Цифровая система Мегатранс. 3 шага к успеху

В последнее время в Украинской прессе появилось несколько статей, посвященных оборудованию для построения первичной сети. Однако, большинство статей (см. Звязок №3 за 2003, Звязок № 1 за 2004), не раскрывают перед читателем возникающие при построении трактов практические вопросы, а посвящены в основном рекламе оборудования. Желание донести до читателей журнала самые свежие идеи о цифровизации медно-кабельной сети с акцентом на технические аспекты внедрения нового оборудования побудило меня написать эту статью.

1. ЦИФРОВИЗАЦИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПЕРВИЧНОЙ СЕТИ

В настоящее время активно ведётся строительство магистральных линий, использующих технологию ВОЛС. Крупные операторы устанавливают оконечное оборудование на узлах, объединяя их в единую сеть. Хотя базовые операторы и операторы нефтяной, газовой и железнодорожной отраслей, имеют в эксплуатации широко развитую сеть медных кабелей связи, до недавнего времени их цифровизация была затруднена, использовалась морально и физически устаревшая аналоговая аппаратура с частотным разделением каналов (ЧРК). Таким образом, цифровые потоки не были доведены до каждого райцентра, где также есть потребность в высококачественных услугах телефонии, Интернет, мобильной связи. Существующие аналоговые каналы не могут обеспечить потребителей всеми современными услугами связи, предоставление которых требует организации цифровых трактов с качеством волоконно-оптических систем.

В настоящий момент наибольшее распространение на магистральных кабельных линиях получили системы ИКМ и аналоговые системы с частотным разделением каналов (ЧРК). Аналоговые системы с ЧРК обладают большой (до 22 км) длиной регенерационного участка. Они работают по двум кабелям, по так называемой двухкабельной схеме включения. В этой схеме направления передачи и приёма сигнала от нескольких систем проходят в разных кабелях. Для покрытия больших дальностей в системе предусмотрены усилители, которые принимают ослабленный сигнал, усиливают его и передают дальше. Длина полусекции дистанционного питания обеспечивает питание до 6, в некоторых случаях до 7, регенераторов, что соответствует дистанции приблизительно 120 — 130 км. При необходимости перекрыть большее расстояние, в системе предусмотрено включение до 12 или 14 регенераторов при дистанционном питании с двух оконечных обслуживаемых пунктов.

Цифровое оборудование ИКМ различается пропускной способностью. Аппаратура ИКМ-30 предназначена для передачи 30 каналов, аппаратура ИКМ-120 передаёт 120 каналов. Различные модификации отличаются длиной регенерационного участка и числом регенераторов. Так, наиболее распространённые системы ИКМ-30, требуют установки регенераторов через 5 километров магистрального кабеля типа МКС 1,2мм.

1.1. Особенности магистральных каналов

К системам, предназначенным для работы на внутризоновых сетях по медному кабелю, предъявляются повышенные требования. Кратко их можно разделить на несколько групп:

  • Повышенная надёжность аппаратуры, минимальный срок восстановления после аварии.
  • Качество цифрового тракта должно соответствовать требованиям к магистральным системам передачи.
  • Наличие большого числа дистанционно питаемых регенераторов для обеспечения требуемой общей длины цифрового тракта.
  • Расширенный диапазон температур.
  • Повышенные требования к устройствам дистанционного питания и устройствам линейной защиты от опасных и мешающих электромагнитных влияний.
  • Совместимость с другими магистральными системами передачи.
  • Дистанционный контроль качества всего цифрового тракта, дистанционное определение места неисправности.
  • Реализация служебной связи и передача сигналов телемеханики.
1.2 Способы цифровизации первичной сети

Для проведения цифровизации кабельных линий первичной сети в настоящее время применяются четыре различных метода:

  • Применение модемного оборудования, формирующего цифровой сигнал в полосе усиления действующих аналоговых систем, с использованием их линейного тракта.
  • Замена аналоговых систем передачи на системы, аналогичные ИКМ-30.
  • Замена аналоговых систем передачи на цифровые модемы xDSL, разработанные для абонентских линий.
  • Замена аналоговых систем на специально разработанные ЦСП, использующие современные методы линейного кодирования и предназначенные для цифровизации кабельных линий первичной сети.

Использование готовых трактов аналоговых систем с ЧРК для цифровизации сети не оправдано по ряду причин.

Во-первых, это решение предполагает отключение существующей системы (ведь используются ее усилители), таким образом, число аналоговых каналов снижается с 60 до 30. Во-вторых, существующие усилители, как и вся аналоговая аппаратура, уже отработали свой ресурс, а, следовательно, их характеристики нестабильны и надежность работы всего тракта оказывается под вопросом. Подобные системы требуют постоянной настройки и имеют повышенные эксплуатационные расходы. В-третьих, в усилителях не происходит восстановление формы сигнала, что приводит к увеличению уровня шума и, как следствие, к падению пропускной способности канала.

Системы, аналогичные ИКМ-30, разрабатывались и эксплуатируются достаточно давно. Существует несколько поколений таких систем, но всех их объединяет один общий недостаток — недостаточная длина регенерационного участка. Ряд компаний выпускает модифицированные системы с увеличенной длиной регенерационного участка, но достигается это за счет увеличения чувствительности приёмника и мощности передатчика. Все это приводит к тому, что аппаратура становится чувствительна к шумам, и имеет ограниченное применение на кабелях без бронированных покровов. (Более подробно в статье «DSL-технологии и цифровизация медных кабельных магистралей», журнал Электросвязь № 3 за 2002 год).

Системы xDSL изначально были разработаны для применения на абонентских участках сети. Требования к такой аппаратуре предъявляются менее жесткие: защита от опасных электромагнитных влияний реализована согласно Рек. МСЭ-Т К.20/К.21. В результате, оборудование xDSL содержит упрощённую элементную базу и конструкцию разъёмов.

Некоторые производители, например НТЦ «НАТЕКС», производят специальные версии xDSL систем, предназначенных для работы на сельских сетях, где нет требования обеспечения совместимости с К-60. Такие системы, например «НАТЕКС» Орион (FlexDSL Orion), реализованы согласно более высокому классу защиты от опасных электромагнитных влияний — Рек. МСЭ-Т К-17.

Шаг Первый
В 1998 году НТЦ «НАТЕКС», совместно со швейцарской компанией Schmid Telecom AG, начал разработку ЦСП WATSON-4-MEGATRANS, специально предназначенной для цифровизации магистральных кабельных линий. Однако, в дальнейшем разработка распалась на два независимых направления: Schmid Telecom начал самостоятельно продвигать на рынок ЦСП под маркой WATSON-LINKS, а НТЦ НАТЕКС — аппаратуру MEGATRANS-L, основанную на линейных платах производства Schmid Telecom. По своим техническим характеристикам системы были аналогичны: обе позволяют осуществить замену аналоговых систем типа К-60 без проведения каких-либо кабельных работ (при условии дистанции между НУП до 20 км), обе использовали линейное кодирование CAP, обе поддерживали до 6-ти дистанционно-питаемых регенераторов в полусекции ДП с длиной регенерационного участка 18-20 км, обе требовали индивидуальную подстройку параметров сигнала для каждого сегмента. «НАТЕКС» начал поставки этой системы уже в 1999 году, который можно считать годом «начала отсчета» в решении проблемы цифровизации медно-кабельных магистральных линий.

Шаг Второй
Проанализировав опыт установок первой системы MEGATRANS-L, специалисты НТЦ НАТЕКС определили ряд ее недостатков:

  • Требуется индивидуальная настройка каждого сегмента.
  • Регенерационный участок К-60 в некоторых случаях превышает 20 км.
  • Система К-60 в некоторых случаях поддерживает до 7 регенераторов в полусекции ДП.
  • Отсутствует служебная связь.

Для устранения большей части этих недостатков в 2000 году НТЦ «НАТЕКС» самостоятельно представил второе поколение аппаратуры MEGATRANS-2L, в котором впервые в отечественной и мировой практике реализован разработанный НТЦ «НАТЕКС» алгоритм Аналоговой Обработки и Коррекции Сигнала (АОКС). Применение АОКС позволяет отказаться от индивидуальной настройки оборудования под каждый сегмент линии с одновременным увеличением длины участка регенерации. Таким образом, значительно упрощаются монтажные и пуско-наладочные работы, и полностью решается задача по «перекрытию» регенерационных участков системы типа К-60. Немаловажно, что в новой системе MEGATRANS-2L модуль линейного интерфейса был уже специально разработан для магистральных приложений, платы от Schmid Telecom не использовались.

Шаг Третий
В 2002 году НТЦ «НАТЕКС» представил новую разработку из серии MEGATRANS. MEGATRANS-3 реализует требования к магистральным системам передачи в полном объеме. Это достигнуто благодаря применению нового метода линейного кодирования (TC-PAM) и, соответственно, нового блока АОКС. Более того, для расширения сфер применения в ведомственных и технологических сетях, MEGATRANS-3 позволяет организовать групповые телефонные каналы, каналы ТЧ и передачи данных. Дополнительно, система имеет возможность выделения-вставки канальных интервалов 64 кбит/с в регенераторах. Этот выделенный канал может быть передан на несколько километров от регенератора. Одновременно с полномасштабной системой MEGATRANS-3L, поддерживающей до 14 дистанционно питаемых регенераторов, НТЦ «НАТЕКС» представил и экономичный вариант MEGATRANS-3M, в котором не реализована служебная связь и линейная телемеханика, а число регенераторов ограничено четырьмя.

Система MEGATRANS-3 создана с применением линейных БИС последнего поколения. Для передачи информации используется несимметричная адаптивная многопозиционная модуляция с регулируемым уровнем, которая, как и алгоритм АОКС, запатентована НТЦ «НАТЕКС». Расширенная система управления и телеконтроля позволяет проводить дистанционную диагностику качества тракта для любого участка регенерации и устанавливать технологические шлейфы. Источник ДП поддерживает функцию переполюсовки, что позволяет дистанционно находить место обрыва линии.

Практически, с появлением системы MEGATRANS-3 проблему цифровизации медно-кабельных линий можно считать полностью решенной. Это подтверждается практикой, на линиях стран СНГ и ближнего зарубежья установлено уже более 20000 километров линий, оборудованных системами MEGATRANS-3. Три шага, которые было необходимо сделать, прежде чем система стала удовлетворять 100% приложений, нелегки. Чтобы пройти их, специалистам НТЦ «НАТЕКС» пришлось провести не один месяц «в поле», изучая существующие кабели, состояние сооружений НУП, проблемы эксплуатации систем передачи и, собственно, кабелей. Ведь связистам нужна аппаратура, которая надежно работает на существующих, а не на «идеальных» линиях. Итак, три года разработки, три шага к успеху — возможности довести «цифру» до самых отдаленных уголоков.

2 ПРИМЕНЕНИЕ ЦСП MEGATRANS
2.1 Основные преимущества
  • Аппаратура цифровой системы передачи MEGATRANS-3 представляет собой оборудование линейного тракта для дуплексной передачи синхронного цифрового потока со скоростью до 2048 кбит/с по двум ненагруженным, некоммутируемым парам медного кабеля (типа МКС, ЗКП, ТЗ, КСПП).

  • Система рассчитана на работу по двум парам симметричного кабеля с диаметром жилы 0,9; 1,05 или 1,2 мм. Благодаря использованию технологии передачи MEGATRANS с несимметричной адаптивной многопозиционной модуляцией с регулируемым уровнем и алгоритма Аналоговой Обработки и Коррекции Сигнала (АОКС), максимальное перекрываемое затухание для регенерационного участка на частоте 150 кГц составляет 51 дБ (66 дБ для частоты 250 кГц), что превышает максимальную длину регенерационного участка системы передачи типа К-60П.
  • Система обеспечивает передачу как полного потока Е1, так и структурированного потока в соответствии с МСЭ-Т Рек. G.704. В последнем случае уменьшается пропускная способность цифрового канала, но длина регенерационного участка может быть еще увеличена.
  • Тип линейного кодирования и возможность настройки параметров приёмопередатчиков обеспечивают работу в одном кабеле совместно как с цифровыми (типа ИКМ), так и аналоговыми системами передачи с ЧРК (типа К-60, К-24 и др.). При этом качество организованного цифрового тракта для цифровых систем типа MEGATRANS и ИКМ, а также организованных каналов тональной частоты (ТЧ) для аналоговых систем находится в пределах норм, принятых на ВСС.
  • Система рассчитана на использование в своём составе дистанционно питаемых регенераторов с питанием по фантомным цепям. Комплект оконечного оборудования может обеспечить дистанционное питание 6-ти или 7-ми регенераторов. Для увеличения дальности работы системы возможно включение до 14 регенераторов при дистанционном питании с двух сторон.
  • Регенератор системы MEGATRANS-3L выполнен в герметичном корпусе из нержавеющей стали. Регенератор рассчитан на установку модулей одной или двух систем и может устанавливаться в существующих НУП системы К-60П.
  • При необходимости установки регенерационного оборудования в грунте предусмотрены дополнительные защитные конструктивы.
  • Экономичный вариант MEGATRANS-3M имеет упрощенный корпус регенератора класса IP67, рассчитанный на один тракт.
  • В системе предусмотрены средства определения места обрыва в цепи ДП с точностью до одного участка регенерации.
  • Канал служебной связи, функционирующий при отключенном дистанционном питании (подача инверсных 60-ти вольт в линию) по суперфантомной цепи.
  • Возможность выделения-вставки части канальных интервалов в точке регенерации через интерфейс Е1 или xDSL.
  • Вспомогательное регенераторное оборудование для организации удалённых каналов передачи данных для телеметрии и телемеханики, диспетчерской и радиосвязи для Пунктов Контроля и Управления (ПКУ).
  • Возможность подключения 3-х датчиков сухих контактов к одному комплекту регенераторного оборудования.
  • Возможность организации двух каналов диспетчерской связи, двух каналов радиосвязи и одного канала передачи данных для оборудования телеметрии и телемеханики с доступом к вышеперечисленным каналам на каждом ПКУ.
  • Экономичное решение MEGATRANS-3M с возможность дистанционного питания 4-х регенераторов (по 2 регенератора с каждой из сторон), но без функций служебной связи, каналов ТМ, РС и ПД.
  • Система управления позволяет производить конфигурирование каждого блока системы, включая необслуживаемые регенераторы, оценку качества связи и линейных параметров для каждого регенерационного участка, установку технологических шлейфов на каждом регенераторе и сбор сообщений об аварийных состояниях для всех блоков системы.
  • Применение в качестве постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) модулей микросхем Flash-памяти обеспечивает лёгкую и быструю загрузку новых версий программного обеспечения.

Большое количество внедрений данного оборудования на сетях общественных и ведомственных операторов в Украине показывает актуальность и превосходство этого решения по цифровизации магистралей на медных кабелях. Ниже описывается один из реализованных проектов.

В ноябре 2003 г., специалистами АО Банкомсвязь (региональным партнером НТЦ «Натекс»), был завершён второй этап реконструкция кабельной линии связи одного из украинских операторов. В ходе реконструкции было заменено устаревшее оборудование аналоговой системы передач К-60 на современную ЦСП MEGATRANS-3М с организацией первичного цифрового тракта Е1 на участке Соленое — Синельниково. Организованный тракт сдан в опытную эксплуатацию и используется для организации межстанционных соединительных линий между районной телефонной станцией SI 2000 и областным центром.

На данной КЛС это уже вторая цифровая система передачи — в конце 2002 года здесь была построена и сдана в эксплуатацию ЦСП MEGATRANS-2L. Обе цифровые системы передачи семейства Megatrans работают в одном кабеле, не оказывая влияния на параллельно работающие аналоговые системы передачи К-60. Длина цифрового тракта составляет 64,5 км. За время тестирования вновь организованного цифрового потока была зафиксирована только одна сбойная секунда, что свидетельствует о высоком качестве построенной ЦСП.

Схема трассы указана на рисунке.

zvizok copy

В настоящий момент НТЦ «НАТЕКС» продолжает расширение функциональных возможностей аппаратуры семейства MEGATRANS. В новых функциональных блоках продукта будут поддерживаться: более высокая скорость передачи и работа по коаксиальному кабелю, интерфейс Ethernet и дистанционное питание радиостанций, и многое — многое другое. НТЦ «НАТЕКС» стремится реагировать на пожелания операторов и добавлять в систему новые функции. За более подробной информацией обращайтесь к региональным представителям НТЦ «НАТЕКС».

Журнал «Звязок» №4, 2004