JP5676514B2 - 通信ネットワークにおけるエイリアン・クロストークを低減するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般的には通信システムに関し、より詳細には、通信におけるエイリアン・クロストークを抑制するためのシステムおよび方法に関するものである。

通信システムにおけるクロストークの抑制は、システムの信頼性並びに通信の品質を改善するための措置として益々重要になってきている。通信システムの帯域幅が大きくなるにつれ、信号クロストークを低減あるいは除去する重要さが増している。

有線の通信システムにおいては、クロストークは、通信ケーブル内あるいは多数のケーブル間における電磁干渉により生じる。ケーブル間の相互作用から生ずるクロストークは、エイリアン・クロストークとして知られている。

１つのケーブル内を走る信号がこの同じケーブル内の信号と干渉することから生ずるクロストークは、電子的なクロストーク低減方法を使用してうまく処理することができるが、エイリアン・クロストークは別の問題を呈し、それは、その干渉するあるいは妨害する信号の品質が未知であるからである。エイリアン・クロストークは、インストールされたＣａｔ６またはＣａｔ５ｅのケーブル・ベースを通しての１０Ｇｂｐｓのイーサネット通信のような実装例において問題があることが分かっている。そのようなケーブルでは、エイリアン・クロストークは、通信性能を相当奪ってしまうことがある。特別に設計されたケーブルを使ってエイリアン・クロストークを減少させることもできるが、既存のケーブルを新たに設計したケーブルに置き換えることは、相当の出費を伴う。

このため、インストールされたケーブルで使用できる、エイリアン・クロストーク抑制の方法およびシステムに対するニーズが存在する。

本発明の１実施形態によれば、増強した減衰をもつ改良したパッチコードによってインストールされたケーブル・システムの性能を改善する。
本発明の別の実施形態によれば、通信ケーブル間のエイリアン・クロストークは、通信ケーブルに接続した減衰用パッチケーブルを使用するという方法によって減少する。

本発明の別の実施形態によれば、ケーブル・システムは、改良したパッチコードを用いて、通信ケーブル間のエイリアン・クロストークを減少させる。

図１は、本発明の１実施形態による通信システムのプラン図。 図２は、エイリアン・クロストーク抑制を提供するため改良したパッチコードを備えたケーブル・インストレーションの概略図。 図３は、本発明による強化パッチコードを使用する通信システムにおける、増強した信号対ノイズ比を示すグラフ。 図４は、本発明の１実施形態による導体および損失導体絶縁を示す横断面図。 図５は、損失導電性コーティングをもつストランデッド・ワイヤの横断面図。 図６は、図５の細部“Ａ”の詳細図。 図７ａと図７ｂは、２つのケーブル・ペアの比較を示す横断面図であり、図７ｂのケーブル・ペアは、クロストーク・ペアの距離が増している。 図７ｂと図７ａは、２つのケーブル・ペアの比較を示す横断面図であり、ｂのケーブル・ペアは、クロストーク・ペアの距離が増している。 図８は、包囲シールドをもつケーブルの横断面図。 図９は、変更した包囲シールドをもつケーブルの横断面図。 図１０は、各ワイヤ・ペアを包囲するシールディングをもつケーブルの横断面図。 図１１は、導電性スプラインをもつケーブルの横断面図。 図１２は、ケーブルの長さに沿った変化するケーブル・レイを示す図。

次に、図１を参照すると、これには通信システム１０が示されている。この通信システム１０においては、１０Ｇｂ／ｓイーサネット・スイッチ１２のようなネットワーク・デバイスは、それぞれ、第１および第２の通信ケーブル１８および２０によりパーソナル・コンピュータ（“ＰＣ”）１４および１６に接続されている。理解されるべきであるが、図１は、１つのネットワーク・デバイスから２つのデバイスへ延びた通信ケーブル１８および２０を示しているが、本発明によるシステムおよび方法は、通信ケーブル間のエイリアン・クロストークについて、それらケーブルが接続されているデバイスのタイプにかかわらずそのクロストークの抑制を可能にする。

一般に、通信ケーブル１８と２０との間の相互作用により生ずるエイリアン・クロストークは、ケーブル１８および２０の全長にそって結合されることになる。ケーブル１８および２０は、これらを伝搬する信号をある程度抑制するように働き、これにより、イーサネット・スイッチ１２により近いそれらケーブル間に生ずるエイリアン・クロストークは、ＰＣ１４および１６において幾分減衰されることになる。

クロストーク抑制は、図１のシステムにおいては、第１および第２の強化パッチコード２２および２４により強化される。強化パッチコード２２および２４は、例えば追加のシールディングを提供することにより、それらの全長にそってクロストークを抑制するように設計されている。加えて、強化パッチコード２２および２４は、それらを伝搬する通信信号およびクロストークのようなノイズを減衰させる。パッチコード２２および２４における減衰は、多くの方法で実現することができる。例えば、パッチコード２２および２４内にフィンガ・ゲージ・ワイヤを使用することにより、あるいはパッチコード２２および２４内に含まれたワイヤにおけるインチ当たりのツイストの数を増やすことにより、減衰を増大させることができる。

エイリアン・クロストークの強さは、干渉するあるいは妨害する信号の強さに依存する。このため、第１強化パッチコード２２により提供される増加した減衰は、第１通信ケーブル１８における信号レベルを低減させる。その結果、この第１通信ケーブルから第２通信ケーブル２０に結合されるエイリアン・クロストークは、第１強化パッチコード２２による減衰に起因して低減される。第２通信ケーブル２０における第１通信ケーブル１８により生ずるエイリアン・クロストークは、第２通信ケーブル２０において両方向に伝わるため、エイリアン・クロストークは、第２強化パッチコード２４における抑制を受けることになる。

例えば、１ボルトのピーク・ピークの信号強度をもつ信号がイーサネット・スイッチ１２を出て、しかも第１強化パッチコード２２がその初期強度の１０パーセントに減衰させた場合、イーサネット・スイッチ１２から第１ＰＣ１４へ行く信号は、０．１ボルトのピーク・ピークの信号強度をもつことになる。この信号の１０パーセントがエイリアン・クロストークとして第２通信ケーブル２０に結合する場合、この第２ケーブルにおけるエイリアン・クロストークは、０．０１ボルトのピーク・ピークの信号強度を有することになる。もし第２強化パッチコード２４もまた初期強度の１０パーセントに信号を低下させる減衰特性を有する場合、そのエイリアン・クロストークは、第２通信ケーブル２０において０．００１ボルトのピーク・ピークに抑制される。このため、エイリアン・クロストークは、２つのパッチコード２２および２４の作用にさらされたことになり、イーサネット・スイッチ１２から第２通信ケーブル２０を通過する信号は、第２強化パッチコード２４の作用にのみさらされたことになる。オプションの強化パッチコード２６は、ＰＣ１４および１６への接続のために示しているが、同様に働いて通信接続のユーザ側においてエイリアン・クロストークを低減する。

本発明による強化パッチコードは、図２に示したように多数の接続に一体化させることができ、そしてこれにおいて、複数のケーブルをもつ水平のケーブル・プラント２８は、通信経路の第１と第２の端部に設けた強化パッチコード３０および３２によって強化されている。

図３には、本発明による強化パッチコードを使用しての信号対ノイズ比の強化を示している。点線は、通信周波数にわたる、強化パッチコードから生ずる低下した信号対ノイズを示している。エイリアン・クロストークに起因したノイズは、信号よりも大きく減衰されるため、利用可能な帯域幅および信号対ノイズ比の両方が、本発明による強化パッチコードを用いるシステムにおいて改善される。

パッチコードおよびその他の通信ケーブルに対し、様々な方法で減衰を導入することができる。損失パッチコードの設計において考慮すべき設計パラメータが２つある。１つのパラメータは、ケーブルに含ませるべき挿入損失の量であり、第２は、ケーブルにおいて持たせるべきエイリアン・クロストークの抑制または感受性の量である。両方のパラメータは、好ましくはあるケーブル設計において対処される。

誘電損失は、図４に示すように、損失導体絶縁３６または３８内に導体３４を設けることにより増加させることができる。また、誘電損失は、以下のような方法を使用することによっても増加させることができる。すなわち、（ａ）ケーブル・ジャケットの誘電損失材料、（ｂ）ケーブル・スプラインの誘電損失材料、および（ｃ）ワイヤ・ペア・シールド（これはＥ＆Ｍフィールドをそのワイヤ絶縁を通るように集中させる）。

導電性のより低いワイヤ（例えば、銅ワイヤではなくアルミニウム・ワイヤ）の使用もまた、導体損失を増加させる。上述のように、導体ワイヤの径を小さくしたりあるいは単位長さ当たりのツイストを大きくすることにより、導体損失を増加させることもできる。ツイスト量を大きくすると、コードの実効長が増し、したがって導体損失が大きくなる。

また、導体損失は、金属ワイヤにスズめっきすることによっても多くすることができる。ワイヤの外周における低い導電性のコーティングは、導体損失を大きくするが、その理由は、電流密度が（表皮効果により）表面近くに集まりそしてスズめっきされた材料を通してより高い損失を受けることになるからである。ストランデッド・ワイヤの使用もまた、導体損失を増加させ、その再、匹敵するワイヤ・ゲージに対し損失がおよそ２０パーセント増加する。図５は、スズめっきおよびストランデッド・ワイヤを用いたケーブル４０の横断面図を示している。図５の実施形態においては、ストランデッド銅導体４２は、スズの表皮４４内に設けている。図６は、図５の細部“Ａ”の詳細図である。表皮は、深さｄ_ｓで設けている。

また、粗表面のワイヤの使用は、このワイヤを通しての導体損失を増大させることができる。
図７ａおよび図７ｂは、クロストーク・ペア間の物理的距離を大きくすることにより、ケーブルの感受性を減少させる技法を示している。第１と第２のケーブル４６および４８は、接触関係で配置されている。ケーブル・ジャケット材料５０の例えば厚さを図７ｂに示したジャケット５２のように増すと、クロストーク・ペア間の距離は図７ａに示すｄ_１から図７ｂに示すｄ_２の大きくなる。１実施形態によれば、このケーブル・ジャケット材料５０は、発泡ジャケット材料である。また、ケーブル・セパレータを使用することによって、隣り合うケーブル間の分離を増すことができる。

また、金属シールディングを使って、信号ケーブル・ペア中へのエイリアン信号の感受性を減少させることができる。図８は、導電性シールドの組み込みによりケーブルの感受性を減少させる技法を示す横断面図である。図８においては、導電性ペア５２を、導電性シールド５４全体内に設けている。次に、導電性シールド５４は、ジャケット５６内に設けている。図９（これは、詳細図を含む）に示すように、別の実施形態においては、全体シールディング５４の層を、ジャケット材料の第１と第２の層５８および６０間に設けることができる。

図１０は、別の実施形態を示しており、この実施形態では、個々のシールディング６２は、各々のワイヤ・ペアを取り囲んでいる。
図１１には、別の実施形態を示しており、これは、導電性スプライン６４または導電性ペア・セパレータの使用を示しており、これらは、感受性を減少させるのに使用される。

別の実施形態においては、ケーブルのその長さに沿ったレイを変更することにより、クロストークを減少させることもできる。ケーブルのレイは、ケーブルのその長さに沿ったツイスティングを指している。この実施形態では、固定のツイスト・ペア長を、ケーブルの長さに沿って設けている。提案された１０Ｇｂ／ｓイーサネット近端クロストーク（ＮＥＸＴ）仕様を満足する、ケーブルの長さ全体にわたりツイスト・ペア長をもった４ペア・ケーブルを提供する、４つまたはそれより多いケーブル・レイ値を選択する。任意の４つまたはそれより多いケーブル・レイ値をランダムに選択し、その選択プロセスは、以下に示す。

１．ケーブル・レイ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，…）を選択する（それらレイの各々は、１０Ｇｂ／ｓイーサネットＮＥＸＴ仕様を満たす）。
２．それら４つのケーブル・レイのうちの任意のものを、ケーブル・レイ・プロセスの間において非復元で選択する。

３．その選択したケーブル・レイを、１０メートルあるいはこれ未満のケーブルの均一なあるいはランダムな長さにわたって設ける。
４．残りの３つあるいはこれより多いケーブル・レイのうちの任意のものを選択し、ステップ３で説明したようにケーブル構成に適用する。

５．このプロセスを、すべてのケーブル・レイを割り当てるまで繰り返す。

図１２には、ケーブル長の図を示しており、これでは、ケーブル・レイ遷移間にランダムな距離を用い、また４つの異なったケーブル・レイを使用している。

以上、本発明の特定の実施形態および応用について図示し説明したが、理解すべきように、本発明は、ここに開示した構成および組合せそのものに限定されるものではなく、また、添付の特許請求の範囲のおいて定められる本発明の要旨および範囲から逸脱せずに種々の修正、変形、変更が以上の説明から明かである。

Claims (7)

1. 通信ネットワークにおけるエイリアン・クロストークを低減するためのシステムであって、
   第１の強化パッチコードを介して第１のネットワーク・デバイスに接続された第１の通信ケーブルであって、該第１強化パッチコードが、前記第１通信ケーブルの減衰よりも大きな第１パッチコード減衰を有する第１減衰用パッチコードである、前記の第１の通信ケーブルと、
   第２の強化パッチコードを介して第２のネットワーク・デバイスに接続された第２の通信ケーブルであって、該第２強化パッチコードが、前記第２通信ケーブルの減衰よりも大きな第２パッチコード減衰を有する第２減衰用パッチコードである、前記の第２の通信ケーブルと、
   を備え、
   前記第１パッチコードは、複数のツイスト通信ワイヤを含み、前記第１通信ケーブルは複数のツイスト通信ワイヤを含み、前記第１パッチコードの減衰は、該第１パッチコードが前記第１通信ケーブルよりも大きな誘電損失を有することによって、前記第１通信ケーブルの減衰よりも大きい、システム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、前記第１パッチコードの誘電損失は、該第１パッチコードが前記第１通信ケーブルのケーブル・ジャケットよりも大きな誘電損失を有する材料で構成されたケーブル・ジャケットを有することによって、前記第１通信ケーブルの誘電損失よりも大きい、システム。
3. 請求項１記載のシステムにおいて、前記第１パッチコードの誘電損失は、該第１パッチコードが前記第１通信ケーブルのケーブル・スプラインよりも大きな誘電損失を有する材料で構成されたケーブル・スプラインを有することによって、前記第１通信ケーブルの誘電損失よりも大きい、システム。
4. 請求項１記載のシステムにおいて、前記第１パッチコードの誘電損失は、ワイヤ・ペア・シールドの使用によってより大きくした、システム。
5. 通信ネットワークにおけるエイリアン・クロストークを低減するためのシステムであって、
   第１の強化パッチコードを介して第１のネットワーク・デバイスに接続された第１の通信ケーブルであって、該第１強化パッチコードが、前記第１通信ケーブルの減衰よりも大きな第１パッチコード減衰を有する第１減衰用パッチコードである、前記の第１の通信ケーブルと、
   第２の強化パッチコードを介して第２のネットワーク・デバイスに接続された第２の通信ケーブルであって、該第２強化パッチコードが、前記第２通信ケーブルの減衰よりも大きな第２パッチコード減衰を有する第２減衰用パッチコードである、前記の第２の通信ケーブルと、
   を備え、
   前記第１パッチコードは、複数のツイスト通信ワイヤを含み、前記第１通信ケーブルは複数のツイスト通信ワイヤを含み、前記第１パッチコードの減衰は、該第１パッチコードの前記ツイスト通信ワイヤが前記第１通信ケーブルの前記ツイスト通信ワイヤよりも低い導電性を有することによって、前記第１通信ケーブルの減衰よりも大きい、システム。
6. 請求項５記載のシステムにおいて、前記第１パッチコードの前記通信ワイヤの導電性は、該第１パッチコードの前記通信ワイヤに前記第１通信ケーブルの前記通信ワイヤの金属よりも低い導電性の金属を使用することによって、前記第１通信ケーブルの前記通信ワイヤの導電性より小さくした、システム。
7. 請求項５記載のシステムにおいて、前記第１パッチコードの前記通信ワイヤの導電性は、該第１パッチコードのワイヤを細くすることによって、前記第１通信ケーブルの前記通信ワイヤの導電性より小さくした、システム。

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