Содержание к диссертации
Введение
Задачи измерений при создании и эксплуатации сетей широкополосного доступа 11
Нормирование цифровых линий сетей широкополосного доступа 12
Помехозащищенность цифровых линий сетей широкополосного доступа 18
Испытания оконечного оборудования цифровых линий 19
Контроль при производстве «цифрового» кабеля связи 21
Контроль линий сетей доступа 25
Выводы 29
Математические модели цифровых абонентских линий 31
Математическая модель двухпроводной линии связи 32
Математическая модель влияния переходных помех 37
Математическая модель приемопередатчиков ADSL 50
1 Интерференционные помехи ADSL 57
2 Помехи, вносимые отражениями от неоднородностей линии 77
3 Собственные помехи приемника ADSL 82
4 Ограничение спектра формируемого сигнала ADSL 87
Математическая модель приемопередатчиков SHDSL 91
1 Ограничение спектра формируемого сигнала SHDSL 97
2 Собственные помехи приемника SHDSL 97 Выводы 99 Нормирование цифровых абонентских линий 103 Нормирование составляющих ЛКС 103
1 Нормирование кабелей как заводской продукции 104
2 Нормирование оконечного оборудования ЛКС 109
3 Нормы переходных влияний в сети ШПД 110
Нормирование SHDSL 112
Нормирование ADSL 120
Нормирование спектра и уровня помех 129
Нормирование затухания асимметрии 136
Нормирование затухания отражения 141
7 Нормирование группового времени прохождения 142
8 Выводы 142
Измерительные сигналы 144
1 Гармонический измерительный сигнал 145
2 Псевдослучайный измерительный сигнал 148
3 Многочастотный измерительный сигнал 153
4 Выводы 161
Заключение 164
Список литературы
- Помехозащищенность цифровых линий сетей широкополосного доступа
- Контроль при производстве «цифрового» кабеля связи
- Математическая модель приемопередатчиков ADSL
- Псевдослучайный измерительный сигнал
Введение к работе
Актуальность работы. Наличие доступа к информации всегда являлось привилегией господствующего класса, что в значительной степени определяло его превосходство. Отличительной чертой настоящего времени является возможность доступа к информации для каждого члена человеческого сообщества, что составляет одно из условий как технологического, так и общественного прогресса.
Значительные информационные ресурсы оперативно доступны пользователю при условии, что последний подключен к сети Интернет, выход в который изначально (отчасти и по сей день) обеспечивался с применением телефонных сетей общего пользования путем их вторичного уплотнения. Автор гордится тем, что с начала 90-х годов, когда компьютерные сети корпоративного и общего пользования начали широко развиваться и в России, он, являясь сотрудником компании ООО «Аналитик-ТС» (зарегистрированная торговая марка AnCom), внес свой скромный вклад в этот процесс участием в разработке норм на электрические параметры каналов сети ТфОП [1]. Это стало возможным благодаря опыту, приобретенному автором при разработке семейства помехоустойчивых телефонных модемов AnCom ST [2], анализаторов телефонных каналов серии AnCom TDA-5 [3] и исследовании вопросов обеспечения измерений и нормирования телефонных каналов [102, 103, 104, 105, 106, 107].
Разработка норм была инициирована в первой половине 90-х годов Министерством связи, преследовавшим цель обеспечения конкурентоспособности услуг национальных операторов сети ТфОП на открывавшемся в то время для иностранных компаний телекоммуникационном рынке страны. Причем основное внимание уделялось качеству услуг документальной электросвязи, реализуемых с применением устройств передачи данных — модемов [4].
Скорость доступа, обеспечиваемая посредством телефонного модема, росла с 1,2 кбит/с [5] в 1980 году до 33,6 кбит/с [6] в 1998 и остановилась на значении 56,0 кбит/с [7, 8] в 2000 году, полностью исчерпав скоростной потенциал каналов сети ТфОП [107]. Тем не менее, как отмечалось в отчете [9], «установить нормы на каналы связи сети только исходя из требований обеспечения необходимого качества
телефонной и документальной электросвязи будет неверным. Необходимо учитывать реальные возможности каналов сети, которая создавалась на протяжении нескольких десятилетий на базе технических средств, при разработке которых даже не ставились задачи обеспечения современных требований телефонной и, тем более, документальной электросвязи. Таким образом, процесс нормирования сводится к поиску разумного компромисса между требованиями к сети, обеспечивающими приемлемое качество телефонной и документальной электросвязи, и возможности сети обеспечить эти требования».
Указанный компромисс был достигнут созданием норм и технических требований к системе автоматизированных измерений нормированных параметров [10]. Такая система была разработана и, получив название АпСотПАИК [11], используется на сети с 1997 года по настоящее время. Впоследствии аналогичные нормы не без участия автора были приняты в 2000 году в Казахстане [12] и в 2006 году - в Белоруссии [13].
Таким образом, функционирование традиционной телефонной сети общего пользования с коммутацией каналов, было обеспечено нормативной базой, которая позволила определить требования к этой сети при ее использовании для предоставления услуг документальной электросвязи.
С середины 90-х годов дальнейшее развитие проводного доступа с использованием развитой инфраструктуры абонентских кабельных сетей продолжилось с применением цифровых абонентских линий различных типов, получивших собирательное наименование xDSL (х Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия х-типа), которые и обеспечили массовое развитие сетей широкополосного доступа (ШПД).
Революционное увеличение скорости доступа на два порядка во второй половине 90-х годов (8 Мбит/с посредством ADSL [14]) и еще на порядок к настоящему времени (до 100 Мбит/с - VDSL2 [15]) было обеспечено за счет расширения используемой полосы частот соответственно до 1,1 МГц и до 12 МГц и путем увеличения точности обработки сигнала, выражающемся в росте кратности модуляции с 8 до 15 бит на передаваемый символ.
Такой прогресс был обусловлен как ростом возможностей операционных средств, так и нормированием параметров линейно-кабельных сооружений (ЛКС), что вылилось в разработку ряда международных стандартов [16, 17, 18, 19, 20, 21], определяющих принципы нормирования цифровых линий, которые частично использованы в отечественных стандартах и правилах [22, 23, 24]. Однако даже совокупность указанных документов не может быть непосредственно применена ни оператором связи при выполнении работ по проектированию и строительству сетей доступа, ни разработчиком соответствующих средств измерений (СИ), чью сторону представляет автор, при создании спецификации такого СИ [112, 113, 114, 115].
В Белоруссии в 2006 году в кратчайшие сроки ГУП «Гипросвязь» (Минск) были разработаны требования к ЛКС, предназначенным для установки цифровых линий [25, 26, 27], однако эти документы не затрагивают вопросов обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) цифровых линий в сети ШПД на этапах ее проектирования, строительства, эксплуатации и развития.
ГП«ОНИИС» (Одесса) разработаны стандарты предприятия ОАО «Укртелеком» [28,29,30], регламентирующие среди прочих и вопросы обеспечения ЭМС линий в масштабе сети доступа [114].
В России нормативные документы, определяющие процесс цифрового уплотнения абонентских линий, были разработаны в ЛОНИИС (Санкт-Петербург) еще в середине 90-х годов [31, 32, 33], но эти нормы, к сожалению, не могут быть непосредственно использованы для проектирования и строительства сетей с использованием современных xDSL. Поэтому можно констатировать, что в настоящее время в России отсутствует развитая нормативная база по вопросам ЭМС xDSL в сетях ШПД.
По этой причине СИ, применяемые на сетях и поступающие от зарубежных фирм, используются вместе с теми методиками выполнения измерений (МВИ), которые разработаны их производителями, однако идеология нормирования и выполнения измерений практически скрыта от пользователя.
Таким образом, актуальность настоящей диссертационной работы обусловлена необходимостью создания системы норм, эффективного СИ
параметров и характеристик ЛКС сетей ШПД и МВИ, совокупно обеспечивающих устойчивое функционирование сети ШПД в соответствии со статьями 12, 21, 41 и 46 федерального закона «О связи» [34].
Целями работы являются обобщение имеющихся данных, обоснование выбора системы норм характеристик ЛКС сетей ШПД, формирование технических требований к соответствующим СИ, определение принципов функционирования таких СИ и составление МВИ, совместно обеспечивающих проведение контроля ЛКС при отсутствии негативных влияний со стороны СИ на функционирование работающих фрагментов сети ШПД.
Методы исследования. В работе использованы методы имитационного моделирования, теории передаточных функций, теории цифровой обработки сигналов, спектрального и корреляционного анализа. Все натурные эксперименты выполнены с использованием анализатора систем передачи и кабелей связи AnCom А-7. Все вычисления выполнены автором самостоятельно с использованием программных средств, созданных в процессе разработки указанного выше СИ.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
Разработаны математические модели линий ADSL и SHDSL, объединяющие алгоритмы формирования сигналов передатчика, запас помехозащищенности, скорость и условия передачи, характеризуемые длиной линии и характеристиками взаимовлияний.
На основе сформированной математической модели ADSL получены спектральные характеристики интерференционных помех ADSL, учитывающие, в том числе, влияние неоднородностей.
Основываясь на нормах и моделях переходных влияний, моделях цифровых линий и их скоростных характеристиках определены формулы для расчета предельно допустимой спектральной плотности мощности помех для SHDSL и для ADSL на станционном и абонентском окончаниях.
Обоснована возможность измерения параметров и характеристик ЛКС, применяемых для создания сетей ШПД-xDSL, с использованием
универсального многочастотного измерительного сигнала, позволяющего получить характеристики и во временной, и в частотной областях.
Личный вклад автора. Основные результаты, приведенные в диссертационной работе, включая программное обеспечение анализатора систем передачи и кабелей связи AnCom А-7 в части формирования и анализа измерительных сигналов [35], система норм ЛКС для ШПД-xDSL и МВИ [36, 37], реализуемые указанным анализатором, получены автором лично.
Практическая значимость диссертации.
Проанализированы нормативные документы, определяющие принципы построения и алгоритмы функционирования систем передачи xDSL и требования к ЛКС сетей ШПД.
Для цифровых линий ADSL и SHDSL сформулированы математические модели, включающие модели приемопередатчиков, передаточные характеристики и характеристики взаимных влияний.
Получены программные модели цифровых линий ADSL и SHDSL, пригодные для реализации средствами малопотребляющих контроллеров, встраиваемых в специализированное СИ.
Систематизированы требования, позволяющие указать спектральную плотность предельно допустимых помех на окончании пары в кабеле известных маркоразмера и длины, применяемой для установки приемопередатчиков цифровой линии известного типа в зависимости от требуемого запаса помехозащищенности и предельного количества цифровых линий в кабеле.
Обоснована возможность определения параметров и характеристик ЛКС в частотной области (рабочее затухание, импеданс, затухание отражения, переходное затухание) и временной (рефлектометр) области, применяемых для создания сетей ШПД-xDSL, с использованием многочастотного измерительного сигнала.
6. Вся совокупность полученных результатов использована автором при разработке программного обеспечения анализатора систем передачи и кабелей связи AnComA-7, серийно производимого компанией ООО «Аналитик-ТС» с 2003 года и применение которого в соответствии с МВИ, разработанной автором, определяет дисциплину инсталляции и обеспечивает квалифицированное принятие решения о необходимости проведения ремонтно-восстановительных работ на сети ШПД-xDSL. Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 10 статьях [108, 109, ПО, 111, 112, ИЗ, 114, 115, 116, 117], среди которых 4 личных.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались автором на 3 семинарах и конференциях [118, 119, 120].
Основные положения, выносимые на защиту:
Устойчивость функционирования сети ШПД-xDSL достигается разработкой системы норм, определяющих требования к ЛКС, используемым в сетях ШПД-xDSL.
Нормы условий ЭМС цифровых линий в сетях ШПД-xDSL учитывают как возможности приемопередатчиков цифровых линий, так и возможности, обеспечиваемые ЛКС.
Определение условий соответствия нормам выполняется средством измерений, способным оперативно обеспечивать проведение измерительных работ, эффективность которых определяется гибкостью возможностей диагностики состояния ЛКС и условий ЭМС цифровых линий ШПД, скоростью проведения измерений и разнообразием форм представления результатов измерений.
Для обеспечения эффективного функционирования средства измерений применяется универсальный измерительный сигнал, обеспечивающий измерения характеристик отражения, симметрии и передачи во временной и частотной областях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 13 приложений. Работа содержит 245 листов, в том числе 55 рисунков, 30 таблиц, 58 страниц приложений. Библиография включает 120 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность всем сотрудникам компании ООО «Аналитик-ТС», благодаря ежедневным усилиям которых была обеспечена сама возможность проведения данной работы.
Свою признательность автор свидетельствует д.т.н., профессору Хромому Б.П. и д.т.н. Парфенову Ю.А..
Помехозащищенность цифровых линий сетей широкополосного доступа
Для оператора электросвязи представляет интерес информация о фактических характеристиках помехозащищенности предполагаемых к применению приемопередатчиков. Выявление этих свойств возможно путем проведения
испытаний с применением соответствующих кабельных имитаторов, способных инструментально воспроизводить характеристики кабельных линий различной парной емкости, типа, диаметров жил, имитировать неоднородности и помехи от различных источников. Такие приборы, например, DLS 6200 [47] весьма дороги и, вероятно, по этой причине не нашли заметного распространения в России.
Тем не менее, оператор электросвязи сравнительно просто может организовать испытательный стенд на петлях реального кабеля. При этом возникает необходимость в источнике помех, использование которого позволило бы инструментально воспроизводить переходные помехи, и средстве измерений для контроля частотных характеристик передачи собранной кабельной конфигурации, частотных характеристик согласованности и защищенности.
Результаты испытаний ряда ADSL-устройств [110] позволили определить существенные различия в скорости установленного соединения и эффективной скорости передачи, несмотря на то, что установки DSLAM были идентичны для всех испытанных устройств, в частности, SNR Margin=6 dB. Результаты сравнительных испытаний свидетельствуют хотя бы о том, что между DSLAM и оконечными устройствами различных производителей не в полной мере выполняются все протокольные соглашения (см. рисунок 1.1).
Примечание - DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer. При испытаниях цифровых линий использована испытательная линия, выполненная с применением кабеля ТПх50х2хО,5 с длиной секций 1 км, и анализатор систем передачи и кабелей связи AnCom А-7, выполняющий функции формирования шума и анализа спектра. Шум формируется в полосе частот до 1024 кГц, уровень шума регулируется в диапазоне -70.. .5 дБм.
Приведенные данные демонстрируют некоторые особенности реализации различными производителями приемопередатчиков ADSL. Отраслевые требования [48] и программы сертификационных испытаний приемопередатчиков xDSL обычно ограничиваются контролем параметров линейных стыков (уровень сигнала, спектральная плотность мощности сигнала, затухание несогласованности, затухание асимметрии) и не предусматривают испытаний на помехозащищенность и помехоустойчивость. Таким образом, факт наличия сертификата не избавляет оператора связи и его клиентов от неисследованных неожиданностей поведения оконечного оборудования, что вынуждает операторов проводить собственные, дополнительные испытания.
В целях обеспечения проведения испытаний оконечного оборудования цифровых линий: xDSL-анализатор должен воспроизводить помехи, уровень и полоса частот которых задаются в необходимых диапазонах, а дискретность спектра не превосходит величины 4,3125 кГц.
Контроль при производстве «цифрового» кабеля связи
Кабель может быть охарактеризован как цифровой, если его характеристики нормированы в диапазоне частот предполагаемого использования по рабочему и переходному затуханию, защищенности от переходных помех и затуханию асимметрии [17]. На практике контроль кабеля как готовой продукции кабельного завода осуществляется путем измерения указанных параметров лишь на одной-двух фиксированных частотах, например, 250 или 550 кГц [49]. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) рабочего затухания, определяемые материалом изоляции жил и их диаметром сечения практически всегда имеют монотонный предсказуемый характер [50], поэтому контроль рабочего затухания на единственной выбранной частоте целесообразен.
Напротив, реальные частотные характеристики переходного затухания образцов кабельной продукции могут иметь существенно неравномерный характер. Так протекание приведенных на рисунке 1.2 АЧХ переходного затухания различных комбинаций согласованных пар свидетельствует о том, что неравномерность АЧХ переходного затухания между двумя парами превосходит 20 дБ, расположение экстремумов АЧХ непредсказуемо, а суммарный разброс совокупности АЧХ превышает 35 дБ.
Примечание - Подробно вопрос неравномерности АЧХ переходного затухания освещен во 2-й главе. Измерения частотных характеристик переходного затухания произведены двумя анализаторами AnCom А-7 (генераторный и измерительный), настроенных следующим образом: режим измерений «Автомат частоты», 2-х проводное подключение, уровень гармонического сигнала +10дБм, изменение частоты в диапазоне 25...975 кГц с шагом 25 кГц; сохранение результатов для последующего преобразования в формат Excel.
Возможная существенная неравномерность характеристики переходного затухания, практически определяет необходимость контроля кабельной продукции не на дискретных частотах, а в диапазоне частот предполагаемого использования.
Контроль при производстве «цифрового» кабеля связи
Обстоятельством, существенно ограничивающим контроль частотных характеристик переходного затухания, является необходимость проведения этих измерений на множестве значений частоты для множества комбинаций пар. Так для кабеля емкостью 100 пар количество сочетаний пар, подлежащих контролю по переходному затуханию, составит С,200 = :— = 4950.
Период возможной осцилляции АЧХ переходного затухания (см. рисунок 1.2) соизмерим с величиной, обратно пропорциональной длине суммарного пробега сигнала (то есть удвоенной строительной длине кабеля L), и прямо пропорционален скорости распространения волны в кабеле v. Учитывая то, что для корректной оценки размаха осцилляции АЧХ необходимо представление не менее 4 отсчетов на период осцилляции, период осцилляции АЧХ прямо пропорционален скорости распространения v (скорость распространения сигнала в кабеле со сплошной полиэтиленовой изоляцией жил [50] V«200KM/MC) и обратно пропорционален длине фактического пробега 2L сигнала (типовое значение строительной длины L « 0,8 км), то максимально допустимый шаг представления АЧХ переходного затухания должен определяться по (1.1). ( v Л 1 Г 200 max J 4\2L. v2x0,8y 30 кГц (1.1)
Так как диапазон частот современных цифровых линий (см. таблицы 1.1 и 1.2) составляет Fx «12000 кГц, то контроль переходного затухания необходимо производить не менее чем на 12000/31=387 частотах. И тогда суммарное количество точек, на которых должен быть осуществлен контроль, например, стопарного кабеля, составит 4950x387=1915650. Если предположить, что на проведение контроля кабеля выделяется 1 час, то при таком подходе измерение на одной частоте должно длиться не более 1,9 мс, что является весьма серьезным требованием к операционным возможностям средства измерений или вынуждает применять широкополосные измерительные сигналы.
В то же время анализ результатов измерений, проведенных на кабельных заводах, позволяет утверждать, что снижение переходного затухания часто является следствием «нарушения геометрии» пары (неравномерность наложения жильной изоляции, дефекты скрутки жил, неравномерность повива), что проявляется в уменьшении затухания асимметрии, частотная характеристика которого (см. рисунок 1.3) так же имеет неравномерный характер. Пары с пониженным затуханием асимметрии образуют комбинации с пониженным переходным затуханием, поэтому контроль асимметрии может быть использован заводским ОТК в дополнение к испытаниям кабелей по переходному затуханию на дискретных частотах.
Примечание - Частотные характеристики затухания асимметрии измерены при 3-х проводном подключении анализатора AnCom А-7 посредством многочастотного сигнала (МЧС) с уровнем 0 дБм, полосой частот 10...1020 кГц, представленной с шагом 10 кГц; результаты сохранены в формате Excel.
Изложенное в этом разделе позволяет конкретизировать постановку задачи измерения частотных характеристик кабелей связи (рабочее и переходное затухание, затухание асимметрии и несогласованности, импеданс): xDSL-анализатор должен измерять частотные характеристики с применением широкополосных измерительных сигналов, дискретность спектра не должна превышать величины 30 кГц.
Проект отраслевых требований к надежности систем связи [51] определяет понятие отказа как событие перехода объекта в неработоспособное состояние, характеризуемое тем, что значение хотя бы одного параметра, определяющего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и/или проектной документации. Требования к надежности должны быть отражены в договоре между заказчиком и поставщиком и выражены определением: технических характеристик средств или систем связи и обязательств и обязанностей поставщика и заказчика по обеспечению указанных характеристик средств или системы связи. Применительно к цифровым абонентским линиям оператор строит сеть, но, предоставляя пользователю определенный набор услуг, фактически предлагает ему линию с необходимой скоростью передачи. Следовательно, оператор должен сдавать пользователю линию, нормируя ее по скорости. А при определении норм скорости следует: иметь в виду условия ЭМС линий сети доступа, которые сложатся к моменту условного завершения развития сети, ограничить скорость снизу, лимитируя рабочее затухание и спектры помех сверху, а переходное затухание - снизу, и ограничить скорость сверху, учитывая запас по условиям ЭМС, необходимая начальная величина которого будет расходоваться в процессе роста и развития сети.
Описанные обстоятельства позволяют поставить следующие конкретные задачи, связанные с обеспечением эксплуатационной надежности сетей широкополосного абонентского доступа: изучение функционирования приемопередатчиков цифровых линий, характеристик их помехозащищенности, во многом определяющих эксплуатационную надежность сети доступа; разработка требований к кабелям связи как к продукции кабельных заводов (проверка кабеля производится при сертификации образцов и на приемосдаточных испытаниях каждой единицы продукции); разработка требований к оконечному оборудованию цифровых линий, обновление парка которого происходит весьма интенсивно (проверка оборудования должна производиться при его сертификации соответствующими государственными или корпоративными структурами);
Математическая модель приемопередатчиков ADSL
Для построения приемопередатчиков асимметричных линий (ADSL) используется метод передачи ортогональными гармоническими сигналами, получивший в зарубежной литературе и в том числе в рекомендациях ITU G.992.X [14, 40, 41,42, 43] название DMT (Discrete Multi Tone). Принцип организации передачи цифрового потока путем частотного мультиплексирования был предложен еще в 1957 году [69], однако операционные возможности электронной техники позволили впервые реализовать этот принцип в телефонных модемах лишь в 80-е годы (технологии PEP и TurboPEP). Как следует из [70] разработанная математическая модель метода передачи ортогональными гармоническими сигналами учитывала спектральное распределение аддитивных помех, частотные искажения сигнала в телефонном канале, дрожание фазы. Канальный интервал был выбран многократно ниже ширины располагаемой полосы частот телефонного канала (3100 Гц) и составлял AF=8000 Гц/1024=7,8125 Гц.
Математическая модель цифровых линий с использованием ортогональных гармонических сигналов сформулирована и проанализирована в [71]. Модель предполагает, что для определения скорости цифровой абонентской линии необходимо производить учет следующих обстоятельств.
Скорость передачи ADSL кратна шагу равному 32 кбит/с, ограничена возможностями приемопередатчиков и согласно п. 8.12.3.7 [41] определяется защищенностью принимаемого сигнала, измеренной в каждом г-м частотном канале DMT. RADSL = Е [1о& (1 + SNR(iAF) IASNR01ASNR)] {2Щ i=i0 Примечание - Квадратные скобки здесь и далее означают операцию взятия целой части результата.
При исчислении величин помехозащищенности и запасов помехозащищенности в децибелах формула приобретает следующий вид. RADSL = М%№\ + ІІГ» )] (2.20) /=/0 Здесь SNR(iAF) - фактическая канальная защищенность, ASNR - запас помехозащищенности, ASNR0 - запас «неидеальности приемника». Скорость может быть определена произведением скорости модуляции М на сумму канальных кратностей модуляции K(iAF). R SL Aff i&F) (2.21) І=і0 Кратность модуляции K(iAF) может быть представлена приближенной формулой (погрешность проведения вычислений по упрощенной формуле снижается при увеличении защищенности и не превышает 5% при SNR(iAF)-ASNR0-ASNR 9Rl , что соответствует значениям кратности модуляции K(iAF) 3). K(lAF) = ГІ02 (l + lQ(SNR(iAF)-ASNR 1 ASNR)nOy,;ii SNRQAF) - ASNRQ - ASNR С учетом возможностей приемопередатчиков K(iAF) Kmwi кратность модуляции должна удовлетворять условию (2.22). SNR(iAF) - ASNR0 - ASNR (2.22) K(iAF) = з [0 (zAF) Zmax Защищенность принимаемого сигнала на входе приемника определяется спектром помех N(iAF) и спектром полезного сигнала SQAF), который при известной частотной характеристике затухания линии T(/AF) задается спектром передатчика STx(iAF). NQAF) NQAF) к } Возможности передатчиков ограничены маской предельной спектральной плотности мощности (СПМ) S QAF) и максимальным суммарным уровнем Ртак передаваемого сигнала, а так же полосой частот FQ...FX, в которой формируются несущие на частотах f, = iAF , скоростью модуляции М , канальным интервалом AF (спектральным расстоянием между несущими).
Возможности приемников ограничены задаваемым запасом помехозащищенности ASNR и запасом «неидеальности приемника» ASNRQ .
Согласно п. 8.12.3.7 [41] ASNR0 обозначено как «SNRgap», то есть «промежуток защищенности» при формальном переводе; там же указано, что, величина «SNR gap» численно определена в [19] ASNRQ = 9,75 дБ для квадратурно-амплитудной модуляции при вероятности ошибки равной 10 7.
Примечание - Здесь уместно сделать следующее замечание, касающееся применяемой терминологии - см. таблицу 2.4. В соответствии со 2-й теоремой К. Шеннона, приведенной им в работе «Связь при наличии шума» и представленной в сборнике [72], «применяя достаточно сложную систему кодирования, можно передавать двоичные цифры со скоростью c = w\og2(P + N)/N со сколь угодно малой частотой ошибок»; здесь w - ширина полосы частот передачи, N - мощность белого шума, р - мощность сигнала. Далее К.Шеннон утверждает, что «можно вести передачу со скоростью с, уменьшая ошибки применением более сложного кодирования и введением более длительных задержек в передатчике и приемнике», то есть, совершенствуя приемопередатчики, можно приближать их свойства к пределу, определенному К. Шенноном для идеального приемопередатчика. Тогда, переписав формулу для кратности модуляции K = C/W = \og2(\ + P/N) = \og2(\+SNR), сопоставив ее с (2.20) и обособив величину запаса помехозащищенности ASNR как параметр настройки, можно определить наименование величины ASNRQ как «запас неидеальности» приемопередатчиков.
Псевдослучайный измерительный сигнал
Широкополосный ИС, исходя из изложенных выше ограничений в отношении техники его воспроизведения, должен иметь фиксированный период и обеспечивать измерение как во временной (рефлектометр), так и в частотной (характериограф) областях.
Псевдослучайная М-последовательность [92], на основе которой формируются отсчеты х(п) широкополосного псевдослучайного сигнала (ПСС) по (4.4) с учетом коэффициентов из таблицы 4.1, использована для построения рефлектометра с непрерывным уровнем мощности [35].
В работе [111], выполненной с участием автора, показано, что построение рефлектограммы может быть осуществлено с применением в качестве ИС вместо традиционного импульсного сигнала сигнала ПСС; при этом построение рефлектограммы обеспечивается использованием корреляционной функции AM Rxy(i) = Rxy(i±N) = Y,x(i)y(i-j) у=о (4.5) где x(i) - используемая для формирования ПСС последовательность, y(i) - ключевая последовательность, используемая для вычисления функции импульсного отклика.
Известен недостаток [92] корреляционной функции (4.5) нормированной М-последовательности (0, / = 0..JV-1, если в качестве ключевой последовательности используется та же последовательность y(i) = x(i). Недостаток состоит в том, что боковые лепестки корреляционной функции за счет небаланса положительных и отрицательных значений по (4.4) на нечетном периоде, имеют \N, / = 0 ненулевое значение ,(0 - (0 -\ л Применение модифицированного ключа, представляющего собой - см. (4.7) -разность исходной М-последовательности и циклически сдвинутой на величину половины периода М-последовательности, полностью устраняет ненулевой боковой лепесток, однако в виду того, что длина М-последовательности нечетна N = 2" -1 (п - целое) вынуждает формировать ПСС с повторением каждого отсчета дважды согласно (4.6). x(i) = x(n), х(г +1) = х(п), где i-2n, n = 0...N-\ (4.6) \i + N,i N y(i) = x(i)-x(k), і = 0...2 -2, k = \m дг. дг (4.7) [i-N,i N v J
Так как ключ у{І) согласно (4.4), (4.6), (4.7) принимает лишь одно из трех возможных значений {-2\0\+2}, то при выполнении свертки по (4.8) операции умножения на ключ могут быть заменены сложением и вычитанием отсчетов x(i), номера которых определяются заранее. Это весьма существенно сокращает необходимый ресурс быстродействия применяемых операционных средств и собственно обеспечивает реализуемость построения достаточно длинных рефлектограмм с применением встраиваемых контроллеров с ограниченным ввиду отсутствия встроенного процессора с плавающей запятой (Float Point Processor -FPP) энергопотреблением [93]. 2N-2 Rsy =Tx y(i-J) (4.8) /=0
В статье [111] представлены экспериментальные данные, показывающие, что при уровне ИС равном 0 дБм, что на 14...20 дБ ниже уровня рабочих сигналов приемопередатчиков цифровых линий (см. таблицы 2.4,2.8), обеспечивается возможность проведения рефлектометрических исследований кабелей связи без внесения помех в работу сети ШПД. Результаты, заимствованные из [111] и представленные в таблице 4.2, демонстрируют, что даже при работе с неисправным кабелем с пониженной до 30 дБ защищенностью от переходных помех (ср. с таблицей 3.9) имеют место следующие преимущества корреляционного рефлектометра: ПСС-рефлектометр не оказывает влияния на работу сети ШПД, так как защищенность сигналов ADSL от влияния рефлектометра составит 50 дБ, что согласно (2.22) с учетом данных таблицы 2.4 обеспечит работу ADSL с кратностью модуляции не менее 9; сеть ШПД не оказывает влияния на работу рефлектометра, так как помехозащищенность корреляционного рефлектометра такова, что его динамический диапазон составит 50 дБ при защищенности измерительного сигнала снизившейся до 10 дБ.
