Учебное пособие 2147

Рис. 5.3. Основные типы рефлектограмм (окончание)

221

Коаксиальные отпайки (рефлектограмма 8), как внешние, так и внутренние, могут привести к появлению точек отражения по всей длине кабеля. Уровень отражения является параметром качества отпаек.

Наличие направленных и пассивных ответвителей (рефлектограмма 9) может привести к ошибке измерения вследствие множественного отражения. На предлагаемой рефлектограмме 9 второй курсор отмечает место расположения ответвителя. Два разнонаправленных отраженных сигнала отображают два сегмента ответвителя.

Внесение дополнительного сопротивления или сварочный шов приводят к появлению отражения в виде Sна рефлектограмме 10. Высокоомное отражение сопровождается низкоомным.

Хорошо согласованное соединение кабеля с терминатором полностью поглощает сигнал отражения, и рефлектограмма выглядит так, как показано на рефлектограмме 13. Такая рефлектограмма служит гарантией правильности выбора терминатора, который не вызывает отражения.

Тестирование кабеля с антенной (рефлектограмма 12) также может приводить к S-отражению. В этом случае отражение сильно зависит от типа антенны.

Анализ кабелей с антеннами радиосвязи может также сопровождаться индуктивными наводками от РЧ аппаратуры (рефлектограмма 13).

Замокание кабелей отображается на рефлектограмме как область случайного отражения. Начало этой области, показанное вторым курсором на рефлектограмме 14, соответствует началу области замокания кабеля.

Повышение влажности в кабелях (рефлектограмма 15) приводит к появлению шумовой составляющей на рефлектограмме.

Высокоомная отпайка отображается на рефлектограмме как низкоомное отражение, за которым идет высокомное отражение, показывающее конец высоомной отпайки. Из-за

222

протяженности участка анализ кабеля с множеством отпаек может вызвать затруднения.

5.5. Общие принципы измерений абонентских кабельных систем

Технологии измерений абонентских кабельных сетей, с одной стороны, очень распространены, с другой стороны, в мировой практике фактически неструктурированы в том смысле, что нет универсальных рекомендаций по организации измерений. В результате, несмотря на то, что набор параметров абонентских кабелей известен, существует несколько совершенно разных методов их измерения и различное оборудование для проведения этих измерений. Общая классификация технологий измерений на абонентских кабелях обычно не рассматривается, а сами технологии представлены в виде типовых задач и путей их решения.

Измерения абонентских линий проводятся в следующих случаях:

при приемо-сдаточных испытаниях абонентской кабельной сети (АКС),

для выбора наиболее качественных пар перед инсталляцией ISDN, HDSLи т.д,

для проведения работ по согласованию абонентских кабелей и повышения качества телефонной связи.

Существует несколько особенностей измерений абонентских кабелей в современной практике.

Современные принципы построения АКС базируются на использовании витой пары и построения структурированных кабельных сетей.

В настоящее время широкое распространение получила практика внедрения различных методов использования абонентского кабеля для передачи цифровой информации, так называемая технология «последней мили», к которой можно отнести технологии ISDN и xDSL. В результате возникают задачи анализа пригодности

223

использования уже проложенных абонентских кабелей для обеспечения цифрового канала. Одновременно возникают задачи анализа влияния внедряемых технологий на параметры абонентских линий, используемых для телефонии, сети радиовещания и часофикации.

Дополнительные проблемы, связанные с анализом возможности использования существующих отечественных абонентских кабелей для предоставления услуг ISDN и xDSL, возникают из-за специфики их построения. Например, до сих пор не ясно влияние таких факторов отечественных кабельных сетей как холодные соединения в муфтах, холодные соединения в шкафах, наличие пассивных отведений (параллельные коробки) и высокий процент замокшего абонентского кабеля на возможности использования кабеля для передачи цифровой информации. Перечисленные факторы

вих сочетании не встречаются в мировой практике, поэтому международный опыт внедрения технологий «последней мили» здесь оказывается мало применимым.

Вопросы взаимовлияния новых технологий использования абонентского кабеля на существующие услуги часофикации и радиовещания по абонентским кабелям также находятся в стадии изучения. Поскольку в отечественной практике используются национальные стандарты часофикации и радиовещания, таким образом, зарубежный опыт взаимовлияния не может быть применен, а отечественного опыта пока нет.

Разработка отечественных стандартов в области xDSL представляет собой серьезный вопрос. С одной стороны, имеет место общая тенденция ориентации отечественных стандартов на паневропейские стандарты, с другой стороны, наиболее широкое развитие технология xDSL получила на американском рынке. Американские стандарты в этой области более отработаны, и большая часть оборудования xDSL, представленная на российском рынке - продукция американского рынка. Кроме того, вопрос об ориентации на группы стандартов в отечественной теории не решен.

224

Все перечисленные особенности развития современных АКС и их использования приводят в важному выводу: в ближайшее время только измерительные технологии могут обеспечить в полной мере контроль за развитием абонентской кабельной сети и качественные ввод и использование абонентского кабеля на сетях новых технологий. Поэтому в течение ближайшего года-двух интерес к измерениям на АКС должен объективно вырасти, которые будут охватывать не только эксплуатационные измерения, но и системные измерения, связанные с имитацией параметров существующих АКС.

Ниже мы рассмотрим детально технологию эксплуатационных измерений современных АКС. Системные измерения, связанные с имитацией параметров кабеля, будут рассмотрены кратко в контексте решения проблемы внедрения аппаратуры «последней мили» на сети крупных отечественных операторов вторичных сетей.

Однако прежде чем рассматривать непосредственно технологии измерений на абонентских кабелях, рассмотрим параметры измерений, а также основные стандарты, действующие в области измерений на абонентских кабелях.

5.6. Основные параметры абонентских кабельных сетей

Основными параметрами абонентских кабельных сетей являются: параметры импеданса линии (включая сопротивление, емкость и индуктивность), затухание в канале, длина кабеля, АЧХ и ГВЗ абонентского канала (полоса пропускания), переходное затухание на ближнем конце (NEXT), шумовые характеристики канала, возвратные потери и коэффициент отражения, импульсные характеристики помех в кабеле, задержка в распространении сигнала, отношение затухания к переходному затуханию, параметр скрутки, полярность жил в кабеле, параметры, связанные с локализацией неисправности в кабеле.

Рассмотрим эти параметры более подробно.

225

5.6.1.Параметры импеданса абонентского кабеля. Первичные и вторичные параметры

Параметры импеданса абонентского кабеля также называются первичными параметрами линии передачи. К ним относятся параметры сопротивления, индуктивности, проводимости и емкости. Первичными эти параметры называются в связи с тем, что они могут быть рассчитаны на основании данных о физической конструкции кабеля. Зависимость от конструкции кабеля может быть довольно сложной и свой вклад могут вносить следующие факторы - геометрия и свойства материалов кабеля. Существенно, что параметры импеданса абонентского кабеля являются метрологическими характеристиками, т. е. характеристиками, методы измерений которых описываются классической теорией метрологии на основании модели четырехполюсника. Как мы увидим ниже, с этим связана технология измерений параметров импеданса общеизмерительными приборами (в первую очередь мультиметрами).

В соответствии с принятым делением параметров на первичные и вторичные последние рассчитываются на основе первичных или получаются с помощью непосредственных измерений. Вторичные параметры определяют поведение электрического сигнала при прохождении его по кабелю. Как видно из приведенного выше перечня параметров абонентского кабеля, для проведения эксплуатационных измерений основными являются вторичные параметры. Разделение параметров на первичные и вторичные связано с теоретическим описанием в рамках теории метрологии: параметры классического четырехполюсника рассматриваются как первичные параметры, тогда как для описания вторичных параметров используется модель «черного ящика» и рассматривается зависимость параметров выходного сигнала от параметров входного сигнала. Более подробно такое теоретическое рассмотрение можно найти в [27]. В настоящей же книге нас будут интересовать в основном практические

226

методы измерения параметров, поэтому описанные в [27] модели рассматриваться не будут.

5.6.2. Затухание в канале и длина кабеля

Затухание сигнала в канале - это отношение в децибелах мощности входного сигнала к мощности сигнала на выходе при соответствии импедансов источника и нагрузки характеристическому импедансу кабеля. Требование согласованности импедансов является существенным при организации измерений, в этом состоит специфика измерений затухания в электрических кабелях по сравнению с затуханием в оптических кабелях.

Значение входной мощности может быть получено путем измерения мощности при непосредственном подключении нагрузки к источнику без прохождения сигнала по кабелю. В случаях, когда в местах терминирования импедансы не идеально соответствуют друг другу, отношение входной мощности к выходной носит название вносимых потерь или вносимого затухания. Практические измерения вносимого затухания дают значения более высокие, чем обычное затухание, и их величина зависит от степени несоответствия импедансов.

Измерение уровня затухания в кабеле определяет возможность его использования для предоставления услуг «последней мили», а также необходимость использования регенераторов.

Для измерения затухания в кабеле на вход подают тестовый сигнал, который обычно является синусоидальным. Затухание в кабеле может существенно отличаться для различных частот тестового сигнала. Зависимость затухания абонентской линии от частоты можно охарактеризовать как импедансно-частотную характеристику (ИЧХ) абонентского кабеля.

Импедансно-частотная характеристика кабеля - очень важная эксплуатационная характеристика, позволяющая не

227

только анализировать параметры кабеля, но и определить его пригодность для передачи цифровых данных. Дело в том, что современные технологии «последней мили» используют широкополосные сигналы, занимающие практически весь спектр канала ТЧ и выше до 300 кГц - 2 МГц. В этом случае требуется значительная линейность характеристик АЧХ, ГВЗ и ИЧХ. Наличие в абонентском кабеле катушек Пупина и пассивных отведений может сильно повлиять на возможность использования абонентского кабеля для цифровой передачи. В результате выполняется процедура «депупинизации» и устранения параллельных пассивных отведений. Анализ абонентского кабеля на предмет наличия в нем параллельных пассивных отведений или катушек Пупина может выполняться на основе ИЧХ. В качестве примера таких характеристик на рис. 5.4 представлены ИЧХ, снятые анализатором Auto-TIMSIIIкомпании Consultronics.

Рис. 5.4. Практические ИЧХ абонентских пар с тремя катушками Пупина (слева) и пятью катушками и одним пассивным отведением (справа)

На характеристике слева явно видны три пика импеданса на разных частотах, что соответствует трем катушкам Пупина в канале. На рисунке справа показан кабель с пятью катушками Пупина, однако между третьей и четвертой катушкой имеется пассивное отведение, в результате 4-й пик оказывается частично подавленным.

228

Если затухание в абонентском кабеле важный эксплуатационный параметр, то длина кабеля как эксплуатационный параметр особого значения не имеет. Исключением являются случаи, когда данные о длине кабеля используются для калибровки рефлектометра и определения параметра VOP.

Действительно, на параметры сигнала влияет параметр затухания в кабеле, а не его длины. Параметр длины не может быть точно измерен на уже проложенной линии, а его использование для оценки параметра затухания путем расчета по параметру погонного затухания также имеет сомнительную эксплуатационную ценность, поскольку на параметр затухания влияют помимо длины кабеля ряд других параметров (однородность кабеля, параметры интерфейсов, зависимость от частоты рабочего или тестового сигнала, наличие катушек Пупина и параллельных отведений и т.д.).

5.6.3. АЧХ и ГВЗ абонентского канала. Определение полосы пропускания кабеля

Как уже было описано выше, для предоставления услуг «последней мили» в абонентском кабеле используют широкополосные сигналы. Поэтому использование существующих кабелей для предоставления услуг xDSLи ISDNтребует значительной линейности АЧХ и характеристики ГВЗ абонентского кабеля во всей полосе рабочих частот. Равномерность АЧХ и ГВЗ определяет полосу пропускания кабеля, которая, в свою очередь, определяет допустимую скорость передачи в канале.

Если ИЧХ может быть эффективно использована для поиска катушек Пупина, пассивных отведений и прочих неоднородностей в абонентском кабеле, то ее использование не обеспечивает в полной мере анализ рабочей полосы канала, для этого необходимы измерения АЧХ и ГВЗ.

229

В качестве примера рассмотрим влияние катушки Пупина на полосу пропускания канала. На рис. 5.5 представлены графики АЧХ канала с катушкой Пупина и без нее.

Рис. 5.5. Графики АЧХ абонентского кабеля с катушкой Пупина и без нее

Как известно, катушки Пупина используются для улучшения качества аналоговой телефонной связи методом искусственного повышения индуктивности в кабелях (пупинизация). Характеристика, приведенная схематично на рис. 5.5, позволяет добиться высокой равномерности АЧХ канала в диапазоне ТЧ. Однакопри переходе к ISDNи другим технологиям «последней мили» требуется равномерность в диапазоне минимум до 200-300 кГц. При этом наличие катушек Пупина значительно ухудшает качество канала в контексте его использования для цифровой передачи. Ситуация может быть усложнена тем, что на сетях связи с долгим сроком эксплуатации данные об установленных катушках Пупина могут отсутствовать. В практике встречаются кабели с несколькими установленными последовательно катушками Пупина, в этом случае АЧХ такого кабеля не позволяет использовать канал для технологии «последней мили». Поэтому при переходе к ISDNнеобходимо их локализация и устранение (депупинизация).

230