Kommunikationsnät 1 är avsedd för gymnasiekursen med samma namn. Med ett tydligt, och lättförståeligt språk ger boken en gedigen introduktion till den del inom ämnet Installationsteknik som behandlar installation av bl.a. kabel-tv och datanätverk.
Kommunikationsnät 1
Kommunikationsnät 1
Första kapitlet av boken ger en grundläggande teoretiska bas för de senare kapitlen som behandlar praktiskt installationsarbete.
S T E FA N N I L S S O N
ISBN 978-91-40-67900-0
9
789140 679000
Kommunikationsnät 1 S T E FA N N I L S S O N
Innehåll Inledning................................................................................................. 4 1 Bakgrundsfakta .................................................................................. 5 Signaler..................................................................................................................................................................................5 Bandbredd......................................................................................................................................................................... 13 Nättopologier................................................................................................................................................................... 18 Enheten decibel............................................................................................................................................................... 19 Decibel som absolut enhet......................................................................................................................................... 20 TCP/IP.................................................................................................................................................................................. 20 IPv4 protokollet............................................................................................................................................................... 21 Olika protokoll................................................................................................................................................................. 22 Ethernet.............................................................................................................................................................................. 23 Kabel.................................................................................................................................................................................... 24 Trådlöst............................................................................................................................................................................... 24 Brandceller........................................................................................................................................................................ 25
2 Kabel-tv-nät...................................................................................... 26 Signaler............................................................................................................................................................................... 26 Nättopologier för kabel-tv-nät................................................................................................................................... 27 Privat mottagning av marksänd signal................................................................................................................... 32 Installation av kabel-tv.................................................................................................................................................. 41 Dokumentation............................................................................................................................................................... 50 Felsökning......................................................................................................................................................................... 51
3 Tele-, data- och medianät................................................................... 53 Arbetssätt.......................................................................................................................................................................... 53 Signaler............................................................................................................................................................................... 54 Komponenter................................................................................................................................................................... 54 Planering............................................................................................................................................................................ 60 Installation......................................................................................................................................................................... 61 Driftsättning...................................................................................................................................................................... 66 Funktionskontroll av nätverk...................................................................................................................................... 68 Felsökning......................................................................................................................................................................... 68 Fibernät.............................................................................................................................................................................. 70 Fibertyper.......................................................................................................................................................................... 70 Komponenter................................................................................................................................................................... 71 Installation......................................................................................................................................................................... 72 Kontaktering av fiberkabel.......................................................................................................................................... 72
4 Larm och övervakning med kommunikationsnät................................. 74 Larm..................................................................................................................................................................................... 74 Passersystem.................................................................................................................................................................... 76 Kameraövervakning CCTV........................................................................................................................................... 76 Larmöverföring................................................................................................................................................................ 77 Nättyper............................................................................................................................................................................. 77 Installation av KNX.......................................................................................................................................................... 79
1
Bakgrundsfakta Signaler Begreppet signal är så centralt inom kommunikationstekniken att det behövs förklaras och beskrivas ingående. Vi börjar med ett inledande exempel med följande komponenter: En spänningskälla, en tryckknapp, en kabel med två ledare samt en summer. Dessa kopplas ihop så som bilden nedan visar. Vi har nu skapat ett system för signalöverföring som har samma grundläggande egenskaper som alla andra signalöverföringssystem. Vi har en: ▶▶ Sändare (tryckknappen) ▶▶ Mottagare (summern)
Mottagare
Kanal (medium)
Sändare
+
▶▶ Kanal eller medium (ledningen)
Principbild av ett system för signalöverföring.
Signalen överför ett kodat meddelande Om vi antar att vi använder exempelkretsen som en ringklocka vid en ytterdörr, så är meddelandet att någon på andra sidan dörren vill ha vår uppmärksamhet. Detta kanske känns så självklart att vi normalt inte reflekterar över det. Men om vi tänker oss att en person som inte är bekant med användningen av dörrklockor så skulle ljudet från summern inte ha en självklar betydelse. Betydelsen, koden, måste vara känd av mottagaren. Koden kan även vara mer eller mindre avancerad. Normalt så ringer man ju bara på dörren med ett kort tryck. Men det händer ju att man ringer på med en ovanlig rytm eller intensitet för att identifiera sig eller påkalla extra uppmärksamhet. Detta kan göras ännu mer sofistikerad. Ett av de första systemen för överföring av textmeddelanden var Morse-telegrafen. Den var elektrisk sett konstruerad som vår enkla exempelkrets. Det som gjorde den så användbar var att man tillsammans med kretsen hade utvecklat en särskild kod, Morse-alfabetet, som gjorde det möjligt att överföra ett valfritt textmeddelande. Förutsättningen för att kunna överföra ett meddelande var att både sändare och mottagare kunde morsekoden. Morsekod togs i bruk på 1840 talet och används fortfarande idag inom vissa områden såsom amatörradio och identifiering av flygfyrar.
5
Signalen omvandlas I exemplet har vi definierat sändare och mottagare väldigt snävt, nämligen tryckknappen och summern i den elektriska kretsen. Men om vi tänker efter så är ju sändaren egentligen personen som trycker på knappen och mottagaren är personen som hör summern. Så vad som händer är att tryckknappen omvandlar en mekanisk signal från sändarens finger till en elektrisk signal. Den elektriska signalen omvandlas sedan av summern till en akustisk. Denna akustiska signal når sedan mottagarens öra och väcker förhoppningsvis hans uppmärksamhet. Det betyder att en sändare eller en mottagare egentligen ofta är en signalomvandlare. Tryckknappen omvandlar signalen från fingret till en elektrisk signal. Summern omvandlar den elektriska signalen till en akustisk.
Kanal (medium) Kanal (medium)
Signalomvandlare Signalomvandlare
Signalomvandlare
Exempel på signalomvandling i flera steg.
6
Signalen använder en kanal eller ett medium I vårt exempel är överföringsmediet den elektriska ledningen som överför den elektriska signalen från tryckknappen till summern. Men vi har ett medium till, nämligen luften som överför ljudet från summern till mottagarens öra. För att överföra en signal krävs en liten men dock mätbar mängd energi. Så en signalomvandling är ofta samtidigt en energiomvandling. Allting som kan överföra energi kan även överföra signaler, exempelvis: Elektriska ledningar som är avsedda för signalöverföring. Detta kan vara: ▶▶ Telefonledningar ▶▶ Dataledningar ▶▶ Antennkablar ▶▶ Audio- och videokablar ▶▶ Många av kablarna i ett fordon eller i en industri är avsedda för signalöverföring. Elektriska ledningar som främst är till för energiöverföring kan med extra utrustning användas för signalöverföring. Exempel på detta är: Fjärravlästa elmätare och s.k. homeplugs som gör det möjligt att använda elledningar som datakablar. Trådlösa radiosignaler, t.ex. ▶▶ Radio ▶▶ Tv ▶▶ Trådlösa nätverk ▶▶ Radiostyrning Optiska signaler genom luften från: ▶▶ En fyr ▶▶ En kontrollampa ▶▶ En fjärrkontroll som sänder ut pulser av osynligt infrarött ljus. ▶▶ Optiska signaler över en fiber Akustiska signaler. Mekaniska signaler. Beroende på hur snabbt ett meddelande skall kunna sändas och hur många olika meddelanden som skall kunna överföras, så måste signalen kunna variera olika snabbt. Man talar här om signalbandbredd eller signalutrymme.
7
Olika typer av signaler Idag finns det en uppsjö av signaler med de mest skiftande användningsområden. Några exempel: ▶▶ Larm och varningssignaler. ▶▶ Kommunikationssignaler. ▶▶ Signaler från givare i fordon och industri. ▶▶ Signaler för navigation: • GPS • Fyrar Oavsett användningsområdet så har vi sett att meddelandet är kodat i signalen. Det finns två grundläggande kodningstyper, analoga och digitala. Analoga signaler I en analog signal låter man en storhet i signalmediet vara proportionell mot en storhet hos sändaren. Det bästa exemplet är nog analoga audiosignaler där först ljudets luftrycksvariationer påverkar ett mikrofonmembran och omvandlas till spänningsvariationer. Dessa spänningsvariationer överförs och förstärks och omvandlas av en högtalare tillbaka till lufttrycksvariationer som vi uppfattar som ljud. Digitala signaler Vid digitala signaler används digitala koder som består av kombinationer ettor och nollor. Det finns standarder för vad dessa kombinationer betyder. Här följer några, men det finns många fler. ▶▶ Unicode och ASCII är sätt att koda text. ▶▶ Mpeg och jpg är sätt att koda video och bilder. ▶▶ WAV och mp3 är sätt att koda ljud. När det gäller skillnaden mellan analoga och digitala signaler så kan följande nämnas: Digitala signaler tar i sig större signalutrymme, men är svårare att störa. Så länge man kan skilja en etta från en nolla så går det att återställa signalen i originalskick. Analoga signaler är lättare att störa men informationen går ofta att få fram i alla fall. Knastriga vinylskivor och brusiga radiosändningar är exempel på detta. Digitala signaler går att komprimera så att de efter komprimeringen tar mindre signalutrymme än analoga med måttlig kvalitetsförlust. De går även att koda så att fel kan rättas automatiskt. Hela idén om digital-tv bygger på detta. När datorbaserade utrustningar skall kommunicera med varandra så är digitala signaler klart lämpligast.
8
Påverkan av signalen Tyvärr är det så att en signal påverkas under överföringen, vilket gör att meddelandet den överför kan bli svårare eller ibland omöjligt att tolka. Denna påverkan är av olika slag: ▶▶ Dämpning som orsakas av mediet d.v.s. kabeln, fibern eller luften och som gör signalen svagare. ▶▶ Brus och störningar som kommer ifrån yttre elektromagnetiska fält. ▶▶ Distorsion, överstyrning och förvrängning som orsakas av sändare, mottagare och signalomvandlare. Dämpning Dämpning innebär att signalen försvagas ju längre den leds av mediet. För att förstå begreppet dämpning måste vi kunna lite ellära. Dessa tre regler kan enkelt härledas ur elläran: 1. Om vi parallellkopplar två lika stora motstånd blir deras sammanlagda resistans hälften av de enskilda motståndens värde. 2. Om vi seriekopplar två lika stora motstånd blir den sammanlagda resistansen det dubbla mot de enskilda motståndens värde. 3. Vid en seriekoppling av två stycken lika stora motstånd delas spänningen till hälften av den ursprungliga.
Om vi lägger ytterligare ett motstånd på 200 Ω parallellt med kretsen så blir det sammanlagda motståndet återigen 100 Ω enligt regel 1
200 Ω
Om vi återigen seriekopplar ett 100 motstånd så är resistansen tillbaka på 200 enligt regel 2
9
+ V 5V
Kretsen kan ses som två stycken seriekopplade 100 motstånd. Dessa delar då ner en pålagd spänning till hälften enligt regel 3.
200 Ω
+ Ω 200 ohm
10 V
100 Ω 200 Ω
100 Ω 200 Ω
200 Ω
200 Ω
100 Ω + Ω 100 ohm
200
Om man lägger till ett motstånd på 100 Ω i serie med den här kretsen blir sammanlagda motståndet 200 Ω enligt regel 2.
+
200 Ω
Om vi börjar med två stycken parallellkopplade 200 Ω motstånd så blir deras sammanlagda resistans 100 Ω enligt regel 1
200
+ Ω 200 ohm
200
200
+ Ω 100 ohm
200 Ω
100 Ω
100
100 Ω
Utspänningen är nu ¼ av inspänningen eftersom vi tillämpar regel 3 två ggr.
+
200 Ω
200 Ω
10 V
200 Ω
+
100 Ω 200 Ω
100 Ω
V 2,5 V
I en signalledning så motsvarar varje motståndslänk en viss given ledningslängd
Vi kan nu dra följande slutsatser av detta: ▶▶ En lednings impedans påverkas inte av dess längd. ▶▶ Om vi förlänger en ledning med en viss given längd så sjunker utspänningen och därmed signalstyrkan hos mottagaren med hälften. ▶▶ Att utspänningen sjunker till hälften kallas en dämpning med 3 dB. ▶▶ Om vi förlänger ledningen en annan längd så blir dämpningen en annan. Den blir mindre än 3 dB om längden är kortare och större än 3dB om den är längre. Tillverkarna av signalledningar anger dämpning i dB per 100 m. Om vi vet detta värde kan vi enkelt räkna ut ledningens dämpning i dB. Vi delar den verkliga ledningens längd med referenssträckan (100 m) och multiplicerar resultatet med dämpningsvärdet för ledningen. Ett exempel: Vi har 360 m antennkabel med dämpningen 4,5 dB per 100 m. Dämpningen för kabeln blir då: 360 m ⋅ 4,5 dB/m = 16,2 dB 100 m Motstånden i en verklig ledning är inte likströmsresistanser utan växelströmsimpedanser som arbetar med växelström men beräkningarna blir desamma. Frekvensgång Eftersom de impedanser som orsakar dämpningen är frekvensberoende så kommer dämpningen att variera med frekvensen. Detta gäller inte enbart kablar utan all utrustning över huvud taget. Man pratar här om en kabels eller utrustnings frekvensgång. Eftersom ledaren ligger i serie med signalen och i huvudsak är induktiv, så bidrar den till att öka dämpningen med ökat frekvens. Likaså bildar ledare och återledare tillsammans med isoleringen en kondensator som kan ses som parallellkopplad med signalen. Då en kondensators reaktans minskar med frekvensen så bidrar detta ytterligare till att öka dämpningen vid högre frekvenser.
10
2
Kabel-tv-nät Tv-signalen är ett exempel på en sammansatt signal. Den innehåller bild och ljud men även annan information såsom text–tv och abonnentinformation.
UHF VHF
MUX1 MUX6
SHF
MUX7
MUX5 MUX3 MUX2
EHF
MUX4
Tv-signalen till ett kabeltv-nät kan tas emot från en sändarmast eller från en satellit.
Signaler Tv-signaler förekommer och har förekommit i olika former: ▶▶ System för överföring över långa avstånd: • Marksänd analog tv (VHF och UHF banden) • Satellitsänd analog tv (mikrovågsband) • Analog kabel-tv • Marksänd digital-tv • Satellitsänd digital-tv • Digital kabel-tv • Ethernet ▶▶ System för överföring över korta avstånd: • Kompositvideo & ljud • MF-signaler från LNB • RGB & ljud även analog VGA • Bärvågsmodulation • HDMI • Ethernet
26
Tv-signaler kräver stor bandbredd. Det är därför viktigt att kabeln klarar av den nödvändiga bandbredden utan att dämpa eller förändra signalen alltför mycket. Traditionellt har koaxialkabel använts för tv-distribution. Eftersom installationen finns kvar i många hus så har ny utrustning utvecklats som använder den befintliga kabeln. Ett alternativ till detta är att använda partvinnad datakabel (TP). Detta används för IPTV. USB
HDMI
CA-Modul
RCA med skärmad kabel
D-Sub
RJ45
Scart
IEC
En tv har flera olika typer av anslutningsmöjligheter.
Nättopologier för kabel-tv-nät Olika installationer använder sig av olika nättopologier: ▶▶ Villainstallationer och äldre centralantenner använder sig av bussnät. ▶▶ Centralantennät med egna paraboler måste vara utförda som stjärnnät. ▶▶ Nyare och/eller större centralantennät är utförda som kaskadnät.
Stjärnnät
27
Kaskadnät
Komponenter för kabel-tv-nät
Det är viktigt att komponenterna i en installation samspelar. Läs därför alltid tillverkarens manualer och anvisningar innan arbetet påbörjas. Detta är synnerligen viktigt om du installerar utrustningen för första gången.
Kabel Kabeln i kabel-tv-nät är oftast en koaxialkabel. Denna består av en centrumledare omgiven av ett distansmaterial. Utanpå detta ligger en ytterledare eller skärm som oftast är flätad. Ofta är ytterledaren omgiven av en folieskärm för att täta bättre mot höga frekvenser. En sådan kabel kallas ofta för dubbelskärmad. En del kablar har den flätade skärmstrumpan mellan två lager folie. De kallas då för trippelskärmade. Utanför skärmen ligger manteln i plastmaterial. Observera att det inte är tillåtet att förlägga skärmar med PE-mantel inomhus då dessa avger giftiga gaser vid brand. Dock går det bra att förlägga dessa utomhus. Kablar med PVC eller halogenfri mantel är tillåtna. Det som skiljer två olika koaxialkablar åt är förutom priset två parametrar: ▶▶ Impedansen. I kabel-tv-nät är denna nästan alltid 75 Ω. Rätt impedans skall användas annars fungerar nätet mycket dåligt. Mer om detta i avsnittet Bakgrundsfakta. ▶▶ Dämpningen. Denna anges i decibel per m eller 100 m. Lägre dämpning innebär att en längre kabel kan användas innan signalen blir för svag. Det finns även andra faktorer att ta hänsyn till: ▶▶ Kabelns inre dimensioner. Detta är viktigt när kabeln skall kontakteras med kompressions- eller crimpkontakter då funktionen hos dessa är beroende av kabelns dimensioner. En koaxialkabel för kabel-tv kan vara märkt med KTV 1/4,8, detta betyder att centrumledarens diameter är 1 mm och skärmens är 4,8 mm. Ytterdiametern för en sådan kabel är 7 mm.
KT 28
V1
/4
,8
Ytterdiametern är viktig om kabeln skall förläggas i rör och/eller föras genom väggar. ▶▶ Kabelns brandspridningsklass. Detta är synnerligen viktigt om kabeln läggs i flerfamiljs- eller kontorsfastigheter då den där ofta måste passera brandceller. ▶▶ Kabelns minsta tillåtna böjradie. En koaxialkabels impedans beror på förhållandet mellan centrumledaren och avståndet till ytterledaren. Ändras detta så blir impedansen fel och förluster och störningar ökar. Det är därför viktigt att minsta tillåtna böjradie inte underskrids.
Exempel på genomföring med brandtätning.
Böjradien på kabeln måste vara tillräckligt stor för att signalen skall behålla sin kvalitet.
29
Kontakter Kontakter för koaxialkabel är av följande slag: ▶▶ Traditionella antennkontakter ▶▶ F-kontakter ▶▶ BNC kontakter Det är viktigt att använda HF-täta kontakter som är avsedda för den kabel man använder. Kontakter av crimp- eller kompressionstyp är att föredra framför ”twist-on” eller vanliga skruvar. F-kontakt hane
BNC-kontakt hane
Twist-on Crimptång Crimp
IEC-kontakt hane
Kompressionstång Kompression
F-kontakter och BNC-kontakter finns i olika utföranden med olika typer av kontaktering som crimp och kompressionskontakter. När dessa kontakteras måste speciella verktyg användas. Montage foton från Macab AB.
Kabelskalare
Kontaktering av kontakt av typen twist-on.
30
Utrustning för kabel-tv-nät Utrustningen skiljer sig beroende på vilken typ av installation man arbetar med. Det kan vara: ▶▶ ▶▶ ▶▶ ▶▶
Privat mottagning av marksänd signal Privat mottagning av satellitsignal Fastighetsnät för mark- och satellitsända digitala signaler Fastighetsnät för analog signal, SMATV
Ritningssymboler I ritningar används en heldragen linje för att symbolisera en antennkabel. Här visas exempel på några andra vanliga schemasymboler.
Parabol
Antenn
Antennuttag med terminering
Terminering
Huvudcentral
Förstärkare allmän symbol
Fastighetsförstärkare
Fördelare 4-vägs
Fördelare 2-vägs
Avtappare 1-vägs
Omvandlare
Modulator
Diplexer
QPSK PAL
31
Privat mottagning av marksänd signal Detta är den enklaste typen av installation, här räcker det med: ▶▶ Antenn av typerna Yagi eller Gitter ▶▶ Ev. en antennförstärkare ▶▶ Ev. en digitalbox om inte en sådan funktion finns inbyggd i tv:n Yagiantenn En Yagi-antenn (kallas även beam-antenn) består av en bom varpå det är fäst ett antal antennelement. Om man räknar framifrån (den riktning som bärvågen träffar antennen) så kommer först ett antal s.k. direktorer. Dessa är metallpinnar av ökande längd som hjälper till att fånga in signalen och leda den rätt.
En villainstallation kan bestå av: antenn, kablage, förstärkare, fördelare och uttag. Reflektor
Därefter kommer mottagningselementet som kopplas till antennkabeln. Efter mottagningselementet kommer en eller flera reflektorer. Via reflektorerna studsar signalen tillbaka mot mottagningselementet och på så vis förstärks signalen ytterligare. Ju fler direktorer antennen har ju högre förstärkning (mäts i dB) och ju bättre riktverkan får den. En antenn med hög förstärkning och riktverkan kan ta emot svaga signaler, men måste riktas in noggrant.
Dipolantenn
Direktorer Yagiantenn
För svåra mottagningsförhållanden är Yagi-antennen den mest lämpade. Det finns antenner med flera bommar ovanför varandra och stackade direktorer. Detta är en fördel eftersom det minskar känsligheten för reflekterade signaler som har gått en annan, längre väg och som kan störa den digitala signalen. Direktorernas och mottagningselementets längd bestämmer vilka frekvenser antennen kan ta emot. Från början sändes marksänd digital tv enbart på UHF-bandet men nya Muxar använder i vissa fall VHF-bandet. Här behöver man i så fall använda två antenner som kopplas ihop med en VHF-UHF-combiner. Ett annat, mindre bra alternativ är at man använder en kombiantenn för VHF-UHF. Gitterantenn En gitterantenn är ett metallnät med ett antal mottagningselement framför. Den har blivit väldigt populär för marksänds digital-TV. Den har lägre förstärkning och sämre riktverkan än en Yagi- antenn, men har en bra frekvensgång. Gitterantenn
32
Kommunikationsnät 1 är avsedd för gymnasiekursen med samma namn. Med ett tydligt, och lättförståeligt språk ger boken en gedigen introduktion till den del inom ämnet Installationsteknik som behandlar installation av bl.a. kabel-tv och datanätverk.
Kommunikationsnät 1
Kommunikationsnät 1
Första kapitlet av boken ger en grundläggande teoretiska bas för de senare kapitlen som behandlar praktiskt installationsarbete.
S T E FA N N I L S S O N
ISBN 978-91-40-67900-0
9
789140 679000
Kommunikationsnät 1 S T E FA N N I L S S O N