Cableado LAN para oficinas pequeñas, cable CAT5e para transmisión de alta velocidad de 1000 Mbps

En el ámbito del cableado de red, los cables de par trenzado, como principal portador de datos, afectan directamente la estabilidad y la eficiencia de transmisión de las redes. CAT5E (Par Trenzado de Categoría 5 Mejorado), como estándar mejorado tras CAT5, sigue siendo la opción preferida para redes pequeñas y medianas, redes de área local (LAN) empresariales y cableado doméstico, gracias a su equilibrado rendimiento y ventajas en cuanto a costo. Este artículo analizará exhaustivamente las características técnicas de CAT5E, incluyendo su definición, parámetros principales, características estructurales, ventajas de rendimiento, escenarios de aplicación y especificaciones de instalación, ayudando al lector a comprender a fondo este estándar de cableado clásico.

I. Definición y evolución Antecedentes de CAT5E

1. Definición básica

CAT5E (Categoría 5 Mejorada), o par trenzado de categoría 5 mejorado, es un estándar de cableado formulado por la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) y la Alianza de Industrias Electrónicas (EIA) (TIA/EIA-568-B.2-5). Pertenece a un tipo de par trenzado sin blindaje (UTP). Su principal objetivo de diseño es soportar la transmisión de datos de mayor ancho de banda gracias a la mejora de las capacidades antiinterferentes, satisfaciendo así las necesidades de redes de velocidad media y alta como Gigabit Ethernet.

2. Diferencias fundamentales con CAT5

CAT5E no es un estándar completamente nuevo e independiente de CAT5, sino una versión mejorada de CAT5. La principal diferencia entre ambos radica en la rigurosidad de los parámetros de rendimiento:

CAT5: Lanzado en 1995, está diseñado con un ancho de banda de 100 MHz, compatible principalmente con los estándares Ethernet 10BASE-T (10 Mbps) y 100BASE-TX (100 Mbps), con requisitos menores para parámetros como diafonía y atenuación.

CAT5E: Lanzado en 2001, también utiliza 100 MHz como frecuencia de referencia. Sin embargo, gracias a la optimización del paso de torsión y a la mejora de la tecnología de materiales, impone restricciones más estrictas en parámetros como la diafonía (especialmente la diafonía de extremo cercano, NEXT) y la pérdida de retorno, lo que lo hace compatible con el estándar 1000BASE-T (Gigabit Ethernet) y alcanza una velocidad de transmisión de datos de 1 Gbps.

En resumen, CAT5E rompe el cuello de botella de rendimiento de CAT5 a través de una "optimización detallada" y se convierte en el primer estándar de par trenzado que puede soportar de manera estable redes Gigabit.

II. Parámetros técnicos básicos del cable CAT5E

El rendimiento del cable CAT5E se define mediante una serie de parámetros cuantitativos que determinan directamente su capacidad de transmisión de datos, su rendimiento antiinterferente y su estabilidad. A continuación, se presenta un análisis detallado de los parámetros clave:

1. Frecuencia de transmisión y ancho de banda

Frecuencia de transmisión: El rango de frecuencia de transmisión diseñado para CAT5E es de 1 MHz a 100 MHz, una característica común con CAT5 (CAT5 también admite 100 MHz). Sin embargo, CAT5E ofrece un mejor rendimiento a 100 MHz.

Ancho de banda: El ancho de banda se refiere a la cantidad de datos que se pueden transmitir por unidad de tiempo, la cual está directamente relacionada con la frecuencia de transmisión. El ancho de banda efectivo de CAT5E es de 100 MHz, suficiente para satisfacer los requisitos de transmisión de Gigabit Ethernet (1 Gbps) en modo dúplex completo (el estándar 1000BASE-T requiere transmisión simultánea utilizando cuatro pares de pares trenzados a 100 MHz).

Nota: Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la atenuación de la señal y mayor la dificultad para resistir interferencias. CAT5E garantiza la integridad de la señal a altas frecuencias de 100 MHz mediante una estructura optimizada.

2. Velocidad de transmisión de datos

Velocidad teórica: Dentro de una distancia de transmisión de 100 metros, CAT5E admite el estándar 1000BASE-T (Gigabit Ethernet), con una velocidad de datos máxima teórica de 1 Gbps (modo dúplex completo bidireccional).

Rendimiento real: afectado por el entorno de cableado (como la interferencia electromagnética y la calidad del conector), la velocidad real suele ser estable en 800-950 Mbps, lo que es suficiente para la transmisión de video de alta definición, la transmisión de archivos grandes, terminales de computación en la nube y otras necesidades.

Compatibilidad con versiones anteriores: Soporta estándares de baja velocidad como 10BASE-T (10Mbps) y 100BASE-TX (100Mbps), adaptándose a equipos antiguos.

3. Características de impedancia

Impedancia estándar: La impedancia característica de CAT5E es 100Ω ± 20Ω (dentro del rango de frecuencia de 1-100MHz).

Importancia: La adaptación de impedancia es un requisito fundamental para la transmisión de señales. Si la impedancia del cable no coincide con la de los dispositivos en ambos extremos (como conmutadores y tarjetas de red), se producirá reflexión de la señal, pérdidas de retorno y una reducción en la eficiencia de la transmisión. La estabilidad de impedancia del cable CAT5E garantiza la compatibilidad con los dispositivos de red convencionales.

4. Atenuación

Definición: La atenuación se refiere a la pérdida de energía de una señal durante la transmisión debido a la resistencia del cable, pérdida dieléctrica, etc., medida en decibeles (dB), siendo mejores los valores más pequeños.

Requisitos estándar: Según el estándar TIA/EIA-568-B.2, el valor máximo de atenuación de CAT5E en diferentes frecuencias debe cumplir:

1 MHz: ≤2,5 dB

10 MHz: ≤8,2 dB

50 MHz: ≤18,5 dB

100 MHz: ≤24 dB (enlace de 100 metros)

Factores influyentes: La atenuación es proporcional a la longitud del cable (una mayor longitud produce una mayor atenuación), está correlacionada positivamente con la frecuencia (las señales de mayor frecuencia se atenúan más rápido) y se ve afectada por la temperatura ambiente (a medida que aumenta la temperatura, aumenta la atenuación, con un aumento de aproximadamente 0,4 % por cada aumento de 1 °C).

5. Diafonía

La diafonía es el parámetro antiinterferente más crítico de los pares trenzados, y se refiere a la interferencia por acoplamiento de señal entre pares de cables adyacentes (la señal de un par de cables se filtra a otro par). CAT5E garantiza la independencia de la señal de varios pares de cables durante la transmisión en paralelo al limitar estrictamente el valor de la diafonía.

(1) Diafonía de extremo cercano (NEXT)

Definición: En el extremo de transmisión de la señal (extremo cercano), la interferencia de la señal transmitida de un par de cables en la señal recibida de un par de cables adyacente.

Requisitos estándar: A una frecuencia de 100 MHz, el valor NEXT mínimo de un enlace de 100 metros es 45 dB (cuanto mayor sea el valor, mayor será la capacidad antiinterferencia).

Importancia: NEXT es el parámetro más influyente en la diafonía, ya que determina directamente la viabilidad de Gigabit Ethernet (que requiere cuatro pares de transmisión full-duplex). El valor de NEXT de CAT5E es aproximadamente de 3 a 5 dB superior al de CAT5, lo que reduce considerablemente la interferencia en el extremo cercano.

(2) Diafonía de extremo lejano (FEXT)

Definición: En el extremo receptor de la señal (extremo lejano), la interferencia de la señal transmitida de un par de cables en la señal recibida de un par de cables adyacente.

Características: La distancia de transmisión afecta considerablemente la FEXT (a mayor distancia, menor interferencia). Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, se presta mayor atención a la diafonía de igual nivel (ELFEXT), que es el valor neto de FEXT menos la atenuación (ELFEXT = FEXT - Atenuación).

Requisitos estándar: A una frecuencia de 100 MHz, el valor mínimo de ELFEXT es 17 dB.

(3) Otros parámetros de diafonía

Relación atenuación-diafonía (ACR): la diferencia entre NEXT y atenuación (ACR = NEXT - Atenuación), que refleja la relación entre la intensidad de la señal y la interferencia, que debe ser ≥10 dB a 100 MHz.

Diafonía de extremo cercano por suma de potencia (PSNEXT): la suma de NEXT de todos los demás pares de cables a un determinado par de cables cuando varios pares de cables transmiten simultáneamente, con un valor mínimo de 42 dB a 100 MHz.

6. Pérdida de retorno (RL)

Definición: Relación entre la energía de la señal reflejada y la energía incidente debido a la discrepancia de impedancia (en dB). Cuanto mayor sea el valor, menor será la reflexión.

Requisitos estándar: A una frecuencia de 100 MHz, el valor RL mínimo es 10 dB.

Impacto: Una pérdida de retorno excesiva causará distorsión por superposición de señales, lo que puede provocar la retransmisión de paquetes de datos a altas frecuencias, reduciendo así la eficiencia de la red. CAT5E garantiza la consistencia de la impedancia mediante el control preciso del diámetro del conductor y la uniformidad del aislamiento, lo que reduce la pérdida de retorno.

7. Retraso y sesgo de retraso

Retardo de transmisión: El tiempo que tarda una señal en viajar desde el transmisor hasta el receptor. El retardo máximo de un enlace de 100 metros a 100 MHz es de 555 ns (aproximadamente 0,5 microsegundos).

Desfase de retardo: La diferencia máxima en el retardo de transmisión entre los cuatro pares de cables. CAT5E requiere ≤50 ns.

Importancia: Un retardo de desviación excesivo provocará diferencias significativas en el tiempo de llegada de las señales de diferentes pares de cables del mismo paquete de datos, lo que genera errores en la recombinación de datos en el extremo receptor, lo que afecta especialmente a aplicaciones con altos requisitos de tiempo real (como VoIP y videoconferencias). El diseño de paso de torsión diferencial de CAT5E (diferentes pasos de torsión para cada par de cables) controla eficazmente el retardo de desviación.

8. Distancia máxima de transmisión

Distancia estándar: De acuerdo con las especificaciones de la capa física de Ethernet, la distancia máxima de transmisión de CAT5E es de 100 metros (longitud total del enlace, incluido el cableado horizontal, los puentes y las conexiones de equipos).

Razón: Más allá de los 100 metros, la atenuación y la diafonía se deterioran drásticamente, lo que impide la decodificación fiable de la señal. Para ampliar la distancia, se necesitan dispositivos como conmutadores y repetidores para la transmisión segmentada.

III. Características estructurales del cable CAT5E

Las ventajas de rendimiento del CAT5E son inseparables del diseño de su estructura física. Desde los conductores hasta las capas de blindaje, cada detalle contribuye al objetivo principal de baja pérdida y antiinterferencias.

1. Conductores y capas de aislamiento

Material del conductor: El material principal es cobre puro (CCA) o cobre libre de oxígeno de alta pureza (OFC), con un diámetro de 0,51 mm (24 AWG) o 0,4 mm (26 AWG).

Cobre puro: buena conductividad (resistencia ≤9,38 Ω/100 metros), baja atenuación de señal, adecuado para transmisión a larga distancia.

Aluminio revestido de cobre (CCA): Bajo coste, pero con mayor resistencia (unos 20Ω/100 metros) y mayor atenuación, sólo apto para transmisiones de corta distancia.

Capa de aislamiento: Cada conductor está recubierto con una capa de aislamiento de polietileno (PE) o cloruro de polivinilo (PVC), con un espesor uniforme (aprox. 0,2 mm) para garantizar la estabilidad de la impedancia. Las capas de aislamiento están codificadas por colores según los pares de cables (cuatro pares: azul, naranja, verde y marrón; cada par contiene un cable de color sólido y un cable blanco del mismo color).

2. Diseño de paso de torsión

Principio básico: la torsión de pares de cables puede contrarrestar la interferencia electromagnética: las corrientes en los dos cables están en direcciones opuestas y los campos electromagnéticos generados se cancelan entre sí, al tiempo que reducen la intrusión de campos magnéticos externos.

Optimización de CAT5E:

Los pasos de torsión de los cuatro pares de cables son diferentes (generalmente en el rango de 10 a 30 mm), lo que evita la interferencia de resonancia entre pares de cables (el mismo paso de torsión agravará la diafonía).

La densidad de torsión es mayor que la del CAT5 (torcido más fuertemente) y la capacidad antidiafonía a 100 MHz se mejora en aproximadamente un 20 %.

3. Tipos de blindaje

CAT5E se puede dividir en tres tipos según la estructura de blindaje, adaptándose a diferentes entornos electromagnéticos:

Tipo Características estructurales Capacidad antiinterferencia Costo Escenarios de aplicación

UTP (par trenzado sin blindaje) Sin capa de blindaje, solo cubierta exterior General (se basa en el paso de torsión para contrarrestar la interferencia) Bajo Hogar, oficina y otros entornos de baja interferencia

FTP (par trenzado de aluminio) Una capa de papel de aluminio envuelta fuera de los cuatro pares de cables Fuerte (bloquea la interferencia electromagnética de alta frecuencia) Medio Centros comerciales, hospitales y otros entornos de interferencia media

STP (Par trenzado blindado) Doble blindaje de lámina de aluminio + malla metálica Extremadamente fuerte (resiste interferencias de baja y alta frecuencia) Alto Talleres industriales, subestaciones y otros entornos de alta interferencia

Nota: El cable CAT5E blindado debe utilizarse con cabezales de cristal blindados y conectados a tierra; de lo contrario, se puede introducir una nueva interferencia debido a la "diferencia de potencial de la capa de blindaje.

4. Grado de vaina y retardante de llama

Material de la funda: La funda exterior suele ser de PVC (cloruro de polivinilo) o LSZH (baja emisión de humo y cero halógenos).

PVC: Bajo costo, alta resistencia mecánica, pero libera gases tóxicos al quemarse, adecuado para lugares no concurridos.

LSZH: Menos humo y no tóxico cuando se quema, cumple con los estándares de seguridad contra incendios, adecuado para áreas concurridas como el metro y edificios de oficinas.

Grado retardante de llama:

CM: Tipo general, la combustión vertical no se propaga, adecuado para cableado horizontal en edificios.

CMR (riser): Para cableado de eje vertical, con mayor resistencia a las llamas.

CMP (plenum): Para cableado de conductos de ventilación, con resistencia al fuego + baja emisión de humos, los requisitos más estrictos.

IV. Ventajas y limitaciones de rendimiento del CAT5E

1. Ventajas principales

(1) Excelente relación coste-eficacia

Cumple con los requisitos de Gigabit Ethernet, mientras que el costo es solo el 60%-70% del de CAT6, lo que lo convierte en la opción más económica para redes pequeñas y medianas.

En comparación con el CAT5, solo aumenta el coste aproximadamente un 10%, pero consigue un salto de 100Mbps a 1Gbps.

(2) Fuerte compatibilidad

Admite todos los estándares de red basados en par trenzado (10/100/1000BASE-T) y puede reemplazar directamente el cableado CAT5 sin reemplazar las interfaces del dispositivo.

Es totalmente compatible con los puertos 1000BASE-T de los principales dispositivos de red (conmutadores, tarjetas de red, enrutadores).

(3) Construcción conveniente

El cable UTP sin blindaje es liviano (aproximadamente 5-8 kg/305 metros) y tiene un radio de curvatura pequeño (≥12,5 mm estático, ≥25 mm dinámico), adecuado para cableado complejo como empotrado en techos y paredes.

La producción del conector es sencilla (utilizando cabezas de cristal RJ45), y puede ser operado por electricistas comunes, con bajos costos de mantenimiento.

(4) Amplia gama de aplicaciones

El ancho de banda y la velocidad son suficientes para soportar aplicaciones convencionales, como video de alta definición (4K requiere alrededor de 25 Mbps), videoconferencias (alrededor de 4 Mbps por canal) y terminales de computación en la nube (alrededor de 10-50 Mbps por usuario).

2. Limitaciones

Límite de ancho de banda: el ancho de banda de 100 MHz no puede soportar Ethernet de 10 Gigabits (10GBASE-T requiere un ancho de banda de más de 500 MHz, lo que requiere estándares CAT6A y superiores).

Rendimiento de alta frecuencia insuficiente: más allá de los 100 MHz, la atenuación y la diafonía se deterioran drásticamente, lo que impide cumplir con escenarios de alta frecuencia, como la red de retorno de estaciones base 5G y centros de datos.

La antiinterferencia depende del entorno: el rendimiento del UTP se degrada significativamente en entornos electromagnéticos fuertes (como cerca de motores y transformadores), lo que requiere costos adicionales para actualizar a tipos blindados.

V. Escenarios de aplicación y sugerencias de selección

1. Escenarios típicos de aplicación

Redes domésticas: admite la conexión simultánea de múltiples dispositivos (teléfonos móviles, computadoras, dispositivos domésticos inteligentes), satisfaciendo las necesidades de transmisión 4K, juegos en línea, etc.

LAN para pequeñas y medianas empresas: cubre áreas de oficinas y salas de reuniones, admite sistemas OA, intercambio de archivos, telefonía IP y otros servicios.

Monitoreo de seguridad: Transmite señales de video desde cámaras de alta definición (2 millones de píxeles requieren aproximadamente 4 Mbps) y un solo cable puede transportar de 4 a 8 cámaras.

Educación y Hoteles: Cableado de red en aulas y habitaciones de huéspedes, equilibrando coste y rendimiento.

2. Notas de selección

Priorizar el UTP de cobre puro: para el cableado del hogar y la oficina, se prefiere el UTP de cobre puro de 24 AWG, con la mayor rentabilidad; el aluminio revestido de cobre se puede considerar para el cableado temporal de corta distancia.

Elija FTP/STP para entornos de alta interferencia: en talleres industriales, salas de resonancia magnética de hospitales y otros escenarios, se requiere un tratamiento de conexión a tierra + CAT5E blindado.

Preste atención a la certificación: seleccione marcas certificadas por TIA/EIA o ISO (como AMP, CommScope, Putian) y evite productos no estándar (con etiquetas de parámetros falsas, rendimiento real que solo alcanza el nivel CAT5).

Reserva espacio de actualización: si en el futuro se pueden implementar redes de 10 Gigabit, se recomienda elegir directamente CAT6; si solo se necesita Gigabit, CAT5E es suficiente.

VI. Especificaciones de instalación y mantenimiento

Incluso los cables CAT5E de alta calidad pueden experimentar una degradación del rendimiento debido a una instalación incorrecta. Los siguientes son puntos clave de instalación:

1. Tabúes del cableado

Evite el estiramiento excesivo: la fuerza de tracción no debe superar los 100 N (aproximadamente 10 kg), de lo contrario, provocará deformación del conductor y anomalías de impedancia.

Control del radio de curvatura: El radio de curvatura no debe ser inferior a 4 veces el diámetro de la vaina (estático) ni a 8 veces (dinámico). Una curvatura excesiva dañará el paso de torsión y aumentará la diafonía.

Mantener alejado de la electricidad fuerte: la distancia paralela con líneas eléctricas fuertes de 220 V debe ser ≥30 cm y mantener un ángulo vertical de 90° al cruzar para evitar interferencias de acoplamiento electromagnético.

Se prohíbe el atado demasiado apretado: el diámetro del haz de cables no debe superar los 5 cm y el espaciado del atado debe ser ≥50 cm para evitar la deformación del cable bajo presión.

2. Producción de conectores

Utilice conectores RJ45 de cristal dedicados (sin blindaje para UTP, blindaje para FTP). Al pelar el cable, evite dañar la capa aislante (la longitud de pelado es de aproximadamente 1,5 cm).

Coloca los pares de cables en el orden "blanco-naranja - naranja - blanco-verde - azul - blanco-azul - verde - blanco-marrón - marrón", córtalos con cuidado, insértalos en la cabeza de cristal (el conductor llega a la cabeza) y presiona firmemente con una herramienta de engarce (asegúrate de que la lámina de metal perfore la capa de aislamiento).

3. Pruebas y aceptación

Utilice un comprobador de red (como Fluke DSX-5000) para probar parámetros clave: atenuación, NEXT, RL, retardo, etc., asegurándose de que todos cumplan con los estándares a 100 MHz.

El enlace de prueba debe incluir el "enlace permanente" (cableado horizontal + módulos en ambos extremos) y el "canal" (enlace permanente + puentes), ambos deben cumplir con los estándares.

VII. Conclusión

Como el cable más económico de Gigabit Ethernet, el CAT5E ocupa un lugar destacado en el cableado de red gracias a su ancho de banda de 100 MHz, velocidad de 1 Gbps y excelente capacidad antidiafonía. No solo resuelve el problema de la incapacidad del CAT5 para soportar Gigabit, sino que también ofrece mayores ventajas en costo que el CAT6, lo que lo convierte en la opción ideal para redes pequeñas y medianas.

Aunque estándares más altos como CAT6 y CAT6A se han popularizado gradualmente, en escenarios donde la demanda de Gigabit es la principal, la relación calidad-precio del CAT5E sigue siendo insustituible. Siempre que la selección sea conforme y la instalación esté estandarizada, el CAT5E podrá satisfacer plenamente las necesidades de red de hogares y empresas en los próximos 5 a 10 años, y es un modelo de madurez técnica y practicidad.