Системы безопасности и визуализацииПубликации   Статьи   Использование витой пары в AV-решениях  

Использование витой пары в AV-решениях

Зачем нужна витая пара, если есть коаксиальный кабель?

В последнее время при построении аудиовидеосистем все чаще применяется технология передачи видеосигнала по витой паре.

Почему же этот тип кабелей, традиционно используемый при построении локальных компьютерных сетей, сегодня находит применение в области передачи аналогового и цифрового мультимедийного сигнала, где всегда прочное место занимали коаксиальные кабели?

В отличие от знакомых каждому бытовых аудиовидеосистем, в которых проигрыватель соединяется с телевизором коаксиальным проводом небольшой длины (около полутора метров), современные профессиональные системы зачастую предполагают большую протяженность сигнальных кабелей, достигающую десятков и даже сотен метров.

Если в таких инсталляциях использовать традиционные кабели, неизбежно начинаются проблемы с качеством передачи сигнала. Дело в том, что коаксиальный провод является несимметричной линией, так как сигнал передаётся только по одному проводнику – центральной жиле, а второй проводник, в качестве которого выступает экранирующая оплетка, – заземлен. При таком способе передачи, несмотря на экранирование, при длине линии более 10-20 метров становятся заметны электромагнитные помехи (наводки). При значительной протяженности кабеля соотношение сигнал-шум может достигать таких значений, что выделить полезный сигнал хорошего качества не удается. Иными словами, передача мультимедийного сигнала по коаксиальному кабелю ограничена сравнительно небольшой длиной.

Почему витая пара лучше?

Что такое витая пара?

Витой парой называют кабель, состоящий из нескольких (чаще всего восьми) изолированных проводов, скрученных попарно и имеющих общее изоляционное покрытие.

Аналоговый сигнал по витой паре передаётся в симметричном виде.

1)    На передающей аппаратуре сигнал конвертируется из несимметричного вида в симметричный.

2)    Сигнал передается по витой паре в виде разницы напряжений противоположной полярности между обоими скрученными проводниками;

  • при воздействии электромагнитной помехи на симметричный канал появляется наводка, одинаковая на обоих проводниках.

3)    Приемное устройство усиливает разницу напряжений между скрученными проводами (полезный сигнал);

  • наведенная помеха игнорируется приемным устройством, т.к.в отличие от полезного сигнала, ее полярность на обоих проводниках совпадает.

4)    Затем сигналу возвращается первоначальный вид (производится конвертация симметричного вида в несимметричный).

При таком способе передачи обеспечивается требуемое качество видеоизображения и звука на воспроизводящих устройствах даже при использовании протяженных линий.

Принцип передачи цифрового мультимедийного сигнала DVI (HDMI) по витой паре аналогичен, но с той разницей, что передаче подлежит импульсный сигнал, имеющий широкий частотный диапазон. Воздействие на цифровой сигнал внешних помех приводит к  джиттеру (эффекту «дрожания» фазы): за счёт разрушения фронтов импульсов, после восстановления сигнала часть из них может изменить длительность и приобрести временной сдвиг. Чем больше джиттер, тем с большими помехами будет восприниматься сигнал на воспроизводящей аппаратуре, вплоть до полной неразличимости цифрового сигнала. Для уменьшения электромагнитной помехи и, как следствие, джиттера, для передачи сигнала DVI (HDMI) применяются экранированные витые пары.

Итак, идея использования витой пары при проектировании линий передачи аналогового и цифрового мультимедийного сигнала появилась в связи с необходимостью передачи его на большие расстояния.

При этом линия передачи сигнала по витой паре способна работать в широком диапазоне частот. Это особенно важно для цифрового аудиовидеосигнала, который содержит высокочастотные импульсы. Качество передачи импульсов по линии характеризуется, прежде всего, тем, насколько качественно будут переданы фронты сигнала, которые относятся к высокочастотной области спектра. Современное оборудование для передачи видеосигнала по витой паре успешно справляется с этой задачей.

Кроме технических параметров витой пары, позволяющих нейтрализовать наведенную электромагнитную помеху, стоит отметить, что стоимость погонного метра витой пары существенно ниже, чем у коаксиального кабеля, что удешевляет общую стоимость проекта. Особенно заметна экономия в случае прокладки протяженных линий.

От теории – к практике

Механические параметры прокладки кабеля, его крепление, перегибы и заделка разъемов могут оказывать влияние на распространение и передачу высокочастотного сигнала в линии.

Как известно, для коаксиального кабеля крайне важным является его правильная укладка и монтаж, поскольку перегиб кабеля (рекомендованное значение радиуса перегиба – не менее пяти диаметров кабеля) или деформация поверхности кабеля при его креплении приводят к дополнительным потерям и отражением сигнала, а, следовательно, к неминуемому снижению его качества. Это еще один существенный недостаток линии передачи, построенной на коаксиальном кабеле.

Витая пара практически лишена этого недостатка. Конечно, не рекомендуется делать очень сильные перегибы, скрутки и связки из витой пары, но, тем не менее, влияние механических факторов при укладке витой пары значительно меньше, чем у коаксиального кабеля.

Еще один важный фактор передачи сигнала с минимальными потерями – согласованность волнового сопротивления линии с выходным и входным сопротивлением передатчика и приемника.

В коаксиальных линиях, как правило, используется кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, реже 50 Ом, при этом коаксиальные кабели выпускаются с достаточно жесткими требованиями по отклонению волнового сопротивления от номинального.

Волновое сопротивление витой пары составляет 120 Ом. Это рекомендованное значение, которое может заметно отличаться у кабелей разных производителей. Поэтому при прокладке линий передачи на витой паре не рекомендуется создавать канал передачи сигнала из отдельных отрезков кабеля, чтобы избежать возможных потерь сигнала в местах соединения витых пар, отличающихся по волновому сопротивлению.

История кабеля «витая пара»

  • Давным-давно. Идея передачи электрического сигнала по линии из скрученных изолированных проводов впервые была предложена Александром Грэмом Беллом в 1881 году, а в 1900 году эта идея была воплощена в жизнь: в Америке была построена телефонная сеть на «прародителе» витой пары.
  • В недалеком прошлом. Наибольшую известность кабель «витая пара» получил только во второй половине XX века при создании компьютерных сетей, которые изначально были построены на коаксиальном кабеле. Но даже в те годы, когда человечество стало активно переводить на витую пару компьютерные сети, никому не могло прийти в голову использовать этот тип кабеля для передачи мультимедийного сигнала.
  • Вчера. Все изменилось в начале XXI века, когда стало очевидно, что традиционный коаксиальный кабель не справляется с задачей передачи сигнала широкого диапазона частот на сравнительно большие расстояния. На длинах более 100 метров коаксиального кабеля сигнал практически неразличим на фоне помех. Попытка введения в конструкцию коаксиального кабеля дополнительных экранов привела лишь к сильному удорожанию линии, а качества передачи практически не добавила. Стал необходим качественный скачок в технологии изготовления кабеля. На помощь пришла изобретенная ранее витая пара.
  • Сегодня и завтра. Благодаря своей непревзойденной помехоустойчивости витая пара заняла прочное место на рынке оборудования для передачи видеосигналов. Сам видеосигнал в последнее время также претерпевает сильные изменения. С потребностью высокой и сверхвысокой четкости изображения, спектр передаваемого сигнала расширяется в область более высоких частот. Кроме того, все чаще возникает необходимость передачи аудиовидеосигнала на сравнительно большие расстояния. Адаптация линий передачи сигнала под изменившуюся реальность приводит к необходимости использования витых пар с дополнительным экранирующим слоем, обеспечивающим новый уровень защиты  от электромагнитных помех.

А нет ли у витой пары недостатков?

Возможно, что:Однако:
  • обязательное наличие дополнительных передатчика и приемника несколько повысит стоимость проекта;
  • в большинстве случаев низкая стоимость витой пары компенсирует расходы на дополнительное оборудование и общая стоимость проекта канала на витой паре становится ниже стоимости проекта на коаксиальной линии;
  • выход из строя приемника или передатчика повлечет за собой нарушение передачи сигнала.
  • при современном технологическом уровне производства электронных изделий, в том числе, приемников и передатчиков для линий на витой паре, падение надежности передачи сигнала крайне несущественно.