연선

섬네일|도선 안에 들어 있는 각 동선은 신호 간섭을 줄이기 위해 꼬여 있다. 25페어 코드 차트.
**연선**(撚線) 방식 또는 **트위스티드 페어**(twisted pair) 케이블링은 전자기 적합성을 개선할 목적으로 하나의 전자 회로를 구성하는 두 개의 도체를 서로 꼬아 놓은 통신 케이블의 일종이다. 단일 도체나 꼬이지 않은 평형 쌍과 비교했을 때, 연선은 쌍에서 발생하는 전자기파 복사와 인접한 쌍 사이의 누화를 줄이고 외부 전자파장애에 대한 억제력을 개선한다. 이것은 알렉산더 그레이엄 벨에 의해 발명되었다.

추가적인 노이즈 면역을 위해 연선 케이블링은 차폐될 수 있다. 차폐 처리가 된 케이블은 **차폐 연선**(**STP**, shielded twisted pair)으로 알려져 있으며, 차폐되지 않은 것은 **비차폐 연선**(**UTP**, unshielded twisted pair)이라고 한다.

## 설명
연선은 밸런스트 라인으로 사용될 수 있으며, 평형 회로의 일부로서 전기장이나 자기장의 결합에 의해 선로에 유도되는 노이즈 전류의 영향을 크게 줄일 수 있다. 그 원리는 두 전선 각각에 유도되는 전류가 거의 동일하다는 점에 있다. 꼬임 처리는 두 전선이 방해원으로부터 평균적으로 같은 거리에 있게 하여 동일한 영향을 받도록 보장한다. 따라서 노이즈는 공통 모드 신호를 생성하며, 수신기에서 차이 신호(원하는 신호)만을 검출함으로써 이를 상쇄할 수 있다.

공통 모드 제거는 노이즈원이 신호선에 가까워질 때 꼬이지 않은 전선에서 실패하기 시작한다. 더 가까운 전선이 노이즈와 더 강하게 결합되어 수신기가 이를 제거할 수 없게 되기 때문이다. 이 문제는 같은 케이블 내의 쌍들이 수 마일 동안 서로 나란히 놓여 있는 통신 케이블에서 특히 두드러진다. 쌍을 꼬는 것은 반 바퀴 꼬일 때마다 노이즈원에 가장 가까운 전선이 교체되므로 이러한 효과에 대응한다. 방해원이 단일 꼬임 거리 내에서 균일하거나 거의 균일하게 유지되는 한, 유도된 노이즈는 공통 모드로 유지된다.

꼬임률(꼬임의 피치라고도 하며, 보통 미터당 꼬임 수로 정의됨)은 주어진 유형의 케이블 사양의 일부를 구성한다. 근처의 쌍들이 동일한 꼬임률을 가지면, 서로 다른 쌍의 동일한 도체들이 반복적으로 나란히 놓일 수 있어 꼬임의 이점이 부분적으로 상실될 수 있다. 이러한 이유로, 적어도 적은 수의 쌍을 포함하는 케이블의 경우 꼬임률이 달라야 한다고 일반적으로 규정되어 있다.

차폐 또는 호일 연선(일반적으로 S/FTP 또는 F/UTP 케이블 차폐)과 달리 UTP 케이블은 어떠한 차폐물로도 둘러싸여 있지 않다. UTP는 전화 사용을 위한 주요 전선 유형이며 컴퓨터 망에서 매우 흔하다.

## 역사
섬네일|전봇대 상단의 전선 교위

초기 전화기는 단선 접지 회로인 전신선을 사용했다. 1880년대에 많은 도시에 전기 노면전차가 설치되면서 이러한 회로에 노이즈가 유도되었다. 일부 국가에서는 노면전차 회사가 기존 전신선에 대한 방해에 책임을 지고 복구 비용을 지불해야 했다. 그러나 신규 설치의 경우 처음부터 기존 노면전차로부터 보호할 필요가 있었다. 전화선의 간섭은 전신선보다 훨씬 더 큰 방해가 된다. 전화 회사들은 평형 회로로 전환했는데, 이는 부수적으로 감쇠를 줄여 도달 거리를 늘리는 이점이 있었다.

전력 배전이 일반화되면서 이러한 조치로는 불충분함이 드러났다. 전봇대의 가로대 양쪽에 가설된 두 전선은 전력선과 경로를 공유했다. 몇 년 만에 전력 사용의 증가로 다시 간섭이 늘어났고, 엔지니어들은 간섭을 상쇄하기 위해 전선 교위(wire transposition)라는 방법을 고안했다.

전선 교위에서 전선은 몇 개의 전봇대마다 한 번씩 위치를 바꾼다. 이런 방식으로 두 전선은 전력선으로부터 유사한 EMI를 받게 된다. 이는 약 킬로미터당 4회, 또는 마일당 6회의 꼬임률을 가진 초기 형태의 꼬임 구현이었다. 주기적인 교위가 있는 이러한 개방형 평형 선로는 오늘날 일부 농촌 지역에 여전히 남아 있다.

연선 케이블링은 1881년 알렉산더 그레이엄 벨에 의해 발명되었다. 1900년경까지 미국의 전체 전화망은 간섭을 방지하기 위해 연선 또는 교위 처리가 된 개방형 전선으로 구성되었다. 오늘날 세계 대부분의 연선은 전화 회사에서 소유하고 관리하며 음성 서비스를 위해 사용되는 실외 지상선이다.

## 비차폐 연선
섬네일|4쌍의 비차폐 연선 케이블 단면

비차폐 연선(UTP) 케이블은 많은 이더넷 네트워크와 전화 시스템에서 발견된다. 실내 전화 애플리케이션의 경우, UTP는 종종 원래 AT&T가 개발한 표준 25페어 색상 코드에 따라 25쌍 세트로 그룹화된다. 이러한 색상의 전형적인 하위 집합(흰색/파란색, 파란색/흰색, 흰색/주황색, 주황색/흰색)은 대부분의 UTP 케이블에서 나타난다. 케이블은 일반적으로 22 또는 24 AWG 규격의 구리선으로 만들어지며, 색상 절연체는 일반적으로 폴리에틸렌 또는 FEP(Fluorinated ethylene propylene)와 같은 절연물로 만들어지고 전체 묶음은 폴리에틸렌 재킷으로 덮여 있다.

수백 또는 수천 쌍을 포함하는 도시 실외 전화 케이블의 경우, 케이블은 작지만 동일한 묶음(bundle)으로 나뉜다. 케이블 내에서 동일한 꼬임률을 가진 쌍들은 여전히 어느 정도의 누화를 겪을 수 있기 때문에, 각 묶음은 서로 다른 꼬임률을 가진 연선들로 구성된다. 이 묶음들은 다시 함께 꼬여서 케이블을 구성한다.

섬네일|서로 다른 꼬임률을 가진 비차폐 연선 케이블

UTP는 컴퓨터 망에서 가장 흔히 사용되는 케이블이기도 하다. 가장 일반적인 데이터 네트워킹 표준인 현대 이더넷은 UTP 케이블을 사용할 수 있으며, 데이터 속도가 증가함에 따라 더 높은 사양의 UTP 케이블 변형이 요구된다. 연선 케이블링은 광섬유나 동축 케이블에 비해 상대적으로 비용이 저렴하기 때문에 근거리 및 중거리 연결을 위한 데이터 네트워크에서 자주 사용된다.

UTP 케이블 대역폭이 텔레비전 신호의 기저 대역에 맞게 개선됨에 따라, UTP는 현재 주로 보안 카메라와 같은 일부 비디오 애플리케이션에서도 사용된다. UTP는 평형 전송 선로이므로, BNC 단자를 사용하고 동축 케이블용으로 설계된 비평형 장비에 연결하려면 발룬이 필요하다.

## 케이블 차폐

섬네일|F/UTP 케이블
섬네일|S/FTP 케이블

연선 케이블은 전자파장애를 방지하기 위해 차폐 처리를 포함할 수 있다. 차폐는 차폐물 외부의 전자기파를 감쇠시키기 위한 전기 전도성 장벽을 제공한다. 또한 차폐는 유도 전류가 순환하여 접지 참조 연결을 통해 소스로 돌아갈 수 있는 전도 경로를 제공한다. 이러한 차폐는 개별 쌍이나 쌍의 집합체에 적용될 수 있다. 차폐물은 호일(foil) 또는 편조선(braided wire)일 수 있다.

쌍의 집합체에 차폐를 적용할 때는 일반적으로 스크리닝(screening)이라고 부르지만, 스크리닝, 실딩(shielding), STP(차폐 연선)와 같은 용어의 사용은 업체와 저자에 따라 달라질 수 있다.

ISO/IEC 11801:2002 (부속서 E)는 x/xTP 형태의 명시적인 두 부분 약어를 사용하여 연선(TP) 케이블에 대한 다양한 차폐 명칭을 국제적으로 표준화하려고 시도한다. 여기서 첫 번째 x는 전체 케이블의 차폐를 나타내고, 두 번째 x는 개별 쌍 또는 쿼드(quad)의 차폐를 나타내며, 각 x는 다음과 같을 수 있다:

* U: 비차폐(unshielded),
* S: 편조 차폐(braided shielding, 외층에만 해당), 또는
* F: 호일 차폐(foil shielding).

섬네일|카테고리 6A 케이블에는 F/UTP, U/FTP, F/FTP가 사용됨

차폐 처리된 카테고리 5e, 카테고리 6/6A, 카테고리 8/8.1 케이블은 일반적으로 F/UTP 구조를 가지며, 차폐 처리된 카테고리 7/7<sub>A</sub> 및 카테고리 8.2 케이블은 S/FTP 구조를 사용한다.

차폐물은 전도성이기 때문에 접지 경로 역할도 할 수 있다. 호일 차폐 연선 케이블에는 차폐물과 전기적으로 접촉하는 드레인 와이어(drain wire)라고 불리는 일체형 접지선이 포함될 수 있다. 드레인 와이어의 목적은 보통 원형 전선 연결을 위해 설계된 단자에 쉽게 연결하기 위함이다.

일반적인 차폐 구조 유형은 다음과 같다:
***개별 차폐 (U/FTP):** 각 연선 또는 쿼드에 알루미늄 호일로 개별 차폐를 함. 일반적인 이름: PiMF(pair in metal foil), 차폐 연선, 스크린 연선, 차폐 쌍. 이러한 유형의 차폐는 EMI가 개별 쌍으로 들어가거나 나가는 것을 방지하고 인접한 쌍을 누화로부터 보호한다.

***전체 차폐 (F/UTP, S/UTP, SF/UTP):** 100옴 연선 케이블 내의 모든 쌍에 대해 전체 호일, 편조 차폐 또는 호일과 편조를 함께 사용함. 일반적인 이름: 호일 연선, 차폐 연선, 스크린 연선. 이러한 유형의 차폐는 EMI가 케이블로 들어가거나 나가는 것을 방지한다.

***개별 및 전체 차폐 (F/FTP, S/FTP, SF/FTP):** 케이블 내의 모든 연선에 호일을 사용하여 개별 차폐를 하고, 외부 호일 또는 편조 차폐도 함. 일반적인 이름: 완전 차폐 연선, 스크린 호일 연선, 차폐 호일 연선, 스크린 차폐 연선, 차폐 스크린 연선. 이러한 유형의 차폐는 EMI가 케이블로 들어가거나 나가는 것을 방지하고 인접한 쌍을 누화로부터 보호한다.

차폐 연선의 초기 예로는 1985년 IBM 케이블링 시스템 사양에 정의된 2쌍 150옴 S/FTP 케이블인 IBM STP-A가 있으며, 토큰링 또는 FDDI 네트워크에 사용되었다.

## 유형

### 아날로그 전화
디지털 통신과 이더넷이 널리 보급되기 전에는 전화 케이블에 대한 국제 표준이 없었다. 표준은 국가 수준에서 정해졌다. 예를 들어, 영국의 중앙우체국은 CW1293 및 CW1308 케이블을 규정했다. CW1308은 이전의 CW1293과 유사한 사양이었으나 개선된 색상 코드를 가졌다. CW1293은 심선에 주로 단색을 사용하여 피복을 많이 벗겨내지 않고는 함께 꼬인 쌍을 식별하기 어려웠다. 이 문제를 해결하기 위해 CW1308은 기본 색상 위에 짝이 되는 색상의 좁은 고리가 인쇄되어 있다. 두 케이블 모두 카테고리 3 케이블과 유사한 표준이다. 카테고리 3부터 7까지의 케이블은 4쌍의 연선을 가진다.

절연을 위해 폴리에틸렌 및 기타 플라스틱이 흔히 사용되기 전에는 전화 연선 케이블이 왁스 칠한 종이나 면에 왁스 코팅을 입힌 구리선으로 절연되었다. 이러한 유형의 케이블의 전체 피복은 보통 납이었다. 이 방식의 케이블은 전화기 발명 직후인 19세기 말에 사용되기 시작했다. 터미네이션 박스의 케이블 종단은 종이 절연체의 절연 성능을 심각하게 저하시키는 습기 침투를 방지하기 위해 녹인 왁스나 수지로 밀봉되었다. 그러나 이러한 밀봉은 향후 유지보수와 변경을 어렵게 만들었다. 이러한 케이블은 더 이상 생산되지 않지만 오래된 건물이나 농촌 마을과 같은 다양한 외부 지역에서 여전히 간혹 발견된다.

### 건물 기반 시설

### 장하
장하(loaded) 연선은 의도적으로 인덕턴스를 추가한 것으로, 이전에는 통신 선로에서 흔히 쓰였다. 추가된 인덕터는 장하 코일(load coil)로 알려져 있으며 음성 대역 주파수의 감쇠를 줄이지만 더 높은 주파수에서는 감쇠를 증가시킨다. 장하 코일은 매우 긴 선로에서 음성 대역의 왜곡을 줄여준다. 이러한 맥락에서 장하 코일이 없는 선로는 비장하 선로(unloaded line)라고 한다.

### 본디드
본디드(bonded) 연선은 케이블 전체 길이에 걸쳐 각 쌍의 두 전선이 서로 결합된 구조적 변형이다. Belden사가 개척한 이 방식은 설치 중 및 설치 후에 구성의 일관성을 보장하기 위한 것이다. 주요 이점 중 하나는 다소 거친 취급에도 불구하고 케이블의 노이즈 면역 성능이 보호될 수 있다는 점이다. 향상된 성능이 불필요할 수도 있으며, 결합 처리는 케이블의 유연성을 떨어뜨리고 구부러지는 지점에서 고장이 나기 쉽게 만들 수도 있다.

### 트위스티드 리본 케이블
[섬네일|upright|[병렬 SCSI 연결에 사용되는 트위스티드 리본 케이블]]

트위스티드 리본 케이블은 인접한 도체 쌍들이 결합되어 함께 꼬인 표준 리본 케이블의 변형이다. 꼬인 쌍들은 리본 형식으로 서로 가볍게 결합된다. 리본을 따라 주기적으로 꼬임이 없는 짧은 구간이 있어, 일반적인 리본 케이블 IDC 기술을 사용하여 커넥터를 부착할 수 있다.

### 단선 vs. 연선(Stranded) 케이블
[섬네일|upright|[펀치 다운 블록]]

단선(solid-core) 케이블은 각 도체에 하나의 단일 와이어를 사용하며, 4쌍 케이블의 경우 총 8개의 단선 와이어가 있게 된다. 연선(stranded cable)은 각 도체에 서로 감긴 여러 개의 가느다란 와이어를 사용하며, 도체당 7가닥인 4쌍 케이블의 경우 총 56개의 와이어(쌍당 2개 × 4쌍 × 7가닥)가 있게 된다.

단선 케이블은 영구적으로 설치되는 구간(영구 링크)을 위해 고안되었다. 연선 케이블보다 유연성이 떨어지며, 가공 경화로 인해 반복적으로 구부러질 경우 파손되기 쉽다. 연선 케이블은 패치 패널과 벽면 포트에서 엔드 디바이스 간의 연결(패치 코드 또는 드롭 케이블)에 사용되는데, 이는 도체의 균열에 잘 견디기 때문이다.

커넥터는 단선용과 연선용이 다르게 설계되어 있다. 잘못된 케이블 유형에 커넥터를 사용하면 배전의 신뢰성이 떨어질 수 있다. 단선 및 연선용 플러그를 쉽게 구할 수 있으며, 일부 업체는 두 유형 모두에 사용할 수 있도록 설계된 플러그를 제공하기도 한다. 패치 패널과 벽면 포트 잭의 펀치 다운 블록은 단선 케이블용으로 설계되었다. 이들은 장치가 절연체의 측면을 뚫고 구리 도체를 "물어서" 연결을 형성하는 절연체 변위 방식을 통해 작동한다. 펀치다운 블록은 연선 케이블을 위한 패치 패널이나 브레이크 아웃 박스로 사용된다.

## 특성
연선은 다음과 같은 유용한 속성을 가지고 있다:
* 케이블로 유입되거나 유출되는 전기적 노이즈를 방지할 수 있다.
* 누화가 최소화된다.
* 네트워킹 목적으로 사용 가능한 가장 저렴한 형태의 케이블이다.
* 취급 및 설치가 쉽다.

연선은 다음과 같은 한계가 있다:
* 변형: 연선의 전자파장애에 대한 민감도는 설치 과정에서 쌍 꼬임 방식이 온전하게 유지되는지에 크게 달려 있다. 결과적으로 연선 케이블은 일반적으로 최소 곡률 반경뿐만 아니라 최대 인장 장력에 대한 엄격한 요구 사항을 가진다. 이러한 연선 케이블의 취약성 때문에 설치 관행은 케이블의 성능을 보장하는 중요한 부분이 된다.
* 지연 스큐(Delay skew): 쌍 사이의 누화를 최소화하기 위해 서로 다른 꼬임률을 사용하기 때문에, 케이블 내의 서로 다른 쌍들은 길이가 다르고 그에 따라 지연 시간도 달라진다. 이는 비디오 신호의 구성 요소를 전달하기 위해 여러 쌍을 사용할 때 화질을 저하시킬 수 있다. 이 문제를 완화하기 위해 저스큐(low skew) 케이블을 사용할 수 있다.
* 불평형(Imbalance, 밸런스트 라인 참조): 한 쌍 내의 두 전선 간의 차이는 공통 모드와 차동 모드 사이의 결합을 유발할 수 있다. 선로의 차동 모드에서 공통 모드로의 변환은 외부 간섭을 일으킬 수 있는 공통 모드 전류를 생성하며 다른 쌍에서 공통 모드 신호를 발생시킬 수 있다. 공통 모드에서 차동 모드로의 변환은 다른 쌍이나 외부 소스로부터의 공통 모드 간섭으로부터 차동 모드 신호를 생성할 수 있다. 불평형은 쌍의 두 도체 사이의 비대칭이나 다른 전선 및 차폐물과의 관계에서의 비대칭으로 인해 발생할 수 있다. 비대칭의 일부 원인은 도체 직경과 절연체 두께의 차이에서 기인할 수 있다.

## 같이 보기
* TIA/EIA-568
* 평형 선로 (밸런스트 라인)
* CAT-5

## 각주

; 내용주


## 외부 링크

*  Telecommunications Virtual Museum
* 네이버 용어사전 '연선'

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분류:케이블
분류:2
분류:19세기 발명품
분류:통신 회로