Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технологии организации и оборудования сети доступа xDSL 11
1.1. Анализ и классификация технологии xDSL 11
1.2. Анализ оборудования цифровых сетей доступа технологии xDSL 18
1.3. Анализ технологии кодирования цифровых сетей доступа xDSL 21
1.3.1. Технология 2B1Q 21
1.3.2. Технология САР 23
1.4. Электромагнитная совместимость цепей передачи дискретных и аналоговых сигналов кабельных линий 25
1.5. Анализ международных стандартов параметров качества каналов ЦСП. 32
1.6. Анализ требований к электротехническим характеристикам строительных длин кабелей ЦСП 38
1.7. Постановка задачи исследования 42
1.8. Выводы 46
2. Расчет взаимных влияний между цепями кабельных линий технологии xDSL 48
2.1. Постановка задачи исследования 48
2.2. Параметры влияния цифровых кабелей 49
2.3. Анализ путей взаимных влияний между цепями в линиях xDSL 53
2.4. Расчет достоверности передачи в кодах xDSL 56
2.4.1. Многоуровневый код 57
2.4.2. Вероятность ошибки при многоуровневой передаче 59
2.4.3. Фазовая модуляция 61
2.4.4. Квадратурная амплитудная модуляция 64
2.5. Структурный синтез оборудования xDSL с линейным кодом ТС-РАМ..66
2.6. Компенсация влияния перекрестных помех в оборудовании с линейным кодом ТС-РАМ 72
2.7. Расчет эффективности экранирования цифровых сетей доступа технологии xDSL от внешних и взаимных электромагнитных помех 78
2.8. Выводы 82
3. Расчет электромагнитной совместимости сетей xDSL .85
3.1. Постановка задачи исследования 85
3.2. Расчет ЭМС при уплотнении xDSL с кодом HDB-3 86
3.3..РасчетЭМСприуплотнениихВ8Ьскодом2В1С) 94
3.4. Расчет ЭМС при уплотнении xDSL с кодом САР и ТС-РАМ 97
3.5. Расчет нестабильности электротехнических характеристик кабельных линий xDSL 99
3.6. Расчет протяженности линий сети xDSL с учетом обеспечения ЭМС... 103
3.7. Выводы 107
4. Методика выбора кабельных пар для xDSL по критерию элекртомагнитной совместимости 110
4.1. Постановка задачи исследования 110
4.2. Тестирование кабельной сети для развертывания технологии xDSL ...l13
4.3. Метод поиска кабельных пар для xDSL 120
4.4. Автоматический отбор пар для xDSL 123
4.5. Основные положения техники безопасности на линиях сети xDSL 129
4.5.1. Требования к устройствам электропитания 129
4.5.2. Требования безопасности 131
4.5.3. Заземление экранов кабелей на сети абонентского доступа 132
4.5.4. Мероприятия по охране труда при эксплуатации оборудования xDSL 132
4.5.5. Требования безопасности при работе на линии 133
4.6. Выводы 134
Заключение 137
Список используемых источников 140
Приложение 1 150
Приложение 2 160
- Анализ оборудования цифровых сетей доступа технологии xDSL
- Анализ путей взаимных влияний между цепями в линиях xDSL
- Расчет ЭМС при уплотнении xDSL с кодом HDB-3
- Тестирование кабельной сети для развертывания технологии xDSL
Введение к работе
Стремительное развитие рыночных отношений в нашей стране привело к бурному росту числа предприятий различных форм собственности, что в свою очередь повлекло за собой взлет российского рынка средств связи, а значит и к интенсивному росту числа новых абонентов. Как правило, современные абоненты нуждаются не только в телефонной связи, но и в подключении к электронной почте, получении видеоконференцсвязи, доступе к Интернет и всевозможным базам данных.
Неуклонный рост объемов информационных потоков, а также необходимость в организации удаленного доступа к корпоративным сетям, породили острую потребность в создании недорогих технологий цифровой высокоскоростной передачи данных по абонентской телефонной линии связи.
К числу таких, наиболее интенсивно развивающихся цифровых технологий, позволяющих значительно увеличить скорость передачи данных, без необходимости модернизации абонентских телефонных линий, относятся технологии объединенные общим названием xDSL (Digital Subscriber Line -цифровая абонентская линия), где х - символ, обозначающий конкретный тип технологий высокоскоростных цифровых абонентских линий DSL.
В условиях постоянной нехватки средств для прокладки новых волоконно-оптических и медных кабелей технологии xDSL предлагают реальный и экономичный способ значительного наращивания возможностей существующих абонентских линий. Они позволяют значительно расширить пропускную способность абонентской линии местной телефонной сети путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и цифровой обработки сигнала.
Применение технологий xDSL для высокоскоростного доступа к услугам сети особенно примечательно тем, что эти технологии используют в качестве среды передачи существующую кабельную инфрастуктуру местных
телефонных сетей. Это позволяет провайдерам услуг не только экономить значительные средства, но и более быстро создавать для своих абонентов большое количество новых служб передачи данных.
Кроме того, учитывая, что технологии xDSL работают по стандартным абонентским линиям, они имеют решающее значение для расширения пропускной способности в самом «узком» месте - «последней миле» существующей абонентской телефонной сети.
Однако, по мере интенсивного внедрения технологий xDSL на уже существующих абонентских телефонных линиях все более остро встают проблемы связанные с электромагнитной совместимости (ЭМС) различного DSL-оборудования работающего в одном кабеле, возникающие как на этапе его проектирования, так и на этапе его эксплуатации.
При проектировании DSL-сети для правильного выбора технологии и оценки ЭМС необходимо, прежде всего, определить «соседей» планируемой DSL-линии на каждом из участков кабеля, выяснить энергетические спектры их работы в каждом из направлений, затем рассчитать взаимовлияние и, таким образом, определить требуемый тип аппаратуры.
Как показывает практика устойчивость работы, ЭМС и дальность действия оборудования xDSL зависит: во-первых, от типа линейного кодирования, определяющего спектральный состав сигнала и его информационную насыщенность; во-вторых, от параметров кабеля - его типа, определяющего частотные характеристики, диаметра жилы, от которого зависит активное сопротивление и т.д.; в-третьих, от шумовой обстановки.
Важнейшим параметром, оказывающим ключевое влияние на ЭМС, качество работы и дальность передачи DSL-тракта - является шум. Существуют различные типы шумов. Одна часть шумов зависит от так называемых внутренних наводок. Главное влияние здесь оказывают наводки с соседних пар на ближнем и дальнем концах абонентской телефонной линии. Чем больше аппаратуры работает на соседних парах, и чем ниже перекрестное затухание в кабеле, тем сильнее наводки.
Другая часть шумов (импульсный, радиочастотный и т.д.) зависит от воздействия на сам кабель различных радиопередающих устройств, силовых установок, мощного электротехнического оборудования и многих других мешающих факторов.
Таким образом, рассматривать вопросы ЭМС при внедрении оборудования технологий xDSL надо комплексно, как с учетом взаимных влияний между цепями xDSL, так и с учетом внешних электромагнитных воздействий, как на сам кабель, так и на оборудование DSL.
Именно комплексный подход способен решить проблемы по обеспечению электромагнитной совместимости цифровых сетей доступа построенных по технологии xDSL.
Фундаментальные исследования в области разработки теории передачи и взаимных влияний между цепями линий связи относятся еще к началу шестидесятых годов прошлого столетия [1...5]. Большую роль в их развитии сыграли такие отечественные ученые, как: В.Н. Кулешов, И.И. Гроднев, P.M. Лакерник, Б.Ф. Миллер, Е.А. Яковлев, М.Я. Каллер, Л.И. Мачерет, Д.Л. Шарле, К.Я. Сергейчук, В.А. Привезенцев, Л.И. Кранихфельд. Теория экранирования кабельных цепей связи подробно изложена в работах таких ученых как В.О. Шварцмам, А.Ю. Цым, А.Б. Цалиович и многие другие [6... 11].
В настоящее время неоценимую роль в области внедрения современных цифровых технологий на российском рынке связи, разработке теоретических и практических проблем построения цифровых сетей доступа играют ведущие специалисты Научно-технического центра НАТЕКС совместно с ЛОНИИС, институтом в области связи с многолетними научными традициями. Огромный вклад в эту работу внесли такие ученые и ведущие специалисты как Ю.А. Парфенов, Д.Г. Мирошников, В.Е. Власов, Л.И. Кайзер, О.М. Денисьева, Ю.А. Белов, Ю.С. Москаленко и многие другие [12... 18].
Однако, расширение области применения цифровых кабельных систем, новые цифровые технологии и оборудование, ставят на повестку дня задачу разработки методики расчета сетей доступа с позиции цифровой среды передачи информации, в условиях электромагнитной совместимости и
дачи информации, в условиях электромагнитной совместимости и защиты от интенсивных внешних электромагнитных воздействий.
В условиях интенсивного внедрения цифровых технологий современные сети доступа должны обеспечить не только оптимальные параметры при приеме и передачи в заданном диапазоне частот, но и необходимую величину защищенности как между цепями внутри кабеля, так и самих цепей кабеля от воздействия на них внешних электромагнитных помех [19...30].
Все это делают диссертационную работу весьма актуальной.
Представленная диссертационная работа выполнялась в соответствии с НИР ГОУ ВПО «МГУС» «Исследование цифровых методов обработки информации в информационно-технологических системах при разнообразных внешних воздействиях» ГРНТИ 49.37.29 РК 0120.0 501339.
Целью диссертационной работы является обеспечение электромагнитной совместимости электротехнического оборудования цифровых сетей технологии xDSL, путем уменьшения взаимных влияний между цепями кабельных линий, в условиях интенсивного воздействия внешних электромагнитных помех.
В соответствии с этим, были поставлены и решены следующие основные задачи работы;
Анализ принципов построения и классификации цифровых сетей технологии xDSL;
Разработка методики расчета взаимных влияний между цепями кабельных линий цифровых сетей xDSL;
Разработка методики расчета электромагнитной совместимости электротехнического оборудования цифровых сетей xDSL;
Разработка методики выбора кабельных пар цифровых сетей xDSL по критерию электромагнитной совместимости.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов теории цепей, математической теории поля и теории случайных процессов. Экспериментальные исследования выполнены мето-
дами физического моделирования в лабораторных и реальных эксплуатационных условиях.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Разработана методика расчета эффективности экранирования сетей xDSL от внешних и взаимных электромагнитных помех;
Разработана методика расчета нестабильности электротехнических характеристик кабельных линий xDSL;
Разработана методика расчета протяженности линий сети xDSL с учетом обеспечения электромагнитной совместимости.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Предложена методика, позволяющая осуществлять тестирование кабельной сети для развертывания технологии xDSL;
Предложена методика, позволяющая осуществлять поиск кабельных пар для цифровых сетей xDSL;
Предложены основные положения по техники безопасности на линиях сети xDSL.
На защиту выносятся:
Методика расчета взаимных влияний между цепями кабельных линий цифровых сетей xDSL;
Методика расчета электромагнитной совместимости цифровых сетей xDSL.
Личный вклад. Все основные научные результаты, изложенные в диссертационной работе и выносимые на защиту, получены автором лично.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в ООО «Группа СпецБизнесПроект», что подтверждается актом о внедрении. Результаты исследований использованы в курсе «Электронные информационные системы и организация каналов связи», а так же в дипломных проектах ГОУ ВПО «Московский государственный университет сервиса» (ГОУ ВПО «МГУС»), что подтверждается соответствующим актом о внедрении.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на 10-й Международной научно-практической конференции «Наука -сервису» (Москва, 2005 г.);
на 7-й Межвузовской научно-технической конференции «Современные средства управления бытовой техникой» (Москва, 2006 г.);
на 2-й Межвузовской научно-технической конференции «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем» (Москва, 2006 г.);
на 11-й Международной научно-технической конференции «Наука -сервису» (Москва, 2006 г.);
на 8-й Межвузовской научно-технической конференции «Современные средства управления бытовой техникой» (Москва, 2007 г.);
на совместном заседании кафедр «Электроника и электронные информационные системы» и «Информатика и компьютерный сервис» ГОУ ВПО «МГУС» (Москва, 2007 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы, включающего 106 наименований. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка и 35 таблиц. В двух приложениях объемом 14 страниц содержатся материалы отражающие технические характеристики HDSL- и SDSL-оборудования и устройств ADSL, RADSL, IDSL, а так же материалы внедрения результатов диссертационной работы.
В первой главе осуществлен анализ и классификация технологии xDSL, а так же оборудования цифровых сетей доступа. Проанализированы технологии кодирования цифровых сетей доступа xDSL. Осуществлен анализ электромагнитной совместимости цепей передачи дискретных и аналоговых
сигналов кабельных линий. Проанализированы международные стандарты параметров качества каналов ЦСП. Проведен анализ требований к электротехническим характеристикам строительных длин кабелей ЦСП. Осуществлена постановка задачи исследования.
Во второй главе осуществлен расчет взаимных влияний между цепями кабельных линий технологии xDSL. Рассмотрены параметры и пути взаимных влияний между цепями в линиях xDSL. Произведен расчет достоверности передачи в кодах xDSL. Осуществлен структурный синтез оборудования xDSL с линейным кодом ТС-РАМ. Рассмотрены методы компенсации влияния перекрестных помех в оборудовании с линейным кодом ТС-РАМ. Осуществлен расчет эффективности экранирования цифровых сетей доступа технологии xDSL от внешних и взаимных электромагнитных помех.
В третьей главе осуществлен расчет электромагнитной совместимости сетей xDSL. Проведен расчет ЭМС при уплотнении xDSL с кодами HDB-3, 2B1Q, САР и ТС-РАМ. Осуществлен расчет стабильности электротехнических характеристик кабельных сетей xDSL, а так же их протяженности с учетом обеспечения ЭМС.
В четвертой главе рассмотрена методика выбора кабельных пар для сетей xDSL по критерию ЭМС. Рассмотрены и проанализированы методы тестирования кабельной сети для развертывания технологии xDSL. Рассмотрены методы поиска и автоматического отбора пар для xDSL. Рассмотрены основные положения техники безопасности на линиях сети xDSL.
В заключительном разделе диссертации приведены основные результаты выполненной работы.
В приложении содержатся материалы, отражающие технические характеристики HDSL- и SDSL-оборудования и устройств ADSL, RADSL, IDSL, а так же материалы внедрения результатов диссертационной работы.
Анализ оборудования цифровых сетей доступа технологии xDSL
Восемнадцатого июня 2003 года Государственной Думой был принят новый Федеральный закон «О связи» [31], явившийся правовой и юридической базой развития единой сети электросвязи (ЕСЭ) современной Росси.
Назначение ЕСЭ является удовлетворение потребностей населения, органов государственной власти и управления, обороны, безопасности, охраны правопорядка, а так же хозяйствующих субъектов в услугах электросвязи [32...34]. ЕСЭ объединяет множество сетей, различающихся по назначению, типам, характеристикам и размерам. Согласно статье 12 Федерального закона «О связи» ЕСЭ состоит из следующих категорий: сеть связи общего пользования; выделенные сети связи; технологические сети связи; сети специального назначения.
В настоящее время развитие ЕСЭ осуществляется на базе Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации (ВСС РФ), обеспечивающей предоставление услуг электросвязи пользователям на территории России [35...37]. Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации - это комплекс технологически сопряженных сетей электросвязи, на территории Российской Федерации, обеспеченный общим централизованным управлением, независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности на средства связи и организационно-правовой формы операторов сетей.
Заметим, что в ВСС РФ не входят внутрипроизводственные, технологические и выделенные сети. Она является иерархической системой и включает в себя три уровня. Первый уровень - это первичные сети, второй уровень - вторичные сети, третий уровень образуют системы (службы) электросвязи определенного типа в зависимости от вида предоставляемых абонентам услуг электросвязи. В настоящее время трехуровневое представление первичной сети общего пользования все чаще заменяется двухуровневым: транспортной сетью и сетью доступа (абонентскую сеть). Составной частью абонентской сети доступа являются абонентские линии (АЛ). Это один из самых дорогостоящих элементов системы связи, который используется наименее эффективно. Повысить эффективность уже существующей абонентской сети позволяет установка на ней оборудования технологии xDSL [38.. .47]. РИСУНОК 1.1 - Организация высокоскоростного доступа в сеть Интернет на базе xDSL xDSL включает в себя целый набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию, которые различаются по расстоянию, на которое передается сигнал, скорости передачи данных, а также по разнице в скоростях передачи «нисходящего» (от сети к пользователю) и «восходящего» (от пользователя в сеть) потока данных [48...57]. Технология xDSL классифицируется [58]: - по отдельным средам передачи: радиопередача, оптоволокно, линии электропередач (ЛЭП), медные линии; - по способу передачи: симплекс, дуплекс, полудуплекс; При дуплексной передаче различают: симметричные xDSL (SDSL -Single Pair Symmetrical Digital Subscriber Loop, Symmetric DSL - симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, работающая по одной паре); асимметричные xDSL (ADSL - Asymmetric DSL - асимметричная цифровая абонентская линия).
Симметричные технологий xDSL (SDSL) различают по числу пар используемых проводов. При использовании 3-х пар проводов применяют технологию HDSL (High-bit-rale Digital Subscriber Loop - высокоскоростная цифровая абонентская линия) со скоростью передачи 784 кбит/с, нормированную в ETSI (European Telecommunications Standards Institute - Европейский институт стандартизации электросвязи). При использовании 2-х пар проводов применяют технологию HDSL, нормированную в ETSI и ANSI (American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов). При использовании одной пары проводов применяют не нормированную технологию SDSL/SP-DSL [59].
Технологии HDSL позволяют организовать передачу данных с различными скоростями передачи. Скорости передачи в процессе работы могут оставаться постоянными или изменяться. В зависимости от технического использования возможна ручная или автоматическая установка оптимального значения скорости.
Технологии HDSL применяют на существующих электрических кабелях с медными жилами для симметричной дуплексной безрегенерационной передачи цифровых потоков на большие расстояния в частном и деловом секторах. В технологии HDSL используются различные типы линейных кодов. Классификация симметричных технологий xDSL приведена на рисунке Асимметричные технологии xDSL. Если первоначально развитие симметричных технологий xDSL, в основном, было ориентировано на потребности делового сектора, то асимметричные технологии xDSL были предназначены для частного сектора. Такой подход определил существенную разницу в требованиях к ним. В частном секторе было необходимо, чтобы уже существующая телефонная служба продолжала работать и при переходе на ADSL [60]. Иначе говоря, помимо телефонной службы требовалось обеспечить и передачу данных. С целью разделения речевых сигналов и сигналов передачи данных были введены частотные разветвительные фильтры (раз-ветвители - сплиттеры).
Схема построения сетей с использованием асимметричных технологий xDSL представлена на рисунке 1.3 [54], где ТФОП - телефонная сеть общего пользования; QAM - квадратурно-амплитудная модуляция; САР - амплитудно-фазовая модуляция без передачи несущей; DMT - дискретная многочастотная модуляция.
Анализ путей взаимных влияний между цепями в линиях xDSL
В последнее время бурными темпами на российском рынке начало развиваться оборудование xDSL с линейным кодом ТС-РАМ, выбранным ITU в качестве единого международного стандарта для симметричной высокоскоростной передачи данных по одной медной паре [91...93].
Основой для работы данного оборудования была принята система передачи, использующая 16-уровневую модуляцию РАМ (Pulse Amplitude Modulation). Выбранный способ модуляции РАМ-16 обеспечивает передачу трех бит полезной информации и дополнительного бита (кодирование для защиты от ошибок) в одном символе. Сама по себе модуляция РАМ не несет в себе ничего нового. Хорошо известная 2B1Q - это тоже модуляция РАМ, но четырехуровневая. Использование решетчатых (Trellis) кодов, которые за счет введения избыточности передаваемых данных позволили снизить вероятность ошибок, дало выигрыш в 5 дБ. Результирующая система получила название ТС-РАМ (Trellis coded РАМ). При декодировании в приемнике используется весьма эффективный алгоритм Витерби (Viterbi). Дополнительный выигрыш получен за счет применения прекодирования Томлинсона (Tomlinson) - искажении сигнала в передатчике на основе знания импульсной характеристики канала. Суммарный выигрыш за счет использования такой достаточно сложной технологии кодирования сигнала составляет до 30% по сравнению с ранее используемыми xDSL системами.
Осуществим структурный синтез этого оборудования, основываясь на исследования, проведенные специалистами НТЦ НАТЕКС [91].
Как известно, особенности передачи данных по абонентским линиям определяются свойствами канала передачи, который является дисперсным, с сильно выраженной частотной зависимостью затухания на высоких частотах, причем затухание в канале пропорционально длине линии. Основными проблемами, возникающими при передаче данных по цифровым абонентским линиям, являются: межсимвольная интерференция, обусловленная дисперсностью канала; шумы, из которых можно выделить аддитивный «белый» га-уссовский шум и частотно-зависимый шум, возникающий из-за переходных помех, вызванных работой других систем ПД, установленных в соседних парах того же кабеля.
Самая общая модель системы передачи данных состоит из передающего устройства, канала передачи и приемного устройства. Принимаемый сигнал можно представить как: где xk - отсчет передаваемого сигнала в момент kT; h(t) - импульсная характеристика канала; to - параметр, учитывающий задержку в канале и фазу дискретизации; n0(t) - шум в канале; xkh(to) - информационный сигнал.
На сигнал xkh(t0) накладываются взвешенные сигналы от соседних отсчетов Xj, что и определяет межсимвольную интерференцию. Заметим, что если h(to+jT) = 0, то она отсутствует. Данному условию отвечает семейство фильтров с частотной характеристикой в области среза в виде «приподнятого косинуса», импульсная характеристика которых пересекает нулевой уровень в точках, отстоящих друг от друга на величину Т, кроме отсчета при t = t0. Фильтры, ограничивающие спектр в передающем и приемном устройствах, в области среза соответствуют частотным характеристикам «приподнятого косинуса - квадратичного».
Для исключения межсимвольной интерференции в сигнале на выходе дисперсного канала в приемное устройство включается компенсатор или линейный эквалайзер, представляющий собой трансверсальный фильтр с (N -1) элементами задержки. Импульсная характеристика компенсатора такова, что взвешенная сумма (N - 1) отсчетов входного сигнала из канала равна нулю, то есть передаточная функция компенсатора C(z) отвечает условию: Компенсатор имеет в этом случае обратную передаточную функцию по отношению к каналу передачи, что означает значительный рост шумов в верхней части полосы пропускания линейного эквалайзера.
Значительное улучшение характеристик приемного устройства по сравнению с линейным эквалайзером при незначительном аппаратном усложнении достигается в результате использования компенсатора с решающей обратной связью DFE (decision feedback equalizer) [91]. Его функция состоит в передачи по цепи обратной связи взвешенной суммы предыдущих решений для исключения межсимвольной интерференции, возникающей в текущем интервале передачи сигналов.
Преимущество DFE при оптимальных схемах построения передающего и приемного устройств заключается в следующем. Во-первых, дискретный шум, приведенный ко входу решающего устройства DFE, является белым независимо от используемого критерия оптимизации минимума среднего квадрата ошибки при условии «нулевых помех», без ограничений или минимума вероятности ошибки. Во-вторых, DFE обеспечивает отношение сигнал/шум, требуемое для передачи на скорости Шеннона, независимо от частотной характеристики канала. Структурная схема приемного устройства с DFE представлена на рисунке 2.9 [91].
Расчет ЭМС при уплотнении xDSL с кодом HDB-3
В последнее время отмечена тенденция применения в оборудовании цифрового уплотнения линий кода САР и ТС-РАМ. При разработке норм на ЭМС цепей в кабельных линиях принята концепция многоуровневой системы передачи [96]. Приоритетным направлением определения условий ЭМС принят экспериментальный подход. В основу положены требования достоверности передачи, сформулированные в [17]. Экспериментально установлено, что для оборудования, использующего САР-модуляцию, для передачи цифрового потока со скоростью 2 Мбит/с защищенность аз (сигнал/помеха) должна быть не менее 27,4 дБ [16]. При запасе устойчивости 4,6 дБ, учитывающей нестабильность электрических характеристик линий, за расчетную величину принимаем защищенности а3 = 32 дБ. Для кода ТС-РАМ, при скорости передачи 2 Мбит/с, величина переходного затухания на ближнем конце, определяется как: при этом нормирование Ао осуществляется на частоте 180 кГц. Для кода САР-128 величина переходного затухания на ближнем конце, обеспечивающая заданную достоверность передачи, определяется выражением: Рабочая частота нормирования рассчитывается в соответствии с частотным спектром линейного сигнала - 160 кГц. На рисунке 3.11 представлены зависимости нормированных (предельных) значений параметров влияния А0 и А3 между цепями xDSL на линиях абонентского доступа для оборудования, использующего код САР-128. Электрические параметры кабелей связи, проложенных в грунте или телефонной канализации, не остаются постоянными. Они изменяются с течением времени [97...99]. Основными факторами, воздействующими на подземный кабель при нормальной эксплуатации, являются многократное изменение температуры и влажность среды, окружающей кабель. При резких колебаниях континентального климата температура на глубине прокладки кабеля может изменяться в широких пределах. В Европейской части России годовой перепад температур доходит до 20...25С, в среднеазиатских республиках до 30С. Таким образом, в ряде районов подземный кабель может подвергаться многократным замораживаниям и оттаиваниям. В зависимости от местности подземный кабель может находиться в различных условиях влажности. Практически, не исключена возможность его длительного пребывания, как в воде, так и в сухой почве. Другим фактором, влияющим на параметры кабеля, является вибрация. Кабели, уложенные на глубину 0,8...1,2 м от поверхности земли, в местах пересечения дорог при интенсивном движении наземного транспорта будут испытывать от вибрации значительное напряжение. Последнее может вызвать повреждение оболочки кабеля или смещение жил кабельного сердечника и тем самым изменить параметры передачи и влияния. На стабильность электрических характеристик оказывает влияние температура почвы. Рассмотрим зависимость параметров передачи и влияние от механического воздействия на кабель. Затухание кабельной цепи является одним из основных параметров, определяющим качество работы линии. На высоких частотах изменение коэффициента затухания в зависимости от изменения первичных параметров, активного сопротивления R, индуктивности L, емкости С и проводимости G, может быть определено выражением:
Тестирование кабельной сети для развертывания технологии xDSL
Широкое применение технологий xDSL выдвинуло проблему ЭМС на первый план и заставило кардинально изменить отношение к кабельным линиям, особенно абонентского доступа. Кабели для этих линий, кроссовое оборудование, распределительные шкафы и коробки - все это изначально разрабатывалось, производилось и эксплуатировалось как низкочастотное оборудование. При этом особых проблем с электромагнитной совместимостью не возникало, так как гарантированная техническими условиями величина переходного затухания между цепями кабеля на ближнем конце А0 - 70 дБ на частоте 1 кГц обеспечивала отсутствие переходных помех. В настоящее время, когда стоит вопрос о цифровом уплотнении кабельных линий, то есть о передаче по ним широкого спектра частот, эта величина, записанная в технических условиях на самый распространенный, на местных сетях связи кабель ТПП, является катастрофически низкой [100]. Заметим, что на подавляющем числе комбинаций цепей реальные значения А0 значительно выше и составляют, в среднем, 90 дБ и более. По своему техническому состоянию кабельную сеть абонентского доступа можно условно поделить на три группы: - линии, полностью удовлетворяющие всем нормам отраслевых стандартов по электрическим характеристикам (как правило, это новые линии); - линии, в основном, соответствующие нормам, но имеющие некоторые отклонения по сопротивлению изоляции (до десятков МОм) и повышенную асимметрию (до 1 - 2 % от сопротивления шлейфа, при норме в 0,5 %); - линии со значительно заниженным сопротивлением изоляции, большой асимметрией, с «разбитыми» парами (как правило, такие линии имеют резко заниженные характеристики взаимных влияний, это замокшие кабели, находящиеся в аварийном состоянии и требующие капитального ремонта). Только первые две группы линий могут быть использованы для какого-либо высокочастотного уплотнения.
Проведенные ЛОНИИС и НТЦ НАТЕКС исследования совместной работы в одном кабеле различных цифровых систем показали [100], что взаимными влияниями между низкочастотными и уплотненными цепями можно пренебречь, поскольку они очень незначительны благодаря высоким значениями А0 в низкочастотном диапазоне. Существенные влияния друг на друга оказывают уплотненные цепи, поэтому при увеличении числа систем особенно на линиях максимальной и приближающейся к ней протяженности возникают существенные проблемы в области ЭМС. Задача наших исследований - поиск наиболее оптимальных вариантов их размещения.
Существующая практика оценки пригодности цепей для цифрового уплотнения с помощью широко распространенных анализаторов (например, LT 2000, ALT 2000, Cable Shark и др.) основана на тестировании отдельной пары по основным параметрам постоянного тока, затухания цепи и шумовым характеристикам. На основании этих измерений дается заключение: пригодна цепь для уплотнения или нет.
Как правило, эти выводы имеют сиюминутное значение, так как совершенно не учитывают тот факт, что шумовая обстановка может в любой момент кардинально измениться, стоит только по соседней цепи десятипар-ной группы включить цифровую или аналоговую систему передачи. Дело в том, что основу конструкции кабелей такого типа составляют десятипарные элементарные пучки, внутри которых и происходят основные электромагнитные влияния. Межпучковые влияния гораздо менее значительны.
Несколько систем в десятипарном пучке, работающих по произвольно выбранным парам, могут создать невыносимую электромагнитную обстановку, которая не позволит ни одной системе работать с надлежащим качеством.
Суть проблемы ЭМС состоит в следующем. Как известно, все современные цифровые системы абонентского уплотнения работают в двухпроводном одно-кабельном режиме. При этом передатчики (высокий уровень сигнала) и приемники (низкий уровень сигнала) разных систем расположены на одной стороне линии. Таким образом, главным параметром, определяющим возможность цифровой связи, по критерию ЭМС, является переходное затухание между цепями кабеля на «ближнем конце» - А0.
Как известно, у абонентской линии «ближних концов» два - абонентская и станционная сторона. Для ответа на вопрос какова же наиболее простая и эффективная методика отбора цепей и где ее производить, необходимо вспомнить о наиболее слабом звене абонентской линии, которая состоит из магистрального участка АТС-РШ (от автоматической телефонной станции (АТС) до распределительного шкафа (РШ)) и распределительного РШ-РК (от распределительного шкафа до распределительной коробки (РК)).
Магистральный участок абонентской линии содержится под воздушным давлением и подвергается профилактической проверке. Распределительный же участок, как правило, находится в более тяжелом качественном состоянии. Кроме того, к распределительной коробке всегда подходит деся-типарный кабель, а параметры влияния в этих кабелях из-за близости экрана и повышенной емкостной асимметрии всегда хуже, чем в десятипарных пучках многопарного кабеля. Таким образом, необходимо осуществить оценку состояния абонентской кабельной линии, выходящей из РК, как ее наиболее уязвимого звена.
Кроме этого, десятка из распределительной коробки, пройдя через распределительный шкаф, на кросс станции попадает не такой же компактной группой, а рассредоточенными парами по одной или несколькими грозозащитным полосам. Поэтому оценка линии из распределительной коробки представляется нам технически оправданной и едва ли не единственно осуществимой.
Таким образом, единственный способ наиболее рационально использовать кабельную абонентскую сеть для цифрового уплотнения, по критерию ЭМС, это осуществить отбор такой максимальной группы пар, для которых А0 в любых комбинациях между собой, будет не ниже расчетной величины на частоте нормирования данной системы уплотнения. При этом остальные пары должны применяться только для низкочастотного использования.
Рассмотрим и проанализируем оптимальный, по критерию ЭМС, метод поиска кабельных пар для xDSL, предварительно рассмотрев методы тестирования кабельной сети для развертывания технологии xDSL.
Необходимо отметить, что применение оборудования сети абонентского доступа на линиях местной связи требует особого внимания к технике безопасности в процессе его настройки и эксплуатации. Поэтому рассмотрим и проанализируем основные требования к устройствам электропитания, а так же основные положения по охране труда при эксплуатации линейных сооружений, оборудованных системами цифрового уплотнения семейства xDSL.
