LANケーブルは導線を２本ずつツイストすることでノイズ耐性を高めていますが、なぜツイストすることでノイズ耐性が高まるのかどうしてもわからないので、解説していただけるとうれしいです。
よく、下記のような図解でノイズが相殺されることが説明されますが、この図だと２本の導線の間にしか電磁場が発生していないことになると思うのですが、実際は導線の間だけでなく、外側にも電磁場は発生しますよね？
実際は下図のようになるのではないでしょうか。
ツイストによってノイズを無効化するのは、差動信号方式であることが前提になっているということは聞きまして、差動信号については理解できました。
また、各ペアのツイストのピッチを変える理由も教えていただきたいです。ノイズの周波数が関係しているとは聞いたのですが、、
回答8件
#1
総合スコア88024
投稿2024/11/10 08:18
断面だけ見ててはツイストの効果は理解できません
ツイストペア、でぐぐって出てくる記事を読みましょう
#2
すみませんリサーチ不足でした。
改めてWikipediaを見てみたのですが、以下の記述を見つけました。
『初期の電話では、電報線や、オープンワイヤ片側接地回路が使用されていた。1880年代、 路面電車の架線が多くの街で敷設され、それらの回路にノイズを誘導した。訴訟では解決できない状況と見るや、電話会社は平衡回路に転換した。それはまた付随的に減衰の減少をもたらし、それによって領域を拡大させた。
電力の供給がより一般的になると、この手段では不十分であると判明した。電柱の上のクロスバーの両端に張られた二本のワイヤは、送配電線と経路を共有した。何年か経つと、電力利用の成長が通話妨害を再び増加させたので、技術者たちは妨害除去のために、ワイヤトランスポジション（ワイヤ位置交換）という手法を考案した。
ワイヤトランスポジションでは、電柱何本かに一回ワイヤ位置を入れ替える。この方法では、二本のワイヤは送配電線から同等の誘導障害を受ける。これはツイストペア手法の初期の実装であり、ツイスト率はキロメートルあたり4回、またはマイルあたり6回である。このようなオープンワイヤ平衡線による周期的なトランスポジションは、農村部で今でも残っている。』
つまりツイストは、ノイズの原因の電磁界が２本の導線の内側か外側かに関わらず、２本の位置を入れ替えることで２本の導線に（できるだけ）均等にノイズを受けるようにしているということでしょうか。
ワイヤトランスポジションの図を作ってみました。理解合っていますでしょうか。
黒が電線、オレンジと青が通信線、赤が電線から発生する誘導ノイズです。(電線に近い方がノイズが強いですが、近い方の電線と遠い方の電線を交互に入れ替える事で出来るだけノイズを均等にしていると理解しました)
#3
総合スコア85766
投稿2024/11/10 13:44
質問文の図は、各記号が何を意味しているのかの説明がなくて、意味が分からないので無視します。
外部からの電磁気ノイズを2本の信号線が同じレベルで受信すれば、引き算すればゼロになります。
平行線だと、水平な机の上に平行線を前後方向にべったり置いた状態で言うと、上下や前後から来るノイズは2本共にほぼ均等に入りますが、左右から来るノイズは線の間隔がわずかでも、2本の線にかかる電気信号に差異が出て、引き算してもそれがノイズとして残ります。
ツイストペアだと、上記例だと、上下と左右の差がないので、2本の差異のの発生可能性は減りますが、構造上、「どんな場所で発生したノイズも、2本に全く均等に掛かる」という訳ではないので（遠くから見ると2本への距離は同じだが、すぐそばで見ると距離は同じでない）、さらにノイズの影響を減らすために色々な工夫をしているのだと思います。今はシールド付きツイストペアも普及期ですかね。
引き算というのは、片方の線を電位ゼロの基準として、他方の線の信号電圧を見ると、引き算結果を見ていることになるという意味です。
初期のLANケーブルは、それ以前から一般の通信で使われていた同軸ケーブル（家庭でTVとアンテナの間で使われているものと基本は同じ）で、これは外側がシールド線になっているので、いかにもノイズを防いでいる感があり、分かり易いですね。色々と使いにくいので、数年後にツイストペアが普及して淘汰された感じですね。
#4
ご回答ありがとうございます。
構造上、「どんな場所で発生したノイズも、2本に全く均等に掛かる」という訳ではないので（遠くから見ると2本への距離は同じだが、すぐそばで見ると距離は同じでない）、さらにノイズの影響を減らすために色々な工夫をしているのだと思います。今はシールド付きツイストペアも普及期ですかね。
やはりそうですよね。ツイストだけではノイズは無くならないからこそシールドなど他のノイズ対策を施しているという事ですね。
同軸ケーブル、知識としては知っていましたが実物は見たことは無かったです。扱いが難しいものなんですね。
太そうですし、曲げ半径が大きかったりするのでしょうか。
#5
総合スコア4041
投稿2024/11/11 07:06
同軸ケーブル、...太そうですし、曲げ半径が大きかったりするのでしょうか。
イエローケーブル(10Bast/5)、をイメージしていますかね。 https://www.monotaro.com/g/05238132/
https://msyk.net/cabletv/cabling.html にはこうあります。
...10Base5の許容曲げ半径は220mmですから...
うっすい記憶では、とぐろ巻いてる状態で直径1m近くあった気がする。まぁ、壊して怒られるは御免なので限界に挑んだことはありませんでしたけど。
#6
総合スコア85766
投稿2024/11/11 17:09
同軸ケーブル、知識としては知っていましたが実物は見たことは無かったです。
おー、今どきは家にテレビがないのですかね。
家庭テレビで使われている同軸ケーブルは太さが複数あります。昔は5Cか3Cでしたが、今Amazonでみると、5C、4C、2Cですかね。それぞれ8mm、6mm、4mm位の太さ。5Cは結構固いです。
LANだとThick EtherとThin Etherで、ツイストペアが出来てから、10Base-5(旧Thick)、10Base-2(旧Thin)、10Base-T(ツイストペア)という呼称になった気がします。同軸ケーブルのLANはネットワーク敷設の物理構造が今とは全く違うので大変だったようです。
10Base-5は部屋にケーブルを張り巡らして、接続したい箇所にケーブルに針を突き刺して芯線と繋ぐ。10Bsse-2は細くて引き回しやすくなったので、ルーターとサーバーをPoint to Pointで接続かな。どちらも自分で線を張ったことはないし、敷設作業を見たこと無いです。
ツイストだけではノイズは無くならないからこそシールドなど他のノイズ対策を施しているという事ですね。
いずれにせよ、ゼロとか100はあり得ないので、程度の問題ですね。
速度が遅ければUTPでも問題にならないレベルのノイズだし、高速を求めると厳しいということかと思います。
さらに高速になれば、今のSTPでも駄目ということになるのでしょうね。
#7
うっすい記憶では、とぐろ巻いてる状態で直径1m近くあった気がする。
昔は5Cか3Cでしたが、今Amazonでみると、5C、4C、2Cですかね。それぞれ8mm、6mm、4mm位の太さ。5Cは結構固いです。
複数太さがあるんですね。5Cは相当扱いにくそうです、、
もし今もツイストペアではなく同軸が使われていたら、データセンターは大変な事になっていそうですね。
LANだとThick EtherとThin Etherで、ツイストペアが出来てから、10Base-5(旧Thick)、10Base-2(旧Thin)、10Base-T(ツイストペア)という呼称になった気がします。
呼称の変化も興味深いです。現在使われている命名規則はツイストペアが出てから始まったんですね。
#8
総合スコア85766
投稿2024/11/12 13:32
検索するとTwistPairケーブルは1980年みたいですね。製品の対象がApplie IIやIBM PC(無印)や、XTというのがなんとも。
https://en.wikipedia.org/wiki/Corvus_Systems
日本語のWikipediaの関連ページも見てみましたが、規格として定まった年の記述が中心で、それ以前のどの時期から世の中で使われていたのかよくわからないです。
IEEE802.3の規格に名称が登録されたのが、10Base5、2、Tそれぞれが、1983、1985、1990ということですが、
ケーブル自体はもっと前からあるし、10Base-何とかという呼称も登録の数年前から使われていたはずです。
ということで、
現在使われている命名規則はツイストペアが出てから始まったんですね。
は、当時の私が周囲や雑誌記事を見ての印象かも知れません。
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