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ねじれたペアケーブルとは何ですか?

導入

ねじれたペアケーブルとは何ですか?これは多くの人々からよくある質問です。 「ツイストペアケーブル」と呼ばれることがよくあるのは、ツイストペア構造を使用するケーブルの一種です。ツイストペアケーブルは、ローカルエリアネットワーク(LAN)配線に理想的な選択肢と見なされます。もともと、イーサネット標準は、ケーブルテレビで使用されているものと同様の同軸ケーブルに依存していました。当時、同軸ケーブルの伝送速度は非の打ちどころのないと考えられていましたが、同軸ケーブルは、パフォーマンスのボトルネックと、高コスト、複雑なメンテナンス、インストールを困難にした硬いシールド層など、パフォーマンスのボトルネックと固有の欠点を示し始めました。最終的に、ツイストペアケーブルは同軸ケーブルに取って代わりました。

ねじれたペアケーブルは、特定の方向にねじれた2つの断熱ワイヤで構成されており、ケーブルのセットを形成します。しかし、ツイストペアケーブルについてどれだけ知っていますか?この記事では、ねじれたペアケーブルの分類、パフォーマンスパラメーター、トランスミッション速度、ツイストピッチ、導体コア、テストデータ、マーキング、および耐火性評価の詳細な概要を説明します。この記事の終わりまでに、ツイストペアケーブルを完全に理解することができます。

 

コンピューターがネットワーク化されると、遭遇する最初の課題は通信ラインとチャネル伝送の問題です。現在、コンピューター通信は、有線とワイヤレスの2つのタイプに分類されています。有線通信は、ケーブル、光ファイバーケーブル、または電話線を透過導体として使用しますが、ワイヤレス通信は衛星、マイクロ波、または赤外線光線を透過媒体として使用します。
 
ネットワーク通信ラインの選択は、ネットワークのパフォーマンス、コスト、使用規制、インストールの容易さ、スケーラビリティ、およびその他の要因を考慮する必要があります。ネットワーク配線システムで使用されるケーブルは、通常、ツイストペアケーブル、同軸ケーブルに分割されています。バルクケーブル、 そして光ファイバーケーブル。市場で提供されるケーブルの多くのタイプとモデルがあり、エンジニアリング技術者は、主にその機能、モデル、タイプ、およびメインパフォーマンスを考慮して、実際のプロジェクトのニーズに基づいてそれらを選択する必要があります。
 
ねじれたペアケーブル(TP)は、統合配線プロジェクトで最も一般的に使用されるトランスミッションメディアです。それらは2つの銅導体で構成され、それぞれに断熱保護層があります。 2つの断熱銅導体は、特定の密度で一緒にねじれているため、伝達中に各導体によって放射される電磁波が他の導体から放出される波によってキャンセルされるため、信号干渉の程度を減らすことができます。通常、ねじれたペアは、ゲージサイズ22、24、または26の2つの絶縁銅導体を絡み合って作られます。1つ以上のツイストワイヤが絶縁シース内に配置されると、ツイストペアケーブルになります。ねじれたペアケーブル(ツイストペアとも呼ばれます)では、異なるペアが異なるツイスト長を持ち、通常は38.1〜140mmの間で、反時計回り方向にねじれます。隣接するペアのねじれ長は12.7mmを超える必要があります。一般的に、ねじれがきれいになるほど、干渉抵抗が強くなります。他のトランスミッションメディアと比較して、ねじれたペアには、伝送距離、チャネル幅、データ送信速度の点で一定の制限がありますが、コストは比較的低くなっています。
 
現在、ねじれたペアは分割されていますシールドされていないねじれたペア(UTP)そしてシールドされたねじれたペア(STP)、シールドされたねじれたペアケーブルが外側のアルミホイル層に包まれているため、比較的高い価格になります。
 
ねじれたペアは主にアナログ音声情報の送信に使用されますが、特に短距離情報伝達にはデジタル信号伝送にも適しています。伝送中、信号は大幅に減衰し、これにより波形の歪みが生じる可能性があります。
 
ねじれたペアを使用したローカルエリアネットワークの帯域幅は、使用する導体の品質、導体の長さ、および伝送技術に依存します。ツイストペアは情報を送信しながら信号を放射するため、簡単に波打つことができるため、放射を減らすためにそれらを保護するために追加コストが発生します(ただし、完全に排除することはできません)。これは、シールドされたツイストペアケーブルと呼ばれるものです。シールドされたツイストペアケーブルは、シールドされていないツイストペアケーブルよりも比較的高価で、取り付けが困難です。
 
ツイストペアケーブルには次の利点があります。
 
小径、節約スペース。
軽量、曲がりやすく、取り付けやすい。
クロストークを最小化または排除します。
難燃剤;
構造化された統合配線に適した柔軟性と独立性を提供します。
 

1。ねじれたペアの分類

 
カテゴリ1:コンピューターネットワークデータ通信ではなく、電話音声通信に使用されます。
カテゴリ2:1MHzの伝送周波数では、4Mbpsトークン通過プロトコルを使用して古いトークンリングネットワークでよく見られる4Mbpsの最大転送速度で、音声伝送とデータ送信に使用されます。
カテゴリ3:主に10Base-Tネットワークに使用される16Mbpsの最大転送速度での音声伝送とデータ送信に使用されます。
カテゴリ4:このタイプのケーブルの送信周波数は20MHzで、主にトークンベースのローカルエリアネットワークと10Base-T/100ベース-Tネットワークに使用される音声伝送と20Mbpsの最大転送速度で使用されます。
カテゴリー5:このタイプのケーブルはラップ密度が増加し、100MHzの伝送速度で高品質の断熱材で覆われており、主に100ベース-Tおよび10ベースTネットワークに使用される最大転送速度100Mbpsの音声伝送とデータ伝送に使用されます。これは、最も一般的に使用されるイーサネットケーブルです。
カテゴリ5e:このカテゴリには、減衰とクロストークの少ないケーブル、クロストーク比(ACR)とシグナルと雑音の比率(構造リターン損失)の減衰が高く、遅延エラーの減少により、パフォーマンスが大幅に改善されます。カテゴリ5Eは、主にギガビットイーサネット(1000Mbps)に使用されます。
カテゴリ6:このカテゴリのケーブルには、1〜250MHzの範囲の伝送周波数があります。カテゴリー6ケーブルシステムには、200MHzでのクロストーク比(PS-ACR)に対する電力和減少のかなりのマージンが必要であり、カテゴリ5Eの帯域幅の2倍を提供する必要があります。カテゴリ6ケーブルの伝送性能は、カテゴリ5E標準を大きく超えており、1Gbpsを超える伝送速度を持つアプリケーションに最適です。カテゴリ6とカテゴリ5Eの重要な違いの1つは、クロストークとリターンロスの観点からパフォーマンスの向上です。これは、次世代のフルダプレックス高速ネットワークアプリケーションにとって非常に重要です。カテゴリ6基準では、基本的なリンクモデルが省略されており、ケーブル標準は必要なケーブル距離を備えたSTARトポロジを採用しています。永久リンクの長さは90mを超えてはなりません。チャネルの長さは100mを超えてはなりません。カテゴリ6ケーブルは6Eと6Aに分割され、6Eの透過周波数は200MHzと6Aの透過周波数が250MHzです。
カテゴリ7:このカテゴリは、主に10ギガビットイーサネットテクノロジーのアプリケーションと開発に応えるように設計されていますが、もはやシールドされていないツイストペアではありません。代わりに、それはシールドされたねじれたペアです。したがって、その伝送周波数は少なくとも600MHzに達する可能性があります。これは、カテゴリ6の2倍以上であり、カテゴリ6Aケーブル. カテゴリ7ケーブル7Fと7Aに分割され、7Fの透過周波数は600MHzと7Aの透過周波数を620MHzの7Aにします。
カテゴリ8:国際基準には、カテゴリ8の配線が根本的に認識されています。カテゴリ8ケーブルは8.1と8.2に分割され、8.1はカテゴリ6と互換性がなければならず、8.2はカテゴリ7と互換性がなければなりません。コンピューターネットワーク統合ケーブルで使用される4ペアツイストペアケーブルのタイプを図1に示します。
 

Figure 1: Types of Twisted Pair Cables Used in Computer Network Engineering

図1:コンピューターネットワークエンジニアリングで使用されるねじれたペアケーブルの種類
 
 
カテゴリ3、5、および5Eの4ペアの未シールドツイストペアの物理的構造を図2に示します。

Figure 2: Physical Structure of Four-Pair Unshielded Twisted Pairs for Categories 3, 5, and 5e

図2:カテゴリ3、5、および5eの4ペアの未シールドツイストペアの物理構造
 
4組のねじれたペアのワイヤー色の組成を表1に示します。
 
表1:4組のねじれたペアのワイヤー色の組成
 
ペア
カラーコード
1
白/青//青
2
ホワイト/オレンジ//オレンジ
3
白/緑//緑
4
白/茶色//茶色
 

2。ねじれたペアケーブルのパラメーター

ねじれたペア(カテゴリ3、5、6、7、8、シールド、またはシールドされていないかどうかにかかわらず)の場合、ユーザーは減衰、近接クロストーク、DC抵抗、特徴的なインピーダンス、分散容量などのパラメーターに関心があります。
 

(1)減衰


減衰は、リンクに沿った信号損失の尺度です。減衰は周波数によって異なるため、適用可能な周波数範囲全体で測定する必要があります。
 

(2)ニアエンドのクロストーク


ニアエンドのクロストーク損失は、UTPリンクの1つのワイヤから別のペアへの信号結合を測定します。 UTPリンクの場合、これは重要なパフォーマンスインジケーターであり、特に難易度が信号頻度とともに増加するため、正確に測定するのが最も難しいものの1つです。クロストークは、ニアエンドのクロストーク(次)とファーエンドのクロストーク(FEXT)に分類されます。テスターは主に次に測定し、ライン損失のため、FEXTの影響は最小限です。 FEXTは、カテゴリ3および5のシステムで無視されています。次は、ニアエンドで生成されたクロストーク値を表しません。それは、ニアエンドで測定されたクロストーク値のみを表します。この値はケーブルの長さとともに減少します。ケーブルが長いほど、測定値が小さくなります。さらに、送信機端の信号も減衰し、クロストークが他のペアに減少します。実験により、40メートル以内の次の値がより正確であることが示されています。リンクのもう一方の端が40mを超える情報ソケットである場合、テスターが検出できない可能性のあるある程度のクロストークが作成されます。このため、両方のエンドポイントで次に測定することをお勧めします。現在のテスターに​​は、単一の側からリンクの両端で次の値の測定を可能にする対応するデバイスが装備されています。
減衰の表と次のテスト値を表2および3に示します。
頻度 (MHz)
最大減衰20度
チャンネル(100m)
リンク(90m)
 
猫。 3
Cat.4
cat.5
cat5e
Cat.6
Cat.3
Cat.4
cat.5
cat.5e
Cat.6
1
4.2
2.6
2.5
2.5
2.1
3.2
2.2
2.1
2.1
1.9
4
7.3
4.8
4.5
4.5
4.0
6.1
4.3
4.0
4.0
3.5
8
10.2
6.7
63
6.3
5.7
8.8
6.0
5.7
5.7
5.0
10
11.5
7.5
7.0
7.0
6.3
10.0
6.8
6.3
6.3
5.6
16
14.9
9.9
9.2
9.2
8.0
13.2
8.8
8.2
8.2
7.1
20
 
11.0
10.3
10.3
9.0
 
9.9
9.2
9.2
7.9
25
 
 
11.4
11.4
10.1
 
 
10.3
10.3
8.9
31.25
 
 
12.8
12.8
11.4
 
 
11.5
11.5
10.0
62.5
 
 
18.5
18.5
16.5
 
 
16.7
16.7
14.4
100
 
 
24.0
24.0
21.3
 
 
21.6
21.6
18.5
200
 
 
 
 
31.5
 
 
 
 
27.1
250
 
 
 
 
36.0
 
 
 
 
30.7
表2:周波数あたりの最大長でのさまざまな接続の減衰制限
 
 
周波数(MHz)
Minumum Next/20度
チャンネル(100m)
リンク(90m)
 
猫。 3
Cat.4
cat.5
cat5e
Cat.6
Cat.3
Cat.4
cat.5
cat.5e
Cat.6
1
39.1
53.3
60.0
60.0
65.0
40.1
54.7
60.0
60.0
65.0
4
29.3
43.3
50.6
53.6
63.0
30.7
45.1
51.8
54.8
64.1
8
24.3
38.2
45.6
48.6
58.2
25.9
40.2
47.1
50.0
59.4
10
22.7
36.6
44.0
47.0
56.6
24.3
38.6
45.5
48.5
57.8
16
19.3
33.1
40.6
43.6
53.2
21.0
35.3
42.3
45.2
54.6
20
 
31.4
39.0
42.0
51.6
 
33.7
40.7
43.7
53.1
25.0
 
 
37.4
40.4
52.0
 
 
39.1
42.1
51.5
31.25
 
 
35.7
38.7
48.4
 
 
37.6
40.6
50.0
62.5
 
 
30.6
33.6
43.4
 
 
32.7
35.7
45.1
100.0
 
 
27.1
30.1
39.8
 
 
29.3
32.3
41.8
200
 
 
 
 
34.8
 
 
 
 
36.9
250
 
 
 
 
33.1
 
 
 
 
35.3
表3:特定の周波数での次のテスト制限
 
 

(3)DC抵抗


DCループ抵抗は信号の一部を消費し、それを熱に変換します。これは、ISO/IEC 118 0 1の仕様ごとに19.2Ωを超えてはならないワイヤのペアの抵抗の合計を指します。ペアの違いは大きすぎて(0.1Ω未満)、接触不良を示し、接続ポイントをチェックする必要があることを示します。
 

(4)特徴的なインピーダンス


ループDC耐性とは異なり、特徴的なインピーダンスには、1〜100MHzの周波数での誘導性および容量性反応性が含まれます。これは、ワイヤのペア間の距離と断熱の電気特性に関連しています。さまざまなケーブルには異なる特徴的なインピーダンスがあります。ツイストペアケーブルの場合、通常は100Ω、120Ω、および150Ωタイプがあります(120Ωケーブルは国内で使用も生成もありません)。
 

(5)クロストーク比(ACR)の減衰


特定の周波数範囲では、クロストークと減衰の比率は、ケーブルの性能を反映するもう1つの重要なパラメーターです。 ACRは、最悪の場合の減衰と次の値の違いによって計算される信号対雑音比(SNR)として表されることがあります。 ACR値が大きいほど、干渉に抵抗するより強力な能力が示され、システムには10dB以上が必要です。
 

(6)ケーブル特性


通信チャネルの品質は、ケーブル特性(Signal-Noice比、SNR)によって説明されます。 SNRは、干渉信号を考慮したデータ信号強度の尺度です。低いSNRは、受信機が受領時にデータとノイズ信号を区別できないことにつながり、最終的にデータエラーを引き起こす可能性があります。したがって、特定の範囲内のデータエラーを制限するには、最小許容SNRを定義する必要があります。
 

3。ツイストペア伝送速度

 
Electronic Industries Alliance(EIA)は、さまざまな品質タイプのツイストペアケーブルを定義しています。
 
コンピューターネットワーク統合ケーブルは、カテゴリ3、4、5、5E(5E)、および6つのツイストペアを使用します。
 
カテゴリ3:ANSIおよびEIA/TIA 568標準で現在指定されているケーブルを指定します。このケーブルの最大伝送特性仕様は最大16MHzで、音声伝送と最大10Mbpsのレートのデータ送信に使用されます。
カテゴリ4:このタイプのケーブルの最大伝送特性仕様は、最大20MHzで、音声伝送と最大レートの16Mbpsのデータ送信に使用されます。
カテゴリー5:このタイプのケーブルはラッピング密度が増加し、シースは高品質の断熱材で作られており、最大100MHzまでの最大透過特性を備えており、音声伝送と100Mbpsの最大速度のデータ伝送に使用されます。
カテゴリー5E:カテゴリ5ツイストペアに基づいて、このタイプには追加のパラメーター(PS Next、PS ACR)といくつかのパフォーマンスの改善が追加されていますが、伝送速度はまだL 00 MBPSです。
カテゴリ6:カテゴリ5Eと物理的に異なり、ペアが互いに分離されているため、このタイプの伝送速度は250Mbpsであり、その標準は2002年6月5日に渡されました。
 

4。ツイストペアのツイストピッチ

 
ツイストペアケーブル内では、異なるペアが異なるツイストピッチを持っています。一般に、4組のツイストワイヤのツイストピッチサイクルは38.1mm以内で、反時計回り方向にねじれ、1つのペアのツイストピッチは12.7mm以内です。
 

5。ツイストペアケーブルコンダクターコア

 
American Wire Gauge(AWG)は、銅線とDC抵抗の直径を測定するための標準です。ゲージ数は0000から28の範囲であり、その直径、DC抵抗、および重量関係を表4に示します。
 
ワイヤーゲージ(AWG)
ケーブルの直流(DC)
DC抵抗(ω/km)
体重(kg/km)
28
0.320
0.0126
214
0.716
27
0.361
0.0142
169
0.908
26
0.404
0.0159
135
1.14
25
0.455
0.0179
106
1.44
24
0.511
0.0201
84.2
1.82
23
0.574
0.0226
66.6
2.32
22
0.643
0.0253
53.2
2.89
21
0.724
0.0285
41.9
3.66
20
0.813
0.0320
33.3
4.61
19
0.912
0.0359
26.4
5.80
18
1.020
0.0403
21.0
732
17
1.144
0.045
16.3
9.24
16
1.296
0.051
13.4
11.65
15
1.449
0.057
10.4
14.69
14
1.627
0.064
8.1
18.09
13
1.830
0.072
6.5
23.39
12
2.059
0.081
5.2
29.50
11
2.313
0.091
4.2
37.10
10
2.593
0.102
3.3
46.79
9
2.898
0.114
2.6
59
8
3.254
0.128
2.0
74.5
7
3.660
0.144
1.6
93.87
6
4.118
0.162
1.3
118.46
5
4.626
0.182
1.0
49.00
4
5.186
0.204
0.8
187.74
3
5.821
0.229
0.7
236.91
2
6.558
0.258
0.5
299.49
1
7.346
0.289
0.4
376.97
0
8.261
0.325
0.3
475.31
00
9.278
0.365
0.26
600.47
000
10.422
0.410
0.2
756.92
0000
11.693
0.460
0.16
955.09
 
 

6.ツイストペアケーブルテストデータ

 
100Ω4-ペアの未シールドツイストペア(UTP)ケーブルは、CAT 3、CAT 4、CAT 5、およびCAT 6に分類されます。これらは、次のパラメーターに拘束されます。それらの標準テストデータは、表5および6に示されています。
カテゴリ
減衰(DB)
分布容量(1kHzで)
20度のDC抵抗補正値
DC耐性偏差補正値は20度で
猫3
W 2.320√(f) + 0.238(f)
W 33OPF/100M
W 9.38Ω/100m
5%
猫4
W 2.050√(f) + 0.1(f)
W 33OPF/100M
同上
5%
猫5
W 1.9267√(f) + 0.75(f)
W 33OPF/100M
同上
5%
表5ツイストペアケーブルの標準テストデータ
 
カテゴリ
1MHzから最高の参照周波数までのインピーダンス特性
Return Loss for Lengths >100m
Near-End Crosstalk Attenuation for Lengths >100m
猫3
100Ω ±15%
12db
43db
猫4
同上
12db
58db
猫5
同上
23dB
64db
表6ツイストペアケーブルの標準テストデータ
 

7。低電圧システムのツイストペアケーブルの種類

 
低電圧システムでは、ねじれたペアケーブルは、シールドツイストペア(STP)と非シールドツイストペア(UTP)の2つの主要なカテゴリに分割されます。これらのカテゴリ内で、さらに100Ωケーブル、双軸ケーブル、大きなペアカウントケーブル、150Ωシールドケーブルに分けます。図3に示すように、いくつかの特定のモデルが存在します。

Figure 3 Types of Twisted Pair Cables in Low-Voltage Systems

図3低電圧システムのツイストペアケーブルの種類
 

8。ねじれたペアケーブルの外側に印刷テキスト

 
ねじれたペアケーブルを調べるとき、2フィートごとにテキストがあることに注意することが重要です。私たちの会社からケーブルを例として取り上げて、このテキストは次のように読みます。
 
xxxxシステムケーブルe 138034 0100
 
24 AWG(UL)CMR/MPRまたはC(UL)PCC
 
FT4検証済みETL CAT 5 044766 ft 9907
 
どこ:
 
xxxx:会社の名前を表します。
0100:100Ωを示します。
24:ワイヤゲージが24であることを示します(ワイヤーゲージには22、24、26があります)。
awg:米国の標準的なワイヤゲージシステムであるAmerican Wire Gaugeの略です。
ul:認証を示し、認定マークです。
FT4:4ペアを示します。
CAT5:カテゴリ5ケーブルを示します。
044766:ケーブルの現在のフィート数を示します。
9907:生産の年と月を表します。
 

9。ケーブルの耐火レベル

 
通信ケーブルの断熱材には、火剤剤として使用される化学物質が含まれています。 PVC(プレナム、商業、一般、および住宅グレード)に基づくケーブルはすべて、ハロゲン化化学物質を使用して火を遅らせます。 PVCが燃焼すると、ハロゲン化ガス(塩素など)を放出し、酸素をすぐに吸収し、それにより火を消し、ケーブルが自己描写されます。ただし、高濃度では、塩素ガスは非常に毒性があります。さらに、酸素と水蒸気の組み合わせは、塩酸を生成します。これは人間にも非常に有害です。
 
ケーブルの耐火性レベルは、プレナム、商業、一般、および住宅グレードに分類されます。
 

(1)プレナムグレード

 
プレナムグレードのケーブルは、最も高いレベルの耐火性を持っています。ファンがケーブルの束で炎に向かって空気を吹き付けるために使用されると、ケーブルは炎から5メートル以内に自己消光します。プレナムグレードのケーブルは、断熱材としてポリテトラフルオロエチレンを使用します。これは、燃焼または極度の熱の下で非常に低いレベルの煙を放出し、ケーブルは有毒な煙や蒸気を放出しません。
 

(2)商業グレード

 
商業用グレードのケーブルには、板張りのケーブルが5メートルの炎の広がり以内に自己描画する必要があるが、ファン強化空気には厳しい要件はありません。プレナムグレードのように、商業グレードのケーブルには煙や毒性の基準がありません。これらの耐火性レベルケーブルは、通常、水平走行に使用されます。
 

(3)一般グレード

 
一般的なグレードのケーブルは、商業グレードに似ています。
 

(4)住宅グレード

 
住宅用グレードのケーブルは、通信ケーブルの耐火性レベルが最も低く、煙や毒性の基準はありません。これらのケーブルは、家庭や小型オフィスシステムに個々のケーブルを敷設するためにのみ使用されます。

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