В ходе данного исследования выполнено исследование диапазона отклонений одного из ключевых характеристик симметричного кабеля СКС – PS-NEXT. Для этого собрано достаточное количество статистических данных, которые впоследствии обработаны методами математического анализа. Измерения выполнялись для одного из наиболее распространённых типов кабелей СКС - категории 7 S/UTP.
Ключевые слова: СКС; категория 7; переходная помеха.
Известно, что при измерении вторичных параметров отдельных линий СКС, даже одни и те же пары соседних кабелей имеют некоторый разброс характеристик. Это обусловлено совокупностью таких факторов как: неидеальность монтажа, материалов составляющих кабель и конструктивными погрешностями. Современные профильные стандарты имеют аналитические уравнения призванные ограничить диапазон допустимых значений вторичных параметров кабеля передачи данных [1]. При их нормировании брался допуск на разброс тестируемой характеристики. Однако, значительный запас одной из важнейших характеристик кабеля – PS-NEXT вызвал сомнения в корректности существующего подхода (рис.1), что привело к необходимости данных исследований.
Рис. 1 Результаты тестирования PS-NEXT для 4 пар кабеля категории 6а и функция предельного значения согласно ISO/IEC 11801 ed.2 для данной категории
Целью настоящего исследования является определение величины отклонений PS-NEXT относительно математического ожидания частотной характеристики.
Решения этой задачи следует выполнять на основании большого числа экспериментальных результатов. Поэтому в ходе исследования было сделано 165 комплексных измерений витопарных линий СКС различной длины (от 12 до 30 метров) категории 7. Измерения вторичных параметров было выполнено серийным кабельным анализатором Fluke DTX-1800 имеющим необходимые сертификаты соответствия и калибровки. При помощи специализированного ПО LinkWare из результатов тестирования выделены сведения о PS-NEXT на частотах 100, 200, 300, 400, 500 и 600 МГц. После чего, импортированы в программный пакет MathCad для анализа и представлены графиками на рисунке 2. Исследуемые линии являются участком горизонтальной подсистемы инсталлированной СКС и проложены в кабельнесущих конструкциях внутри здания административного типа. Заземление экранированных конструкций линий было выполнено согласно стандарту ANSI/TIA/EIA-607. Влияние сторонних источников ЭМИ было исключено. Метрологические характеристики кабельного анализатора отвечают современному стандарту TIA TSB-67 и соответствуют классу точности измерений - Level IV. Это даёт основания считать выполненные измерения на достаточном уровне инженерной строгости.
Проранжировав полученные данные с дискретностью 0,5 дБ были составлены следующие статистические ряды:
Таблица 1
Статистические ряды, полученные после дискретизации переходной помехи
100 МГц | ||||||||||
|
49,5 |
50 |
50,5 |
51 |
51,5 |
52 |
52,5 |
53 |
53,5 |
54 |
|
0,019 |
0,048 |
0 |
0,067 |
0,067 |
0,095 |
0,095 |
0,067 |
0,095 |
0,086 |
|
54,5 |
55 |
55,5 |
56 |
56,5 |
57 |
57,5 |
58 |
58,5 |
59 |
|
0,086 |
0,105 |
0,105 |
0,029 |
0,019 |
0,029 |
0,019 |
0,01 |
0,019 |
0,01 |
200 МГц | ||||||||||
|
43,5 |
44 |
44,5 |
45 |
45,5 |
46 |
46,5 |
47 |
47,5 |
48 |
|
0.01 |
0 |
0.01 |
0.01 |
0.029 |
0.095 |
0.086 |
0.162 |
0.076 |
0.095 |
|
48,5 |
49 |
49,5 |
50 |
50,5 |
51 |
51,5 |
52 | ||
|
0.152 |
0.114 |
0.038 |
0.029 |
0.057 |
0.01 |
0.019 |
0.01 | ||
300 МГц | ||||||||||
|
39 |
39,5 |
40 |
40,5 |
41 |
41,5 |
42 |
42,5 |
43 |
43,5 |
|
0.01 |
0 |
0.01 |
0.01 |
0.019 |
0.048 |
0.067 |
0.143 |
0.19 |
0.124 |
|
44 |
44,5 |
45 |
45,5 |
46 |
46,5 | ||||
|
0.095 |
0.095 |
0.095 |
0.067 |
0.019 |
0.01 | ||||
400 МГц | ||||||||||
|
35 |
35,5 |
36 |
36,5 |
37 |
37,5 |
38 |
38,5 |
39 |
39,5 |
|
0,01 |
0,01 |
0,076 |
0,057 |
0,076 |
0,19 |
0,152 |
0,143 |
0,114 |
0,038 |
|
40 |
40,5 |
41 |
41,5 |
42 | |||||
|
0,067 |
0,038 |
0,01 |
0,01 |
0,01 | |||||
500 МГц | ||||||||||
|
31,5 |
32 |
32,5 |
33 |
33,5 |
34 |
34,5 |
35 |
35,5 |
36 |
|
0,01 |
0,019 |
0,076 |
0,067 |
0,105 |
0,171 |
0,152 |
0,152 |
0,152 |
0,057 |
|
36,5 |
37 | ||||||||
|
0,019 |
0,019 | ||||||||
600 МГц | ||||||||||
|
27,5 |
28 |
28,5 |
29 |
29,5 |
30 |
30,5 |
31 |
31,5 |
32 |
|
0,019 |
0,009 |
0,057 |
0,085 |
0,123 |
0,171 |
0,162 |
0,180 |
0,133 |
0,038 |
|
32,5 | |||||||||
|
0,019 |
Применительно к данному исследованию функция распределения для дискретных величин PS-NEXT имеет вид:
При известном математическом ожидании и СКО не составляет труда вычислить функцию нормального распределения:
Из составленных статистических рядов в таблице 1 было вычислено математическое ожидание и СКО –
, что позволило найти функцию распределения (2).
Таблица 2
Математическое ожидание и СКО для PS-NEXT
F [МГц] |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
53.54 |
47.88 |
43.03 |
38.1 |
34.38 |
31.28 |
|
2.08 |
1.58 |
1.35 |
1.33 |
1.14 |
1.05 |
Результаты вычислений и
представлены на графиках рис. 1.
Рис. 2 Графики распределения результатов тестов для различных частот линии СКС категории 7
- функция распределения PS-NEXT на частотах: 100, 200, 300, 400, 500 МГц.
– функция нормального распределения для PS-NEXT на частотах: 100, 200, 300, 400, 500 МГц.
Как видно из построенных графиков на рис. 2 все данные полученные на частотах от 100 до 600 МГц имеют распределение близкое к нормальному. Это позволяет воспользоваться правилом «3 сигм». И сделать следующие выводы:
Не менее 95,4% результатов измерений для 100 МГц лежит в диапазоне: 53 ±4,17 [дБ]; для 200 МГц в диапазоне: 47,8 ±2,71 [дБ]; для 300 МГц в диапазоне: 43 ±2,7 [дБ]; для 400 МГц в диапазоне: 38,1 ±2.67 [дБ]; для 500 МГц в диапазоне: 34,3 ±2,28 [дБ]; для 600 МГц в диапазоне: 36,2 ±2.1 [дБ]. На основании этих выводов я сделал допущение о величине отклонения результатов измерений PS-NEXT - 6% относительно . Данный результат будет полезен при формировании новых методов оценки предельной пропускной способности кабелей СКС.
В дополнение к полученным результатам, был произведён ряд произвольных измерений в другой СКС этой же пары в кабеле, с теми же условиями, что описаны в начале настоящего раздела. Во всех 80 тестах погрешность не превышала принятых 6% от математического ожидания полученного в таблице 2, что ещё раз подтвердило правильность выполненных вычислений.
Литература:
1. ISO/IEC 11801 Information technology – Generic cabling for customer premise. – International standard. Second edition. // 2011 - стр. 136.