Переходное затухание и защищенность. Измерение переходного затухания

Тема разбитости пар (разнопарки, битости, прослушки), расстояний до неё, измерений переходных затуханий и теории защищённости пар от шумов и наводок:
Измерение переходного затухания на ближнем конце. Защищённость пары и четвёрки в кабелях связи . Разбивка пар, разнопарка, битость пар, прослушка . Импульсный метод измерения кабеля .		Теория: Измерение переходных затуханий . Вопрос-ответ: Измерение переходного затухания . Прослушка, переходное затухание, сообщение . Измерения прибором CableSHARK P3 .
*** Теория из другой книги *** . Индуктивные наводки . Резистивные наводки

Измерения кабеля связи переменным током. Скрутка пар и четвёрок в кабелях связи

Измерение переходного затухания на ближнем конце

Разбитость пар, прослушка - измерение и причины

Бывает такое на телефонных линиях: говорят по телефону два человека и, вдруг слышат, появился в их беседе кто-то третий, а затем четвёртый. Уж и беседовать как-то неловко стало. Начинают люди звонить на АТС, жаловаться. И всё связистам просто и понятно, если это простое сообщение. Но бывает, что изоляция по всем параметрам нормальная, а «прослушка» всё равно есть. В народе называют этот тип повреждения по разному, официально это пониженное переходное затухание .

Возникает исключительно по вине тех людей, которые скручивают муфты и оконечивают кабеля. И пускай они не рассказывают байки, что это кабель такой «неправильно закрученный». Впрочем, согласен, что на кабельных заводах иногда вьют пару настолько слабо, что для правильного выбора её надо разделывать 2-3 метра кабеля.

В кабелях связи жилы идут не вразнобой и как попало, а закручиваются по строго определённой системе. Причём делается не только для того, чтобы спайщикам всё было понятно, но и для защищённости каждой лини проходящей в этом кабеле. Бывает скрутка парная – две жилы, звёздная или четвёрочная – четыре жилы, и редко, исключительно для станционной автоматики скрутка тройками. Обычно тип скрутки понятен из маркировки кабеля: 10 х 2 х 0,4 – парная, а 7 х 4 х 1,2 – четвёрочная, но бывают и исключения. В четвёрочной скрутке пары располагаются по диагонали и при соединении с парным кабелем это надо обязательно учитывать. Не совсем весёлая история по поводу.

Четвёрочная (1х4) скрутка.
Пары в четвёрке кабеля связи.

Приемо-сдаточные измерения линий переменным током. Измерение переходного затухания на ближнем конце

Приемо-сдаточные измерения линий переменным током на многопарных кабелях

Выполяются после измерений постоянным током. Что бы элементарное сообщение или пониженная изоляция не ввели вас в заблуждение.

Приемо-сдаточные измерения линий переменным током на многопарных кабелях можно смело отнести к самым скучным и длительным. До сих пор используют для этой цели ИПЗ-4, ИПЗ-5. Суть измерений сводится к подключению к одной из линий генератора переменного тока частотой в 1000 Гц и прослушивание сигнала этого генератора на остальных парах кабеля. Относительно недавно появились цифровые приборы (напр. Дельта-ПРО) показывающие значение затухания в децибелах, но весь процесс измерения это не упростило.

Сложность процесса в том, что должна быть промерена каждая пара с каждой. Т.е. ставим генератор на одну пару, проверяем на всех остальных. Затем генератор - на другую, и опять слушаем на всех остальных и т.д. Например, магистраль в 500 пар за рабочий день не измерить. Благо со временем приспосабливаешься из шнуров прибора делаешь удобную вилку и быстренько гонишь её по оконечному устройству.

Там, где сигнал слышится, сверяем его сигналом с магазина сопротивлений прибора, должно быть больше 69,5 ДБ или 8 Нп (по ИПЗ-4). Собственно то, что сигнал слышится уже «не есть хорошо». Обычно в нормально смонтированном кабеле переходное больше 90 ДБ и гудения генератора вообще не слышно. Поделюсь некоторыми хитростями.

Хитрость 1 (законная, описана в старой литературе). Можно измерить переходное только внутри десятков. Затем подавать генератор уже на запараллеленые пары всего десятка. Процесс ускориться многократно.

Хитрость 2. Подать генератор на жилы разных пар, то есть искусственно разбить. При такой подаче сигнала все плохо защищённые пары начнут прослушиваться, отметить их. Затем мерить затухание уже между ними. Не даёт стопроцентной гарантии, но если вас торопит начальство не худший вариант.

Хитрость 3. Внимательно промерить рабочую ёмкость всех пар и проверять на переходное затухание только пары с наименьшей ёмкостью. Ёмкость. Тоже не даёт 100 % уверенности. Возможна разбитость на малом участке, ёмкость похожая, а прослушивание всё равно будет.

Если у вас нет специальных приборов можно взять любой генератор, даже от кабелеискателя, и наушник (трубку). Битые пары можно найти и этим.

Если вы обнаружили переходное в 70 – 80 Дб и сомневаетесь надо ли по этому поводу шуметь, доведите процесс измерений до конца. Т. е. на противоположном конце линии должны быть нагружены сопротивлениямив 600 Ом. Подключите эти сопротивления и возможно картина измениться в худшую сторону.

Часто переходное в 80 дБ указывает на то, пара всё таки «битая», но спайщики, обнаружив ошибку, откинули ту пару, с которой она прослушивалась, и включили вместо неё запасную. Обычному телефону это не помешает, но модем подвох «унюхает» и скорость соединения на такой паре будет ниже.

"Витая пара" (twisted pair) – это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели данного типа зачастую сильно отличаются по качеству и возможностям передачи информации. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при передачи сигнала.

Сбалансированность пары

Сбалансированность пары является фактически определяющей характеристикой качества кабеля, поскольку влияет на большинство других его свойств. Дело в том, что электромагнитное (Electro Magnetic - EM) поле наводит электрический ток в проводниках и образуется вокруг проводника при протекании по нему электрического тока. Взаимодействие между EM-полями и токонесущими проводниками может оказывать отрицательное воздействие на качество передачи сигнала. В обоих же проводниках сбалансированной пары электромагнитные помехи (em1 и em2) наводят одинаковые по амплитуде сигналы, (S1 и S2) находящихся в противофазе. За счет этого суммарное излучение "идеальной пары" стремится к нулю.

Если в кабеле присутствует более одной пары, то для исключения взаимных наводок пар, которые могли бы нарушить электромагнитный баланс, пары скручивают с различным шагом.

Impedance

(Характеристический импеданс)
Как всякий проводник, "Витая пара" имеет сопротивление переменному электрическому току. Однако это сопротивление может быть различным для различных частот. "Витая пара" имеет импеданс обычно 100 или 120 Ом. В частности для кабеля Категории 5 импеданс измеряется в диапазоне частот до 100 МГц и должен составлять 100 Ом ±15%.
Для идеальной пары импеданс должен быть одинаковым по всей длине кабеля, поскольку в местах неоднородности возникает эффект отражения сигнала, что в свою очередь может ухудшить качество передачи информации. Чаще всего однородность импеданса нарушается при изменении в рамках одной пары шага скрутки, перегиба кабеля при прокладке или иного механического дефекта.

Скорость/задержка распространения сигнала

NVP (Nominal Velocity of Propagation) – скорость распространения сигнала. Выражается как отношение скорости распространения сигнала к скорости света. Однако часто применяется производная от NVP и длины кабеля характеристика "delay" (задержка), выражающаяся в наносекундах на 100 метров пары. Если в кабеле присутствует более более одной пары, то вводят понятие "delay skew" или разность задержки. Дело в том, что пары не могут быть идеально одинаковы, что порождает разные задержки распространения сигнала в разных парах. Идеальные системы подразумевают, что подобные разницы будут минимальны.

Attenuation

Помимо импеданса и скорости распространения сигнала выделяют и другие важные характеристики кабеля типа "Витая пара". Одной из таких является погонное затухание (attenuation), характеризующей величину потери мощности сигнала при передачи. Характеристика вычисляется как отношение мощности полученного на конце линии сигнала к мощности сигнала, поданного в линию. Поскольку величина затухания изменяется с ростом частоты, она должна измеряться для всего диапазона используемых частот. Сама величина выражается в децибелах на единицу длины.

На представленном графике показаны потери мощности сигнала при передаче в зависимости как от длины кабеля, так и от используемой частоты.

NEXT

(Near End Crosstalk)
Другим важным параметром является NEXT (Near End Crosstalk), или переходное затухание между парами в многопарном кабеле, измеренное на ближнем конце - то есть со стороны передатчика сигнала, которое характеризует перекрестные наводки между парами. NEXT численно равен отношению подаваемого сигнала на одну пару к полученному наведенному в другой паре и выражается в децибелах. NEXT имеет тем большее значение, чем лучше сбалансирована пара. Измерения необходимо проводить с обоих сторон, поскольку эта характеристика зависит от взаимного расположения измерительных приборов и мест возможных дефектов в кабеле. Как и погонное затухание, NEXT необходимо измерять для полного ряда частот.

В многопарном кабеле измерения производятся для всех комбинаций пар. Однако в настоящее время все чаще применяют и более глубокие тесты, основанные на выявлении групповых наводок на ближнем конце между всеми парами (Power Sum Crosstalk), присутствующими в кабеле.

Power Sum Crosstalk

Другое название данной характеристики – Power Sum NEXT или PS-NEXT. Как и NEXT, Power Sum CrossTalk выражает переходное затухание между парами в многопарном кабеле, измеренное на ближнем конце - то есть со стороны передатчика сигнала. Однако учитываются одновременные наводки со всех пар, присутствующих в кабеле. Подобно NEXT, PS-NEXT измеряется с обоих концов линии для всего диапазона применяемых частот.

Кроме оценки взаимных наводок пар на ближнем конце кабеля, переходное затухание измеряют и со стороны приемника сигнала. Данный тест получил название FEXT (Far End Crosstalk).

FEXT

(Far End Crosstalk)
Far End Crosstalk или переходное затухание на дальнем конце характеризует влияние сигнала в одной паре на другую пару. В отличие от NEXT FEXT измеряется посредством подачи тестового сигнала на пару в кабеле с одной пары и замера наведенного сигнала в другой паре со стороны приемника. Характеристика численно равна отношению тестового сигнала к наведенному посредством созданного электрического поля. FEXT как и все семейство характеристик переходного затухания, измеряется на всем диапазоне используемых частот и выражается в децибелах.

ACR

(Attenuation Crosstalk Ratio)
Одной из самых важных характеристик, отражающих качество кабеля является разность между погонным и переходным затуханиями, выражающуюся в децибелах. Чем меньше погонное затухание, тем большую амплитуду имеет полезный сигнал на конце линии. С другой стороны чем больше переходное затухание, тем меньше взаимные наводки пар. Таким образом разность этих двух величин отображает реальную возможность выделения полезного сигнала принимающим устройством на фоне помех. Для уверенного приема сигнала необходимо чтобы Attenuation Crosstalk Ratio был не меньше заданного значения, определяемого стандартами для соответствующей категории кабеля. При равенстве погонного и переходного затухания выделить полезный сигнал становится теоретически невозможно. Так как характеристика не измеряется, а является результатом вычислений на основе измерений затуханий, которые в свою очередь зависят от используемой частоты, ACR должен вычисляться для всего диапазона применяемых частот.

ELFEXT

(Equal Far End Crosstalk)
ELFEXT – приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется на основании измерений переходного затухания на дальнем конце (FEXT) и погонного затухания (Attenuation) наводимой пары. Фактически ELFEXT – это ACR на дальнем конце кабельного линка, т.е. разница между параметрами FEXT первой пары и Attenuation второй. ELFEXT как и все семейство характеристик переходного затухания, вычисляется для всего диапазона используемых частот и выражается в децибелах.

PS-ELFEXT

(Power Sum Equal Far End Crosstalk)
PS-ELFEXT – суммарное приведенное переходное затухание. Эта характеристика вычисляется для каждой отдельной пары простым суммированием значений ее параметров elfext относительно всех остальных пар.

Return Loss

(RL)
При передачи сигнала, возникает так называемый эффект отражения сигнала в обратном направлении. Величина отражения сигнала Return Loss или "обратное затухание" пропорциональна затуханию отраженного сигнала. Характеристика особенно важна при построении сетей с поддержкой протокола Gigabit Ethernet, использующего передачу сигналов по витой паре в обе стороны (полнодуплексная передача). Достаточно большой по амплитуде отраженный сигнал может искажать передачу информации в обратном направлении. Return Loss выражается в виде отношения мощности прямого сигнала к мощности отраженного.

Для уменьшения влияния переходного затухания применяются кабели с витыми (скрученными) парами. Это многожильные кабели, у которых жилы скручены по парам или четверкам.

Принцип борьбы с помехами переходного затухания заключается в том, что при скрутке провода, влияющие на отдельные участки кабеля, наводят электромагнитную энергию, равную по амплитуде и противоположную по направлению, как это показано на рис. 6.7. При идеально сбалансированной скрутке (равный шаг скрутки, идеальная симметрия проводов) переходное затухание равно нулю.

Однако в реальной обстановке имеется большое различие амплитуд наведенных сигналов. Оно возникает из-за различного расположения проводов и их различного сопротивления (см. асимметрию).

В связи с проблемой устранения переходного затухания большое внимание уделяется симметрированию проводов разговорного тракта (провода a и b). Любая нагрузка, подключаемая к одному проводу, должна иметь аналог по сопротивлению, подключаемый к другому проводу.

Шумы (помехи)

Рис. 6.8. Метод устранения помех с помощью "скрещивания" проводов

Наличие шумов может, в частности, значительно снизить максимальную длину абонентской линии, которую можно использовать для высокоскоростной связи. В больших городах это помехи от электротранспорта, от мощного промышленного оборудования (включение и отключение мощного оборудования), помехи, возникающие из-за воздействия радиопередатчиков, излучение находящегося рядом радиопередатчика передачи данных. Источником помех может стать разнородность оборудования: например, применение в одном помещении электромеханических и электронных систем. В современных системах, применяющих абонентские устройства передачи данных, большое значение имеет показатель коэффициент импульсных помех.

Коэффициент импульсных помех служит для цифровой оценки состояния линии, он указывает количество ошибок на определенное число переданных битов. Нормальным считается коэффициент ошибок - это означает, что на битов в канале появляется одна помеха, которая может привести к ошибке. Минимально приемлемая величина коэффициента ошибок (допускается обычно при применении радиотракта) составляет . Величина считается хорошей. Следует учитывать, что эти показатели условны. Они измеряются за определенный интервал времени, например, за час. Но в реальности в течение каждого интервала они распределяются неравномерно и могут приходить концентрированно (пачкой). Поэтому иногда вводят коэффициент "пачечности" (концентрации ошибок), который показывает отношение количества ошибок, полученных в данном интервале времени, к ожидаемому среднему по всем интервалам.

Для преодоления ошибок применяются различные алгоритмы, которые будут рассмотрены далее. Помехи ухудшают качество приема речи, а при передаче данных могут привести к неверному их принятию или задержкам, замедляющим реальную скорость обмена данными (скорость модема).

Наибольшие проблемы возникают при ухудшении этого коэффициента и при контроле качества канала со стороны передающих или принимающих устройств. Если эти устройства настроены на отключение канала при превышении ошибки, то при случайных возмущениях в сети часто происходит полное отключение станции. Поэтому при автоматическом контроле этого параметра необходимо оставлять возможность регулировки порога.

Измерение затухания

Стандартный уровень шума, относительно которого измеряются помехи, равен 1 пВт или Вт. Это равняется принятому акустическому порогу слышимости (см. раздел 1.1 в части "Акустические свойства человеческого уха"). В относительных единицах дБм (децибел­милливатт, мощность, отсчитываемая относительно одного милливатта) это составляет 90 дБм.

Мощность, измеряемая относительно эталона 1 пВт, называется эталонной и обозначается в дБэт. Мощность, указанная в дБэт, показывает, насколько уровень шума превышает эталонный.

Уровень 20 дБэт равен 70 дБм, т.е. уровню, измеренному относительно одного децибела.

И наоборот,

Однако, как мы уже отмечали в разделе 1.1, акустическое восприятие человеком звука зависит от частоты. Эта чувствительность изображается кривой на рис. 1.2 (Диаграмма слуха) и имеет максимум на частоте 1000 Гц. Поэтому при измерении мощность шума усредняют (взвешивают) в соответствии с псофометрической кривой, учитывающей уровень слышимости в соответствии с чувствительностью человеческого уха. Приблизительно эта величина составляет 0,562 от мощности шума, измеренной в пВт. Эта мощность называется псофометрической мощностью и обозначается пВтп. Поэтому мощность, выражаемая в дБм, легко пересчитывается в дБп (децибелы псофометрические).

Если сигнал шума имеет мощность , то затухание, выраженное в дБм, равно

а затухание, выраженное в дБп,

Учитывая, что эталонный уровень

Для полноты изложения отметим, что в Северной Америке принято учитывать частотную зависимость восприятия звука с помощью C-взвешивания. Кривая восприятия звука определяется путем измерения чувствительности на различных типах телефонных аппаратов (не менее 500). В этом случае диаграмма восприятия звука несколько отличается от псофометрической. Приблизительно эта величина составляет 0,631 от мощности шума, измеренной в пВт. В этом случае

Задержка передачи

Задержка передачи информации (запаздывание) измеряется временем между поступлением сигнала на вход системы передачи и появлением его на выходе. На это время влияют: параметры линии, параметры аппаратуры, быстродействие и алгоритмы обработки.

Задержка информации приводит к наличию эффекта эха при передаче речи. А фазовые задержки могут привести к ошибкам в передаче данных или к уменьшению скорости передачи за счет времени, необходимого для исправления ошибок.

Пупиновские катушки

Для использования существующей абонентской кабельной сети с целью передачи интегральной информации следует упомянуть еще одно решение, применяемое на абонентском участке в целях увеличения дальности передачи информации в речевом диапазоне - это пупиновские катушки. Известно, что высокие частоты спектра речи подвержены затуханию больше, чем низкие. Это определяется преимущественно емкостным характером абонентской линии. Зависимость затухания от частоты приводит к искажениям речевого сигнала, которые называются "амплитудными искажениями". В существующих сетях получило распространение введение искусственной индуктивности, которая ослабляет емкостный характер. Эти устройства получили название "пупиновские катушки" (по имени их изобретателя, словацкого ученого Пупина). Эти катушки используются на длинных межстанционных и абонентских сельских линиях. Улучшая параметры речи, они препятствуют расширению частотного диапазона (например, для услуг, требующих широкой полосы частот) .

Отводы

Существует три категории отводов абонентской линии в распределительной или магистральной сети. Первый - отвод для подключения резервного оборудования (jumping-off). Он используется в качестве резервной линии для подключения телефонного аппарата в другое место (например, дополнительная розетка). Большую часть времени он находится в состоянии, когда к нему не подключена аппаратура. Отвод для перехвата информации (taping) подразумевает включение оборудования, которое само активно принимает информацию.

Если использование кабельных отводов и допустимо в аналоговых телефонных сетях, обычно такие отводы оказывают серьезное воздействие на работу цифровых систем передачи. Цифровой сигнал, передаваемый по кабелю абоненту, попадает также и в каждый кабельный отвод. Отраженный от конца такого отвода сигнал накладывается на исходный сигнал, подаваемый абоненту, что приводит к значительному увеличению числа ошибок. К цифровому абонентскому тракту не должно быть подключено никакое телефонное оборудование.

Еще один тип отвода - неиспользуемая пара (bridged tap): дополнительная пара проводов, проложенная рядом с основными парами кабеля. Она обычно ни к чему не подключена, но может понадобиться в будущем для подключения нового пользователя. Короткие неиспользуемые пары не влияют на сигналы в речевой полосе, но могут быть чрезвычайно вредны для цифровых сигналов высокой частоты.

Потери

Качество обслуживания телефонных вызовов на сети определяется вероятностью потерь (отказов в обслуживании) из-за отсутствия свободных и доступных коммутационных приборов или каналов.

Определению всех понятий и расчету потерь посвящена большая область теоретических исследований. Для детального рассмотрения этих вопросов рекомендуются книги . Кратко приведем нормы на обслуживания.

Имеются потери двух типов - явные потери и потери по ожиданию. В первом случае при отсутствии свободных путей или каналов заявка снимается с обслуживания, во втором случае - ставится на ожидание. Она снимается с обслуживания, если время ожидания превышает заранее заданную величину.

Суммарные потери любого типа от абонента до абонента не должны превышать:

• при связи через городскую телефонную сеть - 0,03;
• при связи через пригородную зону - 0,04;
• при связи через междугороднюю сеть - 0,005.

Эти потери следует разделять на станционные и линейные. Поскольку стоимость линейных сооружений больше стоимости станционной аппаратуры, для станций устанавливаются нормы небольшой величины, а оставшаяся часть приходится на потери из-за отсутствия линий и каналов.

Для станций существуют следующие нормы:

• от абонента до входа (выхода) станции - 0,001,
• и между двумя входами (выходами) станции - 0,005.

В конце отметим, что норма потерь очень отражается на технико­экономических показателях сети: чем меньше норма потерь, тем больше требуется установить оборудования.

Качество обслуживания

Рассмотренные выше показатели потери характеризуют только одну сторону услуги передачи речи. В современных сетях телекоммуникаций применяется характеристика качество обслуживания. Эта характеристика является комплексной при оценке класса и качества услуг.

Все виды трафика можно разделить на три основные категории .

Трафик реального времени включает в себя аудио­ и видеоинформацию, критичную к задержкам при передаче. Обычно качество характеризуется явными потерями. Допустимые значения задержек обычно не превышают 0,1 с (сюда входит время на обработку пакетов конечной станцией). Кроме того, задержка должна иметь малые флуктуации (с ними связан эффект "дрожания"). При сжатии информации трафик данной категории становится очень чувствительным к ошибкам при передаче, а из-за жестких требований к задержкам при передаче потоков в режиме реального времени возникающие ошибки не могут быть исправлены с помощью повторной посылки.

Трафик транзакций (интерактивный). При передаче этого вида трафика задержки не должны превышать 0,1 с. В противном случае пользователи будут вынуждены прерывать работу и ждать ответа на свои сообщения. Такая схема обмена информацией снижает производительность труда, а разброс в значениях задержек может привести к возникновению чувства дискомфорта у пользователей. В некоторых случаях превышение допустимого времени задержек приводит к сбою рабочей сессии.

Трафик данных. Задержки при передаче трафика этой категории могут иметь практически любые значения и достигать даже нескольких секунд. Для такого трафика полоса пропускания более важна, чем время задержек: увеличение пропускной способности сети влечет за собой уменьшение времени передачи. Приложения, передающие большие объемы данных, разработаны преимущественно в расчете на предоставление им всей доступной полосы пропускания сети.

Следующим шагом на пути к реализации коэффициента качества обслуживания QoS стала разработка механизма явного управления скоростью трафика (ECR - Explicit Rate Control), который в течение ряда лет довольно активно используется в сетях ATM. В последнее время все чаще высказывается мнение, что ECR можно применять также со стеком протоколов TCP/IP. Этот механизм способен работать автономно либо совместно с существующими алгоритмами организации очередей. Основные задачи, которые он позволяет решать:

• рост производительности каналов связи;
• уменьшение времени ожидания реакции сети;
• увеличение степени детализации сетевого управления благодаря контролю за отдельными потоками трафика.

Преимущества ECR таковы:

• возможность точного управления распределением полосы пропускания между входящими и исходящими потоками трафика;
• снижение нагрузки на сеть, связанной с повторной передачей пакетов с ошибками;
• уменьшение длины очередей в маршрутизаторе (и, как следствие, снижение нагрузки на его центральный процессор);
• значительное сокращение времени доставки пакета и уменьшение его флуктуаций, более быстрая адаптация к изменениям ситуации. Реализацию этого механизма можно изучить в и .

Краткие итоги

В первом случае при отсутствии свободных путей или каналов заявка снимается с обслуживания, во втором случае - ставится на ожидание. Она снимается с обслуживания, если время ожидания превышает заранее заданную величину.

• В современных сетях телекоммуникаций применяется характеристика качество обслуживания. Эта характеристика является комплексной при оценке класса и качества услуг.
• Трафик реального времени включает в себя аудио­ и видеоинформацию, критичную к задержкам при передаче. Обычно качество характеризуется явными потерями. Допустимые значения задержек обычно не превышают 0,1 с (сюда входит время на обработку пакетов конечной станцией).
• Трафик транзакций (интерактивный). При передаче этого вида трафика задержки не должны превышать 0,1 с. В противном случае пользователи будут вынуждены прерывать работу и ждать ответа на свои сообщения.
• Трафик данных. Задержки при передаче трафика этой категории могут иметь практически любые значения и достигать даже нескольких секунд.
• Схема, включаемая в линию и выполняющая переход от двухпроводной линии к четырехпроводной, называется дифференциальной системой (hybrid).
• При работе дифференциальной схемы возможен переход информации с цепей передачи на цепь приема, как это показано на рисунке пунктирной линией.

Такой переход вызывает у абонента эффект эха. Явление "эхо" заключается в поступлении в приемник сигнала передатчика.

• В цифровых системах для улучшения качества тракта применяется цифровая схема эхокомпенсации. Ее принцип заключается в том, что передаваемая в линию информация через цепь задержки передается в сумматор, стоящий в цепи приема. Там она вычитается (алгебраически суммируется) из принимаемого потока. Задержка и параметры сигнала выбираются таким образом, чтобы при вычитании уничтожить сигналы, перешедшие из собственной цепи передачи.
• Метод эхоподавления основан на том, что при передаче информации закрывается (ослабляется) цепь собственного приема. При эхоподавлении может происходить ухудшение качества связи в момент, когда оба абонента активны, а тракт приема одного из них заблокирован.

Определение величины токов влияния на ближний и дальний концы кабельной линии

Кабельные линии монтируют из отдельных отрезков кабеля (строительных длин), поставляемых заводами со скрученными (скре­щенными) жилами цепей, и поэтому фазы токов влияний, поступа­ющих к ближнему и дальнему концам кабельной линии, неизвест­ны. При определении полного тока влияний применяют квадратич­ный закон сложения токов отдельных строительных длин. Рассматриваемая ситуация отличается от случая влияний между цепями воздушных линий, где фазы токов поступающие с отдельных участков взаимовлияющих цепей на ближний (дальний) конец, известны, т.к. схемы скрещивания цепей монтируются в процессе строительства воздушной линии.

Допустим, что имеется кабельная линия из n отрезков кабеля длиной S с цепями, имеющими одинаковые параметры. Для опреде­ления переходного затухания на ближнем конце предположим, что электромагнитные связи между цепями постоянны по всей длине и ток влияния первой строительной длины , тогда ток влияния со второй строительной длины будет и т. д., и с последней строительной длины .

Полный ток влияния на ближнем конце

.

В этом случае отношение токов

Приравняв , для переходного затухания получим

где - переходное затухание на ближнем конце строительной длины, оп­ределяемое обычно измерениями.

Все токи влияния на дальний конец проходят через отдельные строительные длины и пути их от начала влияющей цепи до конца цепи, подверженной влиянию, одинаковы. По­этому при суммировании их по квадратичному закону все слагае­мые под квадратным корнем получаются одинаковыми, и полный ток

Переходя к отношению токов и логарифмируя, получим

где - переходное затухание на дальнем конце строительной длины, определяемое измерениями, .

Защищенность на дальнем конце

Строительные длины кабелей в процессе монтажных работ сое­диняют между собой; они образуют кабельную линию.

Симметрирование кабелей

Кабельные цепи в строительных длинах одного и того же типа кабеля всегда имеют различные электрические характеристики (в пределах, допустимых техническими условиями), и от того, как они будут соединены, зависит защищенность их от взаимных влияний и влияний внешних источников. Поэтому при выполнении монтажных работ с симметричными кабелями проводят симметрирование - комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний.

Способы симметрирования . Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей. При этом в низкочастотных (до 4 кГц) кабелях преобладают электрические связи, а в высокочастотных - электромагнитные комплексные связи. Исходя из этого в НЧ кабелях достаточно проводить симметрирование емкостных связей; в ВЧ кабелях необходимо симметрировать все составляющие (активные и реактивные) электрических и магнитных связей. Для симметрирования НЧ кабелей применяют метод скрещивания жил и конденсаторный метод. Симметрирование ВЧ кабелей производят методами скрещивания жил и концентрированного симметрирования контурами противосвязи.

Сущность симметрирования скрещиванием жил заключается в компенсации электромагнитных связей между цепями на одном участке кабельной линии связями другого участка. Компенсация объясняется тем, что при скрещивании связи изменяют свой знак.

При симметрировании конденсаторным методом последние устанавливают в промежуточной муфте, соединяющей два участка кабельной линии, и включают между жилами цепей. Емкость их выбирают такой, чтобы сумма частичных емкостей С 13 +С 24 (рис.1) была близка к сумме С 14 +С 23 . В случае равенства сумм достигается равновесие электрического моста, и емкостная связь равна нулю.

Концентрированное симметрирование контурами противосвязи заключается в том, что токи помех, вызываемые электромагнитными связями между цепями, компенсируются токами влияния противоположной фазы, создаваемыми с помощью контуров, включаемых между жилами взаимовлияющих цепей.

На рис.2 приведена схема включения контура противосвязи F п, а естественная распределенная связь показана в виде эквивалентной связи F. Поскольку токи влияния I и I п на дальний конец различных участков сближения цепей имеют одинаковую фазу, то для компенсации этих токов достаточно с помощью контура создать такой же ток, но противоположной фазы. При практическом симметрировании сложность заключается в реализации требуемой частотной зависимости контура противосвязи, воспроизводящего частотную зависимость естественной электромагнитной связи, которая носит комплексный характер, и в необходимости учета эффекта перестановки.

Выполнение симметрирования значительно упрощается при использовании комплекта приборов для визуального измерения комплексных связей по активной и реактивной составляющим, а также переходных затуханий по модулю и фазе вместо приборов для измерения частотных характеристик переходного затухания на ближнем конце и защищенности на дальнем конце.

На ближний конец цепи токи влияния с различных участков приходят с разными фазами, и компенсировать их токами противосвязи сложно, так как контуры противосвязи необходимо подключать в местах воздействия электромагнитной связи. Учитывая, что в действительности электромагнитные связи имеют распределенный характер, то для получения компенсации нужно между цепями подключать большое число контуров противосвязи, что практически неприемлемо. Поэтому концентрированное симметрирование контурами противосвязи применяют только для уменьшения влияния на дальний конец. Влияние на ближний конец уменьшают скрещиванием.

Методика симметрирования высокочастотных и низкочастотных цепей различна. Высокочастотные цепи имеют большое затухание на высоких частотах, и токи влияния на ближний конец участков, расположенных на расстоянии, соответствующем затуханию 10-11 дБ (на верхних частотах передаваемого спектра), незначительны. Это позволяет производить симметрирование на всем усилительном участке. Низкочастотные цепи имеют значительно меньшее затухание, и, снижая влияние на дальний конец, можно увеличить влияние на ближний конец и наоборот. Низкочастотные кабели симметрируют небольшими участками, называемыми шагами симметрирования: участки кабельной линии, состоящие из нескольких строительных длин общей протяженностью до 4 км. Обычно длину шага симметрирования низкочастотных кабелей принимают равной 2 км.

В железнодорожных кабелях дальней связи имеются высоко- и низкочастотные четверки. При симметрировании таких кабелей приходится применять оба метода.

3. Симметрирование низкочастотных цепей . В кабелях со звездной скруткой жил наибольшие влияния имеют место между цепями внутри четверок. Влияние между цепями смежных четверок меньше из-за различных шагов их скрутки. Однако при большой длине кабеля это влияние может превысить допустимое. Влияние уменьшают смешиванием четверок, которое заключается в том, что на протяжении кабельной линии четверки меняются местами, то удаляясь друг от друга, то сближаясь. В железнодорожных кабелях применяют преимущественно симметрирование внутри четверок. Перед началом симметрирования цепи к ней должны быть подключены все ответвления от магистрального кабеля к устройствам автоматики и связи.

Низкочастотные цепи симметричных кабелей в отличие от высокочастотных имеют более высокие значения волнового сопротивления. Поэтому при передаче по этим цепям сигналов одинаковой мощности напряжение в низкочастотных цепях окажется больше, а ток меньше, чем в высокочастотных и, следовательно, влияния между низкочастотными цепями в большей степени обусловливаются электрическими связями, чем магнитными. Низкочастотные цепи магистральных железнодорожных кабелей необходимо симметрировать в тех же муфтах, что и высокочастотные. При совпадении мест расположения усилительных пунктов НЧ и ВЧ цепей низкочастотные цепи следует симметрировать одновременно с высокочастотными, а при несовпадении сначала симметрируют высокочастотные цепи, а затем низкочастотные.

Для симметрирования четверок сначала измеряют емкостные связи в соединяемых строительных длинах кабеля: k 1 =(С 13 +С 24)-(С 14 +С 23) между основными цепями в четверке; k 2 =(C 13 +C 14)-(C 23 +C 24) между первой основной и искусственной; k 3 =(C 13 +C 23)-(C 14 +C 24) между второй основной и искусственной. Измеряют также емкостную асимметрию е 1 =(C 10 -C 20) первой пары четверки; е 2 =(C 30 -C 40) второй пары четверки; е 3 =(C 10 +C 20)-(C 30 +C 40) искусственной цепи, где C 13 , C 23 , C 14 , C 24 - емкости между жилами цепей; C 10 , C 20 , C 30 , C 40 - емкости между жилами и землей (оболочкой) (см. рис.1).

Затем симметрирование выполняют в три этапа: внутри шагов симметрирования; при соединении шагов и на смонтированном усилительном участке.

Симметрирование внутри шагов (первый этап) можно выполнять в одной, трех и семи точках, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и от концов шага симметрирования (рис.3). Муфты, в которых выполняют симметрирование скрещиванием, называются симметрирующими. Муфты, в которых симметрирование выполняют скрещиванием и конденсаторами, называются конденсаторными. Муфты, в которых симметрирование не выполняют и жилы соединяют напрямую, называют прямыми муфтами и обозначают кружком (см. рис.3).

При одноточечной схеме сначала монтируют прямые муфты, а затем конденсаторную (К). В случае трехточечной схемы вначале монтируют прямые муфты, затем симметрирующие и только потом конденсаторные. При симметрировании по семиточечной схеме сначала монтируют симметрирующие муфты А, затем Б и последней - конденсаторную муфту К.

Схемы скрещивания жил цепей при соединении четверок в симметрирующих муфтах выбирают по данным измерений емкостных связей и асимметрии. Например, если на одном участке кабельной линии емкостная связь между цепями одной из четверок пФ, а на другом участке емкостная связь между цепями также внутри одной четверки пФ, то при соединении жил обеих четверок без скрещивания результирующая связь пФ. Если жилы одной из цепей скрестить в соединительной муфте, то результирующая связь k 1 =350-300=50 пФ. В случае скрещивания обеих цепей значение результирующей связи не изменится (650 пФ).

Когда имеется искусственная цепь, возможны 8 вариантов скрещивания. Эти комбинации скрещиваний и соответствующие им знаки емкостных связей и асимметрии приведены в табл.1.

Штрихами у букв обозначают участки кабеля. Для удобства введены условные обозначения, называемые операторами. Крест соответствует скрещиванию, а точки - соединению напрямую (цвет в цвет).

При выполнении симметрирования скрещиванием пробуют все возможные схемы и выбирают ту, при которой связи и асимметрия имеют наименьшие значения. Когда нельзя одновременно уменьшить связи и асимметрию, оператор выбирают исходя из задачи уменьшения связей.

Таблица 1

Если скрещиванием не удалось снизить связи и асимметрию до допустимых значений (k 1 , k 2 , k 3 ≤ 20 пФ; е 1 , е 2 ≤ 100 пФ), то применяют симметрирование конденсаторами.

Емкости этих конденсаторов выбирают так. Допустим, измерениями установлено, что k 1 = - 30 пФ. Это значит, что в уравнении для k 1 сумма емкостей (С 13 +С 24) меньше (С 14 +С 23) на 30 пФ. Следовательно, для того чтобы получить значение k 1 = 0 и не изменить k 2 и k 3 , необходимо включить дополнительные конденсаторы емкостью 15 пФ между жилами 1-3 и 2-4 четверки. Аналогично можно уменьшить связи k 2 и k 3 . Для снижения асимметрии конденсаторы подбирают так же, но включают их между соответствующими жилами и оболочкой (землей).

При соединении шагов между собой (второй этап) симметрирование выполняют способом скрещивания по результатам измерений переходного затухания между цепями на частоте 800 Гц. Выбирают операторы, которые дают наибольшее переходное затухание. Шаги наращивают последовательно, начиная от концов усилительного участка к его середине по измерениям переходного затухания на ближнем и дальнем конце, добиваясь наибольшего их значения. Одновременно выравнивают рабочие емкости и сопротивления жил основных цепей в шаге симметрирования так, чтобы асимметрия не превышала 0,1 Ом.

На участках, где возможны большие внешние влияния, на втором этапе симметрирования проводят дополнительные мероприятия по снижению коэффициента чувствительности цепей к помехам.

Для этого при соединении между собой шагов симметрирования по направлению от конца усилительного участка к его середине по результатам измерения переходного затухания на ближнем конце и напряжений U 1 и U 2 в соединяемых четверках кабеля (рис.4).

Измерительный генератор G включают в конце наращиваемого шага симметрирования S (точка С). На головной станции (точка А) проводят серию измерений на зажимах нагрузочных сопротивлений кабельных цепей в четверке Каждая группа из двух измерений относится к определенному оператору скрещивания жил четверки в монтируемой муфте. Наименьшему измеренному напряжению будет соответствовать минимальный коэффициент чувствительности цепи.

Приемлемый оператор (схема соединения жил в точке В) выбирают компромиссно на основании результатов сравнения значений переходных затуханий между цепями в кабельной четверке и измеренных напряжений U 1 и U 2 . При этом переходные затухания не должны быть менее допустимых, а измеренные напряжения должны быть наименьшими.

На третьем этапе симметрирование на смонтированном усилительном участке выполняют в муфте, расположенной примерно в середине усилительного участка. В этой муфте соединяют жилы в четверке по результатам измерения защищенности на дальнем конце и напряжений U 1 и U 2 , выбирают компромиссно самый выгодный оператор. В четверках, не удовлетворяющих нормам переходного затухания и защищенности, включают компенсирующие контуры.

4. Симметрирование высокочастотных цепей .

Для уменьшения трудоемкости и повышения эффективности симметрирования на стадии подготовительных работ проводят группирование строительных длин кабеля по средним значениям рабочей емкости цепей и по величине переходного затухания на ближнем конце. В этом случае из паспортных данных на строительные длины выбирают минимальные значения переходного затухания на ближнем конце между всеми цепями и составляют ведомость укладки этих кабелей на участке. На концах усилительного участка прокладывают кабели с наибольшими значениями переходного затухания, что позволяет исключить или значительно облегчить процесс симметрирования на ближний конец цепи. Для высокочастотных цепей симметрирование выполняют в пределах усилительных участков систем передачи с частотным разделением каналов (цифровые системы обладают большей помехозащищенностью и не требуют симметрирования ВЧ цепей). Симметрирование на дальнем конце усилительного участка выполняют в два этапа: на первом - систематическое скрещивание первой цепи четверки при соединении строительных длин кабеля (оператор соединения в муфте жил кабеля х..); на втором - скрещивание цепей в одной, двух или трех точках (муфтах) (рис.5) с подбором опытным путем наилучшего сочетания операторов скрещивания по результатам измерений защищенности цепей на дальнем конце усилительного участка. Эффективность двухэтапного скрещивания ВЧ цепей зависит от значений так называемого параметра симметрируемости внутричетверочных комбинаций влияния для строительной длины кабеля. Этот параметр определяется минимальным значением A l , которого можно достигнуть при компенсации непосредственных влияний. Эффективность двухэтапного скрещивания также зависит от диапазона частот и длины усилительного участка.

Под наилучшим сочетанием операторов скрещивания при трехточечной или двухточечной схемах симметрирования понимают такое, при котором достигается требуемая норма по защищенности A з l во всем диапазоне частот. Если этого достигнуть невозможно, то выбранные операторы скрещивания должны в первую очередь уничтожить эффект перестановки для возможности использования симметрирования с применением контуров противосвязи. В последнем случае симметрирование ВЧ цепей получается трехэтапным.

Кроме рассмотренных методов уменьшения взаимных влияний между ВЧ цепями, в отдельных случаях могут потребоваться и другие (дополнительные) меры, например по уменьшению влияний с выхода промежуточного усилителя (регенератора) на его вход в комбинированных железнодорожных кабелях связи и компенсационный метод ослабления взаимных влияний на участках меджу соседними обслуживаемыми усилительными пунктами (ОУП-ОУП). Этот метод служит для обеспечения помехозащищенности от взаимных влияний при организации связи по кабелю, предназначенному согласно техническим условиям для работы в более узком диапазоне частот, чем этого требует применяемая аппаратура.

Влияние с выхода промежуточного усилителя на его вход необходимо учитывать на кабельных линиях при наличии низкочастотных цепей, проходящих без разрыва через высокочастотный усилительный пункт (УП). В этом случае имеют место указанные влияния через третьи низкочастотные цепи (рис.6). Устранение этих влияний может быть обеспечено благодаря переходу ВЧ цепей из одного кабеля в другой в каждом усилительном пункте (рис.7). Влияния с выхода на вход ВЧ усилителей через третьи двухпроводные цепи могут быть уменьшены включением в последние низкочастотных фильтров.

Рис. 6	Рис. 7

Для уменьшения этих влияний на воздушных линиях вводы в усилительные пункты устраивают в разных кабелях. Для уменьшения влияния через земляной тракт во все цепи на входе и выходе в усилительные пункты включают запирающие катушки (ЗК) (рис.8). Каждую полуобмотку катушки ЗК включают в один из проводов двухпроводной цепи. В результате магнитные поля токов земляного тракта (имеющих одинаковое направление) складываются, что увеличивает индуктивное сопротивление цепи «провод-земля». Магнитные поля токов, имеющих разные направления в проводах двухпроводной цепи, взаимно компенсируются, и затухание, вносимое запирающей катушкой для передаваемых сигналов, невелико. При вводе в оконечные пункты запирающие катушки включаются только в уплотненные цепи.

Компенсационный метод ослабления взаимных влияний на участках ОУП-ОУП. Линейные тракты железнодорожных магистральных кабельных линий находятся в более тяжелых условиях по сравнению с аналогичными линиями Министерства связи. Это объясняется наличием третьих неуплотненных цепей, большим числом кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевой оболочкой, трудно симметрируемых в широком диапазоне частот, большим числом отпаев от магистрального кабеля. Поэтому применительно к кабельным магистралям железнодорожного транспорта этот метод ослабления взаимных влияний наиболее применим.

Компенсационный метод имеет большие возможности ослабления взаимных влияний по сравнению с методами симметрирования. Это объясняется, во-первых, тем, что он учитывает наличие эффекта перестановки, который возникает из-за различия постоянных распространения взаимовлияющих цепей (эффект перестановки проявляется в том, что комплексные связи для комбинаций влияния первой цепи на вторую и наоборот различны); во-вторых, применением более широкой элементной базы (кроме резисторов и конденсаторов, применяемых как и в методе симметрирования контурами противосвязи в пределах усилительного участка, используют регулируемые линии задержки и катушки индуктивности, на базе которых создают полосовые фильтры с требуемыми характеристиками). Недостатком рассматриваемого метода является то, что он может быть применен только на магистрали с полностью настроенными линейными трактами, и при его использовании невозможен контроль качества строительства по важнейшему параметру - переходному затуханию и защищенности.

Взаимные влияния на участках ОУП-ОУП подавляются включением в приемном ОУПе контура противосвязи (рис.9). Схему противосвязи подбирают так, чтобы ток компенсации I к был одинаков по модулю и противоположен по фазе результирующему току помех на входе данного ОУП где - ток помех, наведенный в пределах v -го усилительного участка. Для обеспечения независимости подавления взаимных помех между различными комбинациями влияний (учет эффекта перестановки) используют однонаправленное устройство, которое устанавливают на входе контура противосвязи.

Подбор элементов контуров противосвязи возможен двумя основными способами - расчетным и аппаратурно-итерационным. Последний применяют на железнодорожных кабельных магистралях, так как он более нагляден и не требует применения специальной аппаратуры. Аппаратурно-итерационный метод синтеза схем противосвязей состоит из трех этапов: первый - измерение годографа комплексных связей на участке ОУП-ОУП, второй - подбор элементов контуров противосвязи на основании данных, полученных на первом этапе; третий - измерение разностного годографа после подключения контура противосвязи между взаимовлияющими цепями и уточнение элементов последнего. Подбор элементов контуров противосвязей заключается в выборе необходимой типовой схемы противосвязи или комбинации их включения. Среднее значение эффективности ослабления взаимных влияний на участках ОУП-ОУП составляет 10-12 дБ.

Контрольные вопросы

1.Поясните физический смысл симметрирования с применением контуров противосвязи и метода скрещивания.

2.В чем состоят особенности симметрирования низкочастотных (высокочастотных) кабелей связи?

3.В чем заключается особенность симметрирования низкочастотных цепей при воздействии внешних влияний?

4.Поясните преимущества и недостатки компенсационного метода ослабления взаимных влияний на участках ОУП-ОУП.

5.Поясните назначение и принцип действия запирающих катушек.

Данное измерение обычно проводится при производстве ВОК, однако, как и в предыдущем случае, может возникнуть необходимость поверочных измерений. Ниже рассматривается основной метод измерения переходного затухания, которое, на дальнем конце ВОЛП представляет собой коэффициент передачи между выходами волокон при вводе оптического излучения в волокно, влияющее на кабель, а на ближнем конце представляет коэффициент передачи между входами, подверженными влиянию ближайших волокон [Д2]. В соответствии с этими определениями измерение переходного затухания осуществляют путем измерения мощности на входе волокна, влияющего на кабель, а также выходах или входах волокон, подверженных такому влиянию по схеме, представленной на рисунке 10.6.

В качестве источника излучения применяют оптические источники с мощностью, достаточной для проведения измерения в заданном динамическом диапазоне. Длина волны источника излучения должна быть указана в стандартах или технических условиях на конкретный оптический кабель.

Требования к устройству ввода, фильтру мод оболочки, смесителю мод и регистрирующему устройству должны соответствовать указанным в методе измерения затухания.

Приемник излучения должен обеспечивать измерения в динамическом диапазоне, заданном в стандартах или технических условиях на оптический кабель.

Порядок измерения в этом случае тот же, что и в рассматриваемых ранее измерениях вносимых потерь. Волокно, подверженное измеряемому влиянию, выбирается из числа волокон, расположенных в непосредственной близости с влияющим волокном.

Процедуру измерения переходного затухания рассмотрим на примере двух оптических волокон, осуществляя следующую последовательность операций:

1. Соединяют входной конец влияющего волокна с источником излучения, а выходной конец – с приемником излучения. С помощью устройства ввода проводят юстировку входного торца влияющего волокна по максимуму сигнала на выходе приемника излучения. Регистрируют значение уровня мощности на выходе влияющего волокна измеряемого кабеля.

2. Выходной конец влияющего волокна отсоединяют от приемника излучения и соединяют с ним входной (выходной) конец, подверженного влиянию. Регистрируют показания, соответствующие уровню мощности на входе (выходе) волокна, подверженного влиянию.

3. Не изменяя положения влияющего волокна, в устройстве ввода обрывают влияющее волокно на расстоянии (1±0,2) м от входного торца. Выходной торец короткого отрезка волокна подготавливают в соответствии с требованиями, указанными в п. 1.10.10.10.

4. Выходной конец короткого отрезка волокна устанавливают относительно площадки приемника излучения так, чтобы на него попало все излучение с выходного торца. Регистрируют показания, соответствующие уровню мощности, введенной во влияющее волокно.

Переходное затухание на ближнем и дальнем концах оптического кабеля определяют по формулам:

где , и - соответственно, значения уровня мощности на входе влияющего волокна, а также входе и выходе волокна, подверженного влиянию.

Для измерения переходного затухания средства измерения оптической мощности должны иметь высокую чувствительность и позволять измерять оптическую мощность уровнем порядка – 90 дБм и ниже. В случае отсутствия таких средств, фиксируют реальный динамический диапазон измерений, как

где - динамический диапазон, дБм;

И - соответственно, уровень мощности на входе влияющего волокна или канала и минимально измеренный уровень мощности, дБм.

В некоторых случаях измерение переходного затухания может быть выполнено с помощью анализатора оптического спектра, позволяющего установить также спектральную плотность измеренного сигнала .