JP2001023455A - 高速伝送ローカル・エリア・ネットワーク・ケーブル - Google Patents

高速伝送ローカル・エリア・ネットワーク・ケーブル

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JP2001023455A
JP2001023455A JP2000165261A JP2000165261A JP2001023455A JP 2001023455 A JP2001023455 A JP 2001023455A JP 2000165261 A JP2000165261 A JP 2000165261A JP 2000165261 A JP2000165261 A JP 2000165261A JP 2001023455 A JP2001023455 A JP 2001023455A
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twisted
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JP2000165261A
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Daryle Pat Donner
パット ドナー ダーライル
Harold W Friesen
ダブリュ フリーセン ハロルド
David R Hawkins
アール ホーキンス デビッド
Robert Henry Jackson
ヘンリー ジャクソン ロバート
Stephen Taylor Zerbs
タイラー ザーブス ステファン
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Nokia of America Corp
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Lucent Technologies Inc
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00Communication cables or conductors
    • H01B11/02Cables with twisted pairs or quads

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  • Communication Cables (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的長い距離にわたり高いビット伝送速度
のときに漏話が比較的低いケーブルを提供すること。 【解決手段】 高速信号伝送が可能なローカル・エリア
・ネットワーク・ケーブルは、外被内に封入された導線
からなる複数のツイスト・ペアを有する。ツイスト・ペ
アのそれぞれは残りのペアのいずれとも異なるツイスト
回数を有し、少なくとも1対のペアは残りのツイスト・
ペアとは異なるツイスト方向を有し、すなわち、残りの
ペアが左回りのツイストを有する場合に右回りのツイス
トを有することができる。4対ケーブルでは、異なるツ
イスト回数の2対のペアには右回りのツイストが加えら
れ、他の2対は左回りのツイストを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ローカル・エリア
・ネットワーク(LAN)用のケーブルに関し、より詳
細には、比較的長い距離にわたり高いビット伝送速度の
ときに漏話が比較的低いケーブルに関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば、コンピュータ、より詳細には
ディジタル信号に依存する装置などのデータ処理装置の
開発および使用が継続していることにより、高い伝送速
度でアナログとディジタル両方のデータ信号を実質的に
エラーなしで伝送する信号伝送媒体の必要性が発生し
た。しかし、このような伝送に対して不利になる多数の
要因が存在し、そのうちの主要なものは漏話である。一
般的に使用されているケーブル構成の1つは、ケーブル
外被内に収容された保護なしツイスト・ペア線という芯
線配置であるが、所与の予防上の設計変更がそのケーブ
ルに含まれていない場合、周波数が高くなるにつれて漏
話が厳しい問題になる。
【0003】保護なしツイスト・ペアは、平衡モードま
たは差動モードの電話送信に必ず使用されてきたが、最
近、不平衡モードでの潜在的な伝送能力が認識されるよ
うになった。特に注目すべきものは、アナログ信号に比
べ、粗野な量子化ディジタル信号を伝送できるツイスト
・ペアの能力である。このような伝送では、たとえば、
4対ケーブルが使用され、一般にそのうちの2対は一方
向に、たとえば、コンピュータ・システムへ信号を伝送
し、他の2対はもう一方の方向に、たとえば、コンピュ
ータ・システムから信号を伝送する。このような配置で
は、近端漏話(NEXT)により、特にディジタル信号
による高いビット伝送速度の場合に重大な信号劣化が発
生する可能性がある。信号を伝送する際のNEXTの有
害作用を低減するために、多数の方式が提案されてい
る。このような配置の例は、Beggs他の米国特許第
4697051号、Friesen他の米国特許第48
73393号、Walling他の米国特許第5424
491号に示されている。参照によりその開示内容が本
明細書に組み込まれるFriesen他の特許では、2
対またはそれ以上のツイスト・ペアを有するケーブルが
示されているが、各ペアのツイスト回数が他の対のツイ
スト回数とは異なり、隣接ペア間のツイスト回数間隔の
増分が不均一になり、各ペアのツイスト長が各ペアの絶
縁導線の直径の約40倍の積を超えないようになってい
る。ツイスト長が短く、導線ペアをひとまとめにしたこ
とにより、ペアの絡み合いが効果的に低減され、したが
って、ペア間の相互作用を低減する傾向のある物理的分
離(間隔)をペア間に維持し、さらに漏話を低減する。
このケーブル方式は、導線をシールドする必要性も解消
する。
【0004】上記の特許はいずれもNEXTの低減を対
象とする発明を開示しており、近端漏話を低減するため
のこのような配置の能力の少なくとも一部は、事実上、
電磁相互作用によりNEXTの少なくとも一部を相殺す
るような2方向または双方向伝送に由来するものであ
る。
【0005】しかし、特に高速の場合にNEXTが制限
的なものになるほど多数の信号送受信構成要素が含まれ
るシステムまたはネットワークが存在する。このような
場合、一方のケーブル内のすべてのペアがネットワーク
のステーションまたは機器に向かって単方向に伝送し、
もう一方のケーブルの対がステーションから伝送する2
組またはそれ以上のケーブル・グループを使用すること
が慣行になっている。このようにして、漏話の分離が達
成される。このような単方向伝送の場合、一般に遠端漏
話(FEXT)と呼ばれるもう1つの形式の漏話は、重
大または絶望的なほど劣化していない信号を伝達するた
めのケーブルの能力の一要素になる。これまで、NEX
Tを低減するように設計されたケーブルは、特にカテゴ
リ6タイプのケーブル、すなわち、100メガヘルツま
たはそれ以上の信号伝送用のケーブルにおいて散発的な
FEXT結果を実証してきたが、多くの場合、信号劣化
の低減のテストでは不合格だった。双方向システムでは
平均結合であるのとは対照的に、単方向伝送配置では遠
端漏話がツイスト・ペア間のすべての結合の加重である
ことを理解すると、FEXTが考慮すべき重要な要因で
あることが明らかになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、一貫して受
け入れられる限界内であるFEXTパフォーマンスを発
生するように設計され、それにより高速(または高周
波)ディジタル・データの伝送を保証するツイスト・ペ
ア・ケーブルであり、一部のペアが反対方向のツイスト
を有する場合にケーブル内の異なるツイスト・ペアがこ
のような結果を生み出すという発見に基づくものであ
る。すなわち、一部のペアは右回りのツイストを有し、
一部のペアは左回りのツイストを有する。適切な反対方
向のツイストを備えた導線ペアは物理的に絡み合う傾向
がなく、このため、ペア間の効果的な横方向間隔が増大
し、実質的に一定になり、それにより、ペア間の漏話ま
たは結合が低減される。このような結合が低減される
と、その加重も低減され、このため、FEXTが低減さ
れる。
【0007】
【課題を解決するための手段】たとえば、A、B、C、
Dという4対のペアを有する芯線を有するケーブルで
は、現今のケーブルのようにツイストがすべて同じ方向
であるか、右回りまたは左回りであるときに、AB、A
C、AD、BC、BD、CDという6通りの結合が可能
である。これに対して、ペアAに他の3対のペアとは反
対方向のツイストが与えられている場合、BC、BD、
CDという同じ方向の3通りの結合だけが可能になる。
たとえば、ペアAとペアBに左回りのツイストが与えら
れ、ペアCとペアDに右回りのツイストが与えられてい
る場合、ABとCDという同じ方向の2通りの結合だけ
が可能になる。FEXTを低減する際に結合数の減少が
望ましいことが分かるだろう。
【0008】本発明の原理はケーブル内のツイスト・ペ
アの数を変えることによって得られるが、4対のツイス
ト・ペアを参照するとこれらの原理が最もよく例示され
る。このため、本発明の一実施形態では、そのケーブル
が適当なプラスチック材料の管状部材に封入された4対
の絶縁線を含む。金属シールドがこの管状部材を囲む場
合もあれば、囲まない場合もあり、好ましくはプラスチ
ック外被がそのアセンブリを取り囲んでいる。本発明の
原理によれば、第1のツイスト・ペア(ペアA)は、た
とえば、約0.380〜0.523”±ツイスト長の左
回りのツイストを有し、第2のツイスト・ペア(ペア
B)は、たとえば、約0.390〜0.487”±ツイ
スト長の左回りのツイストを有する。第3のツイスト・
ペア(ペアC)は、たとえば、0.580〜0.61
9”±ツイスト長の右回りのツイストを有し、第4のツ
イスト・ペア(ペアD)は、たとえば、0.650〜
0.713”±ツイスト長の右回りのツイストを有す
る。好ましい一実施形態では、ペアA、B、C、Dは約
0.440”、0.410”、0.596”、0.67
0”の値をそれぞれ有する。したがって、すべてのツイ
スト長は短くしかも異なっており、ペア間の分離が維持
され、それにより、結果的に結合を強化する絡み合いを
低減する。このようなケーブル配置はNEXTパフォー
マンスを明らかに改善するわけではないが、著しく影響
することはなく、その結果、FEXTパフォーマンスが
改善されることが分かっている。
【0009】また、本発明のケーブルは、物理的ならび
に電気的な恩恵ももたらす。現今のツイスト・ペア・ケ
ーブルでは、すべてのツイスト・ペアが同じツイスト方
向、すなわち、左回りまたは右回りのツイスト方向を有
し、ねじりがケーブルに加えられているので、比較的長
いケーブル長では取付け時にケーブル自体が扱いにくい
ものになる。これに対して、異なるペアが異なるツイス
ト方向を有し、あまりねじりが生成されない限り、本発
明のケーブルは機械的または物理的により中性のものに
なる。
【0010】本発明の多数の原理および利点は、添付図
面に関連して以下に示す詳細な説明を読むことにより、
より明らかになるだろう。
【0011】
【発明の実施の形態】図1には、NEXTの低減のため
に当技術分野で使用されるように、4対のツイスト絶縁
金属導線ペア12、13、14、16を内部に有するケ
ーブル11の短い一部分が示されている。図示の通り、
各ツイスト・ペアは異なるツイスト回数(1インチあた
りのツイスト数)を有し、すべてのペアは同じ方向にツ
イストされ、図1では左回り(LH)のツイストとして
示されている。ケーブル11は4対を大幅に上回る導線
ペアを有することができ、すべてのペアについて同じ方
向であるツイストが異なるものでもよく、すなわち、各
ペアごとにツイスト回数が異なってもよく、それにより
ツイスト回数差(TFD)と呼ばれるパラメータが得ら
れることを理解されたい。しかも、複数のペアを一束に
まとめ、その束に同じ方向のツイストを加え、それによ
り、導線ペアのツイストを締める効果があるストランド
・レイ、すなわち、SLというもう1つのパラメータが
得られることは通例であることが多い。また、反対方向
のツイストのストランドを有することも可能である。
【0012】図2には、その最も単純な形式では、4対
のツイスト導線ペア19、21、22、23を封入する
適当な絶縁材料のケーブル外被18を含むケーブル17
を含む、本発明の好ましい一実施形態が示されている。
ケーブル17は、シールド、金属外被、および/または
防水部材などの他の構成要素を含むことができるが、簡
略化のため、これらは図示されていないことを理解され
たい。本発明の原理により、図2に示すように、ペア1
9およびペア22は左回り(LH)のツイストを有し、
ペア21およびペア23は右回り(RH)のツイストを
有する。各ペアは異なるツイスト回数を有し、これはツ
イスト長とも呼ぶことができる。したがって、ペア19
は0.380〜0.523”の範囲内のLHツイスト長
を有し、ペア21は0.580〜0.619”の範囲内
のRHツイスト長を有し、ペア22は0.390〜0.
487”の範囲内のLHツイスト長を有し、ペア23は
0.650〜0.713”の範囲内のRHツイスト長を
有する。以下に示す説明では、テスト結果が得られたケ
ーブルのツイスト長は0.434”、0.593”、
0.400”、0.665”である。ツイスト金属ワイ
ヤの物理的な特徴により正確な長さは達成し維持するの
が難しく、得られる値はたいてい非常に近い近似値であ
ることを理解されたい。テスト・ケーブルから得られる
値により、各種ワイヤ・ペアに関するTFDを求めるこ
とができる。
【0013】図3ないし図8のグラフは、本発明の原理
の効力および健全性を実証するものである。
【0014】測定を行う際に使用したプロトタイプ・ケ
ーブルはいずれも4対ケーブルであり、約0.43
4”、0.400”、0.593”、0.665”のペ
ア・ツイストを有していた。その設計は、通常のツイス
ト方向が左回りである場合に、1対または複数対のペア
について右回りのツイストを使用するものを中心とし
た。いくつかのプロトタイプは、前述のように、6通り
の可能な組合せのうち3通りのペアが反対方向のツイス
トを有することになるようなツイスト方向が反対のペア
を1対だけ有していた。他のプロトタイプはツイスト方
向が反対のペアを2対有し、その結果、6通りの可能な
組合せのうち4通りのペアが反対方向のツイストを有す
ることになった。一部のプロトタイプでは2対の隣接ペ
アが逆転し、他の2対の対角ペアが逆転していた。対照
ケーブルは、図1に示すように、すべてのペアが左回り
にツイストされていた。実験領域内の空隙を埋めるため
に、第2のケーブル・セットも使用した。これらのケー
ブルのツイスト長は0.351”、0.495”、0.
685”、0.969”であった。グラフでは、ゼロの
基準線は業界標準であり、受け入れられる程度の漏話に
関する指定周波数の時に32dBである。したがって、
正の範囲の測定値は漏話の改善を表し、負の範囲の測定
値は漏話の増大を表す。測定に使用したすべてのケーブ
ルは長さが約100メートルであった。グラフはいずれ
も、一般に使用されるツイスト回数差(TFD)という
パラメータに依拠しており、ツイスト回数は長さの単位
(たとえば、インチ)あたりのツイスト数によって示さ
れ、同じ方向にツイストされたペアの場合、小さい値の
結果が得られた。反対方向のツイストは2〜5ツイスト
/インチの範囲のTFDとして現れ、従来の同じ方向の
ツイストは0〜2ツイスト/インチの範囲内に現れる。
【0015】左側に従来技術のケーブルを、右側に本発
明のケーブルを示す図3のグラフは、反対方向のツイス
ト・ペアの組合せの方が同じツイスト方向のものよりN
EXTパフォーマンスが劣ることを実証しており、その
平均は約12dB低かった。興味深いのは、同じ方向の
ツイストと反対方向のツイストがどちらもツイスト回数
差を増加することによって改善を示すことである。
【0016】図4のグラフは、反対方向のツイスト(2
〜5ツイスト/インチの範囲)の結果、平均で約15d
Bだけ、同じ方向のツイストよりFEXTパフォーマン
スが改善されることを示し、変動が大幅に縮小されるこ
とを示している。また、同じ方向のツイストの場合、T
FDの値が小さい方が変動が大幅に拡大することも分か
る。したがって、FEXTパフォーマンスを改善するた
めには、本発明の原理を実施する図2のケーブルは、こ
れまで認識されていないような大差で好ましい構成であ
る。
【0017】TFDとストランド・レイとの相互作用は
従来技術で観察されているが、TFD×SLの積が整
数、より具体的には、任意の整数±0.1の範囲内にな
ってはならないことが分かっている。この警告はNEX
Tの結果に基づくものであるが、これはFEXTパフォ
ーマンスにも適用される。図5の横座標値はNEXT測
定のTFD×SLであり、方向が異なるツイストとは対
照的に、ツイスト方向が同じペアの方が優れた結果が得
られ、横座標が整数値2および12(TFD×SL)で
あるときにどちらもパフォーマンスの低下を示すことが
分かるだろう。
【0018】図6は、TFD×SLの値に関するFEX
T結果のグラフであり、ツイスト方向が反対の場合のF
EXTパフォーマンスの方が同じツイストの場合より、
平均で約15dBだけ、大幅に優れており、TFD×S
Lが整数に近い場合でも、パフォーマンスの劣化が少な
いことを実証している。
【0019】図7は、同じく横座標としてTFD×SL
を使用するFEXTのグラフであるが、値は切捨てを行
って0〜1の範囲内になっている。その結果、2通りの
ツイスト構成の結果は、同じツイスト方向の測定を表す
菱形と、反対方向のツイストを表す正方形が混ざり合
う。このグラフは、TFD SLの近似整数値を回避す
べきであることを実証している。範囲中央値の結果、同
じツイスト・ケーブルより約15dB改善されたFEX
Tが得られ、変動が縮小されることを示す。
【0020】図8は、図7と同様のグラフであるが、N
EXTパフォーマンスを示している。予想通り、ツイス
ト方向が異なる配置の方が同じツイストの配置より劣る
ことが分かるだろう。
【0021】上記の説明により、そのツイスト・ペアの
うちの少なくとも1対が残りのツイスト・ペアとは異な
るツイスト方向を有するケーブル配置は遠端漏話の点で
著しい改善を示すことは明らかである。指摘されている
ように、ATMシステムのように、ケーブル内のすべて
のペアが一方向にのみ信号を伝送する場合、遠端漏話が
重大な考慮事項になるが、本発明は、すべてのペアが同
じ方向にツイストされた標準的な従来技術のケーブルに
よる結果より優れ、許容範囲内に十分入る、遠端漏話結
果をもたらす。ツイスト方向が異なる配置と個々のツイ
スト回数の差は、ペアのネスティングを防止する傾向が
あり、それに付随してペア間の相互作用が低下する。遠
端の改善は十分大きいので、将来のケーブル・アーキテ
クチャに影響を及ぼすことができる。
【0022】結論として、本発明の原理から大幅に逸脱
せずに好ましい実施形態に対して多くの変形形態および
修正形態が可能であることが当業者にとって明白になる
ことに留意されたい。このような変形形態および修正形
態は、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲内のもの
として含めるべきものである。さらに、特許請求の範囲
では、これに対応する構造、材料、動作と、すべての手
段またはステップおよび機能要素と同等のものは、具体
的に記載した他の請求要素で機能を実行するための構
造、材料、動作を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術で使用されているように、NEXT改
善のためにツイストされたペアを示すケーブルの断面図
である。
【図2】本発明によりFEXTのためにツイストされた
ペアを示すケーブルの断面図である。
【図3】図1のケーブルと図2のケーブルの両方に関す
る測定NEXT対TFDのグラフである。
【図4】図1および図2のケーブルに関する測定FEX
T対TFDのグラフである。
【図5】図1および図2のケーブルに関する測定NEX
T対TFD×ストランド・レイSLのグラフである。
【図6】図1および図2のケーブルに関する測定FEX
T対TFD×SLのグラフである。
【図7】図1および図2のケーブルに関する測定FEX
T対切捨て後(0〜1の範囲)のTFD×SLのグラフ
である。
【図8】図1および図2のケーブルに関する測定NEX
T対切捨て後(0〜1の範囲)のTFD×SLのグラフ
である。
【符号の説明】
11、17 ケーブル 18 ケーブル外被 12、13、14、16、19、21、22、23 ツ
イスト導線ペア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハロルド ダブリュ フリーセン アメリカ合衆国 30338 ジョージア,ダ ンウッディ,ベンド クリーク コート 1533 (72)発明者 デビッド アール ホーキンス アメリカ合衆国 30518 ジョージア,シ ュガー ヒル,シークレット コーヴ ド ライヴ 885 (72)発明者 ロバート ヘンリー ジャクソン アメリカ合衆国 30017 ジョージア,グ レイソン,アンナポリス ウェイ 1331 (72)発明者 ステファン タイラー ザーブス アメリカ合衆国 68028 ネブラスカ,グ レトナ,ウェストリッジ ロード 12308

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気信号の高速伝送のためのケーブルで
    あって、 絶縁導線からなる複数のツイスト・ペアを有する芯線を
    含み、 前記ツイスト・ペアの少なくとも1対が前記ツイスト・
    ペアの少なくとも他の1対のツイスト方向とは異なるツ
    イスト方向を有し、 前記ツイスト・ペアのそれぞれが前記ペアの残りのペア
    のツイスト長とは異なるツイスト長を有し、 前記芯線を取り囲み、導線のツイスト・ペアを封入する
    外被をさらに含むケーブル。
  2. 【請求項2】 導線からなる4対またはそれ以上のツイ
    スト・ペアが存在し、前記ツイスト・ペアの1対が他の
    3対とは異なるツイスト方向を有する、請求項1に記載
    のケーブル。
  3. 【請求項3】 導線からなる4対またはそれ以上のツイ
    スト・ペアが存在し、前記ツイスト・ペアの2対が残り
    の2対とは異なるツイスト方向を有する、請求項1に記
    載のケーブル。
  4. 【請求項4】 少なくとも4対またはそれ以上のツイス
    ト・ペアが存在し、 第1のペアのツイスト長が約0.380〜0.523”
    の範囲内であり、 第2のペアのツイスト長が約0.390〜0.487”
    の範囲内であり、 第3のペアのツイスト長が約0.580〜0.619”
    の範囲内であり、 第4のペアのツイスト長が約0.650〜0.713”
    の範囲内である、請求項1に記載のケーブル。
  5. 【請求項5】 前記第1のペアのツイスト長が約0.4
    40”であり、 前記第2のペアのツイスト長が約0.410”であり、 前記第3のペアのツイスト長が約0.596”であり、 前記第4のペアのツイスト長が約0.670”である、
    請求項4に記載のケーブル。
  6. 【請求項6】 前記ツイスト・ペアのすべてを含む前記
    芯線がそれに加えられたツイストを有し、それがストラ
    ンド・レイとして知られるパラメータによって測定され
    る、請求項4に記載のケーブル。
  7. 【請求項7】 ツイスト・ペアのペア間のツイスト回数
    差とストランド・レイの積が少なくとも0.1”だけ整
    数値より小さいかまたは大きい、請求項6に記載のケー
    ブル。
  8. 【請求項8】 電気信号の高速伝送のためのケーブルで
    あって、 絶縁導線からなる複数のツイスト・ペアを有する芯線を
    含み、 前記ツイスト・ペアの第1の2対が第1のツイスト方向
    を有し、 前記ツイスト・ペアの第2の2対が前記第1のツイスト
    方向とは反対の第2のツイスト方向を有し、 前記ツイスト・ペアのそれぞれが前記ペアの残りのペア
    のツイスト長とは異なるツイスト長を有し、 前記芯線を取り囲み、導線のツイスト・ペアを封入する
    外被をさらに含むケーブル。
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