Аппаратура для цифровизации магистральных линий связи

В 1999 г. «Вестник связи» уже знакомил читателей с аппаратурой MEGATRANS, предназначенной для цифровизации зоновых и местных линий связи и замены оборудования типа К-60. В I квартале 2001 г. Научно-технический центр НАТЕКС выпустил второе ее поколение — MEGATRANS-2, созданное на более современной элементной базе и с алгоритмом аналоговой обработки и коррекции сигнала (АОКС), позволяющем достичь большей длины регенерационного участка и отказаться от «ручной» настройки под каждый сегмент линии.

Идея создания оборудования MEGATRANS родилась около трех лет назад. Множество запросов от операторов как сетей общего пользования, так и ведомственных и технологических сетей, касались возможностей применения xDSL-технологий для цифровизации магистральных линий связи, оборудованных аналоговыми системами с частотным разделением каналов. В конце 1999 г. после полутора лет разработок была представлена первая версия аппаратуры. Она была создана с использованием стандартного DSL-оборудования, доработанного в линейной части. В то время НТЦ НАТЕКС еще не имел собственного ряда продуктов xDSL, поэтому провел разработку и отладку специфического оборудования системы MEGATRANS (линейная технология, система дистанционного питания), а затем DSL-блоки были переданы в производство зарубежной фирме, производящей массовые DSL-модемы.

Однако уже после первых инсталляций (в 1999 г. было сдано в эксплуатацию 5 линий с применением MEGATRANS) началась работа над вторым поколением аппаратуры. Ее целью было создание системы передачи операторского класса, предназначенной для цифровизации линий связи в транзитных сетях. Базовые требования к такой аппаратуре отличаются от тех, которые предъявляются к обычным модемам xDSL, применяемым, в основном, на сетях доступа. Новый MEGATRANS выполнен в полном соответствии с требованиями к магистральным системам передачи. Поэтому не случайно он сертифицирован для применения на всех участках ВСС России. Высочайшие требования к надежности и качеству магистральной аппаратуры повлекли за собой строгий отбор предприятий-субподрядчиков, занятых в производстве узлов и блоков системы. Это российские и зарубежные производственные предприятия, сертифицированные по ISO 9001 и имеющие многолетний опыт производства механических компонентов и электронных блоков для телекоммуникационных систем. Контроль качества, организуемый НТЦ НАТЕКС, соответствует ГОСТ Р ИСО 9001 и гарантирует 100-процентное выполнение не только международных стандартов, но и специфических требований ГОСТ и ОСТ России и стран СНГ.

Безусловно, массовые абонентские xDSL-модемы, производимые западными фирмами для «домашних» приложений и малого бизнеса, не могут использоваться для профессиональной аппаратуры систем передачи.

Поэтому для нового поколения систем MEGATRANS производятся xDSL-блоки, специально разработанные для профессиональных сетевых приложений. Также полностью переработан другой ключевой элемент системы — источник дистанционного питания RPSU. Он имеет встроенный микропроцессор и обеспечивает самодиагностику, алгоритм защитного отключения в полном соответствии с правилами электробезопасности, систему аварийной сигнализации. Блок питания выполнен в габаритах универсальной кассеты FlexGain и монтируется в общую кассету с DSL-модулями и платой высоковольтного интерфейса LIU системы MEGATRANS.

Чтобы яснее показать преимущества и отличия второго поколения оборудования MEGATRANS, мы опишем реальный проект, на котором технология MEGATRANS-2 прошла «закалку».

Новые технические решения впервые были применены на объектах ОАО «Связьтранснефть». Согласно техническому заданию с помощью системы передачи MEGATRANS планировалась организация цифрового тракта со скоростью 2 Мбит/с (полный поток Е1) на участке «Текстильщики» — ЦТД «ДИАСКАН», общей протяженностью около 140 км. Оборудование MEGATRANS должно было работать по двум свободным парам в кабелях типа МКСБ 4х4х1,2 в двухкабельной схеме включения, не оказывать влияния на действующие системы К-60, работающие по соседним парам, и размещаться в НУПах и ОУПах. При этом электропитание в НУПах должно осуществляться дистанционно по тем же парам, по которым ведется передача.

Cтроительство объекта включало три этапа. На первом проводились предпроектные исследования, в ходе которых были определены параметры кабельной линии, составлена спецификация необходимого оборудования и проведены измерения сегментов линии с помощью специального MEGATRANS-тестера. На рис. 1 показана схема включения оборудования MEGATRANS, а в табл. 1 — результаты измерения параметров кабельной линии.

Рис. 1. Схема включения оборудования MEGATRANS на участке «Текстильщики» — ЦТД «Диаскан»

Таблица 1
Таблица измерений параметров кабелей связи

Как видно из табл. 1, на четырех участках («Текстильщики» — НУП1/3, НУП1/3 — НУП5/2, НУП5/2 — «Бронницы», ОУП-К — НУП5/1) затухание на частоте 150 кГц превышает уровень 35 дБ. Это является пороговым значением для систем передачи MEGATRANS первого поколения (а также для новых систем версий S и M, не предусматривающих применение АОКС). Для определения возможности работы на этих участках стандартного оборудования были проведены дополнительные измерения с помощью специальной аппаратуры. Результаты показали, что на участке ОУП-К — НУП5/1 стандартное оборудование работоспособно, однако на трех других — нет.

НТЦ НАТЕКС предложил три способа решения проблемы:

• установка специальной версии оборудования (в то время это были одни из первых образцов новой системы) — MEGATRANS-2;
• установка по одному дополнительному регенератору (а, следовательно, строительство трех новых НУП) на «проблемных» участках;
• предоставление на «проблемных» участках двух дополнительных пар.

По технико-экономическим соображениям, заказчика могло удовлетворить только такое решение, которое не предусматривало бы строительство новых НУП или выделение дополнительных кабельных пар. Было решено применить оборудование MEGATRANS-2.

Необходимо отметить, что на большинстве магистральных линий, имеющих более двух сегментов (т.е. там, где применяется оборудование MEGATRANS версии L), есть хотя бы один участок, на котором кабельные параметры (в частности, затухание) не позволяют использовать MEGATRANS в стандартном исполнении. До появления MEGATRANS-2 НТЦ НАТЕКС предлагал в этих случаях снижать линейную скорость или устанавливать дополнительный регенератор. Для многих объектов такое решение было крайне неудобным — снижение скорости приводит к сокращению числа соединительных линий, а установка НУП сопряжена с кабельными и строительными работами, как правило, затрудненными или невозможными, например, из-за работы по тому же кабелю аналоговых систем.

На втором этапе строительства на основании данных, полученных при проведении предпроектных исследований, в ходе изготовления оборудования была проведена настройка параметров системы под каждый сегмент кабельной линии. Кроме того, для трех «проблемных» сегментов было изготовлено оборудование с уникальной схемой аналоговой обработки и коррекции сигнала, послужившей затем основой платы LIU-2 системы MEGATRANS-2L.

На третьем этапе оборудование было смонтировано, проведены пуско-наладочные работы. Согласно ТЗ требовалось обеспечить в тракте на скорости 2048 кбит/с коэффициент ошибок не хуже 10^-8. В ходе эксплуатационных и приемочных испытаний проводилось измерение параметров цифрового тракта, как встроенными средствами системы MEGATRANS, так и внешними приборами EDT-135, PF-140. Было подтверждено соответствие всех параметров цифрового тракта техническому заданию.

Параллельно цифровой системе передачи MEGATRANS на участке «Текстильщики» — ЦТД «ДИАСКАН» работают пять систем К-60П (спектр 12 — 252 кГц). На них уровни шумов соответствуют нормам.

В процессе штатной эксплуатации аппаратуры MEGATRANS было отмечено, что устойчивость его работы («запас прочности») превышает запас устойчивости систем К-60. Когда на одном из кабельных участков линейные параметры значительно ухудшились вследствие аварии и «замокания» кабеля, аналоговые системы отказали, а MEGATRANS продолжал работать.

Итак, благодаря новой технологии, примененной в системе MEGATRANS-2, удалось добиться надежной работы аппаратуры на сегменте с затуханием в 45 дБ. Каким образом? Главное отличие второго поколения оборудования MEGATRANS состоит в использовании аналоговой обработки и коррекции сигнала (АОКС). В приведенном примере алгоритм АОКС был реализован дополнительной платой АОКС. Однако, в последующих версиях оборудования (MEGATRANS-2L) схема АОКС интегрирована в новом модуле высоковольтного интерфейса LIU-2. Он устанавливается в оконечных точках и регенераторах и обеспечивает не только развязку по электропитанию, как в предыдущей версии, но и реализацию алгоритма АОКС.

Алгоритм АОКС разрабатывался инженерами НТЦ НАТЕКС в течение двух лет и является уникальным решением, рожденным «на стыке» аналоговой и цифровой обработки сигнала. Идея метода состоит в том, что с помощью сложной самонастраивающейся системы нелинейных усилителей (аналоговая обработка) удается восстановить принимаемый сигнал до того уровня, когда микропроцессор линейного модуля MEGATRANS способен отработать заложенный в него алгоритм цифровой обработки сигнала.

Вслед за кабельной линией схема и алгоритм АОКС были применены на объектах других операторов. В общей сложности, к февралю 2001 г. MEGATRANS с АОКС эксплуатируется в штатном режиме на кабельных трассах суммарной протяженностью более 3000 км. Полученный опыт, учтенный при разработке и запуске в производство системы MEGATRANS-2L, позволил сделать два вывода, важнейших для массового внедрения аппаратуры.

Во-первых, оборудование MEGATRANS с применением алгоритма АОКС (в настоящее время это аппаратура MEGATRANS-2L) способно работать на всех участках кабельных линий, где аппаратура К-60 обеспечивает ее нормальные эксплуатационные показатели. Таким образом, на 100 % решается задача цифровизации магистральных линий связи без проведения каких-либо кабельных работ.

Во-вторых, оборудование MEGATRANS с применением алгоритма АОКС не требует (как это было необходимо при использовании MEGATRANS предыдущего поколения) индивидуальной «ручной» настройки под каждый сегмент линии. При условии исправности кабельного хозяйства, система MEGATRANS-2L работает на всех сегментах кабельных линий на длинах, соответствующих участкам усиления К-60, без дополнительных настроек «на месте».

Помимо того, что новый MEGATRANS позволяет решить 100 % практических задач, т. е. значительно увеличивается число потенциальных объектов цифровизации, расширяется также круг организаций, способных взять на себя монтаж и пусконаладку аппаратуры. Если раньше каждый «проблемный» сегмент требовал вмешательства высококвалифицированного специалиста, имеющего возможность «тюнинга» оборудования, то теперь любая профессиональная строительно-монтажная организация (системный интегратор), прошедшая обучение и авторизацию в учебном центре НТЦ НАТЕКС, способна самостоятельно выполнить монтажные и пусконаладочные работы.

На порядок упрощается проблема эксплуатации и ЗИП. Если ранее, прежде чем установить комплект ЗИП, оператору было необходимо произвести его «тонкую настройку» в соответствии с паспортом, где записаны требуемые для данного сегмента установки, то теперь один комплект ЗИП годится «на все случаи жизни» без сложных настроек. По сути, остается только два варианта настройки — «с АОКС» и «без АОКС».

Система передачи для магистральных линий MEGATRANS-2L позволяет обслуживать трассы длиной до 240 км без промежуточных точек подвода электропитания. Обеспечивается дистанционное питание до 12 регенераторов. Герметичные металлические корпуса регенераторов пригодны для монтажа в контейнерах НУП К-60. Система может работать в двухкабельной или однокабельной схемах включения (рис. 2 и 3).

Рис. 2. Двухкабельная схема включения системы передачи MEGATRANS

Рис. 3. Однокабельная схема включения системы передачи MEGATRANS

В однокабельной схеме включения максимальная длина регенерационного участка остается той же, что и для двухкабельной схемы. Однако, в случае использования MEGATRANS параллельно с аналоговой системой передачи полное отсутствие влияния на аналоговую аппаратуру достижимо при несколько меньшей длине регенерационного участка.

В оконечных либо в оконечных и промежуточных точках (по схеме drop-and-insert) может устанавливаться мультиплексорное оборудование либо оборудование передачи данных различных производителей. Мультиплексорное оборудование обеспечивает преобразование агрегатного потока Е1 в аналоговые двух- или четырехпроводные каналы ТЧ, либо в аналоговые каналы с сигнализацией по шлейфу (FXO, FXS). Возможен вывод каналов передачи данных со скоростью Nх64 кбит/с и интерфейсами V.24, V.35, V.36, X.21, в том числе с протоколами Frame Relay и IP. Мультиплексорное оборудование имеет ряд дополнительных функций, таких как конференцсвязь, общий вызов и т. д., характерных для приложений в ведомственных и технологических сетях связи.

При необходимости преобразования потока E1 на выходе оборудования линейного тракта MEGATRANS в два/три или четыре потока Е1, либо в 60/90/120 аналоговых каналов ТЧ может применяться транскодер ИКМ/АДИКМ. Транскодирование осуществляется в соответствии с рекомендацией МСЭ G.726. Обеспечивается существенное улучшение качества передачи речевого сигнала по сравнению с аналоговыми системами. По каждому из каналов возможна передача модемных и факсимильных сообщений со скоростью до 9600 бит/с (для сжатия АДИКМ 32 кбит/с). Возможно выделение одного или нескольких некомпрессированных каналов (ИКМ 64 кбит/с) для работы модемов со скоростью до 33600 кбит/c (рис. 4).

Рис. 4. Использование оборудования MEGATRANS с увеличением числа каналов (СЛ) за счет применения компрессии АДИКМ

Каждый сегмент линейного тракта диагностируется встроенными средствами системы MEGATRANS-2L. Данные мониторинга, а также возможности дистанционного конфигурирования доступны оператору с любой из оконечных и/или промежуточных точек (в зависимости от версии). Таким образом, существенно упрощается поиск повреждений на кабельной трассе.

Управление системой производится с помощью терминала VT-100 либо персонального компьютера. Возможно подключение переносного терминала управления к любому из линейных регенераторов. Реализованы протоколы централизованного сетевого управления SNMP (необходима установка дополнительного модуля CMU) и удаленное управление трактом через TDM-сеть (необходима установка модуля FlexGain 4XE).

Новая аппаратура MEGATRANS может поставляться и без реализации АОКС (версии S и M). «Облегченная» система MEGATRANS-S/MEGATRANS-M пользуется большим спросом благодаря преимуществам в ценовом плане. Дело в том, что блоки xDSL MEGATRANS теперь производятся серийно (ранее для версий S и M производилась доработка типовых DSL-модемов). Благодаря этому, значительно сократились производственные издержки, что позволило снизить цену на простые с точки зрения установки (plug-and-play) версии системы передачи – MEGATRANS-S и M. Они поставляются прежде всего для цифровизации местных сетей и создания сетей абонентского доступа, когда в распоряжении оператора есть две кабельных пары. Оборудование MEGATRANS, даже без АОКС, значительно превосходит по дальности все другие DSL-решения, работающие по двум парам (см. ВС, № 2, 2001 г.).

MEGATRANS-S применяется для организации линейных трактов без регенераторов либо с возможностью подвода электропитания ко всем линейным регенераторам. MEGATRANS-M применяется для организации линейных трактов с одним регенератором либо с возможностью подвода электропитания к линейным регенераторам «через один».

В табл. 2 и 3 приведены краткие технические характеристики систем передачи MEGATRANS-2L и MEGATRANS-S/MEGATRANS-M.

Таблица 2
Технические характеристики системы передачи MEGATRANS-2L

Таблица 3
Технические характеристики систем передачи MEGATRANS-S и MEGATRANS-M

С выпуском второго поколения системы передачи MEGATRANS НТЦ НАТЕКС не остановился на достигнутом. Уже начата разработка третьего поколения аппаратуры, имеющей улучшенные массо-габаритные показатели и более низкую стоимость за счет еще большей степени интеграции. По мнению многих экспертов, в настоящий момент система MEGATRANS не имеет аналогов ни на российском, ни на мировом рынках.