он осуществляется по обычным абонентским телефонным линиям, которых во всем мире проложено около миллиарда. В основе такой линии лежит витая пара, изобретенная более века тому назад, но с тех пор значительно усовершенствованная, в частности, полоса передаваемых частот была многократно расширена.
Технологии DSL созданы в расчете на уже эксплуатируемые абонентские линии. Такие линии создаются на основе телефонных кабелей, объем выпуска которых до недавних пор был очень большим, причем их изготавливали на самых современных автоматизированных заводах. Одним из широко распространенных типов телефонных кабелей является ТПП (телефонный, с полиэтиленовой изоляцией и поли-этиленовой оболочкой), ГОСТ Р 51311-99. Согласно этому ГОСТу, российские заводы выпускают кабели с количеством пар от 10 до 1200 и с медными проводниками диаметром 0,4, 0,5 и 0,64 мм.
Кабели предназначены для тонального (низкочастотного) диапазона. На частоте 1 кГц переходное затухание между парами должно составлять не менее 70 дБ. На более высоких частотах данный параметр не нормируется, что затрудняет проектирование цифровых линий. Это один из наиболее массовых типов кабелей, однако не вполне удовлетворяющий требованиям DSL. Часто применяемая разнонаправленная скрутка пар, используемая для повышения эффективности производства кабеля, далека от оптимальной с точки зрения помехозащищенности, поскольку обеспечивает минимальное влияние между парами лишь в низкочастотном диапазоне.
Согласно «Правилам применения кабелей связи с металлическими жилами», утвержденным Министерством связи в 2006 г., эта продукция должна удовлетворять еще целому ряду требований. Одно из основных состоит в том, что частотная зависимость затухания, а также разброс этой зависимости должны соответствовать требованиям системы передачи, в которой кабель используется. Характеристики взаимного влияния: емкостная асимметрия, переходное влияние на ближнем конце и защищенность на дальнем конце в заданном диапазоне частот — необходимо соотносить с требованиями системы связи.
Группы пар симметричных кабелей скручиваются в сердечник по определенной схеме (повивной или пучковой). Повивы или пучки должны иметь цветовую индикацию. В кабелях с числом пар более 50 может быть предусмотрен строительно-монтажный запас пар. Для предотвращения проникновения и распространения влаги в свободное пространство внутри кабеля помещают гидрофобный заполнитель — влагостойкий, совместимый с другими материалами кабеля и легко удаляемый при монтаже. Обязательное подтверждение соответствия кабелей связи предъявляемым требованиям осуществляется в форме декларации.
В последнее время разработаны кабели широкополосного доступа, предназначенные для поддержки DSL. О них и пойдет речь ниже. Кабели для DSL должны обладать рядом специфических характеристик, которые обычным городским кабелям для телефонной связи не свойственны. В частности, они должны быть пригодны для поддержки оборудования как симметричных, так и асимметричных технологий DSL, где используются коды CAP и DMT. При этом по одной скрученной (витой) паре обеспечивается передача со скоростями, характерными для новых видов DSL: до 24 Мбит/с для ADSL2+ или до 52 Мбит/с для VDSL2 в обе стороны. Допустимая протяженность линий DSL составляет не менее 1500 м.
В качестве примера рассмотрим кабели, выпускаемые компанией «Эликс-Кабель» как для компьютерных сетей, так и для широкополосного доступа. Они подобны обычным кабелям СКС, но сфера их применения расширена и на область DSL. Параметры этих кабелей соответствуют требованиям DSL в диапазоне до 4 МГц. Буквой «Э» обозначаются экранированные конструкции. Например, марка МВПВЭ/Э-5 означает магистральный кабель Категории 5 из витых пар в поливинилхлоридной оболочке с индивидуально экранированными витыми парами и общим экраном. Характеристики их были измерены прибором AnCom A-7 компании «Аналитик-ТС».
Анализатор AnCom A-7 разработан и серийно производится с 2003 г. Прибор позволяет измерять характеристики линий связи, определять их исправность и возможность организации DSL. В нем реализована методика «xDSL/Годность пары», основанная на международных и российских документах. В качестве нормативной базы привлекаются рекомендации ITU-T (Международного союза электросвязи) L.19, где задаются требования к переходным влияниям между парами, их симметрия и согласованность.
Анализатор определяет возможную скорость передачи информации для данной пары в зависимости от типа кабеля и его длины. При этом учитывается помехозащищенность оконечного оборудования SHDSL, ADSL2, ADSL2+, вытекающая из норм, приведенных в рекомендациях ITU-T G.99x. Прибор содержит данные о характеристиках передачи российских кабелей связи ТПП, КСП и МКС с целью обеспечения контроля пары по заданным параметрам. Расчет скорости передачи информации и оценка скоростного потенциала измеряемой пары выполняется с учетом характеристик затухания в полосе частот и спектральной плотности мощности помех.
Многопарные кабели компании «Эликс-Кабель» содержат пучки, каждый из которых состоит из четырех витых пар. Показанный на Рисунке 1 кабель ЭКС-МВПВ 25х2х0,52 состоит из шести пучков, скрученных в общий сердечник, причем в центре последнего расположена еще одна пара. Взаимные влияния между парами внутри пучка довольно низкие (переходные потери NEXT высокие — 75-80 дБ), в то время как NEXT между парами, расположенными в разных пучках, на 10 дБ больше, чем внутри пучка, и составляет 80-90 дБ в диапазоне частот до 2 МГц. «Эликс-Кабель» выпускает многопарные кабели — диаметр проводников составляет 0,52 и 0,64 мм, а количество пар достигает 100.
Эти относительно недавно разработанные кабели намного лучше подходят для DSL, чем широко применяемые ТПП. Для сравнения на Рисунке 2 приведены характеристики переходного затухания на ближнем конце (NEXT) для кабелей ЭКС-МВПВ 25х2х0,52 и ТППэп 10х2х0,5 с проводниками 0,5 мм и приблизительно одинаковым погонным затуханием. Видно, что защищенность от помех кабеля МВПВ намного выше, чем широко распространенного «десятипарного» ТППэп.
Довольно часто возникает вопрос: сколько витых пар в многопарном кабеле можно подключить к системам DSL? В Таблице 1 приведены нормы по переходному затуханию на ближнем конце (NEXT) между парами в зависимости от числа задействованных пар в многопарном кабеле. Как видно, с увеличением числа пар, используемых для DSL, эти нормы увеличиваются и при 10 парах составляют 75-80 дБ в зависимости от используемого кода. Расчеты сделаны в Ленинградском отраслевом НИИ связи (ЛОНИИС), в лаборатории цифровых линий связи. Они положены в основу оценки числа пар, на которых можно организовать полноценные соединения DSL по городской телефонной линии связи.
Анализ параметров влияния, выполненный специалистами ЛОНИИС, показал, что в кабелях ТПП, используемых для DSL, необходимо специально отбирать пары, пригодные для организации DSL. Для кабелей компании «Эликс-Кабель» оценка более оптимистична: практически любая комбинация пар обеспечивает превышение нормы по электромагнитной совместимости, так что они вполне пригодны для организации DSL. Возможность применения этих кабелей для самых широкополосных систем находится в стадии изучения.
Наиболее скоростная и уже стандартизированная (ITU-T G992.5) асимметричная система ADSL2plus занимает полосу частот до 2,2 МГц. Следует отметить, что на асимметричные системы приходится 95% от общего числа портов DSL, поэтому подавляющее большинство исследований, предметом изучения которых являются кабели для DSL, распространяются на частотную область до 2,2 МГц. Передача по витым парам на более высоких частотах на дальние расстояния еще недостаточно изучена.
Новейшие системы DSL, такие как VDSL2, стандартизированные ITU-T G993.2 в 2006 г., обеспечивают на коротких расстояниях скорость передачи 100 Мбит/с. В связи с этим возникает вопрос о том, какие кабели пригодны для передачи данных на подобных скоростях. Кабели СКС передают сигналы на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) , но они обеспечивают дальность 100 м, в то время как технологии VDSL2 рассчитаны на передачу (при тех же скоростях) на расстояние до 300 м. Кабели телефонной связи (ТПП и другие) для частот выше 2-4 МГц не рассматривались. Таким образом, вопрос о кабелях для VDSL2 требует специального исследования.
Дополнительно заметим, что частотные планы для VDSL2 более многообразны, чем для ADSL2+. Скорее всего, освоение частотного диапазона системами VDSL2 будет происходить постепенно: сначала частоты до 8 МГц, затем до 12 МГц, а в Северной Америке наметилась тенденция расширения до 30 МГц. Кабели станут совершенствоваться параллельно с продвижением по частоте вверх, как это было в случае СКС (см. статью автора «Эволюция кабельных систем» в «Журнале сетевых решений/LAN» за сентябрь 2004 г.).
ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ ДЛЯ ГИБРИДНЫХ СЕТЕЙ
Гибридные волоконно-коаксиальные сети (HFC) предназначены, как правило, для предоставления услуг Triple Play: телевидение, Internet, телефон. В последнее десятилетие участок сети HFC с оптичес-кими кабелями постепенно расширяется, а участок с коаксиальными кабелями в той же мере сокращается (см. Рисунок 3). От головной станции обычно прокладываются оптические кабели до оптико-электронного узла, а оттуда — коаксиальные кабели. Сегодня оптику стараются дотянуть прямо до здания, по которому и распределяют сигнал с помощью коаксиального кабеля (Рисунок 3, правая часть). По самому зданию разводку выполняют коаксиальными кабелями, и лишь в отдельных, достаточно редких случаях она осуществляется при помощи оптических кабелей. Сначала рассмотрим оптические кабели HFC, а затем остановимся на кабелях для домовых распределительных и абонентских сетей.
Оптические волокна бывают одномодовые и многомодовые. На магистральных линиях используются только одномодовые, соответствующие рекомендациям ITU-T G.652 и G.655. Наиболее широко применяются волокна, отвечающие рекомендации G.652, для которых характерны следующие особенности: они оптимизированы для длин волн в области 1260-1360 нм, при этом нулевая дисперсия и длина волны отсечки находятся в пределах этого диапазона. Волокна, изготовленные в соответствии с рекомендацией G.655, целесообразно применять на линиях связи с DWDM (плотным спектральным уплотнением). Они отличаются прежде всего тем, что оптимизированы для длин волн 1530-1565 нм. Иногда выгодно применять сразу оба типа волокон, и тогда волокна стандарта G.655 используются для высокоскоростных оптических систем передачи, а волокна стандарта G.652 — в распределительных волоконно-опти-ческих системах связи.
Для прокладки в небольших помещениях с ограниченным свободным пространством предназначаются оптические волокна с уменьшенным радиусом изгиба, описанные в недавно принятом стандарте G.657. В Класс A входят волокна с допустимым радиусом изгиба 20 мм; они обратно совместимы со стандартом G.652D. К Классу B относятся волокна, для которых допустимый радиус изгиба составляет всего 15 мм, но они не совместимы с волокнами G.652D. Данное обстоятельство обусловливает высокие потери в точке сварки волокон G.652D и G.657B, поэтому сращивать их не рекомендуется.
Многомодовые волокна значительно дороже одномодовых. Основная область их применения — локальные сети (СКС). Для СКС использование многомодовых волокон вместе с электронно-оптическими компонентами оказывается выгодным, поскольку они дешевле тех, что предлагаются для одномодовых систем. В качестве многомодовых применяются градиентные волокна 50/125 мкм (сердцевина диаметром 50 мкм, оптическая оболочка 125 мкм), а также градиентные волокна 62,5/125 мкм.
Оптические кабели выпускаются для разных условий прокладки и монтажа, поэтому отличаются назначением и конструктивными элементами, обеспечивающими защиту от воздействия окружающей среды. В соответствии с их особенностями оптические кабели подразделяются на линейные (наружной прокладки) и объектовые (для прокладки внутри зданий).
На оптических линиях в сетях связи России используется множество разнообразных видов кабелей. В качестве еще одного примера рассмотрим продукцию завода «Сарансккабель-оптика». Часто сердечник кабеля состоит из трубок, «обвивающих» центральный силовой элемент (см. Рисунок 4). Последний представляет собой либо стеклопластиковый стержень, либо стальную проволоку или трос с полимерным покрытием. В одном модуле находится до 12 волокон, а максимальное количество волокон равно 144 (12 модулей).
Применение стеклопластикового силового элемента предпочтительнее с учетом лучшей электромагнитной защищенности такой конструкции, хотя она и дороже, чем с силовым элементом из стали. По этой причине некоторые предприятия, выпускающие оптические кабели, изделий со сталью не производят вовсе.
Иногда в составе сердечника имеется только один модуль — трубка большого диаметра, содержащая 12, 24 или 48 оптических волокон. Сердечник такого кабеля не имеет силовых элементов. Главные преимущества одномодульного кабеля — меньший диаметр по сравнению с многомодульной конструкцией и более низкая стоимость (см. Рисунок 5).
Защита оптических кабелей наружной прокладки от проникновения влаги осуществляется путем заполнения полостей сердечника герметиком. В ряде оптических кабелей вместо гидрофобного заполнителя применяются водоблокирующие материалы или водоблокирующие порошки, которые дороже гидрофобных герметиков. Как правило, поверх сердечников оптические кабели имеют еще полимерные защитные оболочки. Если условия эксплуатации предполагают нахождение кабелей в воде, то уменьшение поперечной диффузии влаги достигается применением барьера из слоя металла, конструктивно выполненного в виде металло-полиэтиленовой оболочки.
Оптические кабели прокладывают в кабельной канализации или защитных трубах из пластмассы, укладывают прямо в грунт либо подвешивают между опорами или зданиями. При прокладке в кабельной канализации используют кабели самой простой конструкции. От грызунов защищает сталеполимерная оболочка. Если кабель прокладывается в туннелях или коллекторах, то с целью повышения пожаробезопасности оболочка изготавливается из композиций, не распространяющих горение. Кабель, который укладывают в грунт, оснащают бронепокровом из стальных оцинкованных проволок (см. Рисунок 5). В таком случае требуется защита от грозы, а также других электромагнитных воздействий — от влиянии ЛЭП, электрифицированных железных дорог, крупных радиостанций. Броня облегчает трассопоисковые работы поврежденного кабеля.
Отдельный вид оптических кабелей – самонесущие изделия. Они применяются для подвески на опорах линий связи, ЛЭП, контактной сети железных дорог и т.п. Обычно самонесущий оптический кабель целиком диэлектрический, с силовыми элементами в виде повива арамидных нитей под защитной оболочкой. Кроме того, выпускаются самонесущие кабели с периферийным стальным тросом в полимерной оболочке, по форме напоминающие цифру 8, они подвешиваются на опорах за элемент подвески — стальной трос или стеклопластиковый пруток (Рисунок 6). Для подвески на опорах ЛЭП или контактной сети железных дорог стальной трос не применяется.
К внутриобъектовым оптическим кабелям предъявляются более мягкие требования в части климатики и механики, чем к кабелям наружной прокладки. В то же время они должны иметь оболочку, не распространяющую горение — из LSZH (компаунд низкодымящий, не содержит галогенов). Кабели внутренней прокладки обычно не содержат герметик или иной гидрофобный заполнитель, так как к ним не предъявляются требования влагостойкости. Чтобы не повредить такой кабель, при его протяжке применяют буфер из арамидных нитей (Рисунок 7).
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ ДЛЯ ДОМОВЫХ СЕТЕЙ
Основная разводка по зданию выполняется металлическими кабелями (см. Рисунок 8). В ближайшее время такое положение дел вряд ли изменится, поэтому подробно рассмотрим металлические кабели для внутридомовой проводки.
Коаксиальные кабели. Подобные зарубежные изделия уже рассматривались в статьях автора (см., например, «Самая широкополосная проводка» и «Коаксиальная проводка — 5 лет спустя» в августовском номере за 2005 г. и январском номере за 2006 г. «Журнала сетевых решений/LAN»), здесь же мы остановимся на кабелях, выпускаемых в России. За последние 10-15 лет произошли существенные изменения: вместо кабелей с медными проводниками стали производиться изделия с внешним проводником из алюминиевой фольги. В конструкции изоляции также появились новшества: современные коаксиальные кабели изолированы пористым полиэтиленом с физическим вспениванием.
Сказанное выше связано со следующими обстоятельствами. Прежде всего, такие кабели легче по весу и дешевле. Несмотря на то, что потери в них несколько больше, чем у кабелей с медными экранами, алюминий применяется все шире и шире. Благодаря прогрессу в области создания усилительной аппаратуры увеличение потерь довольно легко компенсируется. Еще одно важное преимущество — меньшая привлекательность для хищений, которые в последние годы стали буквально бичом для сетей связи. И, наконец, алюминиевая фольга проще накладывается на изоляцию кабеля и прочнее к ней приклеивается, в результате создается поперечная влагозащищенность радиочастотного тракта.
Подобные кабели предлагают несколько российских заводов. В качестве иллюстрации приведем изделия завода «Кирскабель», выпускающего кабели для наиболее массовых распределительных и абонентских сетей. Общими отличительными признаками (см. Рисунок 9) служат изоляция из пленко-пористого полиэтилена с газовым вспениванием и внешний проводник из алюмо-полимерной ленты. Продукция этого завода обладает низким уровнем прямых и возвратных потерь, высокой влагозащищенностью и хорошими эксплуатационными характеристиками. Волновое сопротивление коаксиальных кабелей равно 75±3 Ом; возвратные потери на частотах от 470 до 1000 МГц составляют 18-20 дБ. Между этажами в качестве распределительного кабеля чаще применяют изделия по типу RG11 (американский стандарт), а в качестве абонентского — по типу RG6.
В самое последнее время Международная электротехническая комиссии (МЭК) опубликовала стандарты на кабели для систем КТВ: 61196-5 (групповая спецификация) и 61196-5-1 (частная спецификация).
Симметричные кабели. Оптический кабель, как указывалось выше, прокладывается от узла связи до группы домов или отдельного здания (см. Рисунок 3). На конце устанавливается электронно-оптический преобразователь (медиаконвертер) и коммутатор, от которого выполняется разводка по дому при помощи симметричного кабеля (см. Рисунок 8). Таким образом формируется сеть Ethernet, позволяющая распределять информацию.
Четырехпарный кабель, базовый компонент СКС, описан во множестве статей и выпускается целым рядом кабельных заводов России, в том числе и упомянутыми выше предприятиями «Эликс-Кабель», «Кирскабель», «Сарансккабель» (см. Рисунок 10). Эти изделия похожи и обычно соответствуют Категорий 5e или 6, различаясь лишь качеством материалов и точностью изготовления. В некоторых модификациях отсутствует экран (UTP) или броня. Кабели предназначаются для прокладки в кабельной канализации, в помещении, для подвески на опорах или между домами. Оболочки выполняются из светостабилизированного (черного) полиэтилена, из поливинилхлорида и из компаунда, выделяющего мало дыма при пожаре и не содержащего галогенов (LSZH). На ряде объектов разрешается применять оболочки только из LSZH.
Для симметричных кабелей существуют стандарты МЭК: 61156-5 описывает однопроволочные кабели с широкополосностью до 600 МГц, а 61156-6 — такие же изделия, но многопроволочные, гибкие, для шнуров.
Давид Гальперович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОКБ кабельной промышленности. С ним можно связаться по телефону: (495) 583-5472.
Таблица 1. Нормируемая величина переходного затухания между парами на ближнем конце (NEXT), дБ, в зависимости от числа пар, занятых DSL.
Рисунок 2. Средние значения переходного затухания NEXT кабелей ТППэп и МВПВ.
Рисунок 3. Сегмент гибридной волоконно-коаксиальной сети (HFC) с тремя вариантами доступа в Internet (ПУ — первичный узел, ВУ — вторичный оптико-электронный узел).
Рисунок 5. Оптический кабель для прокладки в траншее или прямо в грунт.
Рисунок 7. Внутриобъектовый оптический кабель с буфером из арамидных нитей.
Рисунок 8. Домовая сеть с коаксиальной и симметричной проводкой.