Учебное пособие 2147

5.6.4. Переходное затухание на ближнем конце и перекрестные помехи в смежных кабелях

Переходное затухание на ближнем конце

(NearEndCrosstalk, NEXT) - параметр, характеризующий затухание сигнала помехи, наведенного сигналом, проходящим по одной паре проводников, на другую, расположенную поблизости. Этот параметр измеряется в дБ. Чем выше значение NEXT, тем лучше изоляция помехам между двумя парами проводников.

Интерференция сигналов с соседними кабелями негативно сказывается нацифровой передачи. Перекрестные влияния (crosstalk) могут быть двух типов: влияние на ближнем конце NEXT) или влияние на удаленном конце (FEXT). На рис. 5.6 представлены возможные влияния в парах кабеля на ближнем и дальнем конце.

Рис. 5.6. Структура перекрестных помех в смежных кабелях

Обычно FEXTнаиболее существенно влияет на параметры качества цифровой передачи, однако для ряда линейных кодов, используемых в технологиях «последней мили» (например, в линейном коде 4ВЗТ) NEXTвыступает как ограничивающий параметр. Иногда ограничения и ухудшение

231

параметров цифровой передачи, связанные с перекрестными влияниями, становятся существенными только на этапе интенсивного обмена сигналами по абонентским кабелям, например, при введении услуг ISDNили xDSLна большом количестве кабелей в пучке. С точки зрения технологии измерений абонентских кабелей, анализ NEXTявляется наиболее существенным, поскольку реализация измерений FEXTв конкретных методиках затруднена. Обычно существует возможность уменьшения перекрестного влияния за счет изменения параметра скручивания витой пары. При этом параметр может меняться в пределах 20%.

Учитывая описанные в разделе 5.5 особенности развития отечественных абонентских кабельных сетей, можно сказать, что измерения NEXTявляются чрезвычайно важными, поскольку позволяют решить упомянутые проблемы, связанные с интерференцией между вновь вводимыми и существующими услугами цифровой передачи.

5.6.5. Шумовые характеристики канала

Из шумовых характеристик абонентского кабеля наибольшее эксплуатационное значение имеют две: средняя мощность шумов в широкой полосе частот и отношение сигнал/шум (SNR). Шум в кабеле возникает обычно вследствие несбалансированности кабеля и нагрузки по импедансу, а также вследствие интерференции с другими кабелями и внешними источниками электромагнитного излучения (ЭМИ).

Распространенный в настоящее время подход к созданию СКС на основе использования экранированной витой пары не решает вопросов, связанных с интерференцией между парами и с внешними источниками ЭМИ. Как показано в [27], сам по себе экранированный кабель не обеспечивает невосприимчивости к шуму. При анализе интерференции с внешними источниками ЭМИ следует рассматривать внешнее экранирование всей линии, так как на первый взгляд

232

безобидные соединения могут оказывать и оказывают значительное влияние на эффективность экранирования. Кроме того, поддержание высокого качества экрана в каждой точке становится дорогим, а разработчик системы должен найти компромисс между требованиями, предъявляемыми к системе, учитывая требуемые рабочие характеристики ЕМС, а также стоимость компонентов и обслуживания системы. Можно констатировать, что при использовании обычных кабельных конфигураций, неэкранированный кабель полностью способен обеспечивать такой же уровень устойчивости к шуму, как и экранированный кабель.

Если выбранный кабель хорошо сбалансирован, то интерференция сигналов с другими кабелями существенно низкая, следовательно, уровень широкополосных шумов в таком кабеле должен быть низким.

Отношение сигнал-шум (SNR) - это соотношение между уровнем принимаемого сигнала и уровнем принимаемого шума, причем уровень сигнала должен значительно превосходить уровень шума для обеспечения приемлемых условий передачи. Измерение SNRобычно выполняется с использованием тестового синусоидального сигнала в рабочей полосе частот. Поскольку уровень сигнала и уровень шумов в кабеле может зависеть от частоты, необходимо знать не просто интегральное соотношение SNR, но и зависимость распределения шумов в рабочей полосе частот.

5.6.6. Возвратные потери и коэффициент отражения

В случае рассогласования импедансов нагрузки и канала возникает эффект отражения сигнала от абонентского кабеля. Если импеданс нагрузки больше импеданса кабеля, возникает эффект частичного отражения сигнала (см. также рис. 5.3 рефлектограмма 1). Если же импеданс нагрузки меньше импеданса кабеля, отраженная волна имеет отрицательную амплитуду (см. также рис. 5.3 рефлектограмма 2).

233

Эффект отражения характеризуется двумя основными параметрами: коэффициентом отражения и уровнем возвратных потерь в кабеле. Коэффициент отражения определяется отношением мощности отраженного из кабеля сигнала к мощности передаваемого сигнала.

Мощность отраженного сигнала носит название потерь при отражении или возвратных потерь (ReturnLoss),

выражается в дБ и рассчитывается на основе коэффициента отражения. Чем лучше совместимость импедансов, тем меньше отражаемая мощность и тем ниже обратные потери.

Еще одним параметром, непосредственно связанным с коэффициентом отражения являются потери рассогласования(MismatchLoss) - ослабление мощности передаваемого сигнала, выражаемое в дБ и рассчитываемое на основании коэффициента отражения. Основным отличием потерь рассогласования от возвратных потерь является учет влияния многократного отражения как фактора потерь мощности сигнала в кабеле. Для кабеля любой длины потери рассогласования могут быть рассчитаны на основе затухания кабеля и многократных отражений от каждого конца кабеля.

Явление отражения сигналов лежит в основе рефлектометрии электрических кабелей. Метод анализа возвратных потерь используется для построения эксплуатационных импеданс-частотных характеристик и рефлектограмм абонентского кабеля. Кроме того, анализ коэффициента отражения может помочь при поиске точки рассогласования импедансов нагрузки и кабеля.

5.6.7. Импульсные характеристики помех в кабеле

Импульсные помехи в кабеле делятся на импульсный шум, всплеск несущей (сигнала) и фазы, а также кратковременные перерывы связи (рис. 5.7).

234

передачи, состоящей из двух проводников в вакууме, скорость распространения сигнала равна скорости распространения света в вакууме. На практике скорость распространения сигнала в кабеле зависит от параметров диэлектрических материалов, окружающих проводники, и является функцией частоты передаваемого сигнала. При очень высоких частотах скорость передачи сигнала в кабеле асимптотически стремится к фиксированному значению. Анализ задержки распространения сигнала связан с необходимостью анализа параметра VOPпри калибровке рефлектометра перед началом измерений.

5.6.9. Отношение затухания к переходному затуханию

Непосредственно с параметрами NEXTи затухания связан параметр отношения затухания к переходному затуханию (ACR). ACR - это разница между ослабленным сигналом на выходе А и вредным наведенным сигналом («шумом») NEXTи может быть рассчитана по следующей формуле:

ACR= Min(NEXT) - Мах(А), где NEXTпереходное затухание, дБ, А - затухание, дБ.

Параметр ACRявляется производным по отношения к параметрам затухания и NEXT, однако имеет эксплуатационную ценность. Его измерение реализовано в большинстве эксплуатационных приборов. Связано это с тем, что параметр ACRпозволяет определить реальную рабочую полосу частот канала, как это описано в [27].

Существует заблуждение о том, что система, обладающая характеристиками до 350 МГц, обеспечивает рабочую полосу частот аналогичной величины. Реальные рабочие частоты всегда ниже 350 МГц и отличаются в зависимости от комбинации разъемов и кабеля. Большинство данных тестирования до 350 МГц приводятся только для кабельной продукции. Эти данные не дают полной информации о той производительности, которую можно от них ожидать в

236

реальных условиях линии или канала. Единственно, что можно принимать в расчет при определении реальной производительности смонтированной системы, это то, как кабель и коннекторы будут вести себя, будучи соединенными вместе. Это именно те данные тестирования, на которые следует обращать внимание.

При анализе типичного графика характеристик в диапазоне до 350 МГц (рис. 5.8) необходимо найти точку, в которой переходное затухание (NEXT) и затухание кабеля равны (то есть точку пересечения кривых NEXTи затухания). Далее, перемещаясь влево, нужно найти частоту, при которой разница между величинами затухания и NEXTсоставит 10 дБ. Найденное значение частоты и будет означать максимально доступную рабочую частоту системы, которая в случае использования технологии xDSLопределит максимально возможную скорость цифровой передачи в канале.

Рис. 5.8. Определение рабочей полосы частот в канале по параметру АСЯ

5.6.10. Параметры физического состояния кабеля

К параметрам физического состояния абонентского кабеля относятся: параметр скрутки витой пары, полярность

237

жил в кабеле и параметры, связанные с локализацией неисправности в кабеле. Наиболее часто неисправность в абонентском кабеле связана с такими нарушениями полярности жил, как короткие замыкания пар, обрыв жилы, различные варианты разбитых пар (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Примеры нарушений полярности кабеля

Тестирование физического состояния кабеля представляет собой важную группу эксплуатационных измерений, связанных с поиском, локализацией и устранением неисправности в кабеле.

5.7. Категории кабелей. Основные приложения использования абонентского кабеля

Современная практика построения структурированных АКС базируется на принципах использования соответствующих стандартам кабелей различной категории. Разделение стандартов кабелей на категории отражает процесс эволюции использования абонентского кабельного хозяйства сначала для телефонии, затем для передачи данных, затем для построения ЛВС с различной скоростью передачи данных.

238

По мере увеличения скоростей передачи в ЛВС и возникновения у конечных пользователей потребности к переходу на более высококачественные кабели UTP, важным является обеспечение промышленностью требований к рабочим передающим характеристикам и определение категорий для высокоскоростных кабелей UTP.

Стандартами структурированных кабельных сетей (СКС) определены три категории рабочих характеристик для кабелей, коммутационного оборудования и кабельных линий [27] - кабели UTPи соответствующее им коммутационное оборудование: категория 5 - до 100 МГц, категория 4 - до 20 МГц, категория 3 - до 16 МГц.

Кабели категорий 1 и 2 не рассматриваются в современных стандартах СКС, хотя их использование не прекращается в телефонной промышленности и при реализации речевых и низкоскоростных цифровых приложений.

Требования на основные параметры, приведенные в разделе 5.6, различаются для различных компонентов СКС. Наиболее детальное их описание можно найти в [27].

Современные приложения выдвигают различные требования к пропускной способности абонентских кабелей и используют различную центральную рабочую частоту. В зависимости от типа линейного кодирования выбирается центральная рабочая частота. В качестве примера в табл. 5.4 представлены параметры центральной частоты и типа линейного кодирования, используемого различными приложениями.

Таблица 5.4 Основные параметры приложений, использующих

абонентский кабель

239

Продолжение табл. 5.4

5.8. Организация измерений структурированных абонентских кабельных сетей

5.8.1.Стандарт TSB-67

Внастоящее время основной концепцией построения АКС является концепция СКС. Широкое распространение получила практика построения СКС на основе использования кабелей категории 5, поскольку кабельные системы категории 5 позволяют реализовывать высокоскоростные сетевые приложения вплоть до уровня персонального компьютера. Для удостоверения в высокоскоростных свойствах каждого канала категории 5 в кабельной системе необходимо проводить тестирование рабочих характеристик в полевых условиях.

Спецификации стандарта TIATSB-67 полевого тестирования определяют функции тестирования, конфигурации и минимально необходимую точность измерений полевого тестера, необходимые для сертифицирования кабельной системы на соответствие требованиям категории 5 в полевых условиях. TSB-67 определяет два уровня точности измерений и параметры конструкции измерительных приборов, требуемые для соответствия этим общим требованиям к точности измерений. Спецификации, содержащиеся в Приложении А к TSB-67, определяют математическую модель соотношения между полной точностью измерений полевого тестера и показателями погрешности измерений инструмента. Используя эту модель, можно получить полную точность измерений полевого тестера на основании данных измерений,

240