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Premisas del Cableado Actualización de los Estándares CABLEADO ESTRUCTURADO Norberto Julián Cura Ingeniero Electricista Electrónico CCNA - CCAI

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Premisas del Cableado Actualización de los Estándares

CABLEADO ESTRUCTURADO

Norberto Julián CuraIngeniero Electricista Electrónico

CCNA - CCAI

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Categoria 5Categoria 6Nivel

5

Nivel 6 GigabitEthernet

Categoria5E

CategorÍa 7

Nivel 7

Actualizacion de Estándares

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Cableado Horizontal

Cableado EstructuradoSub-Sistema Horizontal

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Cat 5 - Donde Comenzó Todo

• Diámetro del Conductor • Diámetro del Cable• Resistencia a la rotura• Radio de Curvatura• Resistencia DC (Continua)• Capacitancia Mutua• Desajuste de

Capacitancias

• Impedancia Característica• Pérdida de retorno

estructural• Atenuación• Interferencia entre

canales cercanos (NEXT Near end crosstalk)

• Retardo de Propagación

Cat 5 cable requirimientos de TIA/EIA-568-A (1995)

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Cat 5 - Donde Comenzó Todo

• Ambiente• Solidez de

Terminación• Diseño• Confiabilidad

• Atenuation• NEXT• Perdida de Retorno

(Loss Return)• Resistencia DC

Cat 5 cable requirimientos de TIA/EIA-568-A (1995)

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Cat 5 - Donde Comenzó Todo

• 1ra Definición de necesidad del test de campo3 Años después después definición de los componentes de la Cat 5

• Se definen enlaces y canales link• Se definen los parámetros de los test

Mapa de CableadoLongitudAtenuaciónNEXT

• Se definen los requirimientos para los equipos de test

TSB 67 - 10/95

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Características de FuncionamientoSistema Pair-to-Pair (Revisión)

• Parámetros Claves de FuncionamientoNear End Crosstalk (NEXT)AtenuaciónTasa de Atenuación Cruzada (ACR: Attenuation to Crosstalk Ratio)

Par 1

Par 2

NIC HUB

XC

VR

XC

VR

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Características de FuncionamientoNEXT, Atenuación y ACR

Transmisor Receptor

Receptor TransmIsor

NIC HUB

SeñalTransmitida

Señal Atenuada

Ruido NEXT Acoplado

ACRSeñal Atenuada Ruido NEXT

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IEEE 802.3 comenzó a trabajar en GigabitEthernet

Relevaron cuestiones acerca de los parámetros sin especificar de la Categoria 5

También necesitaron estandarizar los reclamos de performance de los fabricantes respecto de la Categoría 5

Junio de 1996

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TIA/EIA-568-A-1:Agregó al Cable Categoría 5

Retardo de PropagaciónCondiciones de Asimetría

Septiembre de 1997

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EspecificacionesEfectos de la Asimetría (Skew)

• Skew es la diferencia en el retardo de propagación entre los pares rápidos y lentos en el cable

• Las condiciones propuestas: <45 ns @ 100 MHz(Canal)

T2T1

HUB

Rápido

Par 2

Par 1

Par 3

Par 4

LentoNIC

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Más Especificaciones

•SP-4194Suplemento Propuesto No. 4 para 568-AEspecificaciones Adicionales para Performance de Additional Transmisión para Cableado de 100 Ohm, 4Pares Cat 5

•SP-4195SuplementoPropuesto No. 5 para 568-AEspecificaciones Adicionales para Performance de Transmisión Para Cableado de 4 Pair100 Ohm Cat 5e

TIA tiene dos proyectos suplementarios a consideración

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SP-4194 – Especificaciones Adicionales para la Cat 5

“El desarrollo de ciertas aplicaciones de alta velocidad llamó la atención de la TIA en cuanto a las necesidades de requisitos adicionales de transmisión, tales como Pérdida por Retorno y Acoplamiento en el Extremo Remoto (Far End Crosstalk FEXT). Esos parámetros son necesarios para los diseñadores de sistemas en aplicaciones que utilizan los cuatro pares de cables para transmsión full dúplex”

“Aunque estas son nuevas especificaciones, (el peor caso existente es la topología de dos conectores, contemporizada según TIA/EIA-568-A), se espera que contenga estas demandas. La otras topologías están soportadas siempre y cuando encuentren las condiciones de ELFEXT y Pérdida por Retorno en este documento

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Topología de Dos Conectores

Otras Topologías(p.e. con cross-connect y/o punto de transición)

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Tecnologías de LANGigabit Ethernet

Par 1

Par 2

Par 3

Par 4

NIC HUB

Código de Línea: TX/T2 Mejorado (Igual que 100BASE-T2)Tasa de los Datos: 250 Mbps en cada par en cada dirección simultáneamente

(Dual Duplex)Tasa de Símbolos: 2 bits/símbolo @ 125 Msímbolos/segundo (Igual que en

100BASE-Tx)Esquema de Codificación: Modulación por Pulso Codificado de 5 niveles

(Pulse Amplitude Modulation 5-level PAM-5)Rendimiento Total: 250 Mbps x 4 pares = 1000 Mbps = 1 Gbps

XC

VR

XC

VR

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Especificaciones de FuncionamientoSistema de 4 Pares

• Parámetros Adicionales de Funcionamiento:Cantidad de Energía NEXT (Power Sum NEXT)Cantidad de Energía ELFEXT (Power Sum ELFEXT)Perdida por Retorno (Return Loss)Asimetría (Skew)

Par 1

Par 2

Par 3

Par 4

100o

1000Mbps

100o 1000Mbps

NIC HUB

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EMI – No cancelable por DSPPérdida por Retorno (Return Loss)

Sistema de 4 Pares1000BASE-T Fuentes de Ruido

NEXT - Cancelable por DSP FEXT – No Cancelable por DSP

NIC HUB

1000Mb/s

1000Mb/s

EMI

Return Loss

PS FEXT

PS NEXT

250 Mb/s Full Duplex

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Fuentes de Ruido para 1000BASE-T

• PS (Power Sum) NEXT y PSFEXT son nuevos parámetros del cableado

• La cantidad de eco depende de la pérdida de retorno del cableado• La mejora del balance del cableado lo hace menos susceptible al EMI

EMI

ECO

PS FEXT

PS NEXT

Fuentes de RuidoNIC HUB

1000Mb/s

1000Mb/s

Señal Recibida

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SP-4195 – Cat 5 MejoradaEl desarrollo de ciertas aplicaciones de alta velocidad ha llamado la atención de TIA en cuanto a necesidades de exigencias adicionales de trasnmisión, tales como multidisturbios por NEXT (Near End Crosstalk), pérdidas por retorno (return loss) y multidisturbios por FEXT (FarEnd Crosstalk). Estos parámetros son esenciales para los dieseñadores de aplicaciones que utilizan los cuatro pares de cables en transmisiones bidireccionales simultáneas

Las cláusulas adicionales para cableado Categoría 5eproporcionan alto rendimiento sobre un canal Categoría 5 e identifica los avances en la tecnología de cableado

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Comparación de Categorías 5

FEXT (Conectores)

PSNEXT (cable, enlaces, canales)

MejorPSELFEX (enlaces, canales)

MejorELFEX (cables, enlaces, canales)

MejorReturn Loss (cable, enlaces, canales)

IgualSKEW (enlaces, canales)

MejorIgualNEXT (Componentes, enlaces, canales)

IgualIgualAtenuación (componentes, enlaces, canales)

Categoria 5eCategoría 5 ActualCategoría 5 Original

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Cat 5 vs. Cat 5e

Cat 5e PSNEXT = Cat 5 NEXT

010203040506070

1 10 100Frequency, MHz

dB

Attenuation Cat 5 NEXTCat 5e NEXT Cat 5e PSNEXT

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Que pasa por el lado de lEEEAnteproyecto IEEE P802.3ab/D2.0

Es una especificación de Capa Física para operación a 1000 Mbps sobre cuatro pares de cable de pares trenzados balanceados, Categoría 5 o mejor (1000BASE-T)

Caracterísiticas del Segmento de Enlace 40.81000BASE-T usa un sistema de transmisión dúplex. Son necesarios cuatro canales full dúplex para transportar datos entre dos PMD. Cada canal dúplex channel soporta una tasa efectiva de datos de 250 Mbps encada direción simultáneamente. El término ‘segmento de enlace’ (link segment) usado en esta cláusula se refiere a cuatro canales dúplex y eltérmino ‘canal dúplex’ (duplex channel) puede ser usado para refereirse a un único canal con capacidad full dúplex. Las especificaciones para un segmento de enlace se aplica igualmente a cada uno de los cuatro canales dúplex 1000BASE-T está diseñado para operar sobreun sistema de cableado de 4pares Category 5

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Diseñado para Operar Sobre Cat 5, pero...ANEXO 40A Directivas Adicionales para el Diseño de Cableado

A pesar de que la especificación de 1 Gbps describe en la Cláusula 40, que fue diseñada para operar sobre 4 pares del Sistema de Cableado Categoría 5 tal cual está detallado en ANSI/TIA/EIA-568-A e ISO/IEC 11801, existe este elemntoadicional que puede ser tomado por los diseñadores de red como un margen adicional de operación que asegura que puedan lograrse los objetivos del BER 10-10

EnergÍa adicionada NEXT (Power Sum NEXT)Definido pero no especificado más alto que la Categoría 5

EnergÍa adicionada ELFEXT (Power Sum ELFEXT)Especificciones en Suplemento 4 (Cat 5)

No usa 25 paresNo usa conexión cruzada (crossconnect) opunto de transición

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Mientras tanto. . .

• La falta de estándares para la Cat 5e y la aparición de “próximas generaciones” de cables (Gigaspeed, MediaTwist, etc.) nos da la oportunidad de volver a los Niveles del programa Q3 de 1997Inicialmente aplicado solo a cables

Expandido ahora para incluir el hardware de conexión y los canales (Anixter LevelsChannel o ALC)

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• Están definidos tres niveles de performance de cableado:

Nivel 5: Similar a la Cat 5 con especificaciones adicionales de 10 dB entre pares (pair-to-pair) ACR a 100 MHz y 10 dBpara ACR a 80 MHzNivel 6: Un nuevo nivel que especifica cables con 10 dB pair-to-pair ACR a 155 MHz y 10 dB para ACR a 100 MHzNivel 7: Otro nuevo nivel que especifica un cable con 10 dB pair-to-pair ACR a 200 MHzy 10 dB para ACR a 160 MHz

Niveles del Programa

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Categorías y Niveles de Cables

01020304050607080

0 50 100 150 200 250 300

Frequency, MHz

dB

Level 5,6 Att Level 5 NEXT Level 6 NEXTCat 5 Att Cat 5 NEXT Cat 5e NEXT

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Categorías y Niveles de Cables

• Nivel 5: el rango del test de frecuencias es 200 MHzEl rango de frecuencia para Cat 5 es 100 MHz

• Nivel 6: el rango del test de frecuencias es 300 MHzEl rango de frecuencia para Cat 5e es 100 MHz

• Nivel 5: los criterios son básicamente los mismos que en Cat 5

• Nivel 6: el cable es 2 dB mejor que la Cat 5ePero el número de canales son aproximadamente los mismos

¿Cuál es la diferencia?

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¿300 MHz es mejor que 100 MHz?• El ancho de banda útil del sistema de cableado es el

punto en el cual el canal ACR asegura alrededor de 8 dB

Esto significa que para cableado Cat 5 el ancho de banda útil es aproximadamente 80 MHz.La Cat 5e extiende el ancho de banda utilizable a alrededor de los 90 MHz.

• Mientras esto representa algún beneficio para la experimentación de un sistema con un ancho de banda operativo levemente más alto, probar mayores frecuencias para nada cambia o mejorar la performancedel sistema.

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El Canal

La característica de funcionamiento más importante corresponden al canal. El número de canales representa la performance de todo el sistema de cableado.

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Canales - Categorías y Niveles

010203040506070

1 10 100Frequency, MHz

dB

Level 5 Attn Level 5 NEXT Level 5 PSNEXTLevel 6 Attn Level 6 NEXT Level 6 PSNEXTCat 5 Attn Cat 5e NEXT Cat 5 NEXTCat 5e PSNEXT

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Nivel 5/6 y Cat 5/5e Características principales

• El número de componentes del Nivel 5 es el número de Cat 5 extendido a 200 MHz

Un canal Nivle 5 no necesariamente es tan bueno como un canal Cat 5

Cat 5: ACR a 80 MHz = 7.7 dBNivel 5: ACR a 80 MHz = 6 dB

El cable Nivel 6 es un poco mejor que el de Cat 5eEl conector de Nivel 6 es un poco más deficiente que el de Cat 5eA Level 6 channel has the same ACR as Cat 5e

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En ISO• La Cat 6 fue originalmente un estándar

DIN alemán identificado como un istema de cableado con malla de protección con intenciones de funcionamiento a 600 MHzLa Categoría 6/Clase E ha sido actualmente “reprocesada” por ISO/IEC 11801-A como un canal positivo a 200 MHz

La Cat 6 DIN alemana es ahora la Cat 7, también bajo desarrollo de la ISO

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Especificaciones y performance de Enlaces y Canales

Actual Definición de la IndustriaCategoría 6/Class E

CANAL CC (dB) CANAL IC (dB) ENLACE (dB)

100 MHz 200 MHz 100 MHz 200 MHz 100 MHz 200 MHz

Atenuación 21.6 31.8 21.6 31.8 18.6 27.3

P-P NEXT 39.9 34.8 21.6 31.8 41.8 36.9PS NEXT 37.1 31.9 39.3 34.3 39.3 34.3

ELFEXT 23.2 17.2 25.2 19.2 25.2 19.2PSELFEXT 20.2 14.2 22.2 16.2 22.2 16.2

ACR 18.3 3.0 20.2 5.1 23.2 9.6PSACR 15.4 0.0 17.7 2.5 20.7 7.0

Perdida porRetorno

12.0 9.0 12.0 9.0 14.1 12.0

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Categorías y Niveles de Cables

01020304050607080

0 50 100 150 200 250 300

Frequency, MHz

dB

Level 7 Attn Level 7 PS NEXT Cat 6 Attn Cat 6 PS NEXT

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Categorías y Niveles de Conectores

Cat 6 Nivel 7100MHz

200MHz

100MHz

200MHz

Atenuación 0.2 0.3 0.2 ?NEXT 54 47.9 54 ?PS NEXT 50 43.9 50 ?Return Loss 22 14 20 ?

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Categorías y Niveles de Channel

05

1015202530354045

100 120 140 160 180 200

Frequency, MHz

dB

Level 7 AttenLevel 7 NEXTCat 6 AttenCat 6 NEXT

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Características principales de la Categoría 6 y Nivel 7

• El cable Cat 6 es mejor que el Nivel 70.5 dB mejora la atenuación a 200 MHz2 dB mejor NEXT a 200 MHzAunque el Nivel 7 tiene mejor asimetría (skew)

La conección del hardware es identica

Las características de los Canales son básicamente idénticas

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Velocidad de Datos GigabitTendencias/Drivers

La demanda de LANs se está incrementandoLos usarios desean la última tecnologíaAplicaciones cada vez más complejas requieren más memoriaEl poder de procesamiento de las PC se duplica cada 1.5 - 2 añosLa computación cliente/servidor incrementa las aplicaciones compartidas El resultado final es el stress de las redes

¡El cableado debiera ser parte de la solución, no parte del problema!

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Cableado, Tecnologías de LAN y EstándaresLa historia de huevo y la gallina

Tecnologías deLAN • 622 Mbps ATM• Gigabit Ethernet

Estándar deLAN • ATM Forum• IEEE 802.3

Tendencias de Cableados• Cantidad de energía • E-DIN 44312-5 Categoria 6• Niveles de Programas

Estándares de Cableados• Cat 5 mejorada• Cat 6/Clase E• Cat 7/Clase F

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Gigabit Ethernet sobre cobre Capa Física

• El objetivo es un eventual despliegue sobre el cableado Categoría 5 existente para

• Transmitir y recibir simultáneamente a 250 Mbps en los cuatro pares

• 5 Niveles PAM (Pulse Amplitude Modulation) y la configuración del espectro del pulso igual a 100BASE-TX

• Requiere alta Relación Señal/Ruido (SNR: signal to noiseratio) para tener el mismo BER (Bit Error Rate) que 100BASE-TX debido a la señalización multinivel

• El Procesamiento Digital de la Señal (DSP: Digital SignalProcessing) Es usado para cancelas algunos de los ruidos

• Debido al DSP un transceiver 1000BASE-T Xcvr puede tener la complejidad de un procesador 486 e inicialmente costar 5 veces más que un 100BASE-TX X

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Evolución de la Plataforma de Cableado Horizontal

20001996199219881984

1000

100

10

1

1000

100

10

1

155 Mbps ATM

100BASE-Tx

10BASE-T16 MbpsToken Ring

4 MbpsToken Ring

CAT4CAT4 CAT5CAT5CAT3CAT3

Mbps

MHz

Velocidad de DatosAncho de Banda

1000BASE-T

1.2 Gbps ATM ?

?

CAT XCAT X

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Características de PerformanceQUE ES LO IMPORTANTE?

• Tres configuraciones a medir– Componentes– Link– Channel

• Cuatro características importantes– Near End Crosstalk (NEXT)– Atenuación– Return Loss– Skew

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ConfiguracionesLINKS & CHANNELS / TSB 67

Link = Desde el Link = Desde el outletoutlet al al PatchPatch Panel o Cross Panel o Cross ConnectConnect

ChannelChannel = Desde el = Desde el HubHub a la NICa la NIC+ +

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CaracterísticasEFECTOS del NEXT

Transmisor Receptor

Receptor Transmisor

NetworkNetworkInterfaceInterface

CardCard HubHub

Ruido Ruido acopladoacoplado

SeSeññal al TransmitidaTransmitida

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NEXT PAR-A-PAR VS POWER SUM

ParPar--toto--par:par:Interferencia SimpleInterferencia SimpleReceptor SimpleReceptor Simple

PowerPower sum:sum:Interferencia Interferencia MultipleMultipleReceptor SimpleReceptor Simple

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NEXT REQUERIMIENTOS POWER SUM

La performance “Power sum” se deriva de la performance par-a-par del componente o sistema.

PS NEXT = 10 log10(10 -N1/10 + 10 -N2/10 + ...)

Donde N1, N2, etc. = NEXT desde todos los otros pares

La performance del NEXT Power sum debe alcanzar o exceder los requerimientos del NEXT par-a-par de la EIA/TIA..

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CaracterísticasEFECTOS de la ATENUACION

Transmisor Receptor

SeSeññal Transmitidaal TransmitidaSeSeññal atenuadaal atenuada

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CaracterísticasEFECTOS del RETURN LOSS

TransmisorTransmisor ReceptorReceptor

DesadaptaciDesadaptacióón o n o variacivariacióón de Impedancia n de Impedancia

SeSeññal al TransmitidaTransmitida

SeSeññal al AtenuadaAtenuada

SeSeññalal

ReflejadaReflejada

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CaracterísticasEFECTOS DEL SKEW

• Skew = Diferencia en el retardo de propagación entre el par más lento y el más rápido en un cable.

• De importancia en la transmisión que utiliza más de un par.

Requerimiento Requerimiento propuesto:propuesto:45 45 nsns @ 100 @ 100 MHzMHzFutureLANFutureLAN::25 25 nsns @ 100 @ 100 MHzMHz

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Características ACR

TransmisorTransmisor ReceptorReceptor

ReceptorReceptor TransmisorTransmisor

NICNIC HubHub

SeSeññal al TransmitidaTransmitida

SeSeññal al AtenuadaAtenuada

Ruido por NEXT Ruido por NEXT acopladoacoplado

ACRACRSeSeññal Atenuadaal Atenuada

Ruido por Ruido por NEXTNEXT

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Testeo de la PerformanceBARRIDO vs FRECUENCIAS DISCRETAS

• El NEXT es errático.• Reportando resultados solo a frecuencias

discretas puede darnos un resultado engañoso.• La información más útil es el margen para el peor

caso a lo largo de todo el rango de frecuencias.Link Da ta & S pe c

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

Fr e q (M Hz)

NEX

T (d

B)

PA IR 1-2

PA IR 1-3

PA IR 1-4

PA IR 2-3

PA IR 2-4

PA IR 3-4

Link Spec

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Testeo de la Performance BI- VS. UNI-DIRECTIONAL

El testeo El testeo uniuni--directionaldirectional testea el NEXT solo en el extremo del TESTER.testea el NEXT solo en el extremo del TESTER.

El testeo El testeo BiBi--directionaldirectional testea el NEXT en ambos extremos.testea el NEXT en ambos extremos.

Cable Cable testertester

Cable Cable testertester

Unidad remotaUnidad remotabobaboba

Unidad remotaUnidad remotainteligenteinteligente

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Estándares de performance del cableadoTodavía Evolucionando

TIA/EIA568-A

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

EIA/TIATSB36

TIA/EIATSB40EIA/TIA 568

IEC 11801

Estructura Básica de CableadoEspecificación de Componentes

Especificaciones Link/ChannelEspecificaciones Adicionales

TIA/EIATSB67

TIA/EIATSB75

PropDelay,Skew

TIA/EIATSB72

PatchCord

E DIN 44312-5

EnhancedAddendum

AdditionalCAT 5 Specs