(UTP케이블 특성 및 설치요령)

인텔리전트빌딩 및 사이버아파트의 네트워크 개념이 확산되면서 근거리통신망(LAN)용 케이블 시장도 활기를 띠고 있다. 특히 최근 2∼3년간 아파트 등 주거용 건물에 LAN 구축이 급격히 늘면서 동케이블·광케이블·연선케이블 등 LAN용 케이블의 수요는 꾸준히 증가해 왔다.

LAN용 케이블로 가장 많이 쓰이는 것은 UTP(Unshielded Twisted-Pair)케이블이라고 할 수 있다. 이는 UTP케이블이 광케이블의 전송속도를 낼 수 있으면서도 가격이 저렴하고 설치가 간편하다는 점에 기인한다.

특히 정보통신부가 지난 2000년 2월 구내통신시설 기술기준을 개정, 일반 전화회선을 쓰게 돼있던 아파트와 일반건물의 구내통신망 회선을 초고속 인터넷 이용이 가능한 UTP케이블 등으로 구축하도록 의무화함으로써 UTP케이블에 대한 관심은 더욱 커졌다.

이어 지난해 4월에는 건설교통부가 주택건설기준 등에 관한 규정을 개정, UTP케이블 등 초고속통신망용 구내통신선로설비를 신축아파트에 반드시 설치토록 함으로써 UTP케이블은 첨단 통신망을 구축하는데 필수장비로 자리매김 했다.
이 글에서는 LG전선 및 한국ICN정보통신의 기술자료를 바탕으로 UTP케이블의 기본개념 및 설치 요령에 대해 살펴본다.

UTP케이블의 개념 및 용도

UTP는 Unshielded Twisted Pair의 약어다. 즉 UTP케이블은 차폐(遮蔽)가 되지 않은 꼬임 케이블을 의미한다. UTP케이블은 인텔리전트 빌딩의 수평·수직 배선망을 비롯, 구내통신 설비 곳곳에 유용하게 쓰인다. UTP케이블은 아파트단지 등의 MDF 및 IDF에 설치되는 것을 비롯, 건물의 백본망, 수평배선 등에 이용된다.

①MDF(Main Distribution Frame) = 모든 배선시스템을 관리하며 집선 또는 분배하는 기능을 한다. 여기 설치된 케이블은 메인 컴퓨터, 교환기, LAN장비 등의 통신 주장비와 연결된다.
② Backbone & Riser Cabling = 구내배선의 간선부분으로 주 배선망이기도 하며 MDF와 IDF사이에 광 또는 다대(25Pair이상) UTP 케이블로 연결된다.
③ IDF(Intermediate Distribution Frame) = MDF로부터 연결된 간선 케이블을 구분된 층이나 지역에 연결하기 위한 중간배선반 역할을 한다.
④ Horizontal Cabling = 수평배선은 사용자들의 업무공간에 어느 곳이든 사용자 단말과의 접속이 가능하도록 설계된다. 여기에는 'UTP케이블 4Pair'가 집중적으로 사용된다.
⑤ Workstation = 사무실이나 작업현장 등에서 네트워크에 접속된 개인 또는 소수인의 그룹이 상호접속해 사용하는 업무용 컴퓨터를 말한다. 즉 아웃렛(Outlet)에서 패치코드(patch cord)로 사용해 사용자 단말내부의 네트웍 카드에 연결시키는 부분이다.

UTP케이블의 분류

UTP케이블은 차폐(shield)의 유무, 사용 주파수 대역, 난연등급에 따라 다양하게 분류된다.
①차폐별 분류 = 우선 차폐 유무에 따라 UTP케이블은 UTP, FTP, STP 등으로 세분화된다. 여기서 UTP는 흔히 비차폐 고속 신호용 케이블로 일컬어지며 최대 200MHz의 속도로 음성과 데이터, 낮은 단계의 영상 신호를 전달한다.
또 FTP는 케이블 코어만 차폐된 경우로 최대 100MHz의 속도로 정보를 전달한다. UTP와 마찬가지로 음성과 데이터, 낮은 단계의 영상 신호 전달이 가능하다.
STP는 2중으로 차폐된 경우를 의미하며 최대 500MHz의 속도로 정보를 전달할 수 있다. 특히 STP는 75Ω 동축케이블 대체용으로 쓰인다.
②사용 주파수별 분류 = 사용 주파수 대역에 따라 UTP케이블은 보통 1급∼7급의 카테고리로 구분된다. 카테고리 1급은 보통 음성주파수에 사용되며 IMbps의 속도로 전송이 가능하다. 카테고리 2급은 멀티페어 통신케이블에 쓰이며 사용주파수가 4MHz에 전송속도가 4Mbps에 이른다. 전화망 및 전산망 구축에 사용되는 카테고리 3급은 16MHz 주파수에 전송속도가 16MHz에 달한다. 20MHz의 카테고리 4급은 보통 전산망 전송속도를 높이는데 쓰인다. 이 밖에 카테고리 5급은 100bps의 속도로 디지털 전화망과 전산망을 구축하는데 이용된다. 이 밖에 6급 및 7급은 각각 250MHz/500MHz의 주파수에 쓰이며 디지털 전화망과 전산망외에 영상 신호를 전송하는데 쓰인다.

UTP케이블의 기술적 특성

UTP케이블은 기술적으로 감쇄와 근단누화, 반사손실 등의 기술적 특성을 지닌다.
□감쇄(Attenuation) = 감쇄란 접속장치가 링크상에 삽입되었을 때 발생하는 신호전력 손실량을 말한다. 일반적으로 감쇄는 단위 길이당 dB로 나타내며 케이블을 따라 흐르는 신호의 크기가 원하는 위치에 전달됐을 때 얼마나 약해졌는지를 측정한다. 케이블이 낮은 감쇠 특성을 갖고 있다면 높은 감쇠 특성을 갖고 있는 케이블 보다 전송할 수 있는 능력(Performance)이 뛰어난 것이다.
□근단누화(NEXT, Near and Cross Talk) = 근단누화란 임의의 한 컨넥터내에서 한 회로가 다른 회로와 결합하였을 때 발생하는 신호 전력손실량을 말한다. 이는 꼬인 케이블의 두 선간에 발생하는 불필요한 신호의 결합을 알아보는 척도로서 신호의 결합이 적을수록 좋은 성능을 나타낸다. dB값으로 표현되는데 dB값이 커질수록 신호의 간섭이 적게 일어난다는 것을 의미한다.
'pair to pair(일대일)' 방법에서는 동일 피복 내에 있는 각 쌍의 조합을 측정해 가장 나쁜 값을 혼신(Crosstalk)값으로 결정한다. 이와는 달리 하나의 케이블을 두가지 이상의 어플리 케이션으로 사용하는 멀티 케이블의 경우와 2페어 이상을 이용해 신호를 전송하는 양방향(Full Duplex) 및 병렬전송(Parrallel Transmission) 방식에서는 모든 페어가 사용된다는 가정을 둔다. 이에 따라 전체 쌍(Pair) 상호간의 신호결합을 측정하는 방법을 'PowerSum Crosstalk'테스트라 칭하며 가장 나쁜 값을 PowerSum 근단누화 값으로 정하게 된다.
□반사손실(Return Loss) = 반사손실이란 케이블과 컨넥터간에 임피던스가 Matching되는 정도에 의해 결정된다. 케이블의 길이에 따라 발생하게 되는 미세한 진동에 의한 손실인 구조적 반사손실(Structural Return Loss)과 컨넥터, 패치코드 등 케이블링의 접속부위에서 발생하는 신호의 반사(Reflection)를 합쳐 반사손실이라 부른다.
□ACR(Attenuation to CrossTalk Ratio) = 신호와 노이즈의 관계를 감쇄와 근단누화의 차이 값으로 표현하는 것을 ACR이라고 한다. ACR은 감쇄신호와 원하지 않는 신호 즉 노이즈와의 관계를 계산해 얻어지는 값이다. ACR은 최소근단누화에서 최대감쇄를 빼서 계산한다.
□FEXT(Far End Cross Talk) = 출력 신호를 전송하는 페어가 반대방향의 입력측에 신호를 전송하는 다른 페어에 간섭을 일으켜 입력측의 신호를 감쇄시키는 현상을 일컫는다. FEXT는 2Pair이상 사용하는 네트워크에서는 중요한 변수가 된다.
□ELFEXT(Equal Level Far End Cross Talk) = FEXT와 동일하나 단지 반대편의 입력측에서 발생하는 출력신호에 대한 감쇄(Attenuation)와 간섭이 발생하게 될 때 그 값의 차이를 ELFEXT라 하고 dB로 값을 표현한다.
□ 전달지연(Propagation delay)= UTP케이블의 각각의 페어가 꼬임이 다르기 때문에 페어간의 신호전달 속도가 차이를 갖게 된다. 여기서 4Pair모두의 신호가 전달되는 속도를 신호의 전달지연(Propagation delay)라 칭하며 CSMA/CD( Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection )프로토콜을 사용하는 IEEE 802.3표준에서 중요하게 검토돼야 할 요소이다.

UTP 케이블의 올바른 접속방법

UTP케이블의 기본 단위는 4Pair다. UTP 케이블 사용 초기에는 4Pair 중 2Pair는 저속의 데이터으로, 1 Pair는 아날로그 전화용으로, 1 Pair는 전원용으로 사용되는 등 4Pair UTP 케이블은 복합용도로 쓰였다. 현재는 UTP 케이블이 고속 및 초고속의 디지털 정보통신용 전용으로 사용함에 따라 특별한 경우를 제외하고는 4 Pair 모두를 반드시 접속해야 한다.
즉, UTP케이블의 주요 특성인 근단누화(NEXT)에 따라 1개의 꼬임 Pair의 전송신호가 나머지 3개의 꼬임 Pitch가 서로 다른 Pair간의 그 신호 간섭의 정도가 적을수록 양질의 초고속 디지털 통신이 가능하게 된다. 따라서 혹시 4Pair 중 2 Pair에만 디지털 신호를 전송하는 통신방식일지라도 반드시 4 Pair 모두를 접속해야만 원하는 전송속도를 얻을 수 있게 된다.
UTP케이블의 설치 지침
①UTP 케이블을 이용해 신뢰성 있는 100Mbps 신호전송을 구현하기 위해서는 패치코드 및 라인코드, 패치 페널, DVO(Data Voice Outlet)등이 모두 카테고리 5 Spec.(EIA/TIA-568A)에 만족되는 특성을 가져야 한다.
②Cross-connect system에서 패치 코드의 길이는 7m를 넘지 않아야 한다. 7m를 초과하면 수평 배선 시스템의 허용치 90m에서 해당하는 길이 만큼 공제 해 주어야 한다.
③Workstation에서 라인 코드 길이는 3m를 넘지 않아야 한다. 3m를 초과하면 수평 배선 시스템의 허용치 90m에서 해당하는 길이 만큼 공제 해 주어야 한다.
④패치 페널과 DVO 결선시 UTP 케이블의 대연피치 풀림은 카테고리 5급의 경우 13mm, 카테고리 3급의 경우 26mm를 초과해서는 안된다.
⑤IDC cross-connect system에서는 jumper wire를 사용하고, 이때에도 대연피치의 풀림이 위 기준을 초과해서는 않된다. 특히 케이블을 심하게 꺾을 경우 손상은 물론이고 Pair간 이격이 발생하므로 주의하도록 한다.
⑥Wiring하는 동안에 최대인장력은 4Pair기준 110N (11.3Kgf)를 초과해서는 안된다.
⑦통째로 탈피시에는 결선하고자 하는 길이 만큼만 탈피하도록 하고, 절연체가 손상하지 않도록 한다.
⑧점퍼 와이어와 패치 코드는 약간 느슨하게 결선을 해야 한다. 너무 조이게 결선할 경우 카테고리 5급의 특성이 떨어 질 수도 있다.
⑨UTP케이블 설치시 EMI(전자장애) 요인과 UTP 케이블간 적절한 거리를 유지해야 한다.