Title
Телефон: (4872) 79-33-13
Адрес: г.Тула, ул.Халтурина, д.6-а, оф.313

Передача сигнала по витой паре

    Специалисты в области телекоммуникаций знают, что получение качественного видео- или аудиосигнала относительно не сложно. Сложности появляются тогда, когда появляется необходимость  передать этот сигнал на большие расстояния, обеспечив его защищенность от влияния помех и искажений, особенно когда устройство приёма находится в труднодоступном месте, и поддается активному влиянию разнообразных электромагнитных волн.

 

 

     Сегодня, во время развития технологий практически любое презентационное и информационное оборудования поддерживает мультимедийность, то есть позволяет просматривать и обрабатывать разнообразные данные, такие как видео и звук различных форматов и стандартов, из чего следует вывод, что основным инструментом рекламщика является компьютер. Учитывая это, становится понятно, что для просмотра изображения, созданного при помощи компьютера целесообразнее всего использовать ПК с XGA/VGAмонитором, так как в этом случае оба устройства поддерживают общие стандарты мультимедиа. Это позволяет экономить основной ресурс рекламщика – время, а время, как известно – деньги.

 

 

    Но подключение компьютеров друг к другу может быть ограничено по одной весьма прозаической причине – ограничением длины кабелей, предназначенных для подключения ПК к оборудованию, предназначенному для отображения данных. Это ограничение вызвано тем, что стандарты линий передачи низкочастотной связи ( без использования модуляции) проектировались с учётом того, что расстояние между сопрягаемыми устройствами не будет превышать 3 м. В реальности же, при превышении вышеуказанного значения, необходимо использовать  специальные устройства – так называемые удлинители интерфейса. Применение этих устройств позволяет существенно увеличить допустимое расстояние между приёмником и передатчиком видеосигнала, увеличивая тем самым гибкость и функциональность всей системы в целом.

 

 

ЧТО ЛУЧШЕ ИСПОЛЬЗОВАТЬ: КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ ИЛИ ВИТУЮ ПАРУ?

    Самым широко распространённым способом передачи видеоизображения является применения кабелей двух типов: коаксиального и так называемой витой пары. Оба они используются для монтажа сетей передачи видеосигнала, например систем камер, обеспечивающих видеонаблюдение в каком-либо здании. 

 

 

    Коаксиальный кабель осуществляет так называемую несимметричную передачу сигнала, так как коаксиал замыкает контур приёмник-передатчик, в котором центральная жила кабеля выступает в качестве сигнального провода, а оплётка – заземляющего. Даже при наличии экрана коаксиальный кабель не в состоянии обеспечить передачу на дальние расстояния видеосигнала, так как линия передачи подвержена значительному влиянию помех. К тому же данный вид кабеля требует согласования входного импеданса передатчика и выходного импеданса приёмника со своим собственным импедансом. Кроме всего вышеперечисленного, особое внимание требуется уделить разъёмным соединениям и укладке кабеля.

 

 

    Витая пара, отличается от коаксиала работой в симметричном режиме, то есть влияние электромагнитных волн и помех одинаково влияет на оба провода. При попадании на приёмное устройство сигнал поступает на вход дифференциального усилителя, обладающего хорошо сбалансированным коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС)

 

 

    В случае если оба провода обладают схожими характеристиками и достаточным количеством витков на метр длины (чем больше - тем лучше), они будут в одинаковой мере подвержены влиянию шумов, падений напряжения и наводок, а  усилитель с хорошим показателем КОСС на приемнике уберёт большую часть помех.

 

 

    Важным достоинством витой пары является низкая цена по сравнению с коаксиальным кабелем, к тому же ее легче укладывать, а работа с  разъемами не представляет никаких сложностей.

 

 

СИММЕТРИРОВАНИЕ

    Симметричными называются двухпроводные схемы, в которых и проводники, и  все подключенные к ним цепи подключенные обладают одинаковым импедансом относительно любого другого проводника.

 

 

    Симметрирование – это один из методов подавления шумов, который применяется сочетании с экранированием там, где ожидаемый уровень шума  должен быть ниже уровня, полученного при использовании только экранирования. Целью данного метода является уравнение шумов наведенных в обоих проводниках, для получения синфазного сигнала, который можно будет скомпенсировать в приёмнике.

 

   

    Применение дифференциального усилителя является начальным этапом для создания симметричной системы. Усилитель способен обеспечить симметричную нагрузку, но в то же время источник сигнала остается несимметричным, ввиду наличия внутреннего сопротивления Rr. (рис. 1).

 

 

Рисунок 1

 

 

    При симметрировании источника  по отношению к земле (схема на рис. 2), получится система с практически полной симметрией. В типичной ситуации последовательно с проводниками наводятся два синфазных напряжения шумов Uш1 и Uш2, которые способствуют появлению токов шумов Iш1 и Iш2, а в тоже время источники Uг1 и Uг2 генерируют  ток сигнала Iг. В результате суммарное напряжение на нагрузке находится по формуле

 

 

Uн = Iш1Rн1 - Iш2Rн2 + Iг(Rн1+Rн2)

 

 

    В уравнении первые два члена обозначают напряжения шумов, в то время как третий – напряжение полезного сигнала. Если Iш1= Iш2 и Rн1 = Rн2, то суммарное напряжение шумов равно нулю. Уравнение при этом упростится до вида:

 

 

Uн = Iг(Rн1+Rн2)

 

 

то есть нагрузочное напряжение наводится только сигнальным током Iг.

 

 

Рисунок 2

 

 

    В симметричных схемах в качестве проводников используются экранированные либо неэкранированные витые пары. При использовании коаксиала следует использовать два коаксиальных кабеля  ввиду их несимметричности.

 

 

    Ниже приведена формула расчёта степени симметрии схемы, более известной, как коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС):  

 

 

    КОСС = 20 lg (Uсинф/Uдиф) , где

 

 

    Uсинф  -синфазное (продольное) напряжение шумов, а Uдиф - дифференциальное (или поперечное) напряжению шумов.

 

 

    Преобразование синфазного напряжения шума в дифференциальное - признак несимметричности системы.

 

 

    Чем лучше симметричность используемой схемы, тем большего подавления шумов можно добиться. При достижении идеальной симметрии шумы не смогли бы проникнуть в систему. Хорошим показателем симметрии является значение в 60..80 дБ. Теоретически возможно получить и лучший показатель симметрии, но для этого потребуются специальные кабели и возможно появление необходимости в индивидуальной подстройке схемы. Симметрия системы имеет зависимость от симметричности сигнальных проводников, приёмника и передатчика, а также от влияния возможных паразитных импедансов. Отсюда следует, что между двумя проводниками на входе необходимо обеспечить симметрию по активным и  реактивным сопротивлениям, то есть активное и реактивное сопротивление каждого из проводов  относительно земли должны иметь одинаковые значения.

 

    Величина произвольных шумов, проникающих в симметричную систему, является показателем функции степени ее несимметрии и имеет прямо пропорциональную зависимость от синфазного напряжения шумов. Симметрия в реальной жизни никогда не будет совершенной, то есть при наличии в схеме синфазных напряжений, некоторая величина напряжения шумов всегда будет влиять на её работу. Синфазное напряжение шумов уменьшается при помощи соответствующего экранирования и заземления. Симметричность системы имеет зависимость от частоты сигнала, то есть при более высокой частоте сложнее добиться точной симметрии, поскольку на функционирование работы всей схемы значительно влияет паразитная емкость.

 

    Знание показателей симметрии, которую обеспечивают отдельные компоненты системы, не позволяет точно предсказать степень симметрии всей схемы в целом.

 

    Одним из способов, гарантирующих хорошую симметрию всей системы, является задание допуска на каждый компонент схемы, притом показатель допуска должен быть существенно меньше, чем величина общего допустимой разбалансировки системы, но этот метод приводит к значительному удорожанию разработки и производства всех элементов схемы.

 

УДЛИНИТЕЛИ ИНТЕРФЕЙСА

    Недостатком использования симметричной передачи данных по кабелю на основе витой пары является  наличие одного передающего и одного приемного устройств, которые увеличивают не только общую стоимость системы, но её надежность, так как существует риск потери сигнала в случае выхода из строя какого-либо из этих двух компонентов.

 

    Для примера рассмотрим случай, предполагающий передачу информации от компьютера на проектор либо плазменную панель, которая находиться на значительном расстоянии (допустим, около 100 м) от системного блока ПК. Очевидным кажется решение  создания локальной сети из двух компьютеров и подключение устройства вывода изображения вместо монитора второго ПК, но как быть, если, допустим, проектор должен находиться в месте, доступ к которому затруднён (потолок помещения)?

 

    В данном случае просто не обойтись без применения удлинителей интерфейса (англ. “extender, line transmitter”) для монитора, которые могут обеспечить передачу видеосигнала на достаточно большое расстояние по витой паре, вместе с тем защищая передаваемое изображения от воздействия шумов и помех. Такое устройство имеет широкое распространение в самых разнообразных областях: в транспортной отрасли, образовании, медицине, разнообразных развлекательных шоу.

 

    Удлинитель VGA работает по тому же принципу, что и удлинители видеоинтерфейсов, то есть действует на уровне аппаратуры, что избавляет от возникновения разичных сложностей с программным обеспечением, таких как согласование кодеков или преобразование форматов.

 

    Недавно нВ рынке появилось последнее поколение устройств, предназначенных для работы с витой парой. Эти новинки могут передавать сигнал без потери качества на расстояние до 300 м, к тому же они поддерживают работу по витой паре 5-й категории ( неэкранированной), хотя для достижения лучших параметров желательно использовать экранированную витую пару.

 

    Новая линейка устройств состоит из различного оборудования: передатчиков и приемников XGA сигнала, предназначенных для работы по витой паре, коммутаторов, усилителей – распределителей.

 

    Удлинитель сигналов VGA, использующий витую пару, совместим с широким рядом оборудования, включая камеры видеонаблюдения. Благодаря внедрению в производство современных технологий, удлинитель VGA может передать сигнал на расстояние до 300 м.

 

КАКОЙ СИГНАЛ НА КАКОЕ РАССТОЯНИЕСПОСОБЕН ПЕРЕДАТЬ УДЛИНИТЕЛЬ

В случае применения пассивной линии (то есть без усилителей/преобразователей):

-     Кабель RG-6 или RG-59 позволяетпередавать без видимых помехкомпозитное видеоили  же   ТВ сигнал стандартов PAL или NTSC на дальность 20-40 м;

-     Кабель  RG-11 способен обеспечить передачу до 50..70 м;

  -     Специализированные кабели, типаBelden 8281 /Belden 1694A, позволят увеличить    расстояние  передачии зображения примерно на 50%.

 

Для сигналов Super- VGA, VGA или XGA

-     Стандартныйкабель VGA способен обеспечить передачу изображения с разрешением 640x480 на  дальность до 7 м;

-     При значении разрешения 1024x768 и выше длина такого кабеля не должна превышать 3 м

-     Специализированныепромышленные кабели стандарта VGA/XGA позволяют передавать изображение на10..15м, а при применении дорогих и сложных изделий - максимум на 30 м

 

     Линия передачи данных подвергается влиянию высокочастотных потерь(High frequency loss), которые заметно проявляются в сниженииуровняяркости, ухудшении чёткости и разрешения изображения. Для устранения вышеуказанных  сложностей,в удлинителях VGA/XGA нашла применение схема управления высокочастотными потерями, которая называется EQ (Cable Equalization, коррекция кабеля) или управление высокочастотной составляющей – HF (High Frequency) control. Схема EQ использует усиление сигнала, зависящее от частоты,для улучшения показателей амплитудно-частотной характеристики(АЧХ).

 

     Отсюда можно сделать вывод, что удлинитель должен быть оснащаться усилителем сигнала (по возможности регулируемым) и схемой EQ, а предпочитаемой средой передачи целесообразнее всего использовать кабель на основе витой пары, как наиболее приемлемое и недорогое изделие.

 

ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА НА ОСНОВЕ ВИТОЙ ПАРЫ

    Линии на основе витой пары позволяют обеспечить передачу композитного видеосигнала на дальность 300..1000 м. Следует помнить, что передаче композитного сигнала на расстояние менее 100 м, нет особой разницы между коаксиальным кабелем и витой парой. Компонентный и сигнал стандартного ТВ передаются на расстояния, не намного превышающие расстояния для компонентного сигнала.

 

    Компонентный сигнал телевидения высокой четкости (ТВЧ, HDTV) нуждается в достаточно широкой полосе пропускания и качественно передается на расстояния в диапазоне 100..500 м.

 

    Сигнал типа VGA хорошо передаётся на длину до 300 м. На рис. 3 приведен пример системы передачи данного сигнала на 100 м, а на рис. 4 -  разветвленной системы распределения сигнала до 250 м.

 

Рисунок 3

 

Рисунок 4

 

    Передающий модуль удлинителя чаще всего преобразует видеосигнал в дифференциальный симметричный вид, наиболее подходящий для передачи по витой паре. На стороне приёмника происходит восстановление стандартного видеоформата для отображения полученного изображения на мониторе.

 

    В качестве среды передачи удлинители могут использовать оптоволокно или радиоканал беспроводной связи. В сравнении с витой парой, оптоволокно значительно дороже, а беспроводная связь не способна обеспечить достаточного уровня помехозащищенности и надежности, да и получить лицензию на ее использование весьма непросто. Удлинителю интерфейса необходимо иметь регулируемый усилитель сигнала и схему компенсации потерь на высоких частотах.

 

    Со всего вышесказанного можно сделать вывод, что наиболее оптимальным выбором для линий передачи сигнала является витая пара, ввиду своей дешевизны, а также благодаря целому ряду качеств, обеспечивающих достаточно высокое качество передаваемого изображения.