Изучение способов измерения производительности средств последней мили. Учебно-методическое пособие

Методика диагностики кабелей последней мили ориентирована на обнаружение и локализацию типовых неисправностей электрического кабеля. К

ним относятся [1]:

1.Неисправности голосового диапазона (телефонных линий общего пользования):

короткие замыкания и замыкания на землю;

обрыв одной из жил в паре;

несколько обрывов жил в паре;

шумы, наводимые электрическими сетями 50/60 Гц;

помехи (металлический шум).

2.Неисправности высокочастотного диапазона (xDSL-линии):

все вышеперечисленные неисправности;

ответвления;

индуктивности.

Перечисленные выше виды неисправностей представлены на рис. 3.2.

Рисунок 3.2 - Типичные неисправности физических линий Обнаружение и локализация неисправностей производятся проведением

серии параметрических тестов. При этом контролируются следующие параметры абонентской линии:

напряжение постоянного тока на участках Tip-земля, Ring-земля,

Tip-Ring должно находиться в пределах от -60В до -44В на стороне

10

высокого напряжения и от 4В до -4В на стороне низкого напряжения

для свободной линии;

напряжение переменного тока на участках Tip-земля, Ring-земля,

Tip-Ring не должно больше 10В;

сопротивление изоляции между проводниками Tip и Ring и между любым проводником и землей должно быть не менее 20,0 МОм;

значение емкостного баланса пары (отношение емкостных длин проводников относительно земли) должно быть не менее 95%.

Катушки индуктивности (катушки Пупина) повышают индуктивность и используются для улучшения качества каналов аналоговой связи. Их использование позволяет добиться хорошей линейности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) линии в диапазоне тональных частот, при этом ухудшая равномерность АЧХ в диапазоне высоких частот. При использовании линии в технологиях высокоскоростной цифровой передачи данных, подразумевающих равномерность АЧХ в диапазоне до 200-300 кГц, катушки Пупина значительно снижают качество передаваемого сигнала. Поэтому при переводе линии на стандарты DSL катушки индуктивности также должны быть найдены и устранены.

Параллельные подключения (отпайки) также встречаются в телефонных абонентских кабелях. При возникновении необходимости подключения к абонентскому кабелю нескольких пользователей оператор может сделать параллельный отвод. Сигнал, проходя через точку разделения, дублируется и передается по обоим направлениям, а затем, отражаясь от конца участка разделения, возвращается в кабель и накладывается на исходный сигнал. В

результате аналоговые сигналы имеют высокий уровень шума, а цифровая передача становится невозможной. В связи с этим места параллельных подключений также должны быть найдены оператором, прежде чем разворачивать на линии сервисы xDSL.

Критичным для точности оценки расстояния до неисправности при проведении параметрических тестов является корректное задание скорости

11

распространения сигнала в металлическом кабеле (VOP). Этот параметр указывается производителем кабеля и, как правило, равный для одинакового типа и калибра кабелей. Однако ввиду ряда причин по мере эксплуатации этот параметр может изменяться, что приводит к существенным погрешностям на больших расстояниях. Поэтому рекомендуется определять параметр VOP

экспериментально. Для этого в пучке тестируемых пар необходимо иметь хорошую пару с известной длиной и изменять параметр VOP в настройках рефлектометра до тех пор, пока измеренное с его помощью расстояние не станет равным известному.

Кроме параметрических тестов для контроля передаточных характеристик линии связи методикой Fluke предусмотрены так называемые тесты передачи. В

ходе этих испытаний контролируются такие параметры линии, как:

величина металлического шума;

величина продольного баланса пары;

величина потерь (затуханий) на различных частотах.

3.2.Тесты передачи

3.2.1. Измерение шумовых характеристик кабеля

Для того чтобы учитывать влияние восприимчивости оборудования пользователя (модемов), широкополосный шум измеряется взвешенным в соответствии с определенным типом фильтра. Перечень используемых типов фильтров согласно стандарту IEEE 743 представлен в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Типы фильтров взвешенного шума по стандарту IEEE 743

12

Для телефонной линии (диапазона тональной частоты) значение металлического взвешенного шума при использовании фильтра не должно превышать 20 dBrnC (20 дБ относительно опорной мощности 1 пВт). Для оценки широкополосного шума высоких частот – не более -50 dBm (-50 дБ относительно опорной мощности 1 мВт). Наводки от силовых кабелей не должны превышать

80 dBrnC согласно стандарту Fluke.

Помимо взвешенной оценки, методика Fluke предполагает также измерение влияния импульсных шумов. Импульсные шумы возникают в случае интерференции с внешними источниками ЭМИ. Для некоторых каналов технологий последней мили этот параметр является существенным для работы соответствующего оборудования. Импульсные помехи имеют сверхкороткую длительность (от 1 мкс до 100 мс) и обнаруживаются в режиме длительного мониторинга. При правильной работе линии импульсных шумов уровнем выше -40 дБм быть не должно.

3.2.2. Измерение продольного баланса пары

Любая существенная неоднородность (частичные обрывы, неравные длины жил, несбалансированные индуктивности, замыкания на землю и короткие замыкания пар) может привести к нарушению баланса пары. Нарушение баланса непосредственно сказывается на параметрах передачи: разбалансированные пары более подвержены влиянию помех.

Измерение продольного баланса производится следующим образом. В

линию подается возмущающий тональный или широкополосный сигнал,

вызывающий шумы. Разность уровней сигнала и возникающего шума составляет продольный баланс пары.

Принципиальная схема подключения прибора в этом случае изображена на рис. 3.3. Здесь Vg – возмущающий тональный сигнал, поданный локально,

а Vm – результирующий сигнал, появляющийся вследствие активной или емкостной несбалансированности пары относительно земли. Продольный баланс определяется как разность уровня сигнала Vg (дБм) и уровня сигнала Vm (дБм),

измеренная в дБ.

13

Рисунок 3.3 - Измерение продольного баланса

Значение продольного баланса должно быть равным или превышать 60 дБ при частоте возмущающего сигнала 1000 Гц (тональная частота) и не менее

50 дБ на частоте 196 кГц согласно стандартам Fluke.

3.2.3. Измерение затуханий (потерь) в линии

Методика диагностики Fluke предполагает проведение серии тестов по оценке уровня потерь (затуханий), происходящих в канале при передаче сигналов различных частот, в зависимости от проверяемой технологии. Данные испытания проводятся в формате двустороннего тестирования. На конце тестируемой линии со стороны абонента устанавливается прибор Copper Pro,

выполняющий роль генератора-передатчика сигналов заданной частоты. Со стороны центрального офиса оператора связи устанавливается второе устройство Copper Pro, выполняющее функции приемника и анализатора полученных сигналов и управляющего процессом передачи. Сигналы управления передачей между устройствами передаются или непосредственно по тестируемой паре, или по дополнительной паре управления. Процесс двустороннего тестирования изображен на рис. 3.4. Устройство, расположенное на дальнем конце (респондер), изначально устанавливается в режим ожидания сигналов управления от расположенного на ближнем конце устройства-мастера.

Далее мастер-устройство передает сигнал о начале тестирования пары. В ответ респондер передает тестовые сигналы на заданных перед началом теста частотах. Мастер-устройство сравнивает уровни дошедшего сигнала с

14

нормированным исходным и вычисляет значения потерь, выраженные в дБ,

для каждой частоты. Далее полученная частотная характеристика сравнивается с нормами, и мастер-устройство делает заключение о пригодности данной пары для развертывания выбранного сервиса.

Рисунок 3.4 - Процесс двустороннего тестирования линии При оценке качества телефонной линии руководствуются

нижеприведенной частотной характеристикой (табл. 3.2). Полученные при измерении значения потерь не должны превышать значения, приведенные в табл. 3.2. В противном случае пара признается непригодной для передачи телефонного сигнала.

Таблица 3.2 - Предельно допустимые потери для диапазона тональных частот

При оценке качества различных xDSL сервисов пользуются данными,

приведенными в табл. 3.3.

Таблица 3.3 - Предельно допустимые потери для основных видов сервисов xDSL

3.3.Тестирование системы на предмет соответствия скоростям для передачи данных при помощи технологии xDSL

Тестирование будет проводиться при помощи портативного диагностического программно-аппаратного комплекса Fluke Copper Pro 990DSL,

которое имеется на кафедре МСиУС. Рассмотрим функциональные возможности

Fluke 990, различные методики и сами тесты.

В аудитории 211 (модель центрального офиса оператора) находится xDSL

мультиплекcор для предоставления доступа к сети оператора от xDSL-модемов пользователей. Кабель последней мили непосредственно заделан разъемом для подключения к мультиплексору.

Диагностика пар кабеля со стороны центрального офиса оператора невозможна ввиду отсутствия возможности подключения тестовых проводов оборудования Fluke Copper Pro.

В аудитории 205 разводка кабеля проведена на 110 кросс, и присутствует возможность подключения тестовых проводов напрямую к жилам кабельных пар при помощи зажимов. Таким образом, в рамках данной работы проведем

тестирование кабеля не со стороны центрального офиса оператора, как это предполагает оригинальная методика Fluke, а со стороны абонента, то есть из аудитории 205.

Кроме того, невозможность подключения тестера или генератора с другой стороны линии ограничивает количество тестов набором односторонних измерений.

К односторонним тестам относятся:

•измерение напряжений между проводниками абонентской линии и землей (Voltage Test);

•измерение сопротивлений изоляции между парой проводников и землей (тестирование на короткие замыкания и замыкания на землю – Shorts & Grounds Test);

•измерение емкостных длин проводников и емкостного баланса пары (тестирование на обрывы – Opens Test);

•определение наличия сбоев по сопротивлению (RFL Test);

16

•определение наличия катушек индуктивности и расстояний до них (Load Coils Test);

•тестирование на утечки тока под нагрузкой (Leakage Stress Test);

•определение наличия шлейфовых устройств (Loop Devices Test);

•измерение шума на тональных и высоких частотах (VF/WB Noise

Test);

•измерение продольного баланса пар на тональных и высоких частотах (VF/WB Longitudinal Balance Test);

•измерение импульсных шумов (Impulse Noise Test).

Проведение тестов надо производить в указанном порядке на выбранной вами паре.

4.Выполнение измерений

Для однозначной идентификации надо выбирать пары соответственно номеру плинта кросса аудитории 205. Номиналы параметров измерений приведены в разд. 3.2.

4.1. Тест напряжения

Тестирование напряжения (Voltage) позволяет получить мгновенные значения напряжения по постоянному и переменному току на каждом участке цепи выбранной пары. Результаты теста позволяют судить о наличии чрезмерного напряжения, состоянии занятости линии, сбоев подключения батареи.

Подключение прибора для выполнения теста напряжения выполняется по схеме, изображенной на рис. 4.1. Измерение производится для каждой пары отдельно. В нем используются три тестовых провода – экранированная пара Tip

и Ring (для подключения к жилам диагностируемой пары) и Ground (для подключения к шине заземления). Для удобства идентификации наконечники проводов окрашены в разные цвета: черный, красный и зеленый соответственно.

17

Рисунок 4.1 - Подключение прибора для выполнения тестов Результатом теста напряжения линии являются шесть значений

напряжения постоянного и переменного тока, измеренные между всеми проводниками попарно. Результаты измерения выводятся на экран прибора, а их сохранение производится в текстовый файл следующего вида:

MSIUS / Cable 200 / Pair 1GT 05.05.2016 0010

Voltage

A

Подобный результат (отсутствие напряжения между проводниками пары)

говорит о том, что тестируемая линия является резервной и передача по ней не ведется.

Результаты измерения для всех 16 тестируемых пар последней мили надо указать в табл. 4.1.

Таблица 4.1 - Результаты измерения напряжений

4.2.Проверка на короткие замыкания и замыкания на землю

Входе тестирования линии на короткие замыкания и замыкания на землю

(Shorts&Grounds) оценивается состояние сопротивлений между всеми участками цепи выбранной пары.

Подключение прибора при выполнении теста на замыкания выполняется по схеме, изображенной на рис. 4.1. Измерения производятся для каждой пары

18

отдельно. По окончании теста на экран прибора выводятся результаты измерения сопротивлений изоляции между тремя участками цепи.

Примерный вид экрана с результатами представлен на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 - Результаты теста на короткие замыкания и замыкания на землю В этом случае вам должно быть понятно, что сбоев по сопротивлению

между проводниками нет: все сопротивления превышают 100 МОм. Так же, как и для теста напряжения, результаты измерения сопротивлений сохраняются в памяти прибора в виде текстового файла следующего вида:

MSIUS / Cable 200 / Pair 1GT 05.05.2016 0020

Resistance

В ходе тестирования всех 16 пар последней мили надо выявить, были ли короткие замыкания и замыкания на землю, находятся ли все сопротивления в пределах нормы (>100МОм).

4.3.Проверка на обрывы

Тестирование на обрыв линии (Opens) выполняется при помощи измерения емкостной длины пары и емкостного баланса между проводниками Tip и Ring.

Подключение прибора при выполнении теста на обрывы выполняется по схеме, изображенной на рис. 4.1. Измерения производятся для каждой пары отдельно. По окончании теста на экран прибора выводятся результаты измерения длины пары в метрах на основании емкостной длины (в меню настроек для этого опыта выбирается тип кабеля и его калибр). Примерный вид экрана с результатами представлен на рис. 4.3.

19