Отбор цепей в кабельных линиях для xDSL

Широкое применение технологий xDSL 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 (ЭМС) 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.

Заметим, что с позиции сегодняшнего дня, когда стоит вопрос о цифровом уплотнении кабельных линий, т.е. о передаче по ним довольно широкого спектра частот, эта величина, записанная в ТУ на самый распространенный, на местных сетях связи кабель ТПП, представляется неоправданной и катастрофически низкой. К счастью, реальные значения A0 на подавляющем числе комбинаций цепей значительно выше и составляют, в среднем, 90 дБ и более.

На более высоких частотах эти кабели вообще не нормируются, поэтому все высокочастотные характеристики являются результатом статистических исследований.

По своему техническому состоянию кабельную сеть абонентского доступа можно условно поделить на три группы:
линии, полностью удовлетворяющие всем нормам отраслевых стандартов по электрическим характеристикам. Это новые линии и (что реже) линии грамотно и добросовестно эксплуатируемые;
линии, в основном, соответствующие нормам, «практически здоровые», 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. Такие линии имеют резко заниженные характеристики взаимных влияний — это как правило, замокшие кабели, находящиеся в аварийном состоянии и требующие капитального ремонта.

Итак, только первые две группы линий могут быть использованы для какого-либо высокочастотного уплотнения. Иначе говоря, соответствие нормам по постоянному току или, по крайней мере, приближение к ним — это необходимое условие, но к сожалению явно недостаточное.

На заре применения цифрового абонентского уплотнения разработчиками и продавцами настойчиво внушалась мысль, что эти системы могут работать по любым цепям в пределах допустимой длины линии — включай и работай. В действительности, так и было до тех пор, пока в одном кабеле работали одна или две системы. Массовое внедрение цифровых систем выдвинуло проблему ЭМС на первый план и заставило всерьез заняться ею.

ЛОНИИС и НТЦ НАТЕКС провели исследования совместной работы в одном кабеле различных цифровых систем семейства FlexGain. Это были системы абонентского уплотнения РСМ 4/5 и РСМ 11/12, модемы IDSL NTU-128 Voice, системы передачи MEGATRANS. Разные по назначению, технологиям кодирования, спектрам линейных сигналов, все они имеют одно общее — среду передачи, а следовательно обязаны «уживаться в коммунальной квартире» — в одном кабеле. А задача наших исследований — поиск наиболее оптимальных вариантов их размещения.

Проведенными исследованиями было установлено, что взаимными влияниями между низкочастотными и уплотненными цепями можно пренебречь, поскольку они очень незначительны благодаря высоким значениями АО 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.

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. Эти выводы, как правило, имеют сиюминутное значение, так как совершенно не учитывают того факта, что шумовая обстановка может в любой момент кардинально измениться, стоит только по соседней цепи десяти парной группы включить другую цифровую или аналоговую систему передачи.

Дело в том, что основу конструкции кабелей указанного типа составляют десяти парные элементарные пучки, внутри которых и происходят основные электромагнитные влияния. Межпучковые влияния гораздо менее значительны.

Несколько систем в десяти парном 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, является переходное затухание между цепями кабеля на «ближнем конце» – A0.

«Ближних концов» у абонентской линии, как известно, два — абонентская и станционная сторона. Так какова же наиболее простая и эффективная методика отбора цепей и где его производить? Для ответа на этот вопрос необходимо вспомнить о наиболее слабом звене абонентской линии, которая состоит из магистрального участка (от станции до шкафа) и распределительного (от шкафа до коробки).

Магистральный участок абонентской линии содержится под воздушным давлением и подвергается хоть какой-то профилактической заботе. Распределительный же участок как бы предоставлен сам себе и, как правило, находится в более тяжелом качественном состоянии. Кроме того, к распределительной коробке всегда подходит десяти парный кабель, а параметры влияния в этих кабелях из-за близости экрана и повышенной емкостной асимметрии всегда хуже, чем в десяти парных пучках много парного кабеля. Поэтому наша концепция: оценка состояния абонентской кабельной линии из распределительной коробки, как наиболее уязвимого звена линии.

Существует еще один фактор. 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.

Так какие же пары пригодны для цифрового уплотнения? Это та максимальная группировка пар, для которых A 0 в любых комбинациях между собой не ниже расчетной величины на частоте нормирования данной системы уплотнения. Остальные пары — только для низкочастотного использования.

Отбор пар по такому принципу — единственный способ наиболее рационально использовать кабельную абонентскую сеть. Произвести такой отбор вышеупомянутыми анализаторами — сложный и практически неосуществимый процесс ввиду большого объема измерительных работ и последующего их анализа.

ЗАО «ЭРСТЕД» разработало специализированное устройство — тестер кабельных пар ТКП, предназначенный для отбора кабельных пар на абонентских линиях местных телефонных сетей для уплотнения цифровыми системами xDSL Критерием электромагнитной совместимости является переходное затухание между цепями на ближнем конце. Отбор пар осуществляется из десяти парной распределительной коробки после отключения от нее абонентской проводки. Испытуемые цепи на кроссе АТС при этом должны быть отключены от станции и нагружены соответствующими нагрузочными резисторами.

Данное устройство позволяет осуществлять такой отбор в автоматическом режиме. Оператору же необходимо только ввести в прибор исходные данные — это «частота» и «порог А0«. «Частота» — это та частота, на которой нормируются параметры кабеля для конкретной системы цифрового уплотнения. Для систем, использующих кодирование HDB-3, -это полутактовая частота, численно равная половине линейной скорости передачи (для ИКМ-30 — это 1 МГц). Для систем, использующих кодирование 2В1, а это подавляющее число систем цифрового абонентского уплотнения, параметр «частота» выбирается согласно табл.1.

Определять «порог А0» следует по формуле, известной из теории передачи цифровых сигналов по кабельным линиям связи:

А0 >= aз + aр + 10 lgN, (1)

где aз – помехозащищенность системы передачи, определяемая применяемым кодированием и обеспечивающая верность передачи не хуже 10-9;
aр – рабочее затухание линии;
N – количество работающих систем в одном десяти парном пучке.

Величина aз выбирается из табл.2 в зависимости от типа кодирования.

Таблица 1

Приблизительная скорость передачи

160320700 — 8001000 — 15002000

Частота, кГц4080160320512

Таблица 2

Виды кодирования HDB3 2B1Q CAP-128 PAM-16
а3, дБ 18 26 32 29

Приведем краткое описание прибора. Компонентами структуры тестера кабельных пар являются:
блок контроля исправности испытуемых цепей линии;
передатчик — генератор синусоидального сигнала;
селективный приемник;
пороговое устройство, регистрирующее сигнал, превышающий установленную норму;
коммутационный блок на десять кабельных цепей;
блок индикаций;
микроконтроллерный блок управления;
автономный источник питания.

Тестер кабельных пар обеспечивает выполнение следующих операций:
проверку исправности испытуемых цепей на соответствие сопротивления шлейфа значению от 150 до 1500 Ом и отбраковку цепей, сопротивление шлейфа которых не укладывается в указанный диапазон, включая короткое замыкание и обрыв;
проверку переходного затухания на ближнем конце между цепями кабеля;
отборпо сопротивлению шлейфа на соответствие заданной норме (порогу А0) 60, 65, 70, 75, 80, 85 или 90 дБ на одной из фиксированных частот влияющего синусоидального сигнала 40, 80, 160, 320, 512 или 1024 кГц;
отбор пар по критерию электромагнитной совместимости по одному из двух алгоритмов работы.

Первый алгоритм:

проверка всех пар на соответствие величине электрического сопротивления шлейфа;
вывод на блок индикации номеров пар, величина электрического сопротивления шлейфа которых соответствует норме;
оценка переходного затухания на ближнем конце между всеми парами, прошедшими проверку по шлейфу, по принципу «каждая с каждой», на соответствие величине установленного оператором порога А0;
отбор пар, у которых переходное затухание на ближнем конце для всех возможных комбинаций по принципу «каждая с каждой» выше или равно величине установленного оператором порога А0;
вывод на блок индикации номеров отобранных пар.

Второй алгоритм:

проверка всех пар на соответствие величине электрического сопротивления шлейфа;
вывод на блок индикации номеров пар, величина электрического сопротивления шлейфа которых соответствует норме;
оценка переходного затухания на ближнем конце между всеми парами, прошедшими проверку по шлейфу, по принципу «каждая с каждой», на соответствие величине установленного оператором порога А0;
определение количества комбинаций пар, для которых переходное затухание на ближнем конце выше или равно величине установленного оператором порога А0 в процентах к общему числу комбинаций;
вывод на блок индикации полученной величины в процентах.

Первый алгоритм работы используется для отбора пар на действующих и строящихся линиях для уплотнения их системами xDSL Второй может применяться для проверки строительных длин цифровых высокочастотных кабелей на заводах-изготовителях на соответствие требованиям технических условий.

Кроме того, прибор обеспечивает следующие сервисные функции:
хранение результатов проведенных испытаний — до 1024 записей (номера записи /блока, даты проведения испытаний, номеров пар, отобранных по сопротивлению шлейфа, частоты и нормы переходного затухания (порога А0) и номеров пар, отобранных по переходному затуханию) во внутренней энергонезависимой памяти (при выключенном питании) и вывод их на жидкокристаллический индикатор;
контроль напряжения автономного источника питания (аккумуляторной батареи) на соответствие заданной норме;
вывод результатов проведенных испытаний из внутренней памяти на персональную ЭВМ.
Обмен информацией между тестером кабельных пар и персональной ЭВМ осуществляется с помощью стандартного асинхронного интерфейса RS232 (COM port).

Питание тестера кабельных пар осуществляется от встроенного аккумулятора или от сети переменного тока напряжением 220 В ± 10 % при частоте 50 Гц ± 1 %. Максимальная потребляемая мощность не превышает 8 ВА.

Время непрерывной работы тестера кабельных пар от аккумуляторной батареи — не менее 8 часов. Вход и выход тестера кабельных пар (подключение к линии) выполнены по симметричной схеме, входное и выходное сопротивления — 120 Ом. Габаритные размеры тестера (без учета выступающих присоединительных элементов) не превышают: 195 х 260 х 85 мм, масса — не более 2,5 кг. Подключение к плинтам различных конструкций распределительных коробок осуществляется при помощи специальных шнуров. Тестер кабельных пар имеет сертификат соответствия Минсвязи России.

Приведем конкретный пример использования прибора.

Пусть требуется уплотнить абонентскую линию аппаратурой, работающей на скоростях 300 — 400 кбит/с и использующей кодирование 2B1Q — это четырех- или пятиканальные системы. При этом уплотнить требуется пять цепей, а длина абонентской линии — максимальна для данной системы. Нормируемая частота 80 кГц, а рабочее затухание линии на этой частоте — 42 дБ.

Подставляя исходные данные в формулу (1), находим, что переходное затухание на ближнем конце А0 должно составлять:

А0 >= 26 + 42 + 10 lg5 = 26 + 42 + 10×0,7 = 75дБ. (2)

Следовательно, на тестере кабельных пар следует установить значения “частота” –80 кГц, “порог А0”- 75 Дб. После проведенных измерений тестер покажет номера пар в десятипарном пучке, удовлетворяющих данным требованиям. Если число этих пар пять и более, то задача отбора решена. Если менее пяти, то на этой абонентской линии возможно уплотнить только те пары, которые определил тестер.

В заключение в таб.3 приведены средние статистические данные по десятипарным пучкам кабеля ТПП с точки зрения возможности их уплотнения наиболее распространенными системами абонентского доступа.

Таблица 3

Скорости передачи систем и частоты нормирования Средняя длина абонентской линии — 2,5 км
кабеля ТПП — 0,4
Максимальная длина
абонентской линии
Рабочее затухание линии, дБ Ожидаемое число уплотняемых пар Рабочее затухание линии, дБ Ожидаемое число уплотняемых пар
Системы с общей скоростью
до 160 кбит/с f=40кГц
÷23 дБ 9 42 дБ 8
Системы с общей скоростью
порядка 300 — 400 кбит/с f = 80 кГц
÷25 дБ 9 42 дБ 5
Системы с общей скоростью
порядка 600 — 700 кбит/с f = 160 кГц
÷28 дБ 7 42 дБ 3