/
Автор: Бакланов И.Г.
Теги: электротехника радиотехнические измерения электрооборудование радиосвязь телекоммуникации линии связи системы связи
ISBN: 5-88405-031-3
Год: 2001
Текст
И.Г. БАКЛАНОВ
ТЕСТИРОВАНИЕ
И
ИАГНОСТИКА
СИСТЕМ СВЯЗИ
И.Г. Бакланов
ТЕСТИРОВАНИЕ
И ДИАГНОСТИКА
СИСТЕМ СВЯЗИ
ЭКО-ТРЕНДЗ
Москва, 2001
ИНЖЕНЕН-У^Н^ОЮГ^^
с'МмУИ
УДК 621.396.6.08
ББК 32.842
32.889
И.Г. Бакланов
Тестирование и диагностика систем связи. - М.: Эко-Трендз, 2001.
ISBN 5-88405-031-3
В книге рассмотрены тенденции развития современных технологий на рынке связи. Опреде-
лены технологии эксплуатации и описана динамика их развития.
Сформулирован технологический подход, предназначенный для анализа проблем эксплуата-
ции современных средств связи, и показана его эффективность.
На базе предложенного подхода рассмотрены технологии измерений линий связи на основе
волоконно-оптических и металлический кабелей, методы тестирования «последней мили»
(xDSL) и радиочастотных систем связи.
Приведены основные параметры и характеристики измерительного оборудования ведущих
фирм-производителей, рекомендации по их системному применению, а также утвержденные
методологии измерений международных организаций.
Книга предназначена для организаций и специалистов, создающих и эксплуатирующих со-
временные цифровые системы связи. Она может служить пособием для студентов ВУЗов и
слушателей центров повышения квалификации.
ББК 32.842
32.889
ISBN 5-88405-031-3
© Бакланов И.Г., 2001
Федеральная программа книгоиздания России
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие.................................................................6
1. Технологический подход и его использование в измерительной технике......7
1.1. Современное технологическое развитие средств связи.....................7
1.2 “Волновая” теория эволюции технологии..................................8
1.3. Динамика развития технологии...........................................9
1 4. Повышение роли измерительной техники с развитием технологий
телекоммуникаций........................................................12
1.5. Особенности динамики развития измерительной технологии............... 13
1.6. Измерительные технологии и метрология - разные методы описания.
Методология................................................................ 15
2. Классификация измерительных технологий современных телекоммуникаций....18
2.1. Системное и эксплуатационное измерительное оборудование..............18
2.2. Измерения в различных частях современной системы электросвязи....... 19
2.3. Использование семиуровневой модели взаимодействия открытых систем....22
3. Закономерности развития отечественного рынка измерительных технологий....23
3.1. Изменение подхода к оснащению измерительной техникой.................23
3.2. Системная интеграция отечественных сетей связи.......................25
3.3. Создание комплексных измерительных решений...........................26
3.4. Мировой рынок - общие тенденции и факторы влияния на рынок России......27
3.5 Директивные и рыночные методы контроля рынка..........................31
3.6. Рынок измерительных технологий и метрология..........................34
4. Технологический подход и методология...................................38
4 .1. Основные положения технологического подхода....................... 38
4 .2. Разделение ответственности и понятие методологии...................39
4 3 Методология как «внутренняя технология» измерений....................41
4 4 Технологический подход: от универсальных решений к реальным задачам..42
5. Методы представления сигналов цифровых систем связи....................45
5 1 Особенности представления цифровых сигналов. Методы представления
сигналов в виде диаграмм........ 45
5.2. Глазковые диаграммы.................................................. 45
5 3 Диаграммы состояний ...................................................48
5.4 Алгоритмические диаграммы-диаграмма Треллиса и древовидная диаграмма...50
6. Общая методология измерений параметров цифровых каналов................53
6.1. Бинарный канал и методы анализа его параметров.......................53
6.2. Возникновение ошибок по битам и их влияние на параметры
цифровой передачи............................................................54
6.3. Основные параметры, измеряемые в бинарном цифровом канале..............56
6.4 Тестовые последовательности.............................................59
6.5. Методы вычисления параметров ошибок в цифровых каналах ................64
6.5 1. Методы расчета параметра BER....................................64
6.5.2. Методы расчета параметра ES.....................................66
6.6. Методология измерений без отключения канала........................... 68
6.7. Объективация измеренных результатов......................................69
6.8. Методы нормирования параметров цифровых каналов........................70
6.8.1 Гипотетическая модель цифрового тракта.............................70
6.8.2. Гипотетическая модель ISDN (HRX)................................71
6.8.3. Гипотетическая модель радиочастотной системы передачи (HRDP)....74
6.8 4. Пересчет параметров гипотетической модели в параметры
реального канала ..................................................74
6 9. Методологии ITU-T рекомендации G.821, G.826, М.2100.....................75
6.9.1. Методология ITU-T рекомендация G 821............................75
6.9.2. Методология ITU-T рекомендация G 826............................76
6.9.3. Методология ITU-T рекомендации М.2100/М.2101....................77
6.10. Методология измерений параметров аналогово-цифровых
преобразований ИКМ.......................................................77
6.10 1. Значение методологии измерений аналогово-цифровых
преобразователей...................................................77
6.10.2. Процессы дискретизации, квантования и компандирования
и их влияние на параметры аналогового тракта.......................78
6 10.3. Методология измерений аналоговых каналов.......................81
6.10.4 Влияние шумов квантования на параметры тестовых
аналоговых сигналов....................................................83
6.10.5. Методология измерений А-Ц (аналог-цифра).......................84
6.10.6. Измерение основных параметров аналоговых и цифровых
сигналов ИКМ...........................................................86
7. Общая методология измерений джиттера в цифровых системах передачи......87
7.1. Понятие джиттера, его классификация и влияние на параметры
качества цифрового канала....................................................87
7.2. Причины возникновения джиттера. Типы джиттера..........................89
7.3. Необходимость измерений джиттера ......................................92
7.4. Общая методология измерений джиттера...................................94
7.5. Устройство анализатора джиттера........................................95
7.6. Измерение собственного джиттера системы передачи.......................95
7.7. Измерение максимально допустимого джиттера (MTJ)........................98
7.8. Измерение передаточной характеристики джиттера (JTF)..................103
7.9. Вопросы методологии измерений джиттера составного канала..............104
5
7 10. Методология измерений вандера ....................................105
8. Измерения волоконно-оптических систем передачи........................109
8 1 Измерения, проводимые на волоконно-оптических линиях связи............109
8 2 Измерительная техника для эксплуатационных измерений ВОСП ............111
8 3 Эксплуатационные измерения на ВОСП ...................................137
8 4. Промышленный анализ оптоволоконных кабелей.......................... 146
8 5. Калибровка эксплуатационного измерительного оборудования.............148
8.6. Системное оборудование для анализа оптоволоконных кабелей............150
8 7. Перспективы развития измерительных технологий ВОСП...................153
9. Измерения электрических кабелей.......................................156
9 1. Концепция измерений электрических кабелей............................156
9 2. Измерения магистральных кабелей..................................... 159
9 3 Общие методы обнаружения точек возникновения неисправностей
в электрическом кабеле. . . 161
9 4. Измерения абонентских кабельных систем.............................. 173
9 5 Измерения структурированных кабельных систем .........................195
9 6. Измерения абонентских кабелей при внедрении аппаратуры “последней мили” ....207
10. Радиочастотные измерения.............................................221
10 1 Особенности радиочастотных измерений ..............................221
10.2 Измерения радиоэфира.. . ........................222
10.3 . Измерение характеристик ретрансляторов........................... 229
10.4 . Измерения характеристик компонентов радиочастотного тракта........233
10.5 . Комплексные измерения радиочастотных трактов......................240
10.6 Комплексная имитация радиочастотного канала . 254
Список русских сокращений.................................................256
Список иностранных сокращений.............................................257
Сокращенные названия фирм.................................................260
Литература................................................................261
Светлой памяти моего отца,
Бакланова Геннадия Семеновича
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга посвящена проблемам технологии измерений и развития измерительной техники,
намеченным в [1-5], и продолжает энциклопедию измерительных технологий, включающую
следующие книги:
1 «Методы измерений в системах связи» [2], где дается общее понятие о технологии из-
мерений, рыночном подходе к закономерностям развития этой технологии, описаны ме-
тоды измерений цифровых каналов, единые для всех компонентов системы электросвя-
зи, и рассматривается технология измерений в средах передачи сигналов;
2. «Технологии измерений первичной сети» в двух частях [4-5], где детально описываются
измерения в цифровой первичной сети, построенной на технологиях ИКМ, PDH, SDH и
ATM, а также принципы построения и измерений в системах синхронизации,
3. «ISDN и Frame Relay: технология и практика измерений» [3], где описываются методы
организации измерений в современных вторичных сетях, цифровых телефонных сетях
(ISDN) и современных сетях передачи данных (Frame Relay)
Первоначально предполагалось отдельно осветить вопросы современного анализа про-
токолов, однако в связи с выходом блестящих монографий Гольдштейна Б.С. [6-8] и Росля-
кова А.В. [9] оказалось, что эта задача на данный момент неактуальна, поскольку вся необ-
ходимая информация может быть найдена в этих изданиях.
Настоящее издание представляет собой переработанный и значительно дополненный
материал первой книги энциклопедии [2] Необходимость глубокой переработки определя-
лась рядом причин:
• за последние несколько лет коньюктура на мировом и отечественном рынках заметйо
изменилась,
• технологический подход, впервые сформулированный в [2], еще не был развит. Даль-
нейшая работа позволила значительно дополнить основные принципы технологического
подхода рядом выводов и примеров, и в настоящем издании сделана попытка обобще-
ния накопленного опыта,
• в связи с внедрением технологии «последней мили» возрос интерес к технологии изме-
рений электрического кабеля В книге значительно расширен раздел, касающийся тех-
нологии измерений электрического кабеля;
• постоянное обновление сведений об информационных технологиях побудили автора из-
менить форму книги и тем значительно повысить ее информативность. В частности, в [2]
много внимания уделялось сравнительному анализу различных измерительных прибо-
ров. Эта часть книги заслуженно подвергалась критике, поскольку информация о харак-
теристиках приборов не всегда может быть проверена автором и очень быстро устарева-
ет. Поэтому в книге приводится перечень приборов с адресами фирм-производителей в
Интернет. Такой подход, на взгляд автора, более эффективен, поскольку позволяет чита-
телю выходить за рамки книги и продолжить самостоятельно анализ ее материала;
• после публикации книг был получен ряд важных критических замечаний, которые в значи-
тельной мере учтены в настоящей книге.
Автор искренне благодарен за конструктивную критику моим коллегам по PR-GROUP,
Нетесу А.Я. и Нетесу В А , а также Гурину О И.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПОДХОД
И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
1.1. Современное технологическое развитие средств
связи
Прежде чем говорить о технологическом подходе к изложению и анализу того или ино-
го явления в развитии современных средств связи, необходимо сказать несколько слов о том,
что представляет собой технология. Политехнические словари дают различные определения
самому понятию технологии. В целом технологией можно назвать совокупность техниче-
ских средств, методов (навыков) их использования, или, иными словами, технология - это
набор технических решений. В зависимости от того, насколько одни технические решения
будут лучше других можно говорить о сравнительной эффективности разных технологий.
уровень знаний о технических решениях будет отражать уровень знаний о технологии и т д.
Современное развитие информационных и телекоммуникационных технологий связано
с широкомасштабным внедрением микропроцессорной техники и переходом к цифровым
методам коммутации и передачи.
На современном этапе, который можно назвать технологической революцией, понятие
технологии выходит на первый план и требует нового подхода к анализу и описанию явле-
ний, связанных с развитием современных средств связи. Применительно к описанию и клас-
сификации методов измерений в современных сетях связи этот подход означает введение
нового ключевого определения-цзлг^/>идаель«ой технологии. Измерительная технология
или технология измерений означает совокупность методов, подходов к организации из-
мерений и интерпретации результатов, конкретных методик, а также измерительных
средств (приборов и средств контроля) для качественного обслуживания соответст-
вующего направления развития технологии средств связи.
Необходимость введения понятия измерительной технологии обусловлена рядом причин.
Во-первых, скорость смены технологий настолько высока, что не позволяет большей
части связистского сообщества осознать все ее нюансы в полной мере Действительно, по-
нимание специалистами современных технологий телекоммуникаций значительно отстает от
развития самих технологий. Отставание проявляется в отсутствии учебно-справочных мате-
риалов, малом количестве профессионалов в технологии, пока невысоким уровнем статей в
научно-технической прессе. Это явление характерно не только для нашей страны, оно на-
блюдается даже в странах с высоко развитыми телекоммуникациями. Временные рамки су-
ществования и смены технологий на рынке все время уменьшаются, в результате нельзя рас-
сматривать методологию измерений как стационарный процесс, необходимо включать
фактор времени В результате появляется необходимость рассматривать не только техноло-
гию измерений, но и учитывать динамику ее развития на рынке.
Во-вторых, развитие измерительной техники идет по пути высокой специализации по-
следней, поэтому на рынке начала появляться специализированная техника для обслужива-
ния и эксплуатации только систем связи. Рынок специальной измерительной техники меня-
ется очень динамично, т.е. возникает задача ее классификации, решить которую без техноло-
гического подхода невозможно.
В-третьих, в последнее время более половины средств мирового телекоммуникационно-
го рынка отводится на развитие программных средств Программное обеспечение в совре-
ГЛАВА 1
менных устройствах телекоммуникаций обновляется в среднем раз в 2 года, радикально из-
меняя структуру и возможности телекоммуникационных систем
Технологичность в области измерительной техники связана с появлением и развитием
целого класса измерительных приборов-анализаторов протоколов и логического взаимодей-
ствия интеллектуальных устройств. Этот класс измерительной техники не рассматривается
современной метрологией. Тем не менее он имеет высокую эксплуатационную значимость
Включить этот класс техники в общее рассмотрение можно, только рассматривая вопросы по
организации эксплуатационных измерений в комплексе Переход к рассмотрению комплекс-
ных решений требует введения понятия измерительной технологии
На основании всего перечисленного выше, технологический подход к описанию эксплуа-
тационных измерений на сетях связи является оправданным. Этот подход положен в основу
настоящей книги, посвященной вопросам эксплуатационных измерений на сетях связи
Для начала важными можно считать несколько вопросов, ответы на которые сразу за-
кладывают фундамент понимания динамики развития новых технологий. Вот эти вопросы:
• Как технологии сменяют друг друга?
• Как развивается рынок технологий?
• Какие социально-психологические процессы сопутствуют развитию рынка технологии?
Рыночные отношения уже основательно вторглись в область телекоммуникаций, однако
до сих пор преобладает командно-административный (директивный) подход, а рынок, как
непрерывный диалог поставщиков и заказчиков оборудования и услуг, в нашей стране еще
только начинает развиваться
Рассмотрение упомянутых выше вопросов важно тем более, что неправильные на них
ответы приводят и будут приводить к существенным ошибкам стратегического планирова-
ния, в том числе и в области измерительной техники.
Ниже постараемся дать ответы на перечисленные вопросы и сделать по возможности выво-
ды, касающиеся текущего положения дел в области связи и ее будущих перспектив. Сразу необ-
ходимо оговориться, что предлагаемый материал является результатом аналитических выводов
автора, которые могут бьггь оспорены
1.2. “Волновая” теория эволюции технологии
Эволюция технологий, в том числе и технологии телекоммуникаций, может быть пред-
ставлена в виде волн, “Волновая” теория наиболее полно отображает процессы смены техноло-
гий и подтверждена на практике развитием технологий последних десятилетий Суть концеп-
ции “волновой” теории проста: любая технология постепенно приходит на рынок, достигает
своего максимального распространения и также постепенно уходит с рынка Применительно к
эволюции технологий телекоммуникаций ряд зарубежных источников предлагает различные
прогнозы развития на ближайшее будущее В качестве примера на рис. 1.1 показана эволюция
концепций построения сетей передачи данных применительно к рынку США. При желании
аналогичные “срезы” эволюции технологий могут быть сформулированы для концепций соз-
дания первичной сети, построения телефонной сети, систем сигнализации и т.д.
Как видно из рисунка, современный этап развития технологии передачи данных харак-
теризуется снижением интереса к использованию выделенных цифровых каналов для пре-
доставления услуг цифровой связи. Пик развития переживают технологии ISDN и Frame
Relay. Им на смену идет технология ATM, которая достигнет пика популярности к 2005 году.
Постепенно начнет приходить технология WDM, в настоящее время разработанная только в
самых общих чертах Популярность технологии ISDN сохранится вплоть до 2002 года. Сле-
дует отметить, что предлагаемая картина сформулирована для рынка США с учетом его спе-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
пифических особенностей (например, слабого развития ISDN, довольно широкого внедрения
Frame Relay). Картина для России может отличаться как по амплитуде “волн”, определяю-
щих пиковую популярность технологии, так и по времени пиков.
Годы
Рис. 1.1. “Волны” развития технологии передачи данных
Согласно “волновой” теории различные технологии могут успешно сосуществовать в
течении достаточно большого интервала времени. Скорость появления и внедрения новой
технологии определяется актуальностью задач, решаемых операторами. Например, основны-
ми движущими силами внедрения технологии пакетной коммутации являются развитие пер-
сональных компьютеров и необходимость создания сетей передачи данных. Развитие техно-
логии ATM стимулируется постепенным переходом от узкополосной ISDN к широкополос-
ной и необходимостью решения задач интеграции услуг (например, интерактивного телеви-
дения) и т д
Причиной смены технологий обычно является экономическая конкурентоспособность
новых технических решений. А в условиях рыночных отношений экономический фактор, в
конечном итоге, является решающим.
Казалось бы, “волновая” теория развития технологий дает простое решение всех про-
блем. Если на смену существующим решениям с необратимостью приходят новые техноло-
гии, оператор, желающий быть конкурентоспособным, должен изначально ориентироваться
на эту технологию Такое упрощенное понимание не учитывает процессов, сопровождающих
развитие технологии, и приводит к очень опасной позиции “новизны ради новизны”. К сожа-
лению, эта позиция в настоящее время очень распространена среди отечественных специали-
стов в области современных телекоммуникаций.
1.3. Динамика развития технологии
Для полного представления о новой технологии и всестороннего анализа ее развития
необходимо рассмотреть социально-экономические процессы, которые сопровождают про-
хождение “волны”
10
ГЛАВА 1
Динамика развития технологии и поведение ряда важных параметров, сопровождающих
этот процесс, представлены на рис. 1.2. Возможность использования технологии в телеком-
муникациях определяется параметром стоимости технических решений, средним уровнем
знаний связистского сообщества о технологии, а также надежностью технических решений.
В начале развития технологии стоимость технических решений чрезвычайно высока
(рис. 1.2), так как в нее входят не только стоимость нового высокотехнологичного оборудо-
вания, но и затраты на проведение необходимых доработок (по закону Мерфи, устройство
скорее всего сразу не заработает) и “полевых” испытаний нового технического решения, до-
полнительных доработок устройств для сопряжения с существующей сетью. Поэтому на
ранних стадиях стоимость внедрения технологии крайне высока. По мере накопления опыта
внедрения и решения вопросов внутренней и внешней интеграции устройств стоимость пада-
ет и доходит до оптимального стабилизированного уровня. После того, как технология уста-
ревает и постепенно уходит с рынка, стоимость технических решений увеличивается. Само
оборудование дорожает до уровня антиквариата. С рынка исчезают запасные части и компо-
ненты устройств, что значительно увеличивает стоимость эксплуатации.
Средний уровень знаний связистского сообщества включает знания как пользователей
(заказчиков) оборудования, так и поставщиков. Поставщики получают новые знания о техно-
логии первыми, но и это требует определенного времени. Существенно, что начало графика
стоимости опережает начало графика уровня знаний; сперва технология приходит на рынок,
а уже потом появляются реальные практические знания о ней. По мере накопления опыта,
появления литературы, написанной профессионалами, уровень знаний о технологии увели-
чивается, достигая необходимого максимума. Когда технология устаревает, происходит сни-
жение этого уровня, так как часть специалистов переквалифицируется на новую технологию,
а часть - уходит на пенсию. В конце концов технология становится достоянием политехни-
ческих музеев, где практические знания о ней хранят только историки.
Интересна закономерность развития надежности технических решений. График надеж-
ности технических решений отстает от графиков стоимости и уровня знаний. Новая техноло-
гия в руках неквалифицированных пользователей не может быть основой надежной работы
системы связи. По мере развития самой технологии и стабилизации опыта ее использования
надежность технических решений повышается, достигая локального максимума. Дальнейшее
повышение надежности в период старения технологии связано с известным статистическим
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
процессом “что сломалось, то уже сломалось, а что работает, то и будет продолжать рабо-
тать” даже при отсутствии запасных частей
Помимо объективных тенденций на развитие технологии оказывают существенное
влияние социально-психологические процессы. Новая технология представляет собой сумму
новых знаний, которые должны быть восприняты и внедрены операторами, поставщиками и
заказчиками. Процесс принятия новых знаний является социально-психологическим процес-
сом и требует отдельного рассмотрения. Зная процессы, сопровождающие развитие техноло-
гии, можно условно разделить ее “жизненный цикл” на четыре периода (рис. 1.2) и рассмот-
реть социально-психологические процессы, характерные для каждого периода.
Этап I. Этап характеризуется становлением технологии на рынке. Законы рынка требу-
ют от фирм-поставщиков направлять все усилия на рекламу новой технологии. О ней говорят
как о новом прорыве, всячески описывая ее преимущества и замалчивая целесообразность
текущего внедрения Ей посвящены новые обзоры, проблемные статьи, рапорты о новых
внедрениях и их результатах (обычно в мажорных тонах) В результате возникает иллюзия
единственно верного пути - внедрение технологии, т е. на данном этапе превалирует слепой
оптимизм. Отсутствие реальных практических знаний о технологии, проблемах, с ней свя-
занных, и путях их решения приводит к идеализации технологии. Рождается миф о ее вели-
ком потенциале и решении всех проблем. Поддавшиеся на искушение финансируют развитие
новых технологий
В качестве примера можно рассмотреть современное состояние с технологией асин-
хронной передачи ATM на отечественном и мировом рынках Анализ статей, посвященных
этой технологии, показывает, что в основном это реклама новых приложений ATM В на-
стоящее время это самая цитируемая технология Однако, в современной практике системно-
го проектирования приложений, в которых ATM оказалась бы единственным возможным
вариантом решения, встречаются редко
Нисколько не умаляя необходимости внедрения ATM на рынке России, хотелось бы еще
раз указать, что такое внедрение является опытным В этой связи включение концепции ATM в
федеральную программу развития связи является правильным решением. Решение о создании
нескольких опытных зон внедрения ATM (еще лучше, если это будут затем зоны коммерческо-
го использования) безусловно прогрессивное. В то же время ориентация на технологию ATM,
как основу построения сетей некоторых ведомственных операторов, - решение ошибочное.
Этап II. Характеризуется стабилизацией технологии на рынке. В начале этого этапа
“прозревают заблуждающиеся”, развивается полемика в технической прессе об эффективно-
сти новой технологии и необходимости ее внедрения. Это закономерный процесс перехода
от первичной эйфории к конструктивному обсуждению на основе первого опыта. Обсужде-
ние очень важно, поскольку раскрывает все основные и дополнительные нюансы технологии.
Она становится знакомой, известной, в широком смысле отработанной. На этом этапе можно
рекомендовать ее использование большинству операторов. В результате новая технология
становится модной (в хорошем смысле этого слова), она становится парадигмой и использу-
ется большинством операторов. Конец этого периода характеризуется появлением здорового
энтузиазма к внедрению новой, уже хорошо знакомой технологии Решения становятся на-
дежными, знания о технологии постепенно наполняют учебные пособия и становятся клас-
сическими. Полемика в прессе умолкает-технология заняла свое достойное место.
В качестве примера на российском рынке можно указать технологию ISDN. Освоение
этой технологии миновало этап полемики о ее необходимости, но еще не достигло этапа здо-
рового энтузиазма. Существенно, что последние статьи по этой технологии носят явно прак-
тический характер. Вторым примером можно назвать технологию Frame Relay. Ее развитие в
12
ГЛАВА 1
полной мере должно начаться с широким внедрением ISDN, используемой Frame Relay в ка-
честве транспортной среды.
Очень показательным примером является технология SDH, которая стала современной па-
радигмой построения цифровой первичной сети. На пороге этого этапа стоит технология ATM.
Этапы III-IV. Это этапы зрелости и старости технологии. Как правило, оба этапа характе-
ризуются полным умолчанием в технической прессе В этом нет необходимости Технология
известна, она вошла в учебники и пособия. Появились хорошие инструкции по эксплуатации,
имеется широкий штат специалистов с большим опытом обслуживания технических средств
Сами технические средства включены в программы ВУЗов Изредка появляются статьи, в кото-
рых рассказывается об упущенных в ходе обсуждения на этапе II нюансах и скрытых резервах
технологии, но в целом обсуждение технологии исчезает до исчезновения самой технологии
В качестве примеров могут быть указаны модемная передача данных (за исключением
новых типов протоколов), PDH, квазиэлектронные АТС. В качестве примеров этапа IV - ана-
логовые системы передачи, координатные и декадно-шаговые АТС
1.4. Повышение роли измерительной техники
с развитием технологий телекоммуникаций
От рассмотрения технологии телекоммуникаций перейдем к рассмотрению движущих
сил и динамики технологий измерений
Совершенствование измерительных технологий тесно связано с общей тенденцией ус-
ложнения высоких технологий, наблюдающейся во второй половине XX века. Основными
тенденциями развития являются: миниатюризация, экономичность и, как следствие, услож-
нение. Это наглядно видно на примере развития современных технологий цифровой связи.
Сложность систем связи объективно повышается с переходом к цифровым системам переда-
чи с высокой пропускной способностью (SDH), новым принципам мультиплексирования
(ATM), новым концепциям систем сигнализации (ОКС 7 и протоколы ведомственных сетей
ISDN), новым сетевым концепциям предоставления услуг пользователям (интеллектуальные
сети). С развитием технологий увеличивается пропускная способность систем передач, сни-
жается стоимость интеллектуальных устройств, в современные телекоммуникационные сис-
темы внедряются принципы распределенной обработки информации. В связи с этим процесс
контроля и настройки работы интеллектуальных систем, каковыми в настоящее время явля-
ются сети связи, идет двумя путями- развитие систем внутренней диагностики интеллекту-
альных узлов сетей; применение современной измерительной техники.
Разработка систем самодиагностики и их отработка несколько отстают от развития самих
средств связи. Поэтому использование независимых систем контроля в ряде случаев является
единственно корректным решением Роль измерительной техники на сети связи повышается с
развитием новых технологий.
Измерительная техника на сетях современных телекоммуникаций - это настройка и оп-
тимизация сетей связи, поиск неисправностей и причин конфликтов, разрешение конфликт-
ных ситуаций Таким образом, основной движущей силой развития измерительных тех-
нологий является усложнение современных систем связи
Распространенное мнение о том, что цифровые системы связи лучше, надежнее и поэтому
требуют меньшего обслуживания на этапе эксплуатации, неверно Действительно, цифровые
технологии обеспечивают лучшее качество связи, имеют меньшие эксплуатационные затраты,
лучший контроль за ресурсом сети. Верно и то, что хорошо отлаженная, “ухоженная” цифровая
сеть не требует больших усилий на обслуживание. Однако, “неухоженная” цифровая сеть де-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
13
градирует гораздо быстрее аналоговой и на восстановление ее затрачиваются большие средст-
ва. Это - объективная плата за сложность технологии цифровой передачи. Цифровые телеком-
муникации имеют так называемый “пороговый эффект деградации”, когда при достижении
определенного порога параметры качества меняются скачкообразно В этом случае довольно
сложно сразу выделить причину нарушения связи, поскольку причиной являются накопленные
в течении длительного времени отклонения от нормы нескольких параметров.
Часто встречающееся мнение о том, что иностранные фирмы, обеспечивающие пуск уча-
стков цифровых сетей, должным образом настроят сеть и в дальнейшем ее работа не потребу-
ет квалифицированной эксплуатации, негативно. Такой подход ведет к зависимости операто-
ров сети от поставщиков. С уверенностью можно сказать, что использование современной
измерительной техники дает операторам ключ к пониманию процессов, происходящих в сети.
Поиск конфликтных ситуаций и противоречий, “тонкая настройка” сети помогают добиться
максимальной эффективности ее работы, а также понять принципы новой технологии.
До сих пор измерительная техника служила для контроля работы сети и соответствия ее
узлов отечественным стандартам Имелись четкие рекомендации по методологии измерений
на сетях связи В современной ситуации процесс стандартизации технологии значительно от-
стает от развития самих технологий. Четких рекомендаций по использованию измерительной
техники и эксплуатационной методологии нет и в ближайшем будущем не предвидится. Из-
мерительная техника, применяемая современными операторами, используется не только для
проверки на соответствие стандартам (в первую очередь международным), но и для изучения
процессов, протекающих в сети. Это позволяет операторам быстро осваивать новые техноло-
гии на международном уровне, что является необходимым условием успешной работы.
С развитием цифровизации сетей связи происходит специализация современной изме-
рительной техники Еще 15-20 лет назад для обслуживания аналоговых сетей связи приме-
нялась общеизмерительная техника (генераторы, осциллографы, частотомеры и т д.) или ее
модификации Развитие цифровых систем передачи и коммутации привело к тому, что изме-
рительную технику для телекоммуникаций в большинстве случаев уже невозможно исполь-
зовать в других областях человеческой деятельности Современные измерительные приборы
для телекоммуникаций, такие как анализаторы протоколов сигнализации, анализаторы циф-
ровых систем передачи, измерительные приборы ВОЛС и т.д., составляют рынок специали-
зированной техники, который до последнего времени не рассматривался ни в технической,
ни в экономической литературе.
Необходимо сразу оговорить, что предметом книги является рассмотрение современной
цифровой сети связи. В отечественной практике пока существует большой процент аналого-
вых сетей, технология измерений которых хорошо известна, закреплена стандартами и прак-
тическим опытом обслуживающего персонала Уровень знаний о технологии измерений на
цифровой сети пока невелик и не всегда подкреплен практикой и теорией. Автор считает из-
лишним рассматривать отдельно технологию измерений на аналоговых системах передачи и
коммутации, поскольку основной интерес у современных специалистов вызывает технология
измерений именно в цифровых системах, где не до конца разработаны методики и нет четко-
го понимания задач и методов измерений
1.5. Особенности динамики развития измерительной
технологии
В целом, развитие измерительной технологии на рынке полностью соответствует опи-
санным выше закономерностям и тесно связано с рассмотренными социально-психологи-
14
ГЛАВА 1
ческими процессами в связистском сообществе. И в то же время развитие измерительных
технологий имеет свои особенности (рис. 1.3). Технология измерений тесно связана с соот-
ветствующей технологией телекоммуникаций и “сопровождает” ее в своем развитии. Однако
имеется важная особенность этого процесса -развитие измерительной технологии проис-
ходит в виде двух “волн”. Это связано с тем, что измерительная технология разрабатывается
в виде системного оборудования и эксплуатационного. На этапе разработки и лабораторного
тестирования новых телекоммуникационных устройств уже необходима измерительная
техника, учитывающая особенности новой технологии телекоммуникаций. Оборудование
для лабораторного, опытного и производственного тестирования относится к системному
измерительному оборудованию. Развитие измерительной технологии в плане системного
оборудования опережает развитие самой новой технологии телекоммуникаций. В то же
время, эксплуатационное оборудование, связанное с настройкой и обслуживанием сетей,
должно учитывать опыт эксплуатации новой телекоммуникационной технологии, поэтому
развитие измерительной технологии в плане эксплуатационного измерительного обору-
дования несколько отстает от развития новой технологии телекоммуникаций. Обычно
это отставание незначительно и связано с необходимостью анализа проблем эксплуатации с
целью выбора “разумно-достаточной” спецификации измерений. Наличие двух “волн” - это
результат использования системного оборудования для эксплуатации опытных зон внедре-
ния новых технологий.
Действительно, в течении определенного времени для эксплуатации новой технологии
связи операторы вынуждены использовать системное или близкое к нему оборудование. В
качестве примера можно указать ситуацию с измерительным оборудованием для анализа
параметров SDH [4]. Тенденция отставания развития эксплуатационного измерительного
оборудования позволила автору [1] и [2] указать на закономерность появления эксплуатаци-
онного тестового оборудования для систем SDH. Используемые в то время полнофункцио-
нальные анализаторы систем передачи стоимостью 50-120 тыс. $ и весом 15-17 кг вряд ли
подходили на роль эксплуатационного измерительного оборудования В подтверждене опи-
санной выше тенденции в 1999 г. на мировой рынок вышел первый портативный анализатор
SDH VICTORIA [4] весом в 2 кг и стоимостью в 15-20 тыс. $.
В настоящее время разработка недорогого, портативного, эксплуатационного оборудо-
вания проявляется в попытках создания портативных анализаторов ATM [5] и портативных
анализаторов оптического спектра для систем WDM и DWDM.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
15
1.6. Измерительные технологии и метрология - разные
методы описания. Методология
Следует отличать материал настоящей книги от классического подхода к решению за-
дач метрологии. Как известно, метрология - это наука об измерениях, методах достижения
их единства и требуемой точности. Как описывалось выше, измерительная технология - это
совокупность методов, подходов к организации измерений и интерпретации результатов,
конкретных методик, а также измерительных средств (приборов и средств контроля), необ-
ходимая для качественного обслуживания соответствующих средств связи
Из самих определений ясно, что метрология - это наука об измерениях физических ве-
личин, а измерительная технология - это комплекс знаний прикладного значения, т.е эти два
понятия мало пересекаются. Противоречия между классической метрологической и техноло-
гической точками зрения возникают при рассмотрении вопросов классификации измеритель-
ного оборудования и спецификации измеряемых параметров (см. табл. 1.1)
Как видно из таблицы, при описании измерений имеют место разные взгляды на одни и
те же проблемы. Метрология представляет собой фундаментальную науку, использующую
современную теорию эксперимента и математический аппарат для оценки погрешностей,
охватывающую не только научные, но и административно-хозяйственные и отчасти юриди-
ческие области знаний С точки зрения классической метрологии все измерения, рассматри-
ваемые в этой книге, относятся по классу точности к техническим измерениям, тогда как
метрология описывает и другие два класса измерений.
Вместе с тем технологический подход дает возможность комплексного анализа измере-
ний, необходимых для эксплуатации современных систем связи. Современная классическая
метрология такой возможности не дает по следующим причинам:
• основным предметом метрологии является измерение физических величин. Все классифи-
кации методов измерений и измерительных средств построены на разделении по измеряе-
мым величинам или параметрам. Комплексное решение по программе измерений в совре-
менных системах связи может включать сотни таких параметров и анализ процессов
взаимосвязи между ними. В результате, поставив в основу классификации измеряемые
параметры, можно получить комплексные решения только в самых простых случаях;
• современные системы связи состоят из множества логических устройств, использующих
для взаимодействия различные сигнальные и информационные протоколы В последнее
время половина всех оборотных средств телекоммуникаций идет на модернизацию про-
граммного обеспечения. Именно это направление развивается революционно Встает за-
дача описания технологии измерений, связанных с логическим анализом алгоритмов
взаимодействия этих устройств. В современных телекоммуникациях такие измерения
составляют большую часть. В то же время рассмотрение этих измерений требует перей-
ти от измерения параметров сигналов к анализу алгоритмов, а процесс преобразования
сигнала заменить алгоритмическим процессом конвертации протокола. Классическая
метрология этого не делает и не может сделать в силу постулатов, лежащих в ее основе;
• современные телекоммуникационные системы строятся на основе семиуровневой моде-
ли взаимодействия открытых систем Классическая метрология, как наука об измерени-
ях физических параметров, ориентирована на задачи первого уровня модели, однако в
реальной практике остальные уровни не менее важны,
• классическая метрология является фундаментальной дисциплиной, не позволяющей
достаточно быстро реагировать на запросы специалистов в области связи в условиях со-
временной НТР. Технологический подход дает возможность учесть динамику развития
методов измерений, связанную с решением прикладных задач телекоммуникаций
Таблица 1.1. Сравнение метрологического и технологического подходов
Подход Методологиче- ский подход к описанию из- мерений Предмет изме- рений Развитие мето- дов измерений Проработан- ность методов измерений Принцип клас- сификации из- мерений Принцип классификации измерительных средств Принцип раз- работки мето- дов измерений
Метрологиче- ский Фундаменталь- но-научный, математическое моделирование, анализ погреш- ностей измере- ний Физические ве- личины (пара- метры сигналов) Стабильные ме- тодики, практи- чески не изме- няются во време- ни Стационар- ная методология измерений Высокая, вплоть до детальных методик По способу по- лучения резуль- татов - прямые, косвенные, сов- местные По точности из- мерений макси- мально-точные, лабораторные (поверочные), технические Подгруппы средств измере- ний по типам физических ве- личин - вольт- метры, измери- тели мощности, осциллографы, анализаторы ГВЗ итд Некоторые при- боры могут отно- ситься к несколь- ким группам “Внутренняя” методология - рассмотривает внутренний ал- горитм работы прибора Изме- рительные ком- плексы рассмат- риваются в кон- тексте лабора- торных измере-
Технологический Прикладной ана- лиз, учет эконо- мических факто- ров и динамики развития рынка телекоммуника- ций Принцип “разумной доста- точности” при эксплуатацион- ных измерениях Физические ве- личины (пара- метры сигналов) и алгоритмы взаимодействия логических уст- ройств систем связи Динамичное развитие методов Средняя, общие подходы к орга- низации измере- ний и интерпре- тации результа- тов Высокая проработанность, если использу- ются достижения метрологии (обычно для из- мерения пара- метров сигналов) По эксплуатаци- онной направ- ленности в раз- личных состав- ляющих системы электросвязи (PDH, SDH, те- лефонных сетей и т д) По зада- чам - эксплуата- ционные и сис- темные По использова- нию средств измерений в тех- нологии связи (для обслужива- ния систем ISDN, SDH, PDH итд) Некоторые при- боры могут отно- ситься к несколь- ким группам “Внешняя” мето- дология Прибор рассматривается как элемент экс- плуатационного измерительного комплекса Из- мерительные комплексы рас- сматриваются в контексте экс- плуатационных измерений
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
17
Несомненное преимущество классической метрологии - использование математическо-
го аппарата для анализа погрешностей и обоснования метода измерений - присутствует в
технологическом подходе при измерениях физических параметров.
Резюмируя все вышеперечисленное, сформулируем несколько тезисов по поводу взаи-
мосвязи двух точек зрения на проблемы измерений в современных телекоммуникациях.
• метрологический подход к измерениям является сугубо научным. Технологический
подход, сформулированный в этой книге, является сугубо прикладным и ориентирован
на эксплуатационные измерения в современных системах связи,
• технологический подход использует достижения современной метрологии при измере-
нии параметров сигналов современных телекоммуникационных систем. В то же время
само понятие измерений при технологическом подходе является более широким и
включает также анализ протоколов взаимодействия логических устройств в сети;
• технологический подход не является новой парадигмой метрологии С точки зрения
метрологии технологический подход является решением прикладной задачи описания
технических измерений;
• в области современных телекоммуникаций только технологический подход дает воз-
можность анализа и описания методов организации эксплуатационных измерений и по-
строения комплексных измерительных решений в современных сетях связи. Метроло-
гический подход такой возможности не дает.
Метрологический подход к измерениям в области современных систем связи имел боль-
шое развитие в отечественной науке. В силу ограниченности самого подхода исследования
велись обычно в направлении измерений параметров сигналов (например, в области радиоиз-
мерений, измерений параметров оптических и электрических кабелей) Возможно, ограниче-
ния метрологического подхода обусловили тот факт, что до последнего времени обсуждение
темы алгоритмических измерений в отечественной прессе не носит системного характера По
мнению автора технологический подход, сформулированный в этой книге, поможет построить
ту систему классификации, которая ляжет в основу новых описаний и анализа.
Для исключения путаницы между технологическим и метрологическим подходами в
книге используется понятие методологии измерений, как совокупности подходов, типовых
схем организации измерений, более и менее важных параметров измерений и методов интер-
претации результатов Такая методология [2] представляет своего рода универсальное описа-
ние эксплуатационных измерений, не привязанное к телекоммуникационному оборудованию
и измерительным приборам.
Классическая метрология оперирует понятием методика, которая представляет собой
определенную схему организации измерений, совокупность приборов и их характеристик, а
также набор измеряемых параметров. Методика важна для каждого конкретного измерения,
однако в условиях постоянно обновляемого рынка измерительных приборов нельзя ожидать,
что для всех современных технологий и всех измерительных приборов могут быть построены
эффективные методики организации измерений. В то же время методология для большей
части технологий может быть эффективно построена Методика может создаваться на основе
соединения методологии и реальных функций приборов.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ СОВРЕМЕННЫХ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
2.1. Системное и эксплуатационное измерительное
оборудование
Всю измерительную технику современных телекоммуникаций можно условно разделить
на два основных класса, системное и эксплуатационное измерительное оборудование.
Требования к этим классам значительно отличаются, так же как отличаются функции
приборов, схемы их использования, спецификации тестов и т.д.
К системному оборудованию относится измерительное оборудование, обеспечивающее
настройку сети в целом и ее отдельных узлов, а также последующий мониторинг состояния
всей сети. Системным оно названо потому, что современное оборудование этого класса име-
ет широкие возможности интеграции в измерительные комплексы, сети измерительных при-
боров и входить в качестве подсистем в автоматизированные системы управления связью
(Telecommunications Management Networks - TMN)
Эксплуатационное измерительное оборудование должно обеспечивать качественную
эксплуатацию отдельных узлов сети, сопровождение монтажных работ и оперативный поиск
неисправностей
Разделив весь спектр оборудования на два основных класса, легко понять, что требова-
ния к ним существенно различны. В порядке уменьшения приоритетности, эти требования
можно рассматривать следующим образом:
Системное оборудование
Функциональность тестов
Возможность интеграции в системы
Быстрота и легкость модернизации
Удобство эксплуатации
Надежность
Портативность
Эксплуатационное оборудование
Портативность
Стоимость
Надежность
Удобство эксплуатации
Для системного оборудования основным требованием является максимальная функцио-
нальность прибора: спецификация тестов должна удовлетворять всем существующим и
большинству перспективных стандартов и методологий. В противном случае прибор не
обеспечит полной настройки и оценки параметров сети.
Возможность интеграции в локальные и территориально-распределенные системы при-
боров и интеграции с вычислительными средствами и сетями передачи данных существенно
для создания TMN, куда должны быть включены и измерительные средства.
Требование модернизируемости важно в силу быстрого развития технологии и принятия
новых стандартов.
Удобство работы является следующим по важности параметром Имеется ряд многофунк-
ционального системного оборудования с “недружественными” интерфейсами. Использование
таких приборов требует от специалиста долгого изучения прибора, что не всегда эффективно.
Стоимость для системного оборудования не является первичным критерием выбора, по-
скольку для приборов этого класса стоимость находится в прямой зависимости от функцио-
нальности. Портативность для приборов этого класса оборудования не требуется.
В то же время эксплуатационное оборудование в первую очередь должно быть порта-
тивным и дешевым, затем надежным и уже после этого многофункциональным.
КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
19
Учитывая общую тенденцию к миниатюризации в современной электронной промыш-
ленности, следует отметить, что предлагаемая классификация измерительного оборудования
является условной. С развитием техники системное оборудование становится постепенно
портативным, тогда как эксплуатационное оборудование становится все более многофунк-
циональным. Тем не менее разделение оборудования на системное и эксплуатационное по-
лезно при сравнении оборудования различных производителей.
2.2. Измерения в различных частях современной сис-
темы электросвязи
Дальнейшее изложение основных измерительных технологий будет идти в контексте
классификации измерительных технологий по использованию в различных частях системы
электросвязи. Выше уже отмечалась одна из основных тенденций в развитии современной
измерительной техники для телекоммуникаций - ее высокая специализированность. Именно
высокая специализированность измерительной техники привела к тому, что 10-15 лет назад
измерительное оборудование для систем связи выделилось из общей массы измерительного
оборудования, создав свой отдельный сегмент рынка. В настоящее время для каждой части
современной системы электросвязи имеются совершенно независимые группы приборов и
современная технология эксплуатационных измерений состоит из нескольких измеритель-
ных технологий, опирающихся на соответствующие группы приборов.
Как известно, в основе системы электросвязи лежит первичная сеть, представляющая
собой совокупность среды распространения, сетевых узлов и станций, которые обеспечивают
создание типовых каналов и трактов. В современной системе электросвязи существуют три
среды распространения’ электрический кабель, оптоволоконный кабель и радиоэфир или
радиочастотный ресурс. Цифровая первичная сеть может строиться на основе принципов
плезиохронной цифровой иерархии (PDH) или синхронной цифровой иерархии (SDH).
На базе типовых каналов и трактов первичной сети создаются вторичные сети, теле-
фонные, цифровые сети с интеграцией служб (ISDN), сети на основе принципов асинхронно-
го режима передачи (ATM), сети передачи данных на основе использования протоколов
Х.25, Frame Relay и т д., сети сотовой радиосвязи и транкинга, а также сети специального
назначения: для диспетчерской связи, оперативного и технологического управления, селек-
торных совещаний и т.д.
Протокол ОКС 7, как современная концепция сигнализации сети общего пользования,
требует отдельного рассмотрения в плане технологии измерений.
Технология ATM охватывает не только вторичную сеть, но и частично первичную сеть
В настоящее время получает постепенное развитие практика создания единой транспортной
среды (т е. систем передачи и коммутации на принципах ATM). Так как эта тенденция пока
до конца не ясна, с точки зрения автора наиболее приемлемым вариантом является отдельное
рассмотрение технологии ATM и технологии измерений на сетях ATM вне контекста изме-
рений на первичной и вторичных сетях.
В соответствии с описанной структурой может быть предложена классификация изме-
рительных технологий, представленная на рис. 2.1.
Первый уровень включает измерение сред распространения сигналов: электрического и
оптического кабелей и радиоэфира. Тестирование электрических и оптоволоконных кабелей
может проводиться как на этапе анализа характеристик кабеля перед прокладкой, так и на
проложенном кабеле в процессе эксплуатации для определения обрывов, участков деграда-
ции качества и т.д. В настоящее время в каждой из групп кабельных измерений существует
несколько измерительных технологий
20
ГЛАВА 2
Первичная сеть
Вторичные сети
Рис. 2.1. Классификация измерительных технологий в системе электросвязи
Измерения электрического кабеля включают измерения структурированных кабельных
сетей (СКС), магистральных и абонентских кабелей, а также анализ характеристик кабеля,
используемого для «последней мили» (xDSL). Измерения СКС непосредственно связаны с
сертификацией витой пары, прокладываемой в помещениях, и близки к измерениям в ло-
кально-вычислительных сетях (ЛВС). Измерения характеристик магистральных и абонент-
ских кабелей - это довольно известный класс эксплуатационных измерений, подробно опи-
санный в различных монографиях. Технология измерений кабелей xDSL появилась совсем
недавно и ее вряд ли можно назвать окончательно сформировавшейся. Динамичное развитие
технологии «последней мили» способствует бурному росту эксплуатационного опыта, так
что измерительное оборудование этого класса чрезвычайно распространено.
Современная технология измерений оптических кабелей включает: 1) анализ парамет-
ров кабелей ЛВС, который может быть с успехом отнесен к технологии измерений СКС; 2)
измерения параметров волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) 3) для передачи дан-
ных по оптическому кабелю с разделением по длинам волн (WDM) требуется анализ диспер-
сии и спектральный анализ оптического сигнала. Для последней технологии только появля-
ются первые эксплуатационные приборы.
Радиочастотные измерения связаны с измерением радиорелейных и спутниковых систем
передачи, а также с контролем загрузки радиочастотного ресурса, являющегося националь-
ным достоянием.
Второй уровень - это измерения цифровых трактов первичной сети. Сюда относятся изме-
рения на цифровой первичной сети PDH и SDH [4], анализ транспортной сети ATM [5], а также
КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
21
технология измерений каналов ТЧ, которые также являются каналами первичной сети Посколь-
ку современная цифровая первичная сеть не может эффективно работать без системы синхрони-
зации [5], соответствующая измерительная технология включается в этот класс измерений
Третий уровень измерений - это измерения на вторичных сетях связи Характерной осо-
бенностью этого класса измерений является наличие специализированных технологий анали-
за качества предоставляемой услуги (QoS) и широкое развитие технологий анализа протоко-
лов сигнализации.
В технологию измерений интегрированной цифровой сети (IDN) [3] входят анализ каче-
ства услуги представляемой телефонной связи [5], измерение параметров коммутируемых
телефонных каналов ТфОП, анализ протоколов межстанционной сигнализации CAS [3]. С
переходом цифровых телефонных сетей к ISDN в технологию эксплуатационных измерений
входят измерения качества каналов ISDN (в первую очередь - анализ параметров ошибки
BER), анализ качества представляемых услуг ISDN [3], а также анализ протоколов абонент-
ского и межстанционного доступа ISDN
Очень важной для современной практики измерений является технология ОКС №7 Она
предполагает создание наложенной сети сигнализации, поэтому должна рассматриваться
отдельно от других технологий. Эта измерительная технология включает анализ протоколов
всех систем сигнализации ОКС №7, анализ качества работы сети ОКС №7, где важными ока-
зываются измерения надежности сети, эффективности использования ее ресурсов, поиск то-
чек несанкционированного доступа и тд Кроме того, в состав измерительной технологии
ОКС №7 входит анализ интеллектуальных сетей (IN), построенных на основе системы сигна-
лизации. Анализ систем компьютерной телефонии, приложений современного биллинга и
новых сетевых услуг относятся к данному классу измерений.
Революция в области персональных компьютеров привела к бурному росту сетей пере-
дачи данных (ПД), которые становятся все более важной частью современной системы элек-
тросвязи В сетях ПД [3] производится анализ качества представляемого канала (BERT) и
предоставляемой услуги (QoS), анализ протоколов сигнализации, анализ инкапсулированной
информации протоколов верхних уровней, например от ЛВС. Развивающаяся в последнее
время технология IP-телефонии также должна получить отражение в измерительной техно-
логии, хотя сама технология IP-телефонии слишком молода, чтобы можно было говорить о
технологии эксплуатационных измерений.
Перспективное развитие технологии ATM предусматривает, как и в случае сетей пере-
дачи данных, анализ QoS, протоколов сигнализации (B-ISUP), а также анализ инкапсулиро-
ванной информации. Новые концепции адаптивной маршрутизации, связанные с внедрением
протокола PNNI [5], также должны значительно повлиять на развитие измерительной техно-
логии ATM. Однако методы эксплуатационных измерений на сети PNNI разработаны только
в самых общих чертах.
Измерительные технологии сетей подвижной радиосвязи включают анализ качества
представляемых услуг мобильной связи, измерения параметров базовых (БС) и мобильных
(МС) станций, анализ протоколов работы различных устройств в радиоканале, а также про-
токолов сигнализации, используемых для передачи трафика в сети общего пользования.
Как следует из рис. 2 1, все перечисленные сегменты имеют свои методы организации из-
мерений, опирающиеся на специализированные измерительные средства, причем измеритель-
ные средства разных сегментов практически не пересекаются друг с другом Наличие класси-
фикации (рис. 2 1) помогает изучить технологии современных эксплуатационных измерений в
системах связи, поскольку позволяет рассматривать соответствующие технологии отдельно и
детально разрабатывать методологию измерений для каждого участка системы электросвязи.
22
ГЛАВА 2
2.3. Использование семиуровневой модели
взаимодействия открытых систем
Любая классификация в области современных средств связи обычно использует семи-
уровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). Использование
классификации в терминах ЭМВОС настолько упрощает рассмотрение вопросов взаимодей-
ствий и логических построений, что органически входит практически в любой документ,
учебное издание или обзор Не исключение и настоящая книга, где рассмотрение ряда вопро-
сов будет идти в терминах ЭМВОС. Автор считает, что читатель1 знаком в целом с семи-
уровневой моделью взаимодействия, которая включает в себя логическое представление
процесса в виде семи уровней взаимодействия: физического, канального, сетевого, транс-
портного, сеансового, представительного и прикладного
Необходимо указать на некоторую разницу в трактовках семиуровневой модели, кото-
рая имеет место у МСЭ (ITU) и ISO - двух органов стандартизации в области телекоммуни-
каций, детально рассмотренную в [3]. Разница в трактовках связана с первыми двумя уров-
нями ЭМВОС - физическим и канальным. В рамках МСЭ, где рассматривается как логиче-
ское, так и сигнальное взаимодействие устройств, физический уровень взаимодействия трак-
туется как электрические и физические параметры соединения или интерфейса, а канальный
уровень в области цифровых телекоммуникаций трактуется как цифровой канал от пользова-
теля до пользователя с определенными параметрами В рамках ISO, где происходит стандар-
тизация только логического взаимодействия, под физическим уровнем понимается транс-
портная среда для передачи сообщений более высоких уровней. Применительно к рассмот-
рению цифровых телекоммуникаций это приводит к некоторой путанице, поскольку в тер-
минах ISO транспортной средой для передачи информации (например, сигнальной информа-
ции) выступает цифровой канал с определенными параметрами, относимый МСЭ ко второму
(канальному) уровню взаимодействия. С другой стороны, такой термин ISO как протокол
первого уровня вообще не имеет смысла в терминах МСЭ, поскольку само логическое взаи-
модействие устройств относится МСЭ ко второму и выше уровням.
В результате описанных разночтений сформировалось два подхода к использованию
терминов ЭМВОС. Подход специалистов по системам передачи и физическим процессам
систем коммутации основан на принятии трактовки МСЭ и имеет большее распространение
среди связистов. Подход ISO обычно используется специалистами в области протоколов об-
мена сигнальными сообщениями (такими как протоколы передачи данных, ISDN, ATM, SS7
и т.д.) Оба подхода основательно закрепились в научно-технической литературе и практиче-
ски не могут быть изменены.
При рассмотрении явлений в связи целесообразно придерживаться трактовки МСЭ, как
наиболее соответствующей задачам комплексного анализа технологии измерений. Однако
при описании технологии анализа протоколов лучше использовать трактовку ISO. Анализ
протоколов является частью технологии измерений для вторичных сетей, в связи с чем опи-
санное противоречие носит локальный характер. 1
1 Если читатель не знаком с этой моделью, рекомендуем взять любое современное учебно-
методическое издание по построению систем связи
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ
ОТЕЧЕСТВЕННОГО РЫНКА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
3.1. Изменение подхода к оснащению измерительной
техникой
Как известно, на рынке задействованы три группы участников: заказчики, производите-
ли и поставщики. В России представлены наиболее полно заказчики и поставщики, из произ-
водителей представлены только российские и несколько зарубежных. Зарубежные произво-
дители, в основном, предпочитают работать на российском рынке через дистрибьюторов и
посредников. Рассмотрим основные тенденции развития рынка для каждой группы и их
взаимовлияние.
От решения «в довесок» к системному решению. Взгляд заказчиков на рынок связан
с анализом подходов к оснащению измерительной техникой предприятий связи. В настоящий
момент в отечественной практике телекоммуникаций можно выделить две основных практи-
ки внедрения измерительной техники (рис. 3.1).
Выбор линейного
оборудования с измери-
тельным решением
"в довесок"
Анализ рекомендаций
инофирмы по эксплуатации
оборудования и его закупка
Разработка комплексного
решения на уровне
системного проекта
Проработка отдельной
спецификации измеритель-
ного оборудования
В результате:
Решение на основе "набора приборов"
Неэффективное использование
измерительной техники
Неполная методология
В результате:
Системное комплексное решение
Эффективное использование
измерительной техники
Полная методология
Рис. 3.1. Две практики внедрения измерительной техники
Наиболее традиционной практикой является закупка линейного оборудования и в «до-
весок» к нему измерительного оборудования для эксплуатации. При этом оператор ориенти-
руется на рекомендации фирм (см. рис. 3.1, слева), которые, как правило, предлагают пакет
стандартных измерительных решений для эксплуатации поставляемого ими линейного обо-
рудования.
Если на сети используется оборудование нескольких фирм-производителей, измери-
тельные решения оказываются, как правило, частными и несогласованными. В этом случае
сеть оборудуется, так называемым «набором приборов», что удобно для фирмы-поставщика
линейного оборудования, поскольку любое комплексное решение требует проработки мето-
дов измерения, возникают требования интеграции измерительных приборов в общую сеть,
соединение полученного комплекса с системой управления и т.д. Наиболее простым вариан-
24
ГЛАВА 3
том является сведение этих задач к уровню частных задач эксплуатации, где “набор прибо-
ров” представляет собой корректное решение. Практика оснащения оборудованием “в дове-
сок” определяется еще и низким уровнем знаний операторов о современных технологиях
телекоммуникаций, поскольку требование комплексного подхода связано с пониманием за-
дач измерительной техники в каждой конкретной сети
Комплексный подход (рис. 3.1, справа) учитывает способность современной измери-
тельной техники к интеграции в измерительные комплексы, локальные сети приборов и воз-
можность реализации комплексных методик настройки и эксплуатации сети Этот подход
является перспективным, так как учитывает сложность построения сетей и технологии в це-
лом, и требует пересмотра вопросов системного и технического проектирования сетей связи,
поскольку измерительная техника становится неотъемлемой частью сети.
Уже на этапе системного проектирования измерения на сети должны включаться в виде
комплексных решений по организации эксплуатации, а на уровне рабочего проектирования
они должны дополняться методологией проведения измерений. Только в этом случае изме-
рительная техника будет и использоваться эффективно, и обеспечивать эффективную экс-
плуатацию.
Таким образом, с развитием современных телекоммуникаций и повышением роли изме-
рительной техники появляются задачи системной интеграции измерительных решений, т.е.
комплексного подхода к использованию измерительной техники.
От тендера к системной интеграции. Практика проведения тендеров при закупке обо-
рудования, получившая распространение в последнее время, и примененная к закупке изме-
рительной техники, дает негативные результаты.
Измерительная техника имеет высокую наукоемкость, поэтому к ней неприменимы об-
щепринятые понятия товара, партии и закупки. Высокая наукоемкость современной измери-
тельной техники, постоянное наращивание мощности и функциональности приборов приво-
дит к тому, что измерительные приборы в ряде случаев закупаются в некорректной конфигу-
рации и используются в лучшем случае на 10-20% своих возможностей Поэтому в каждом
конкретном случае необходим индивидуальный подход Наиболее оптимальным решением
является закупка не только прибора, но и широкого комплекса услуг, включая обучение, мо-
дернизацию и консультации в течении срока, необходимого персоналу для освоения всех
нюансов измерений
К сожалению, современные маркетинговые отделы большинства компаний не преду-
сматривают внедрения такого подхода На пути повышения квалификации в использовании
измерительных приборов стоит процедура тендерных закупок, подтвержденная устаревшими
указами и распоряжениями В самой концепции тендера нет ничего плохого или нелогично-
го Действительно, если заказчик хочет закупить набор товаров различных фирм, он вправе
призвать их к конкуренции и объявить тендер. Пусть себе «фирмачи» снижают цены, мы от
этого только выиграем Однако в измерительной технике объявить тендер означает заведомо
проиграть всем участникам
В большинстве случаев покупатель не знает и не может детально указать тот набор
функций прибора, который ему нужен, а фирмы-производители к обсуждению спецификации
не допускаются по правилам тендера. В результате спецификация «списывается» с характе-
ристик уже известного прибора, который потом и побеждает в тендере.
Далее, следует учесть, что каждый прибор обычно имеет свою изюминку: один более де-
шевый, другой имеет возможности, которых нет у конкурента, третий вообще выполнен с аль-
тернативной всем остальным концепцией измерений Технические специалисты в большинстве
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫНКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
25
случаев заказывают под определенные задачи конкретный прибор в конкретной спецификации
Но тогда тендер не имеет никакого смысла, сама идея выбора превращается в игру
Наконец третий аспект связан с основным законом всех тендеров - борьбой за пониже-
ние стоимости закупаемого оборудования Предположим, что заказчик смог создать специ-
фикацию измерительного прибора, допускающую несколько вариантов. В этом случае фир-
мы-поставщики начинают бороться за право поставки прибора, предоставляя те или иные
скидки. Выигрывает тот, у которого предложение дешевле Других факторов помимо стои-
мости не возникает В результате заказчик получает набор коробок с сомнительной перспек-
тивой, что его специалисты полностью освоят прибор Все преимущества индивидуального
подхода - консультации, обучение, сопровождение прибора (за исключением гарантийного и
послегарантийного ремонта) - оказываются потеряны, поскольку для фирмы-производителя,
давшей повышенные скидки, уже нерентабельно предоставлять весь комплекс услуг
В результате в условиях тендера проигрывают и поставщики и заказчики
Альтернативой является индивидуальный подход к каждому заказчику и создание
измерительного решения. К этому подходу, названному системной интеграцией^ в настоя-
щее время призывают как фирмы-поставщики, так и многие специалисты заказчиков
В целом можно охарактеризовать тенденцию ближайшего будущего развития рынка как
переход от одного подхода к другому
3.2. Системная интеграция отечественных сетей связи
Логика развития системного подхода к задачам измерений и появление задач системной
интеграции вызывают соответствующую эволюцию системных интеграторов на рынке изме-
рительной техники Динамика развития отечественного рынка измерительной техники для
телекоммуникаций во многом аналогична динамике развития рынка средств связи Послед-
ний начал развиваться приблизительно 10 лет назад, когда в России система централизован-
ных закупок импортной техники перестала играть доминирующую роль Первая стадия раз-
вития рынка характеризовалась созданием ряда совместных предприятий (СП), которые,
представляя технику западных производителей, готовили почву для работы инофирм. Этап
работы СП во многом определялся тем, что большинство западных производителей опаса-
лись начинать работу на российском рынке
Затем на арену вышли представительства фирм-производителей и СП досталась роль
дистрибьюторов. Необходимо отметить, что качественно процесс работы представительств
мало чем отличается от работы дистрибьюторов, и те, и другие представляют интересы фир-
мы-производителя и стремятся к коммерческому успеху продукции этой фирмы. Кроме
представительств и дистрибьюторов долгое время на отечественном рынке не было других
участников. Вероятно, это было связано с необходимостью глубокого ознакомления с новы-
ми технологиями современной цифровой связи. И только несколько лет назад зазвучало ныне
модное слово “системный интегратор”, т е фирма, которая, зная недостатки и достоинства
фирм-производителей, находит оптимальное решение для заказчика, гарантируя эффектив-
ность системы и отвечая за ее работу. В ряде случаев системными интеграторами становятся
дистрибьюторы. Еще несколько лет назад деятельность системных интеграторов ограничи-
валась только локальными и корпоративными сетями местного уровня, однако сейчас на
рынке работают системные интеграторы, способные решать самые сложные задачи построе-
ния сетей связи.
На рынке измерительной техники этап системной интеграции только начинается, так
как измерительная техника требует более глубокого знания технологий телекоммуникации, а
26
ГЛАВА 3
также ряда дополнительных дисциплин. Не удивительно, что “инкубационный период” сис-
темной интеграции на рынке измерительных технологий длиннее, чем на рынке самих
средств связи.
3.3. Создание комплексных измерительных решений
По мере развития рынка измерительных технологий и понимания задач измерительной
техники меняется структура предлагаемых на рынке измерительных решений (рис. 3.2). Вна-
чале (на этапе работы СП-дистрибьюторов) решения строятся на основе предлагаемой тех-
ники, как правило, без детального анализа задачи заказчика и методологии измерений. В ус-
ловиях дефицита измерительной техники и недостаточно высокой квалификации заказчиков
такой подход вполне можно считать оправданным. С этим этапом развития рынка связано
повсеместное внедрение измерительных решений в виде “набора приборов”.
Рис. 3.2. Эволюция комплексных измерительных решений
Сложность Эффективность Стоимость
С развитием рынка измерительных технологий появляются первые комплексные реше-
ния на основе использования техники одного производителя. Эти решения опираются на
опыт инофирм и являются опробованными, однако довольно дорогими и не всегда эффек-
тивными, поскольку часто не учитываются специфические требования заказчика.
На этапе появления системных интеграторов возникают проблемы оптимизации ком-
плексных решений, усложняются решения таких проблем, однако эффективность предлагае-
мых решений растет, а их стоимость снижается.
Подытоживая анализ процесса развития рынка измерительных технологий, можно вы-
делить четыре этапа их развития (табл. 3.1). В настоящий момент отечественный рынок на-
ходится на третьем этапе, характеризующемся появлением системных интеграторов и ком-
плексных решений, альтернативных комплексным решениям инофирм.
Оценивая перспективы развития рынка, можно предположить его стабилизацию. Она бу-
дет выражаться в повышении квалификации участников рынка (поставщиков и заказчиков) до
уровня развития мировых измерительных технологий. При этом на рынке будут соседствовать
две категории комплексных измерительных решений. По-прежнему, будут представлены но-
вые комплексные решения инофирм - эффективные, опробованные, однако сравнительно до-
рогие. Системные интеграторы будут создавать свои комплексные решения, отличающиеся
большей эффективностью при большем риске несовместимости технических средств.
Эти два класса комплексных измерительных решений будут успешно конкурировать,
обеспечивая заказчикам удовлетворение их новых запросов.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫНКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
27
Таблица 3.1. Этапы развития измерительных технологий
Этап Эволюция подхода к измерениям Эволюция системной интеграции Эволюция измеритель- ных решений Характерные черты
1 Оснащение измерительной техникой “в довесок” Этап СП и дист- рибьюторов Решения, исходя из пред- лагаемой техники, в виде “набора приборов” Низкая квалификация заказчиков и поставщиков Как следствие, низкая эффективность использо- вания измерительной техники
2 Появление задач ком- плексного ана- лиза Выход на рынок представи- тельств Появление комплексных решений на основе техни- ки одного поставщика Использование опыта и квали- фикации иностранных специали- стов Высокая эффективность решений
3 Задачи ком- плексного ана- лиза Появление сис- темных интегра- торов Появление комплексных решений на основе широ- кого спектра техники Оптимизация комплексных ре- шений Высокая квалификация поставщиков
4 Стабилизация рынка Системные ин- теграторы и представитель- ства Комплексные решения на основе использования техники одного и разных производителей Высокая квалификация заказчи- ков и поставщиков Наивысшая эффективность технических ре- шений
3.4. Мировой рынок - общие тенденции и факторы
влияния на рынок России
Как отмечалось выше, большая часть зарубежных фирм-производителей непосредст-
венно на рынке России практически не представлена Поэтому взгляд на группу производи-
телей, приводимый здесь, это взгляд на мировой рынок измерительных технологий и изме-
рительной техники. Следует отметить, что оценка эта, хоть и подкреплена наблюдениями и
фактическим материалом, является субъективной и может быть не безошибочной.
В практике последних нескольких лет наметились два взаимоисключающих направления
в развитии фирм-производителей: ориентация на универсальность и ориентация на узкую спе-
циализацию. В настоящее время обе тенденции нашли распространение в мировой практике.
Первая тенденция характерна для больших фирм, создающих широкую номенклатуру
измерительной техники Такие фирмы предлагают универсальные технические решения, ох-
ватывающие всю систему электросвязи Однако при этом компания значительно расширяет-
ся, снижается ее гибкость и замедляется реакция на запросы заказчиков, происходит значи-
тельная внутренняя интеграция подразделений И, как следствие, снижаются темпы развития
компании на мировом рынке.
Развитие этой тенденции связано с широкой практикой слияния крупных компаний,
специализирующихся в области измерительной техники, и подписанием корпоративных со-
глашений. В последнее время (1999 - 2000 гг) произошли значительные изменения на миро-
вом рынке, связанные с этой тенденцией. Первоначально даже казалось, что западное созна-
ние не выдержало встречи с круглой датой - двухтысячным годом. Большинство фирм стре-
милось отметить эту круглую дату как можно более масштабно В результате основные фир-
мы-производители в период с 1998 по 2000 г. начали изменять свой состав. Hewlett-Packard
разделилась на две независимые компании - Hewlett-Packard и Agilent Technologies Wan-
del&Golterman объединилась с Wavetek, а затем и с ТТС и Ando, и в результате возникла
28
ГЛАВА 3
компания Actema Teketec переименовалась в Тетех Telecom, IFR купила Marconi
Instruments, TREND - ICT Electronics Часть производства Tektronix перешла в компанию
Tempo, а сама фирма Tektronix приобрела подразделение измерительной техники Siemens.
Компания TAS купила часть компаний Noise/Com и Consultronics, а затем сама была куплена
вместе с компаниями Adtech и Metrohm концерном Spirent и т.д. (рис. 3.3). В результате в
настоящее время путаница на мировом рынка превосходит все ожидания, и общая расстанов-
ка сил не ясна Вероятнее всего только к 2002 г., когда пыль от недавнего праздника осядет,
мировой рынок как-то стабилизируется.
Wavetek ---------
Wandel&Golterman
ТТС -------------
Ando ------------
Hewlett-Packard —
Acterna
Hewlett-Packard
Agilent Technologies
Siemens ----------------т---------------- Tektronix
Tektronix --------------*------j--------- Tempo
Tem po ------------------------'
Consultronics -------------Consultronics
Metrohm------------ —4------------------- Spirent
TAS -----------------------7
Noise/Com------------------'
TREND ---------
ICT------------
Aten-----------
Ascom ---------
Bird ----------
Anntsu---------
Laser Presition -
GNEImi --------
Azure ---------
PK Technologies
Photon ________
Sunrise Telecom
EXFO ----------
Ameritec ______
FLUKE ---------
TREND
Aten
Ascom
Bird
Anritsu
GN Nettest
Sunrise Telecom
EXFO
Ameritec
FLUKE
Рис. 3.3. Тенденции разаития мирового рынка измерительной техники
Описанные события не могли не сказаться на качестве работы, большая часть новых
разработок приборов была приостановлена, значительно выросли сроки поставки приборов
основных фирм-производителей, а 2000 г является далеко не самым богатым годом по коли-
честву новинок.
Ориентация на узкую специализацию, как правило, характерна для малых фирм-
производителей Основной идеей такой тенденции является достижение максимального про-
фессионализма в узкой области технологии измерений. К числу компаний достигших успеха
на этом пути, можно отнести:
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫНКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
29
Компания TREND Communication Ltd (Великобритания) специализируется в тестовом обору-
довании для ISDN. Является признанным лидером в области эксплуатационного измеритель-
ного оборудования для ISDN, имеет практически абсолютное лидерство на рынках Германии
(наиболее развитом рынке ISDN), Великобритании и США.
Компания Metrohm (Великобритания) сделала значительный прорыв в области измерений на
электрических кабелях, создав целое семейство ручных и портативных рефлектометров
Компания ICT Electronics (Испания) совершила локальную революцию в области технологии
измерений цифровых систем передачи PDH/SDH. Первый портативный анализатор
PDH/SDH VICTORIA [4], выпущенный в 1999 г. - это настоящий прорыв в области техноло-
гии измерений цифровых систем передачи. Продукция фирмы ICT доминирует на мировом
рынке в своем классе измерительной техники.
Компания Ameritec (США) заняла узкопрофессиональную нишу по производству оборудова-
ния для трафиковой имитации. Графиковые имитаторы компании семейства Niagara и Cres-
cendo во многих методиках приняты как стандарт оборудования этого класса.
Компания TAS (США) выпустила на мировой рынок широкую номенклатуру имитаторов ка-
белей и в настоящее время является признанным лидеров в этой области измерительной тех-
нологии. Компания также лидирует в области тестирования оконечного оборудования теле-
фонной связи (аналоговых модемов, факсов, модемов “последней мили”).
Обычно ориентация на узкую специализацию связана с уникальностью выпускаемой
техники и практически не влияет на распределение сил на рынке. Например, имитационное
оборудование является системным и имеет очень малый спектр заказчиков, конкуренция в
этом случае практически исключена Изменения в состав рынка вносят компании, совер-
шающие прорыв в области эксплутационного оборудования (такие как TREND, ICT и
Metrohm). Отсутствие гибкости в технической политике больших фирм-производителей не
позволяет быстро реагировать на новые разработки малых фирм. В результате малые фирмы
получают статус стандарта де факто и могут занять целый сегмент рынка
Рассмотрим возможные влияния описанных тенденций на отечественный рынок изме-
рительной техники. Третий этап, на котором находится рынок измерительных приборов в
России, характеризуется появлением комплексных задач в технологии измерений, переходом
к системному подходу и появлением системных интеграторов Однако наиболее распростра-
ненной формой поставки оборудования по-прежнему является работа через дистрибьюторов
и посредников. В этой ситуации тенденция к укрупнению западных фирм сильно влияет на
расстановку сил на отечественном рынке.
Процессы укрупнения и повсеместного слияния крупных фирм-производителей неиз-
бежно влекут за собой усиление конкурентной борьбы В качестве примера рассмотрим ги-
потетический случай, когда фирма А является эксклюзивным дистрибьютором фирмы С на
отечественном рынке, а фирма В - эксклюзивным дистрибьютором фирмы D Вследствие
интеграционных процессов фирмы С и D сливаются и образуют фирму Е. Бывшие конкурен-
ты разных фирм, компании А и В, становятся дистрибьюторами одной и той же фирмы и
представляют одну и ту же продукцию Совершенно очевидно, что фактор конкуренции в
этом случае должен вырасти. Фирмы А и В сейчас «в одной лодке» и должны стремиться
победить конкурента при одинаковых начальных условиях Эксклюзивности больше нет,
зато возникает неизбежно явление, получившее название «внутренней конкуренции» Рас-
сматривая интеграционные процессы на мировом рынке измерительной техники, можно уви-
деть, что в целом фирм-производителей становится все меньше, а объединенные фирмы ста-
30
ГЛАВА 3
новятся все крупнее Крупная фирма-производитель для проведения эффективной маркетин-
говой политики неизбежно должна стремиться к увеличению количества дистрибьюторов на
рынке, чтобы, с одной стороны, расширить свое присутствие и охватить всю номенклатуру
продукции, с другой стороны - не содержать для этой цели большой штат, а ограничиться
несколькими специалистами, координирующими работу дистрибьюторских фирм Таким
образом, можно ожидать рост числа дистрибьюторов крупных фирм, и может возникнуть
ситуация «все торгуют всем» с высочайшим уровнем внутренней конкуренции Как следст-
вие, неизбежна стабилизация цен и появление системных интеграторов, поскольку в обста-
новке единообразия представляемой техники единственным положительным аргументом
становится не оборудование, а предлагаемое комплексное решение.
Кроме того, тенденция к объединению крупных фирм-производителей значительно ме-
няет расстановку сил на рынке. Происходит ротация кадров. Ряд фирм, представленных на
рынке, оказывается выброшенным с него. В качестве примера рассмотрим события несколь-
ких последних лет До последнего времени одно из лидирующих положений на отечествен-
ном рынке занимала компания W&G, которая в 1998 г, была объединена с компанией
Wavetek. Компания Wavetek имела в России трех сильных дистрибьюторов В результате
слияния дистрибьюторская сеть практически прекратила существование, и в настоящее вре-
мя восстанавливается заново, не без проблем. Позиции W&G и Wavetek на отечественном
рынке несколько пошатнулись. Компания Amentec является прямым конкурентом W&G. В
то же время до 1998 г представительство Wavetek являлось дистрибьютором Amentec в вос-
точной Европе. В результате слияния Amentec потеряла дистрибьютора, и в данный момент
на рынке России не представлена. Довольно большое количество проданных приборов Amer-
itec осталось фактически без поддержки.
На развитие рынка России не менее существенное влияние оказывает деятельность сис-
темных интеграторов. Если крупные фирмы-производители заинтересованы иметь несколько
дистрибьюторов, чтобы охватить всю номенклатуру, то узко специализированные фирмы
ориентируются в своей маркетинговой деятельности на одного эксклюзивного дистрибьюто-
ра, представляющего номенклатуру от нескольких до нескольких десятков приборов Если
такая специализированная фирма-производитель совершает локальный переворот в техноло-
гии, расстановка сил на рынке меняется фактически в течении года. Появление нового «ре-
волюционного» прибора или устройства позволяет эксклюзивному дистрибьютору в течении
года захватить иногда довольно существенный сегмент рынка и коренным образом поменять
расстановку сил. В сочетании с системным подходом в создании измерительных решений
такой прорыв может привести к быстрому росту небольших компаний.
В качестве примера можно привести значительный успех технической и коммерческой
политики компании PR-GROUP-одного из первых системных интеграторов на отечествен-
ном рынке тестового оборудования. В настоящее время компания представляет продукцию
более 20 фирм-производителей, многие из которых имеют узкоспециальную направленность.
Рассмотрев все объективные законы и субъективные черты развития отечественного
рынка измерительной техники, хотелось бы выделить еще несколько довольно специфичных
особенностей, влияющих на его развитие.
“Малый” рынок. Рынок измерительной техники принципиально узкий, так как произ-
водителей измерительной техники намного меньше, чем производителей телекоммуникаци-
онного оборудования. Это необходимо учитывать при анализе динамики развития рынка -
нет никаких оснований ожидать его большего насыщения.
Слабая конкуренция. Отличительной особенностью отечественного рынка измери-
тельной техники является низкая покупательная способность операторов. По некоторым ис-
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫНКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
31
следованиям количество закупаемой в России измерительной техники за год можно сравнить
с количеством техники, закупаемой в Германии за месяц. В результате многие фирмы-
производители рынок России серьезно не рассматривают и не проявляют заинтересованности
в нем. Так компания Anritsu, успешно конкурирующая с основными производителями (W&G,
R&S, Hewlett-Packard) во всем мире, в России практически неизвестна.
Влияние сертификации. Рынок измерительной техники в России - это рынок штучно-
го, почти эксклюзивного товара (в год, например, закупается не более 2-3 анализаторов ATM
на всю страну) В связи с этим обязательное требование сертификации оборудования без
очевидных перспектив окупить затраты на сертификацию, заставляет фирмы идти на риск,
т е. вкладывать деньги в довольно слабый рынок. Только крупные компании могут позволить
себе это В результате ряд малых компаний, специализирующихся в узких сегментах рынка и
успешно конкурирующих с крупными компаниями во всем мире, фактически оказываются
выброшенными из рынка России. Следствием этого является развитие монополизма, рост
цен и замедление стабилизации рынка. По сути обязательное требование сертификации при-
водит к частичному коллапсу, свертыванию еще не сформировавшегося рынка. В качестве
примера можно предположить, что продукция таких компаний как TAS, INET и Tekelec в
ближайшее время в России не появится, возможно не появится никогда.
Речь идет не об отмене сертификации, а о необходимости облегчения этой процедуры, в
настоящее время дорогостоящей и длительной
3.5. Директивные и рыночные методы контроля рынка
Два подхода к развитию современных телекоммуникаций
При рассмотрении объективных факторов, влияющих на развитие отечественного рынка
измерительных технологий, необходимо учитывать борьбу подходов к развитию телекомму-
никаций вообще. Эта борьба является борьбой менталитетов: старого, основанного на дирек-
тивных формах работы, и нового, использующего рыночные методы. Она характерна для
социально-психологической атмосферы современной России, влияет на все ее институты и
явления, в том числе и на развитие рынка измерительной техники. Так сложилось, что науч-
но-техническая революция в области технологии современных систем связи наложилась еще
на одну революцию - социальную. Для последней характерно изменение хозяйственного
уклада страны в целом и переход к рыночным принципам построения экономики. Ниже бу-
дет показано видение автором ряда тупиковых проблем, связанных с развитием рынка, и воз-
можного пути их решения. Заметим также, что предлагаемые выводы являются сугубо
индивидуальными, основанными на наблюдении описываемых явлений, и требуют критиче-
ского анализа читателем.
Прежде всего хотелось бы выделить суть различий в двух подходах.
Директивный подход к развитию телекоммуникаций является наследием старой систе-
мы производственных отношений, глубоко укоренившимся в сознании специалистов в об-
ласти связи на всех уровнях Основными чертами этого подхода являются централизованное
руководство на верхнем уровне, нетворческое исполнение на нижнем уровне и ориентация на
замкнутое производство Из перечисленных черт наиболее понятной является централизо-
ванное руководство, связанное с работой министерств и ведомств. Централизованное руко-
водство понимается как создание прямых директив к исполнению на всех уровнях производ-
ственной иерархии. Естественным следствием этого является слепое нетворческое исполне-
ние директив на местах, а также психологический процесс, который можно было бы охарак-
32
ГЛАВА 3
теризовать как “ожидание директивы”. Ориентация на замкнутое производство связана со
структурой производства специальной техники в кооперации СЭВ. Внутри такого замкнуто-
го хозяйственного пространства производились специальные (возможно нестандартные) ли-
нейные устройства телекоммуникаций (АТС, системы передачи и т д.), под эти устройства
разрабатывались директивные методики их обслуживания, и под эти методики выпускалось
соответствующее оборудование (возможно нестандартное). Развитие международного рынка
специальной техники учитывалось постольку, поскольку необходимо было организовывать
международную связь.
В настоящее время директивный подход в области телекоммуникаций устарел, и необ-
ходима его смена. Связано это со следующими процессами в нашей стране.
• законодательство последних лет значительно ослабило центральную власть, в первую
очередь, в плане финансирования. Слабое финансирование не дает возможности содер-
жать достаточно многочисленный и квалифицированный аппарат. В результате централь-
ные органы просто не справляются с количеством директив, необходимых для управления
современной связью;
• общая тенденция к усложнению технологии современных телекоммуникаций не позво-
ляет в настоящее время полностью централизованно контролировать всю спецификацию
аппаратуры, новые услуги связи, новые решения для построения сетей, методы проекти-
рования и т.д. В результате возникает объективная необходимость в переходе от прямого
контроля к косвенному путем использования рыночных методов регулирования,
• внутреннее производство специальной техники частично или полностью развалилось. В
результате возникла необходимость смены ориентации от замкнутого производства к
открытому, учитывающему развитие международного рынка;
• появление конкуренции в области предоставления услуг связи у местных операторов и
необходимость повышения качества предоставляемых услуг потребовали перехода от
“ожидания директивы” к поиску и разработке собственных методов обеспечения каче-
ства услуг связи.
В результате в настоящее время формируется новый подход к организации работ с ори-
ентацией на рыночные отношения. Для этого подхода характерны: переход от прямого ди-
рективного центрального управления к центральному косвенному управлению (использова-
ние законов, экономических стимулов и средств массовой информации для регулирования
рынка), расширение свободы в разработке оперативных методик измерений на местах в связи
с ориентацией на качество предоставления услуг и, наконец, ориентация на открытое произ-
водство, широкое внедрение зарубежной техники и расширение международного сотрудни-
чества и кооперации.
В связи с этим требуется перестройка в работе всех основных административно-
управляющих институтов отрасли связи, которая только начинается. Возникает множество
проблем, связанных с адаптацией нового подхода в решении текущих задач и администра-
тивно-технических процедур. В настоящий момент рыночный подход не является в полной
мере доминирующим, его объективная необходимость признается на всех уровнях, однако
непосредственное внедрение и использование этого подхода требует времени Это связано с
инерцией мышления специалистов. В результате ряд проблем, которые являются субъектив-
ными следствиями конфликта мировоззрений, рассматриваются как объективные проблемы
отрасли связи, причем тупиковые проблемы. Решение этих проблем может быть найдено и
ниже будут предложены варианты такого разрешения проблем, связанных с измерительной
техникой и технологией измерений.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫНКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
33
Директивный и рыночный подход к технологии измерений на сетях связи
Первые же проблемы возникают при анализе методов внедрения измерительных техно-
логий в практику обслуживания сетей связи
Директивный метод предусматривал разработку четких методик на измерение опреде-
ленных параметров, существенных для данного вида оборудования, выпускаемого в стране.
Методология измерений разрабатывалась и утверждалась на основе научно-технических раз-
работок институтов связи. Речь шла по сути о разработке инструкций по обслуживанию оп-
ределенного оборудования, выпускаемого в рамках закрытого производства В результате
появлялись методики проведения измерений В качестве приложений к ним добавлялся спи-
сок приборов для организации измерений, выпускаемых в рамках той же системы закрытого
производства, часто именно для обслуживания конкретного оборудования Таким образом,
методика включала спецификацию измерений, график их проведения, допустимые нормы на
параметры и спецификацию измерительных приборов На местах директиву о проведении
измерений, выраженную в форме приказа Министерства связи, принимали к исполнению, не
анализируя смысл измеряемых параметров, методологии их измерений и не делая интерпре-
тации результатов в широком смысле, если параметры не в норме, почему это происходит,
что делать для устранения причины деградации связи, наконец, насколько существенен па-
раметр для общего качества предоставления услуг. Такие исследования были исключены из
обычной практики.
В настоящее время этот подход не работает по многим причинам. Во-первых, темп вне-
дрения новой техники телекоммуникаций настолько велик, что директивы просто не успевают
появляться и тем более не успевают учитывать реальный опыт эксплуатации. В дорыночный
период такой опыт имелся постольку, поскольку разработка аппаратуры велась с участием все
тех же экспертов НИИ связи, сейчас же новая техника привносится “извне”, ее внутренние
параметры неизвестны, и для разработки норм необходимо учитывать реальный опыт экс-
плуатации. Во-вторых, наличие конкуренции требует анализа необходимой спецификации
измерений на сети с точки зрения обеспечения высокого качества связи Старый подход мож-
но было бы охарактеризовать как “измерения ради выполнения приказа”, новый подход-это
“измерения ради обеспечения качества”, что требует радикального пересмотра подходов к
разработке методологии В-третьих, большое количество интеллектуальных устройств, появ-
ление целой группы новых измерений, связанных с расширенным анализом протоколов взаи-
модействия, привело к необходимости внесения в общую методологию рекомендаций по ин-
терпретации результатов. Разработка таких рекомендаций связана с широким научно-
техническим обсуждением проблем по обслуживанию сетей и в рамках директивного подхода
просто невозможна. В-четвертых, нельзя рекомендовать те или иные приборы для проведения
измерений директивным порядком, так как рынок постоянно изменяется Кроме того рынок
измерительной техники в России вообще находится на этапе формирования, когда любая ди-
ректива для конкретных моделей устаревает в течении одного года. Возникает объективная
необходимость ориентироваться не на приборы, а на спецификацию измеряемых параметров,
это было бы полезно и для развития рынка, и для выбора техники операторами.
В настоящее время создается тупиковая ситуация, поскольку любая директива относи-
тельно технологии измерений оказывается некорректной, а связисты на местах, ориентиро-
ванные еще на концепцию “измерений ради директивы”, зачастую не знают, не могут и не
имеют возможности проводить измерения на современных сетях Ситуация сказывается пло-
хо и на рынке. Новая техника оказывается невостребованной, поскольку не входит в уста-
ревшие директивы и работает на методах, более эффективных, чем описано в старых методи-
ках. Наконец, даже при проведении измерений обязательных параметров часто не выявляется
34
ГЛАВА 3
причина деградации качества, найти которую можно методом измерения дополнительных
параметров, отсутствующих в директиве С другой стороны, излишнее расширение специфи-
кации измерений в директиве также приводит к негативным последствиям. Так, требование
обязательного измерения джиттера в системах SDH, параметра, который имеет сомнитель-
ную ценность при эксплуатации, привело к значительному росту цен на измерительное обо-
рудование, усиление монополизма на рынке измерительных приборов для SDH, и, самое
главное, лишает оператора возможности обслуживать свою сеть при помощи более простых
и дешевых средств. Директива в этом случае приводит к максимализму типа “все или ниче-
го”, который в области эксплуатационных измерений просто вреден.
Выход из создавшегося положения прост и может быть сформулирован следующим
образом:
• технология измерений должна занять свое правильное место - как средство обеспечения
качества связи. Спецификация измерений, методология измерений, используемая измери-
тельная техника и методы интерпретации результатов должны быть отданы на усмотрение
оператора. Основным требованием должно стать обеспечение и контроль качества;
• директивы должны касаться только норм качества, а не методологии измерений;
• материалы по методологии измерений должны носить не директивный, а рекоменда-
тельный характер, чтобы помочь оператору в решении его проблем. Это могут быть да-
же не рекомендации Министерства связи, а труды НИИ. От концепции “для обслужива-
ния того-то необходимо мерить следующие параметры...” необходимо перейти к кон-
цепции “для обслуживания того-то можно мерить следующие параметры...” Исключе-
ние могут составлять только параметры, непосредственно связанные с нормами качест-
ва предоставления услуг.
Подводя итог, можно сказать, что в центре внимания оператора должны быть не измере-
ния, а параметры качества предоставления услуги. Измерения должны рассматриваться как
средство достижения необходимого качества. Из этого непосредственно следует рекоменда-
тельный характер материалов по методологии измерений и творческое отношение к организа-
ции измерений, изучение и использование отечественного и международного опыта в области
измерений. В этом случае возникает авторегуляция рынка: центральные органы будут законо-
дательно управлять качественными параметрами системы электросвязи, специалисты на мес-
тах смогут использовать новейшие достижения в области методологии измерений и оптими-
зировать последние. Рынок измерительной техники не будет сдерживаться директивами.
Разделение задач эксплуатации на проблемы, связанные с качеством, методологией и
методикой измерений, лежит в основе технологического подхода.
3.6. Рынок измерительных технологий и метрология
Исторически с измерительной техникой непосредственно связана метрология - наука о
единстве средств измерений, методах их организации и анализе погрешностей. Поэтому
взаимодействие рынка измерительной техники и метрологии - это очень важная тема. В дан-
ном разделе сделана попытка рассмотреть некоторые проблемы современной метрологии и
политики в области измерений.
Проблемы единой технической политики в области измерительной
техники
Когда горит дом, нет времени писать инструкцию по пользованию огнетушителем. В на-
слоении двух революций - технологической и социальной - в хаосе новых технических реше-
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫНКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
35
ний, сочетающемся с хаосом новых экономических схем и методов жизни и деятельности,
измерительная техника относится властью к второстепенным задачам. И это правильно,
здесь нет никакой ошибки. Во всем мире иерархия приоритетов выстраивается следующим
образом: сначала связь, затем качество связи, затем измерительная техника и технология из-
мерений. которая позволяет это качество поддерживать. Так что вопрос о технологии измере-
ний возникает тогда, когда становится актуальным вопрос о качестве связи. Без системного
отношения к решению вопросов контроля качества нет необходимости системно решать во-
просы об организации измерений. Соответственно возникает иерархия приоритетов в разра-
ботке руководящих документов: сначала разрабатываются документы по построению и стан-
дартам систем связи, затем - по нормам качества на те или иные подсистемы, наконец - по
методике измерений. В настоящее время процесс создания руководящих документов едва ли
полностью покрывает все направления технологии телекоммуникаций Вопросы, связанные с
контролем качества, только начинают находить отражение в руководящих документах. Тех-
нология измерений описывается только в общих чертах в научно-технической литературе, и,
вероятно, не скоро станет предметом детального обсуждения стандартизационных органов.
Поэтому современные инженеры в области телекоммуникаций поставлены в довольно слож-
ные условия: с одной стороны они вынуждены адаптироваться к хаосу, вызванному описан-
ной выше ситуацией, и для этого может быть успешно применена измерительная техника, с
другой стороны методы применения измерительной техники практически не регламентируют-
ся существующими руководящими документами и едва ли ситуация изменится.
Все это приводит к важному выводу: в условиях современной технико-
экономической ситуации нет возможности ожидать четко сформулированной «сверху»
технической политики в области измерений и измерительной техники, такая политика
может и должна на данном этапе формироваться «снизу», т.е. теми инженерами, кото-
рые непосредственно используют измерительную технику. Выбор - формировать или не
формировать техническую политику относительно измерений - также во многом зависит от
оператора. Может показаться, что выбор - это всего лишь ненужная ответственность, от ко-
торой можно отказаться. Однако оператор должен понимать - в текущей ситуации отказ от
ответственности равносилен отказу от взвешенной технической политики в области измере-
ний, что косвенно может сказаться на квалификации исполнительных кадров.
Ждать милости «сверху» не приходится, поэтому творческая инициатива должна идти
«снизу». Этот фактор прояснится в ближайшем будущем, поскольку поставленные в условия
необходимости быстрого реагирования при отсутствии помощи «сверху», отечественные
инженеры должны будут набирать реальный эксплуатационный опыт сами. Возможно, в
ближайшее время возникнет новая инженерная школа, отвечающая новым требованиям и
специфике.
Роль метрологии и метрологов на современном этапе
Описанную выше ситуацию интуитивно почувствовали в первую очередь главные мет-
рологи - специалисты, отвечающие на предприятиях за метрологическое обеспечение. С
приходом рыночной экономики большинство из них стали отвечать за своевременное и пра-
вильное оснащение предприятия измерительной техникой. Но большинство специалистов
оказались не готовы к выполнению такой задачи. Ведь метрология представляет собой ком-
плекс административно-технических мероприятий, направленных на обеспечение единства
средств измерений, и ничего относительно маркетинга рынка измерительной техники нигде
не сказано. Поэтому маловероятно, что главный метролог окажется специалистом по рынку
со всеми его нюансами. В большинстве случаев на метрологов была возложена полная ответ-
ственность за измерительную технику - от ее появления на предприятии до полного износа и
36
ГЛАВА 3
списания. В результате первый удар научно-технического прогресса пришелся по ним Не-
сколько лет метрологи ждали помощи «сверху» - от министерств и ведомств, но помощь не
пришла, да и не могла прийти, поскольку стандартизационные органы штопали дыры в зако-
нодательстве, посвященном технологии, и не могли выделить достаточный ресурс на изме-
рительную технику. Через несколько лет главные метрологи республиканских министерств
бывшего СССР ударили в набат, который до сих пор не умолкает, однако помощь «сверху»
не пришла Тогда с середины 70-х годов и начался процесс объединения главных метрологов
на основе семинаров и конференций. Эти семинары, изначально проводившиеся как форумы
по обмену опытом, в новых условиях стали той трибуной, с которой началось широкое обсу-
ждение всех вопросов, касающихся измерительной техники и всей проблематики отечест-
венной метрологии, причем под метрологией в данном случае понимался и рынок измери-
тельной техники. Эффективность таких встреч оказалась весьма высокой, в результате в на-
стоящее время постоянно действуют ежегодные семинары главных метрологов в России, на
Украине, в Белоруссии и Казахстане, результаты которых учитываются при разработке тех-
нической политики крупнейших национальных операторов и министерств.
Можно предположить, что в ближайшем будущем именно главные метрологи и их
объединения будут представлять единственные органы, которые стихийно или органи-
зованно будут формировать политику в области измерений и измерительной техники.
По всей видимости, может появиться организация, своего рода комитет по технической по-
литике, который будет отличаться от всех правительственных комитетов тем, что возникнет
по инициативе «снизу». Для появления организации есть уже все предпосылки' успешно
действующие конференции главных метрологов и периодическое издание - журнал «Метро-
логия и измерительная техника в отрасли связи». Остается надеятся, что данный орган будет
реально способствовать повышению профессионального уровня российских инженеров
Проблемы метрологического обеспечения современных
измерительных технологий
С развитием измерительной техники тесно связаны процедуры метрологического обес-
печения, которые в настоящее время столкнулись с рядом принципиальных проблем. Разви-
тие новой измерительной техники приводит к необходимости учета не только методологии
измерений параметров сигналов, но также и методологии анализа протоколов, логического
анализа алгоритмов взаимодействия различных устройств. Современная отечественная мет-
рология имеет аппарат поверки приборов, измеряющих параметры сигналов, но не может
обеспечить поверку анализаторов алгоритмов работы устройств. Например, анализаторы
протоколов современных телекоммуникаций не могут быть поверены существующими ме-
тодами Есть определенные сомнения, что для поверки прибора, основным назначением ко-
торого является определение нарушений в протоколе ISDN, достаточно проверить соответст-
вие его интерфейса PRI требованиям симметричного интерфейса 120 Ом. Такая поверка не
дает уверенности в работоспособности прибора и выполнении им своих задач.
В международной практике получила распространение процедура калибровки измери-
тельного оборудования, куда включается не только поверка, но и верификация логических
характеристик измерительного прибора. В этой связи необходимо решить вопрос о новой
метрологии или о дополнении существующих процедур.
Вторая проблема метрологии - это невозможность поверки и калибровки сертифициро-
ванного эксплуатационного оборудования несертифицированным системным оборудовани-
ем. Для калибровки и поверки эксплуатационного измерительного оборудования использует-
ся системное измерительное оборудование, более точное по характеристикам и с большими
возможностями по спецификации тестов. Очевидно, что рынок для системного оборудования
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫНКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
37
еще более узок, чем для эксплуатационного. В результате нет оснований ожидать эффектив-
ности сертификации системного оборудования для поверочных лабораторий Выход из этого
замкнутого круга может быть найден только в процессе обсуждения вопросов сертификации
и поверки измерительного оборудования.
Основная проблема, связанная с метрологией, это обязательность поверки приборов в
течении определенного периода, в то же время для оснащения поверочных лабораторий нет
средств. Обычно стоимость оборудования для калибровки, которая включает поверку и ве-
рификацию характеристик, на порядок превышает стоимость эксплуатационного оборудова-
ния. Это означает, что для калибровки анализатора SDH стоимостью в 100 тыс. $ необходим
измерительный комплекс стоимостью 1 млн $. Сомнительно, что такое финансирование мо-
жет быть найдено в ближайшее время. В то же время требование обязательной поверки при-
водит к необходимости большого количества самых современных поверочных лабораторий
Таким образом концепция поверочных измерений профанируется, превращается в формаль-
ную процедуру подписания бумаг. Где искать выход?
Выход опять-таки лежит в переходе от директивных методов к рыночным. Действи-
тельно, для успешного развития рынка измерительной техники нужно две-три современных
лаборатории калибровки, оснащенные всем необходимым оборудованием, на страну, где уже
тысячи анализаторов используются без возможности верификации их характеристик. Но по-
верка оборудования может быть отнесена к необязательной процедуре. Действительно, как
описывалось выше, основными рыночными параметрами выступают параметры качества.
Измерительная техника используется для обеспечения качества связи. Если оператор уверен
в правильности показаний прибора, он может продолжать измерять этим прибором Необхо-
димость поверки находится на усмотрении оператора. Исключение составляют приборы, ис-
пользующиеся для разрешения противоречий между операторами, однако такие задачи не
столь часто встречаются Приборы “внутреннего” использования - для настройки сети и кон-
троля качества - могут поверяться тогда, когда возникают сомнения в их работоспособности.
Если оператор не доверяет прибору, он может его отвезти в лабораторию калибровки, где его
параметры будут верифицированы После чего прибор либо продолжает использоваться, ли-
бо его отправляют в ремонт, поскольку современные приборы, выпущенные зарубежными
фирмами-производителями, практически не могут быть откалиброваны сторонними органи-
зациями. Частота поверки, указываемая в документах к прибору, в этом случае будет носить
рекомендательный характер
В результате возникнет авторегуляция рынка лаборатории калибровки будут выполнять
реальную работу на коммерческой основе, с операторов будет снята необходимость обяза-
тельной поверки всех приборов
Подводя итог вышеприведенному обзору развития рынка измерительной техники и из-
мерительных технологий, хотелось бы отметить, что рынок измерительной техники для сис-
тем связи только сформировался, он находится в стадии становления Развитие его подчиня-
ется объективным и субъективным законам развития технологии и особенностям, связанным
со спецификой измерительной техники и экономическим развитием нашей страны
Как всегда в процессе становления вопросов, возникающих в процессе развития, больше
чем ответов. На многие вопросы необходим оперативный ответ, другие возникнут только в
перспективе. Однако очень важно и серьезно относиться к этому рынку, учитывать его спе-
цифику, поскольку от того, как будет развиваться он на современном этапе зависит, будем ли
мы иметь стабилизированный рынок или нескольких монополистов и административное ре-
гулирование развития технологии
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПОДХОД
И МЕТОДОЛОГИЯ
4.1. Основные положения технологического подхода
Все основные положения технологического подхода были в той или иной степени
сформулированы в предыдущей главе. Здесь лишь подведем итог вышесказанному.
В основе технологического подхода к анализу всех явлений современной связи лежит
понятие технологии как совокупности научно-технических решений. Таким образом, вместо
единого процесса развития телекоммуникационного рынка технологический подход предла-
гает перейти к анализу развития ряда технологий, присутствующих на рынке.
Технология понимается не как стабильное явление, а рассматривается в динамике в со-
ответствии с общими законами технологического развития, изложенными в гл. 1 . Все явле-
ния научно-технического и даже социального плана рассматриваются как отражение этой
динамики. Динамика технологического развития подчиняется законам развития рынка теле-
коммуникаций, его объективным и субъективным тенденциям.
Технология современной эксплуатации, частью которой являются измерительные тех-
нологии, рассматривается также в контексте динамического развития.
Иерархия приоритетов в технологии современной связи выстраивается следующим об-
разом: сначала связь, затем - качество связи, и наконец - измерения, позволяющие улучшить
качество эксплуатации и, следовательно, улучшить связь (рис. 4.1). Для повышения качества
предоставления услуг связи может эффективно использоваться концепция единого управле-
ния (TMN). Современная концепция эксплуатации представляет собой синтез концепции
TMN и измерительных технологий.
Рис.4.1. Иерархия приоритетов технологии современной связи
Итак, измерительные технологии появляются тогда, когда возникает объективная задача
анализа и улучшения связи. Измерения представляют собой сугубо вторичную задачу, свя-
занную непосредственно с качеством предоставляемых услуг. Любое рассмотрение измери-
тельной технологии вне вопросов контроля и обеспечения качества является некорректным,
превращается в набор концепций «измерений ради измерений» и выхолащивается до абст-
рактного мудрствования.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД И МЕТОДОЛОГИЯ
39
4.2. Разделение ответственности и понятие
методологии
Технологический подход предлагает определенное разделение ответственности между
руководящими органами и оператором при проведении измерений.
Первое важное разделение касается методов контроля качества в данной технологии те-
лекоммуникаций. Руководящие органы должны создавать нормы на параметры качества пре-
доставления тех или иных услуг. Нормирование параметров качества является основой зако-
нодательного регулирования в современной связи и гарантией работоспособности сетей. Та-
ким образом, класс измерений, касающихся анализа параметров качества, является за-
конодательно утвержденным и обязательным к исполнению. В то же время все эксплуа-
тационные измерения, проводимые на сети для достижения требуемых норм качества, нахо-
дятся вне интереса законодательных органов и полностью должны ложиться на плечи опера-
тора. Законодательные и контрольные органы заинтересованы только в том, чтобы общие
параметры качества сети соответствовали норме. Если оператор считает, что для обеспечения
эксплуатации на его сети никаких измерений проводить не надо, это его право. Но и в этом
случае он должен проводить ряд измерений, которые доказывают контрольным органам, что
его сеть соответствует законодательно утвержденным нормам
Проиллюстрируем вышеприведенный тезис примером.
Пример 4.1.
Приказ Министерства связи РФ №92 от 10 08 96 законодательно закрепляет нормы на пара-
метры ошибок и проскальзываний в цифровых каналах и трактах первичной сети Существенно, что
параметры ошибок и проскальзываний действительно являются наиболее корректными параметрами
качества цифровой связи Действительно, если информация передается в цифровой форме, то количе-
ство ошибок при такой передаче - объективно единственный параметр качества, все остальное -
всего лишь варианты представления информации
В этом случае, если поток Е1(2048 кбит/с) создается в системе SDH [4], контрольные органы
заинтересованы в анализе ошибок и представлении результатов в соответствии с нормами МСЭ-Т
рекомендации G.821, G 826 и М 2100 В [4] показано, что рассинхронизация в системе SDH приводит к
активности указателей и возникновению джиттера в передаваемом потоке Е1 Технология измерений
в системе синхронизации, анализ активности указателей и параллельный анализ сигналов о неисправ-
ностях и параметре ошибок рассматривались в [5] Эта литература может помочь оператору най-
ти причину отклонений от нормы в потоке Е1, но ни в коей мере эти измерения не являются обяза-
тельными и, конечно, не регламентируются законодательными органами
К числу обязательных измерений при переходе от PDHк SDHотносятся те же самые измерения
параметров качества потока Е1
Таким образом выбор параметров качества предоставления услуг, методов их измерения
и методов представления результатов целиком и полностью лежит в зоне ответственности
законодательных органов. Все остальные методы измерений являются делом операторов.
В работах [1-5] было показано, что технология эксплуатационных измерений значи-
тельно шире измерений параметров качества. Эта объективная ситуация связана с цифрови-
зацией современной связи Цифровая связь на всех уровнях пронизана бинарной логикой.
Передача информации в цифровой форме осуществляется по принципу «да-нет», «работает-
не работает» и т.д.
В аналоговых сетях ухудшение качества возникает постепенно. Например, один абонент
начинает плохо слышать другого, звук постепенно слабеет, пока не тонет в шумах. В цифро-
вой сети в результате бинарной логики передачи и обработки информации возникает порого-
вый эффект ухудшения качества. Это означает, что качество работы цифровой сети до по-
следнего будет высоким, связь прерывается только при пропадании качества, т.е. происходит
40
ГЛАВА 4
скачкообразное изменение. Абонент цифровой телефонной сети либо слышит другого або-
нента так, как будто последний находится в соседней комнате, либо не слышит его вообще. В
результате обслуживание цифровой сети превращается в широкий набор превентивных мер
по предотвращению такого порогового эффекта.
Факторов, влияющих на работу цифровой сети, во много раз больше, чем для аналоговой.
При оценке общего количества измерений в современных цифровых системах передачи [4-5]
оказалось, что для технологии SDH оно исчисляется сотнями, а для ATM - тысячами! Это не
означает, что все измерения оператор должен знать и выполнять на сети, но он может исполь-
зовать те из них, которые считает нужным для повышения качества предоставления услуг.
Чтобы оператору сориентироваться во всем многообразии эксплуатационных измерений,
технологический подход предлагает определенный алгоритм создания методики измерений. С
этим алгоритмом связано понятие методологии измерений как совокупности общих схем
проведения измерений, параметров измерений и методов интерпретации результатов.
Методология отличается от методики тем, что последняя всегда привязана к конкретным
параметрам и возможностям измерительного прибора. В условиях динамичного развития
рынка измерительной техники создавать методики для всех эксплуатационных измерений под
каждый прибор неизбежно означало бы путешествие в бесконечность. Такие методики, если
даже и были бы созданы, устарели бы через год. Поэтому единственной объективной основой
изучения измерительной технологии является именно методология, а не методика.
Технологический подход к измерениям предусматривает определенный алгоритм изу-
чения измерительной технологии (рис. 4.2). В качестве первого уровня детализации предла-
гается рассматривать все эксплуатационные измерения применительно к конкретным теле-
коммуникационным технологиям. Действительно, технологии измерений на первичной и
вторичной сетях в системах подвижной радиосвязи практически не пересекаются друг с дру-
гом. Это свойство объясняется высокой специализированностъю современных телекоммуни-
каций и измерительной техники.
В качестве второго уровня детализации,
уже исходя из специфики технологии, созда-
ется классификация измерений, т.е. выделяют-
ся группы измерений в зависимости от струк-
туры технологии (например, структуры циф-
ровой системы передачи, архитектуры прото-
кола и т.д.). Такая классификация может быть
простой (например, измерения ИКМ [4]) или
сложной и многоуровневой (например, клас-
сификация измерений SDH и ATM [4-5]). Это
зависит от самой телекоммуникационной тех-
нологии.
Наконец, рассматривая измерения в со-
ставе каждой группы, выделяют методологию
измерений - т.е. набор подходов, типовых схем
организации измерений, набор более и менее
важных параметров измерений и методов ин-
терпретации результатов. Такая методология
представляет собой своего рода универсальное
Рис. 4.2. Алгоритм изучения измерительной описание эксплуатационных измерений, не
технологии привязанное к телекоммуникационному обо-
рудованию и измерительным приборам.
Эксплуатационные
измерения
Объективная зона
изучения
Технология
Группы измерений
в соответствии
со спецификой
технологии
Методология
ч
Методика измерений <
Отдельно рассмат-
риваются технологии
измерений разных
частей системы
электросвязи
Набор общих
подходов, схем
измерений,
наиболее важных
параметров
Непосредственные
возможности
прибора и его
описание
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД И МЕТОДОЛОГИЯ
41
Наконец, последним уровнем детализации описания является методика измерений, кото-
рая должна быть привязана к конкретному измерительному прибору и конкретному телеком-
муникационному оборудованию. Эта область детализации описывается обычно в прикладных
документах по эксплуатационным измерениям (например, методиках по эксплуатации обору-
дования, методиках калибровки и т.д.) и должна быть исключена из книг обзорного типа.
За выбор методики на основе методологии ответственность несет оператор, тогда как
описание методологии измерений может быть отнесено к объективному знанию и представ-
ляет интерес для специалистов и научно-исследовательских институтов.
4.3. Методология как «внутренняя технология»
измерений
Помимо средства для классификации методов измерений методология оказывается
удобным средством описания «внутренней технологии» измерений.
В философском смысле методология - это учение о структуре, логической организации,
методах и средствах деятельности человека. Поскольку в отечественной литературе нет по-
нятия, определяющего общие подходы и внутреннюю логику проведения измерений, в на-
стоящей книге для этой цели будет использовано понятие методологии. Такое использование
оправдано и корректно. Действительно, если методология представляет собой набор общих
подходов, схем измерений наиболее важных параметров и принципов интерпретации резуль-
татов, связанных с конкретной измерительной технологией, то совокупность наиболее общих
принципов измерений для всех технологий можно назвать общей методологией.
Общая методология важна постольку, поскольку есть определенный класс измерений,
единый для всех технологий. Например, измерение параметра ошибки производится для лю-
бой технологии цифровой связи. Общая методология позволяет сформулировать и описать
набор общих принципов для таких измерений, показать их «внутреннюю технологию».
Пример 4,2.
Наука XX века убедительно показала, что техническими средствами невозможно без ошибок оп-
ределить значение теоретической величины. Так при проектировании технических средств в основу
расчета закладываются теоретические величины, которые на практике могут быть измерены толь-
ко в некотором приближении. Поэтому в ряде случаев экспериментальные данные служат для оценки
параметра теоретической величины. Лучше всего это видно на следующем примере.
Для цифровых систем передачи необходимо учитывать влияние ошибок, возникающих по тем или
иным причинам в системе. Основным параметром расчета здесь выступает вероятность возникнове-
ния ошибки p(t), которая является функцией времени и зависит от ряда факторов и значений пара-
метров, связанных с различным влиянием на систему. Примерами такого влияния могут служить ин-
терференция сигналов в радиочастотных системах передачи, алгоритмический джиттер в системах
SDH и т.д.
В зависимости от природы влияния на систему характер функции p(t) может существенно от-
личаться для различных систем. При проектировании необходим расчет функции вероятности в зави-
симости от параметров внешнего влияния на систему для определения качественных параметров
работы проектируемой системы, определения ее устойчивости к внешним условиям и т.д. Проверить
результаты расчетов можно только экспериментальным путем или проведением измерений на опыт-
ном образце. Однако теоретическая величина - функция вероятности возникновения ошибки в систе-
ме - не может быть измерена. Вместо нее измеряется параметр ошибки по битам - BER, который
может быть представлен как:
где BITSerr - количество битов, пораженных ошибками, BITS - общее количество переданных битов.
42
ГЛАВА 4
Эта величина связана с функцией вероятности возникновения ошибки отношением
12
BER = J p(t)dt,
т е представляет собой математическое ожидание сЬункиии вероятности. По значению математи-
ческого ожидания функция вероятности может быть восстановлена лишь с определенной степенью
достоверности
Чтобы на основании результатов можно было бы восстановить функцию вероятности
без ошибок, необходимо проводить измерение BER в течении бесконечно большого интерва-
ла измерений, что практически невозможно Таким образом, полученное значение всегда
оказывается неким приближением теоретического и зависит от условий измерения, которые
определяются методологией измерений, ориентированной на минимизацию ошибки оценки
теоретической величины.
В нашем примере основными параметрами измерения BER выступают алгоритм прове-
дения измерений, интервал времени измерения и выбор тестовой последовательности для
измерения. Значения этих параметров зависят от предполагаемого характера функции p(t) и
должны определяться в ходе разработки методики измерений.
Знание общей методологии измерений не является обязательным для проведения экс-
плуатационных измерений при обслуживании современных систем связи. Тем не менее вклю-
чение этого материала в книгу по технологии измерений необходимо хотя бы потому, что все-
гда остаются такие вопросы, как “Когда я измеряю BER, что же я действительно измеряю, как
я это измеряю и не ошибаюсь ли я при измерении?” Для ответа на эти вопросы необходимо
знать основы общей методологии измерений. Неправильно выбранная общая методология
может привести к ошибке измерений, неправильной трактовке результатов и т.д.
Таким образом, общая методология измерений лежит в основе всех современных изме-
рений и является важным материалом для всех, интересующихся измерительными техноло-
гиями. Для описания некоторых основ общей методологии в разд. 5 рассматриваются методы
представления сигналов в современной связи, а в разд. 6 и 7 общая методология измерений
параметров ошибки и джиттера соответственно.
Следует отметить, что основным предметом настоящего раздела является “внутренняя
технология” измерений. Читатели, ориентированные на изучение технологии эксплуатаци-
онных измерений, могут без ущерба пропустить этот материал, используя его при необходи-
мости как справочный.
4.4. Технологический подход: от универсальных
решений к реальным задачам
Выше была показана эффективность технологического подхода применительно к зада-
чам теоретического описания методов измерения, построения классификаций измерений и
наиболее детального рассмотрения эксплуатационных измерений Помимо всего перечис-
ленного технологический подход позволяет, с одной стороны, разрабатывать эффективные
универсальные решения, с другой - оптимизировать их при решении конкретных задач экс-
плуатационных измерений.
Универсальные технические решения касались системной интеграции на рынке измери-
тельной техники. Технологический подход позволяет создавать универсальные технические
решения любой сложности. Действительно, следуя алгоритму рис.4.2, системный интегратор
может построить методологию для данной технологии. Затем, на основании задач, постав-
ленных оператором, системный интегратор может найти на рынке измерительной техники
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД И МЕТОДОЛОГИЯ
43
оборудование, наиболее подходящее для решения данной задачи и, синтезируя методологию
и реальные возможности прибора, создать методику его использования. В результате созда-
ется универсальное измерительное решение любой степени сложности.
При внедрении универсального измерительного решения в практику также может ис-
пользоваться технологический подход. Его использование позволяет подойти индивидуально
к решению задачи и оптимально, с учетом использования знаний о структуре технологии,
внедрить его. Индивидуальный подход к решению задачи в сочетании с технологическим
подходом дает очень эффективные экономические результаты.
Выше уже упоминалось о тенденции перехода от тендерных закупок к индивидуальным
комплексным решениям. Оценивая экономическую целесообразность таких решений, можно
указать следующий эффект:
• обычная скидка или локальный тендер - от 5 до 10 %
• тендер национального уровня - от 10 до 30%
• оптимизация технического решения - сокращение стоимости в 3 - 4 раза
Проиллюстрируем упомянутый тезис следующим примером.
Пример 4.3.
В [4] была описана технология измерений в системах передачи SDH. В числе прочих рассматри-
вался вопрос о целесообразности проведения измерений с использованием приборов в системах SDH.
Эксплуатационные измерения с использованием приборов целесообразно выполнять в точках сопряже-
ния колец SDH разных фирм-производителей или разных операторов, т.е. на коммутаторах DXC.
Этот факт следует из детального рассмотрения SDH с использованием технологического подхода
(рис. 4.3).
Рис. 4.3. Измерения в системе SDH
Рассмотрим реальную задачу измерений на составной сети SDH, включающей несколько колец
уровня STM-16 и уровня STM-4 двух фирм-производителей. Формальная логика требует использования
в такой системе анализатора уровня STM-16/STM-4 стоимостью от 80 до 120 тыс.$.
ГЛАВА 4
Технологический подход показывает, что измерения надо производить на коммутаторе между
оборудованием двух фирм-производителей для поиска причин взаимного несопряжения и ухудшения
качества Такие коммутаторы работают на уровне STM-1 Только в начале 2000 г появились комму-
таторы уровня STM-4, однако в России их пока не так много Таким образом для измерений в данной
системе передачи достаточно анализатора уровня STM-1 Это косвенно подтверждается стати-
стикой продаж анализаторов SDH в Европе, где на один анализатор уровня STM-16 (обычно прода-
ваемого в тестовые и производственные лаборатории) продается до 50-100 анализаторов уровня
STM-1, используемых непосредственно в эксплуатации Это при условии, что большая часть сетей
работает на уровне STM-4 и STM-16 Сразу же можно указать, что статистика продаж в России
диаметрально противоположна и подчинена формальной логике
Анализатор уровня STM-1 стоит около 30 тыс.$, а новое поколение анализаторов (VICTORIA и
затрат на измерительную технику от 4 до 6 раз (') И это в стране, где финансовая ситуация далеко
не блестящая Так что недостаток финансирования, по приведенным выше соображениям, представ-
ляет собой довольно относительную проблему
В условиях рыночной экономики технологический подход - это единственно эффектив-
ный метод для решения как общих проблем управления и руководства отраслью телекомму-
никаций, так и мощным практическим методом оптимизации технических решений.
5. МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ
ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
5.1. Особенности представления цифровых сигналов.
Методы представления сигналов в виде диаграмм
Поскольку основной темой настоящей книги является описание технологии измерений
цифровых телекоммуникационных систем, в первую очередь необходимо рассмотреть мето-
ды анализа цифровых сигналов Отличие цифровых сигналов от аналоговых заключается в
их дискретной структуре. Если параметры аналоговых сигналов меняются в используемом
диапазоне непрерывно, то параметры цифровых сигналов изменяются дискретно, в этом со-
стоит основное отличие цифровых сигналов от аналоговых. Такая особенность цифровых
сигналов позволяет использовать для их анализа ряд специфических методов, рассматривае-
мых в этой главе.
Помимо достаточно хорошо известных методов измерения аналоговых сигналов с ис-
пользованием осциллограмм и спектрального анализа, в методологии измерений цифровых
сигналов широкое распространение получили специальные диаграммы, что определяется
дискретной природой сигналов При проведении измерений используются два основных
класса диаграмм- диаграммы физических параметров цифрового сигнала, к которым относят-
ся глазковые диаграммы и диаграммы состояний, а также алгоритмические диаграммы, к
которым относятся древовидные диаграммы и различные виды диаграмм Треллиса.
Диаграммы физических параметров используются для анализа как простых бинарных
цифровых сигналов, так и сложных сигналов современных цифровых телекоммуникаций-
многоуровневых (таких как сигналы линейного кодирования ISDN и т.д) и модулированных
сигналов (применяемых в радиочастотных системах передачи и системах радиосвязи)
Алгоритмические диаграммы используются для анализа сигналов дифференциальных
модуляций и современных алгоритмов кодирования информации.
5.2. Глазковые диаграммы
Для анализа параметров цифрового сигнала часто используются глазковые диаграммы,
как при проведении лабораторных измерений (системное оборудование), так и эксплуатаци-
онных По своей структуре глазковые диаграммы являются модификацией осциллограмм, с
той только разницей, что используют периодическую структуру цифрового сигнала
Для построения двухуровневой глазковой диаграммы (рис 5.1) цифровой (битовый) поток
подается на осциллограф, в то время как синхронизация внешней развертки производится от
битового потока с частотой fb. При построении многоуровневых диаграмм сигнал должен про-
ходить через многоуровневый конвертер, а синхронизация производится от символьного пото-
ка с частотой fs. Для калибровки глазковой диаграммы сигнал часто подают в обход фильтра,
ограничивающего диапазон сигнала. В этом случае возникает диаграмма в виде прямоугольни-
ка (рис 5.2, слева). Фильтр, ограничивающий полосу передаваемого сигнала, вносит сущест-
венные изменения в форму импульса, в результате чего возникает диаграмма в виде “стандарт-
ного глаза” (на рис. 5.2, справа - “бинарный глаз”) Глазковые диаграммы используют перио-
дическую структуру цифрового сигнала. За счет внешней синхронизации развертки получае-
мые осциллограммы волнового фронта сигнала накладываются друг на друга с периодом одно-
го отсчета. В результате проведения измерений с накоплением получается глазковая диаграм-
ма, на которую по оси Y откладывается амплитуда сигналов по уровням (рис 5 3)
46
ГЛАВА 5
Рис- 5-1- Построение глазковой диаграммы
Процесс формирования диаграммы цифрового бинарного сигнала без фильтрации и с
фильтрацией на передаваемую полосу (рис. 5.2) позволяет реально продемонстрировать ме-
ханизм формирования глазковой диаграммы. Реальная осциллограмма сигнала (например,
двухуровневого цифрового сигнала) “разрезается” посимвольно в соответствии с тактовыми
импульсами синхронизирующего генератора, а затем глазковая диаграмма “складывается” из
полученных кусков. В идеальном случае при отсутствии цепей фильтрации в результате та-
кого сложения получится квадрат (“квадратный глаз”, представлен на рисунке внизу слева).
Однако глазковая диаграмма реального сигнала значительно отличается от квадрата, по-
скольку содержит составляющие нарастания фронта и спада фронта сигнала, прямоугольный
импульс имеет форму колокола. В результате получится диаграмма, более похожая на глаз
(на рисунке внизу справа).
Цифровая
последовательность
ООО
001
010
011
100
101
110
111
Суперпозиция
Сигнал
Сигнал
без фильтрации с фильтрацией
Двухуровневая
глазковая
диаграмма
(’’бинарный глаз”)
Рис. 5.2. Глазковая диаграмма сигналов без фильтрации и с фильтрацией
МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
47
Исследование глазковых диаграмм позволяет провести детальный анализ цифрового сиг-
нала по параметрам, непосредственно связанным с формой волнового фронта: параметру меж-
символьной интерференции (ISI), джиттеру передачи данных и джиттеру по синхронизации.
Пример глазковой диаграммы представлен на рис. 5.3 (компьютерная имитация). Трасса
двухуровневого сигнала на глазковой диаграмме в точках времени, соответствующих точкам
отсчета, проходит точно через нормированные значения +1 и -1, следовательно ISI (межсим-
вольная интерференция) на рисунке отсутствует. В то же время различные трассы пересека-
ются с временной осью в разные временные промежутки. Максимальная ширина области
пересечения с временной осью определяется как пиковое фазовое дрожание или джиттер
передачи данных Djpj)t Джиттер передачи данных измеряется обычно в единицах времени или
как отношение к интервалу передачи символа Djpp/Ts. Пиковый джиттер, представленный на
рисунке, составляет 35%. Следует отметить, что джиттер передачи данных является следст-
вием ограниченной полосы каналов. Например, расчет показывает, что для фильтра с коэф-
фициентом ограничения спектра а=0,2 джиттер передачи данных составляет уже 48%, т.е.
чем меньше коэффициент ограничения спектра (альфа-фактор) канала, тем больше джиттер
передачи данных. Сам по себе джиттер передачи данных является следствием объективных
процессов преобразования сигналов и деградации качества связи не вызывает. Однако его
комбинация с джиттером по синхронизации или постоянным сдвигом частоты передачи мо-
жет привести к существенным нарушениям качества.
Рис- 5-3- Глазковая диаграмма цифрового сигнала, проходящего через фильтр
с коэффициентом ограничения спектра а=0,3 (компьютерная имитация)
Пример 5.1.
В качестве иллюстрации воздействия джиттера по системе синхронизации на модулированный
сигнал рассмотрим глазковую диаграмму модема с модуляцией 64 QAM, широко применяемой в радио-
частотных системах передачи (рис. 5.4).
48
ГЛАВА 5
Рис.5.4. Глазковая диаграмма (компьютерная имитация) модулированного
сигнала 64 QAM, а=0,2, джиттер по синхронизации 6 %
Предположим, что уровень джиттера по системе синхронизации Cjpp =6% относительно перио-
да сдвига символа Ts. Далее предположим уровень идеального сигнала равным 100 мВ. Тогда, как видно
из рис. 5.4, наличие джиттера в системе синхронизации приводит к уменьшению интервала разрешения
до 70 мВ. Это фактически эквивалентно деградации производительности системы на 3 дБ, что уже
существенно. Добавим, что в предлагаемой на рис. 5.4 компьютерной имитации использовался фильтр
с коэффициентом ограничения а = 0,2. Более узкополосные сигналы, имеющие меньший фактор сгла-
живания, оказываются более чувствительными к джиттеру по синхронизации. Наиболее же чувстви-
тельными являются многоуровневые системы (например, системы с модуляцией 64 или 256 QAM).
5.3. Диаграммы состояний
Если аналоговый сигнал - это непрерывная функция изменения состояний, то цифровой
сигнал может быть представлен в виде нескольких дискретных состояний, которые проходит
сигнал. В связи с этим возникает задача анализа этих дискретных состояний с учетом ис-
пользуемых в современных телекоммуникациях принципов цифровой модуляции сигнала.
Для этого комплексная амплитуда сигнала обычно представляется в полярных координатах
(комплексной амплитудой сигнала называется его часть, отделенная от гармонической функ-
ции, например, для сигнала S = A(t)elwt, A(t) - комплексная амплитуда сигнала). Если пред-
ставить сигнал в виде суммы синфазного (сигнал I) и смещенного на 90° относительно син-
фазного (сигнал Q) сигналов, то полученное представление будет являться графиком в коор-
динатах I-Q. В современных системах радиосвязи широкое распространение получили раз-
личные типы фазовых модуляций. Диаграмма представляет собой набор точек, соответст-
вующих дискретным состояниям модулированного сигнала (рис. 5.5). Такие диаграммы на-
зваются диаграммами состояний.
Диаграммы состояний представляют собой диаграммы сигнала в полярных координатах
с накоплением, цифровой сигнал проходит на диаграмме состояний характерные для него
точки. Цифровая форма сигнала определяет точечную структуру диаграммы состояний (ко-
нечное количество состояний сигнала). Для каждого типа модуляции диаграмма состояний
МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
49
своя и несет информацию о параметрах тракта в целом, работе модемов, эквалайзеров и дру-
гих устройств, принимающих и передающих модулированные сигналы.
Рис. 5.5. Примеры диаграмм состояния основных типов модуляции
Диаграммы состояния имеют особое значение для анализа модулированных сигналов так
как в принятой технологии построения фазовых модуляторов и демодуляторов используется
принцип разделения цифрового сигнала на две составляющие I и Q (например, на рис. 5.6
представлена схема модулятора квадратурной амплитудной модуляции QAM).
DSB-SC
AM-mod
Рис. 5.6. Структурная схема модулятора QAM
Диаграммы состояний и глазковые диаграммы анализируют амплитудно-фазовые ха-
рактеристики сигналов, однако различие в методах представления приводит к тому, что оба
типа диаграмм сигналов взаимно дополняют друг друга. Глазковые диаграммы наиболее
50
ГЛАВА 5
эффективны при анализе изменений в структуре волнового фронта сигнала, тогда как диа-
граммы состояний являются хорошим средством для анализа процессов модуляции и де-
модуляции.
Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что и в том и в другом случае диаграмма формирует-
ся с накоплением данных, т.е. суммой параметров, измеренных через определенные проме-
жутки времени. Поэтому фактором, определяющим использование обоих типов диаграмм,
является цифровая природа сигнала. Для анализа аналоговых сигналов глазковые диаграммы
и диаграммы состояний не имеют особого смысла.
5.4. Алгоритмические диаграммы - диаграмма Треллиса
и древовидная диаграмма
В практике анализа работы цифровой системы встречается класс задач, когда необхо-
димо иметь представление не о состояниях сигнала, а о динамике изменения этих состояний.
Такие задачи встречаются при анализе процессов кодирования (в первую очередь помехоза-
щищенного сверточного кодирования современных радиочастотных систем передачи) и ана-
лизе дифференциальных методов модуляции, в которых передача цифровой информации
осуществляется не сигналом, а сменой одного сигнала другим.
Для анализа динамики изменений состояний цифрового сигнала наиболее часто ис-
пользуется диаграмма Треллиса, являющегося одной из модификаций диаграммы состоя-
ний. На этой диаграмме помимо состояний цифрового сигнала показывается траектория
изменений состояний. Реже используются древовидные диаграммы, представляющие собой
дерево смены состояний. Обычно для анализа работы кодека измеряемая диаграмма сравни-
вается с теоретической и данными, передаваемыми в канале в двоичном представлении. В
результате анализируется правильность работы алгоритма кодека. Необходимо подчерк-
нуть, что речь идет именно об алгоритмическом тестировании, т.е. проверке правильности
работы алгоритма. Для анализа параметров деградации качества связи алгоритмические
диаграммы неприменимы.
В качестве примера алгоритмических диаграмм рассмотрим алгоритмы сверточного ко-
дирования, применяемого в радиочастотных системах передачи и спутниковых каналах свя-
зи. На рис.5.7 представлена схема сверточного кодера со скоростью кодирования 1/2, вре-
менная диаграмма и диаграмма состояний Треллиса на рис. 5.8 и 5.9, а древовидная диаграм-
ма на рис. 5.10.
Рис. 5.7. Схема сверточного кодера со скоростью кодирования 1/2
МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
51
Рис. 5.8. Временная диаграмма Треллиса кодера, представленного на рис. 5.7
Рис. 5.9. Диаграмма состояний Треллиса кодера, представленного на рис. 5.7
52
ГЛАВА 5
00
00 (обо) a — 11
(обо)
00 (Too) а 01
(обо)
11 (676) b 10
(JOO)
c1c2 00 (no) 11
0 (ООО) S1S2S3
01 (66Q c 00
11 (оТо)
b (j5T) 10
(wo)
10 (o7i) d — 1 01
(По)
(jTT) 00
1 11 (обо) a 11
(обТ)
01 с (joo) 01
11 (сно)
00 (6io) b — 10 (no)
(jot)
(l5o) 11
10 (goT) c 00
10 (on)
d (ioT) 10
(no)
01 (on) d 01
(jiT)
G h h (vn) ?4
Рис. 5.10. Древовидная диаграмма кодера, представленного на рис. 5.7
6. ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИИ
ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
6.1. Бинарный канал и методы анализа его параметров
Рассмотрение методологии измерений цифровых каналов начнем с описания методов
измерения цифровых каналов с передачей информации в простой двоичной форме (без ли-
нейного кодирования) - бинарных цифровых каналов (рис. 6.1). В современных телекомму-
никационных системах для передачи цифровой информации используются различные типы
модуляции и многоуровневого кодирования, однако оконечное оборудование систем переда-
чи в той или иной степени использует именно бинарный цифровой канал, поэтому методоло-
гия измерений бинарного канала является фундаментом измерений цифровых каналов связи.
Более того, для анализа систем с различными типами модуляции и кодирования используют-
ся данные методологии измерений по битам, т.е. имитируется процесс декодирования (демо-
дуляции) сигнала до двоичного вида, а затем полученный сигнал анализируется. Таким обра-
зом, методология измерений параметров бинарного канала представляет собой инвариант
методологии измерений любых цифровых каналов.
Разные типы
цифровой модуляции и
Бинарный цифровой канал
Рис. 6.1. Бинарный цифровой канал
Основное назначение бинарного цифрового канала - это передача цифровой информа-
ции в двоичной форме, т.е. в виде битов, поэтому основные параметры качества такой циф-
ровой передачи связаны с параметром ошибки по битам (Bit Error Rate - BER) и его произ-
водными. Измерения по параметру BER вошли в методики измерений всех первичных и вто-
ричных сетей,.
Для правильного понимания всех нюансов измерений цифровых каналов связи необхо-
димо глубокое понимание технологии измерений бинарного цифрового канала.
Различаются два типа измерений бинарного канала - измерения с отключением канала и
измерения без отключения канала. При отключении канал не используется в процессе изме-
рений для передачи реального цифрового трафика. В качестве источника и приемника дво-
ичного сигнала используются анализаторы цифрового канала. Измерения без отключения
канала предусматривают использование специальных алгоритмов анализа параметров канала
в процессе при передачи реального трафика.
При измерениях с отключением канала сигнал передается в виде тестовой последователь-
ности, которая принимается на другом конце канала (приемник) и затем проводится анализ
ошибок, вносимых каналом. Анализатор приемника должен обеспечивать предсказание струк-
туры последовательности, т.е. требуется так называемая синхронизация тестовой последова-
тельности. Для измерений используются разные тестовые последовательности, фиксированные
и псевдослучайные, с различными алгоритмами синхронизации тестовой последовательности.
Измерения с отключением канала - это единственный метод анализа параметров бинарного
54
ГЛАВА 6
цифрового канала с точностью до единичной ошибки по битам (битовая ошибка). Это гаранти-
руется принципом сравнения реально принятой последовательности битов с предсказанной,
которая, в свою очередь точно совпадает с генерируемой последовательностью.
Измерения без отключения канала часто называются мониторингом, поскольку прово-
дятся в режиме работающего канала, а анализатор в этом случае подключается параллельно и
осуществляет пассивный мониторинг канала. Алгоритм организации измерений основан на
применении различных типов цикловых кодов или служебной информации, передаваемой в
канале. Действительно, в реально работающем канале, с реальным трафиком нельзя предска-
зать передаваемую информацию, следовательно нельзя просто сравнить реальную последова-
тельность битов с предсказанной последовательностью, поэтому невозможно локализовать
единичную битовую ошибку. Методы измерения без отключения канала основаны на иденти-
фикации битовой ошибки в некотором блоке переданной информации, таким образом, объек-
тивная точность измерения ограничена размерами блока. Обычно две ошибки в блоке иден-
тифицируются как одна. В то же время несомненное преимущество метода - отсутствие необ-
ходимости отключения канала - определило широкое его распространение.
6.2. Возникновение ошибок по битам и их влияние на
параметры цифровой передачи
В аналоговых системах передачи канал, воздействуя на параметры передаваемого ана-
логового сигнала, снижает качественные параметры сигнала. В цифровых системах передачи
различные воздействия на цифровой канал приводят к снижению основного качественного
параметра - параметра ошибки. Причины возникновения ошибок в цифровом канале имеют
аналоговую природу, поскольку связаны с интерференцией, затуханием в линии и различны-
ми аддитивными шумами (рис. 6.2).
Искажения в канале
U А
Отражение Затухание
Шум в канале
j 1 Пороговое значение выб
Интерферирующий импульс
Пороговое значение
Затухание в линии
Рис. 6.2. Основные источники ошибок в цифровом канале
На рис.6.2 представлены основные источники ошибок в цифровом канале: искажения,
наличие импульсных помех, аддитивный шум в канале и затухание в линии. Как видно, на-
личие искажений в канале может быть связано как с затуханием, так и с отражением сигнала.
Источниками шумов выступают физически разрушенный кабель (например, разбитая пара),
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
55
слишком малое поперечное сечение, большая распределенная емкость в кабеле. Другим важ-
ным источником шумов являются интерферирующие импульсы или импульсные помехи в
канале. Источниками ошибок здесь могут быть силовые кабели, проложенные в непосредст-
венной близости от линии связи, нарушение оболочки кабелей, сигнализация по постоянному
току. Наиболее существенным и многоплановым фактором влияния на параметры цифрового
канала является наличие аддитивных шумов различной природы. Источниками ошибки здесь
могут быть нарушение балансировки кабеля, параметра скручивания витой пары, интерфе-
ренция с различными радиочастотными и СВЧ-сигналами, сигналы вызова, нарушение по-
лярности кабеля (перепутанные жилы, короткое замыкание между жилами и т.д.) Высокий
уровень шумов может привести к значительному увеличению параметра ошибки.
Цифровые системы передачи имеют большую по сравнению с аналоговыми системами
помехозащищенность. Однако закономерность влияния уровня шума на параметр ошибки
справедлива только для большого отношения сигнал/шум. Если рассматривать влияние ин-
терференции на параметры цифрового канала, то эту закономерность можно схематически
представить графиком рис. 6.3. Как видно из графика, цифровые системы передачи имеют
определенный порог чувствительности к интерференции, в отличие от аналоговых систем
передачи, где имеет место прямая зависимость эффекта влияния интерференции от ее уров-
ня. Однако влияние интерференции на параметры цифровых систем передачи более сущест-
венно, и с определенного уровня эффект этого влияния даже превышает эффект воздействия
на параметры аналоговых систем.
Наконец, важным источником шумов в цифровых каналах является затухание в кабелях и
линиях передачи, причем не только высокий уровень затухания, но и его неравномерная харак-
теристика приводят к появлению субгармоник, вносящих дополнительный аддитивный шум.
Если рассматривать источники ошибок не только в канале, но и в цифровой системе пе-
редачи, то можно выделить внутренние и внешние источники.
К внутренним источникам ошибок относятся:
• различная нестабильность во внутренних цепях синхронизации цифровых устройств,
дрейф в системе внутренней синхронизации устройства;
• нестабильность, связанная с измерением характеристик электронных компонентов в со-
ставе устройства;
• перекрестные помехи в цепях устройств;
• нарушения в работе эквалайзеров и в процессах, связанных с неравномерностью АЧХ;
• повышение порога по шуму, связанное с изменением параметров модулей устройств со
временем.
56
ГЛАВА 6
К внешним источникам ошибок можно отнести:
• перекрестные помехи в каналах передачи;
• джиттер в системе передачи;
• электромагнитная интерференция (от машин, флуорисцентных ламп и т д.);
• нестабильность источников питания устройств;
• импульсные шумы в канале;
• механические повреждения, воздействие вибрации, плохие контакты;
деградация качественных параметров среды передачи (электрического или оптического
кабеля, радиочастотного канала и т.д),
• глобальные нарушения, связанные с разрушением канала цифровой передачи.
Влияние всех перечисленных источников ошибок и интерференции значительно повы-
шается при снижении параметра отношения сигнал/шум
Если рассмотреть влияние интерференции на параметры качества работы цифровой сис-
темы передачи, можно отметить, что влияние битовых ошибок отличается для различных
услуг и систем передач в зависимости от следующих факторов-
• типа передаваемого трафика (голос, данные, видео, мультимедиа и т.д.),
• типа системы передачи, принципов кодирования и наличия цепей резервирования пере-
дачи сигнала;
• количества и частоты битовых ошибок,
• распределения битовых ошибок (равномерно распределенные ошибки, ошибки, возни-
кающие пакетами итд);
• источника интерференции;
• устойчивости принятого в системе передачи принципа передачи цифровой информации
к ошибкам;
• устойчивости принятого в системе передачи принципа передачи цифровой информации
к другим факторам воздействия (джиттеру, нестабильности синхронизации и т.д)
6.3. Основные параметры, измеряемые в бинарном
цифровом канале
Все параметры, измеряемые в бинарном цифровом канале, будут встречаться в техноло-
гии измерений цифровых каналов первичной и вторичных цифровых сетей Прежде чем рас-
сматривать технологию измерений параметров бинарного цифрового канала, необходимо
определить эти параметры Ниже приведены основные параметры, измеряемые в бинарном
цифровом канале. Они описаны в соответствии с сокращениями, используемыми в меню
большинства приборов В основном это параметры, используемые для анализа характеристик
бинарного канала согласно ITU-T рекомендации G.821, G.826 и М.2100.
AS - Availability Seconds - время готовности канала (с) - вторичный параметр, равный
разности между общей длительностью теста и временем неготовности канала.
AS(%) - Availability Seconds - относительное время готовности канала - параметр,
характеризующий готовность канала, выраженный в процентах, является первичным пара-
метром и входит в число основных параметров ITU-T рекомендации G 821. Его можно ин-
терпретировать как вероятностную меру качества предоставляемого пользователю канала.
ВВЕ - Background Block Error - блок с фоновой ошибкой - блок с ошибками ие явля-
ется частью SES, применяется при анализе ошибок по блокам. Важный параметр, вошедший
в рекомендации ITU-T G.826.
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
57
BIT или ERR BIT - Bit Errors - число ошибочных битов - параметр, используемый
при анализе канала на наличие битовых ошибок и являющийся числителем в выражении для
расчета BER. Битовые ошибки подсчитываются только в период пребывания канала в со-
стоянии готовности.
ЕВ - Error Block - число ошибочных блоков - параметр, используемый при анализе ка-
нала на наличие блоковых ошибок и являющийся числителем в выражении для расчета
BLER. Блоковые ошибки подсчитываются только в период пребывания канала в состоянии
готовности.
BBER - Background Block Error Rate - коэффициент ошибок по блокам с фоновыми
ошибками - отношение числа блоков с фоновыми ошибками ко всему количеству блоков в
течение времени готовности канала за исключением всех блоков в течении SES. Параметр
входит в рекомендации ITU-T G.826.
RATE или BER - Bit Error Rate - частота битовых ошибок, коэффициент ошибок по
битам - основной параметр в системах цифровой передачи, равный отношению числа бито-
вых ошибок к общему числу бит, переданных за время проведения теста по каналу, находя-
щемуся в состоянии готовности. При обнаружении десяти последовательных секундных ин-
тервалов, сильно пораженных ошибками (SES), анализатор ИКМ переключается на подсчет
времени неготовности канала. При этом измерение BER прерывается до восстановления ра-
ботоспособности канала. Таким образом, управляемые проскальзывания, связанные с поте-
рей одного или нескольких циклов информации, практически не влияют на значение BER.
Измерения параметра BER универсальны, они не требуют наличия в потоке Е1 цикловой и
сверхцикловой структуры, однако необходима передача специальной тестовой последова-
тельности. Проводятся только при полном или частичном отключении цифрового канала от
полезной нагрузки.
BLER - Block Error Rate - частота блоковых ошибок, коэффициент ошибок по бло-
кам - редко применяемый на практике параметр, равный отношению числа ошибочных бло-
ков данных к общему числу переданных блоков Под блоком понимается заданное количест-
во битов. Ошибочным блоком считается блок, содержащий хотя бы один ошибочный бит
Обычно значение параметра BLER больше (хуже), чем параметра BER. Его целесообразно
измерять только в тех сетях передачи данных, где информация передается блоками фиксиро-
ванного размера, а параметр BLER является важной характеристикой канала с учетом кадро-
вой (цикловой) структуры передачи. Например, для сетей ATM принята кадровая структура
передачи в виде кадров длиной 53 бита. Ошибочный кадр уничтожается (дискартируется). В
этом случае можно считать кадр ATM блоком длиной в 53 бита, а эквивалентом BLER будет
параметр ошибки по кадрам CER (Cell Error Rate). В другом примере в качестве эквивалента
блока может выступать сверхцикл ИКМ, а эквивалентом BLER будет ошибка по CRC.
CLKSLIP или SLIP - Clock Slips - число тактовых проскальзываний - параметр ха-
рактеризуется числом синхронных управляемых проскальзываний, появившихся с момента
начала теста Проскальзыванием называется повторение или исключение группы символов в
синхронной или плезиохронной последовательности двоичных символов в результате разли-
чия между скоростями считывания и записи в буферной памяти. Поскольку проскальзывание
ведет к потере части информации, что в свою очередь ведет к потере цикловой синхрониза-
ции, на практике используются эластичные управляемые буферы с возможностью управле-
ния проскальзываниями. В этом случае проскальзывания называются управляемыми. В наи-
большей степени параметр CLKSLIP связан с параметром неготовности канала (UAS). Со-
поставление CLKSLIP и UAS позволяет выявить причину неготовности канала, в частности,
связана ли она с нарушением синхронизации Значение параметра CLKSLIP зависит от раз-
мера имитируемого прибором буфера, емкостью от 1 бита до нескольких циклов.
58
ГЛАВА 6
CRC ERR -- CRC Errors - число ошибок CRC - параметр ошибки, измеренный с
использованием циклового избыточного кода (CRC), распространенный параметр
определения ошибок реально работающего канала без его отключения и без передачи
тестовой последовательности Данные кода помещаются в состав сверхцикла ИКМ.
Необходимым условием измерения параметра CRC является наличие механизма
формирования кода в аппаратуре передачи. Встроенные средства самодиагностики большей
части современных цифровых систем передачи используют именно этот механизм. Таким
образом, при измерении параметра CRC можно не только оценить частоту ошибок, но и
проверить работу системы самодиагностики.
При использования CRC часто возникает вопрос о необходимости одновременного изме-
рения и параметра BER. Необходимо учитывать две особенности применения CRC. Во-
первых, каждая ошибка CRC не обязательно связана с ошибкой одного бита информации. Не-
сколько битовых ошибок в одном сверхцикле могут дать только одну ошибку CRC для блока.
Во-вторых, несколько битовых ошибок могут компенсировать друг друга и не входить в сум-
марную оценку CRC. Таким образом, при использовании CRC можно говорить не об истин-
ном уровне ошибок в канале, а только об оценке их величины. Тем ие менее CRC является
удобным методом контроля ошибок при проведении сервисного наблюдения за работающим
каналом, когда практически невозможно измерить реальные параметры битовых ошибок.
CRC RATE - CRC Errors Rate - частота ошибок CRC - показывает среднюю частоту
ошибок CRC. По описанным выше причинам бывает лишь частично коррелирован с пара-
метром BER.
DGRM - Degraded Minutes - число минут деградации качества - несколько времен-
ных интервалов продолжительностью 60 с каждый, когда канал находится в состоянии го-
товности, но BER=10"! Ошибки во время неготовности канала не считаются, а интервалы по
60 с в состоянии готовности канала, пораженные ошибками несколько раз, суммируются.
DGRM (%) — Degraded Minutes - процент минут деградации качества - число минут
деградации качества, выраженное в процентах по отношению ко времени, прошедшему с
момента начала тестирования.
EFS - Error Free Seconds - время, свободное от ошибок (с), - один из первостепенных
параметров, входящих в рекомендации G.821 и М.2100/М.550. Отражает время, в течение
которого сигнал был правильно синхронизирован, а ошибки отсутствовали, т.е. общее время
пребывания канала в состоянии готовности.
EFS(%) - Error Free Seconds - процент времени, свободного от ошибок (с), - то же,
что и предыдущий параметр, только выраженный в процентах по отношению к общему вре-
мени с момента начала тестирования.
ES - Errors Seconds - длительность поражения сигнала ошибками, количество секунд
с ошибками (с) - параметр показывает интервал времени поражения всеми видами ошибок в
канале, находящемся в состоянии готовности. ES связан с другими параметрами простым
соотношением: AS = ES + EFS.
ES(%) - Errors Seconds - процент поражения сигнала ошибками - параметр связан с
%EFS соотношением: %ES + %EFS = %AS.
ESR - Error Seconds Rate - коэффициент ошибок no секундам с ошибками - параметр,
практически равный ES(%).
LOSS - Loss of Signal Seconds - длительность потери сигнала (с) - параметр характе-
ризует интервал времени, в течение которого сигнал был потерян.
PATL - Pattern Loss - количество потерь тестовой последовательности - параметр ха-
рактеризуется числом потерь тестовой последовательности, появившихся с момента начала теста.
PATLS - Pattern Loss Seconds - продолжительность времени потери тестовой после-
довательности - общее время потери тестовой последовательности с момента начала теста.
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
59
SES - Severally Errors Seconds - продолжительность многократного поражения
ошибками, количество секунд, пораженных ошибками (с), - интервал времени, пораженный
ошибками несколько раз, измеряемый в секундах. В это время частота битовых ошибок со-
ставляет BER>10'3. Подсчет SES производится только во время готовности канала. Из опре-
деления видно, что SES - составная часть параметра ES. Вторая интерпретация параметра
SES связана с измерениями по блоковым ошибкам, тогда SES определяется как односекунд-
ный интервал времени, содержащий более 30 % блоков с ошибками. Можно сказать, что во
время подсчета параметра SES, качество канала чрезвычайно плохое. Параметр SES очень
важен и входит в перечень обязательных к измерению параметров ИКМ рекомендаций G.821
и М.2100/М.550.
SES(%) - Severally Errors Seconds - относительная продолжительность многократ-
ного поражения ошибками - тот же параметр, выраженный в процентах.
SESR - Severally Error Seconds Rate - коэффициент ошибок по секундам, поражен-
ным ошибками - параметр, практически равный SES(%).
SLIPS или CKSLIPS - Clock Slips Seconds - продолжительность тактовых проскаль-
зываний - параметр характеризуется обшим временем с наличием синхронных управляемых
проскальзываний.
UAS - Unavailability Seconds - время неготовности канала (с) - время неготовности
канала начинает отсчитываться с момента обнаружения 10 последовательных интервалов
SES и увеличивается после каждых следующих 10 последовательных интервалов SES. Счет
UAS обычно начинается с момента потери цикловой синхронизации или сигнала. Этот пара-
метр связан со всеми предыдущими параметрами и определяет стабильность работы цифро-
вого канала.
UAS(%) - Unavailability Seconds - относительное время неготовности канала - пре-
дыдущий параметр, выраженный в процентах.
6.4. Тестовые последовательности
Для организации измерений с отключением канала используются генератор и анализа-
тор тестовой последовательности, подключенные к разным концам цифрового канала. Эти
приборы синхронизированы по тестовой последовательности, т е. анализатор может предска-
зать следующее значение каждого принимаемого бита.
В практике используются два типа тестовых последовательностей - фиксированные и
псевдослучайные (ПСП, PRBS - Pseudorandom Binary Sequence) Фиксированными явля-
ются последовательности чередующихся повторяемых комбинаций битов. В качестве
примера рассмотрим альтернативную фиксированную последовательность типа 1010, в
которой после каждого 0 идет 1. Процедура синхронизации тестовой последовательности
в этом случае может быть чрезвычайно проста анализатор заранее запрограммирован на
ожидание альтернативной последовательности. При приеме 1 он предсказывает появление
в качестве следующего бита 0, и в случае приема 1 делается вывод о битовой ошибки. Ре-
альная процедура синхронизации несколько сложнее, поскольку требуется проверка, не
является ли первый принятый бит ошибочным. Для этого проверяется правильность син-
хронизации в течение нескольких последовательных групп битов (блоков), при этом сама
процедура синхронизации аналогична. Такая процедура синхронизации не указывает на
начало цикла.
При фиксированной тестовой последовательности с указанием начала цикла, начало
цикла задается специальным битом или последовательностью битов (далее называется бит 1)
60
ГЛАВА 6
В практике могут использоваться обе процедуры синхронизации тестовой последова-
тельности В последнее время производители склоняются к внедрению процедуры с указани-
ем начала цикла, поскольку в этом случае синхронизация тестовой последовательности осу-
ществляется в течении нескольких циклов - порядка 8-16 переданных битов. Исключение
составляют постоянные фиксированные последовательности 0000 и 1111, где процедура с
указанием начала цикла не имеет смысла.
В современной практике используются следующие фиксированные тестовые последова-
тельности
1111 - все единицы - фиксированная последовательность используется обычно д ля рас-
ширенного и стрессового тестирования канала Например, если последовательность послана в
неструктурированном потоке Е1, то это будет понято как сигнал неисправности (AIS).
1010 - альтернативная - фиксированная последовательность из чередующихся нулей и
единиц. Последовательность может передаваться без указания или с указанием начала цикла
- f 0101 0101
0000 - все нули - фиксированная последовательность используется обычно для расши-
ренного и стрессового тестирования канала.
FOX - фиксированная последовательность FOX используется в приложениях передачи
данных. Последовательность в ASCII переводится как “Quick brown fox.”. Синхронизация
последовательности осуществляется правильным переводом предложения. Ниже приведена
последовательность:
2А, 12, А2, 04, 8А, АА, 92, С2, D2, 04, 42, 4А, F2, ЕА, 72, 04, 62, F2, 1А, 04, 52, АА, В2,
0А, СА, 04, F2, 6А, А2, 4А, 04, 2А, 12, А2, 04, 32, 82, 5А, 9А, 04, 22, F2, Е2, 04, 8С, 4С, СС,
2С, AC, 6С, ЕС, 1С, 9С, ОС, ВО, 50
1-3 - одна единица на три бита - промышленный стандарт 1 в 3 последовательностях
используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность пе-
редается с указанием на начало цикла: f 010
1-4 - одна единица на три бита - промышленный стандарт 1 в 4 последовательностях
используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность пе-
редается с указанием на начало цикла: f 0100.
1-8 - одна единица на восемь битов - промышленный стандарт 1 в 8 последовательно-
стях используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последователь-
ность передается с указанием на начало цикла: f 0100 0000.
3-24 - три единицы на 24 бита - промышленный стандарт 3 в 24 последовательностях
используется для расширенного и стрессового тестирования канала Последовательность пе-
редается с указанием на начало цикла: f 0100 0100 0000 0000 0000 0100
Кроме перечисленных стандартных фиксированных последовательностей могут исполь-
зоваться произвольные слова и предложения. Процедура синхронизации и анализа битовых
ошибок может быть организована на основе указания на начало цикла или на основе провер-
ки правильности перевода слов и предложений. Вторая процедура наиболее часто использу-
ется в практике.
Использование фиксированных последовательностей рекомендовано главным образом
для стрессового тестирования аппаратуры кодирования/декодирования. Поэтому наиболее
часто используются тестовые последовательности со множеством нулей. Как известно, при
передаче двоичной последовательности наличие последовательности из нескольких нулей
равносильно отсутствию сигнала (0 обычно передается сигналом нулевой амплитуды). В ре-
зультате генерации последовательностей со множеством нулей можно проанализировать ра-
боту канала в случае естественного пропадания сигнала.
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
61
Пример 6.1.
В системах ИКМ (поток Е1) в недавнем прошлом использовался линейный код AMI, в котором от-
сутствует устойчивость битовой синхронизации при появлении длинных последовательностей нулей. В
результате необходим анализ частоты сбоев битовой синхронизации измеряемого канала с кодировани-
ем AMI. Для измерений обычно используются промышленные стандарты с длинными последовательно-
стями нулей - 1-4, 1-8 или 3-24. Длинная последовательность нулей в этом случае создает возможность
сбоя битовой синхронизации, фиксируемого как битовые ошибки при передачи единиц.
Пример 6.2.
Неустойчивость битовой синхронизации в случае появления длинных последовательностей нулей
кодирования AMI было преодолено в современном коде HDB3 ИКМ-систем, где используется процеду-
ра инверсии шестого нуля в алгоритме кодирования. Работоспособность этой процедуры можно про-
верить при помощи промышленных стандартов с длинными последовательностями нулей - 1-4, 1-8
или 3-24. Кроме того, стабильность битовой синхронизации может быть проверена генерацией по-
следовательности 0000.
Вторым направлением стрессового тестирования является анализ систем передачи с за-
полнением.
Пример 6.3.
В некоторых ИКМ-системах при организации транзита сбой на удаленном конце приводит к
тому, что поток Е1 заполняется единицами. Эта процедура используется для имитации сбоя: пере-
датчик генерирует последовательность 1111 и анализирует сигнал AIS, передаваемый принимающей
стороной.
Пример 6.4.
Наличие систем с заполнением требует с особенной осторожностью использовать при изме-
рениях фиксированные последовательности. В некоторых случаях фиксированная последователь-
ность может совпадать с последовательностью заполнения, что может привести к ошибочным
результатам.
Известен случай анализа спутникового канала по параметру ошибки (BER), при этом использо-
валась альтернативная последовательность 1010, которая совпала с последовательностью заполне-
ния выходного канала передачи данных от модема. В результате даже после пропадания радиочас-
тотного спутникового канала анализатор выдавал результат по параметру ошибки BER=10'5
Чтобы избежать подобных ситуаций, рекомендуется использовать фиксированные последо-
вательности в виде слов или предложений (например, применение последовательности FOX в опи-
сываемом примере сразу идентифицировало неготовность канала) или псевдослучайной последова-
тельности (ПСП).
Псевдослучайные последовательности характеризуются количеством регистров сдвига,
используемых при генерации N с длинной цикла последовательности L=2N - 1. Структура
псевдослучайной последовательности связана со схемой генератора ПСП, представленной на
рис. 6.4
Рис. 6.4. Генератор псевдослучайной последовательности
62
ГЛАВА 6
В основе принципа работы генератора ПСП лежит процедура сверточного кодирования
с использованием N регистров сдвига с одной обратной связью перед регистром N. Это экви-
валентно кодеру сверточного кодирования с полиномом Dn+Dn+1+1. Соответственно длина
кодированной последовательности зависит от количества регистров сдвига и составляет 2N-1.
Процедура предусматривает циклическое повторение последовательности через 2N-1 такто-
вых импульсов (эквивалентно, битов). Большее количество регистров определяет меньшую
повторяемость последовательности.
Для анализа принимаемой ПСП используются два типа анализаторов, схемы которых
представлены на рис. 6.5 и 6.6. Наиболее часто используется метод анализа ПСП с обратной
связью (рис. 6.5). В этом случае последовательность синхронизируется следующим образом:
петля обратной связи размыкается, данные загружаются в регистры сдвига до полного запол-
нения, затем петля обратной связи замыкается и производится синхронизация по тестовой
последовательности. Две несинхронные ПСП имеют относительный параметр BER прибли-
зительно равный 0,5, таким образом, для достижения синхронизации по тестовой последова-
тельности критерий синхронизации выбирается ниже этого значения.
Рис. 6.5. Анализатор ПСП с замкнутой обратной связью,
метод побитового измерения ошибок
Вход
Рис. 6.6. Анализатор ПСП без обратной связи
Вторым методом построения анализатора ПСП является метод без обратной связи
(рис. 6.6). Этот метод в настоящее время практически не используется и признан устарев-
шим. Основным недостатком его является наличие процессов подавления данных при из-
мерениях каналов с высоким параметром ошибки. Метод был разработан для низкого па-
раметра ошибки в предположении, что сами ошибки возникают случайным образом и опи-
сываются нормальным распределением.
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
63
Современные системы передачи используют алгоритмы кодирования и принципы пере-
дачи, приводящие к появлению всплесков ошибок, возникающих в виде пакетов В этом слу-
чае алгоритм анализа без обратной связи характеризует нестабильную работу.
В дальнейшем при описании анализа ПСП будем исходить из принципов анализа с об-
ратной связью.
В современной практике используются следующие типы псевдослучайных последова-
тельностей:
2е23 - стандартная 2е23-1 псевдослучайная последовательность битов. Сигнал формиру-
ется из 23-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Эта последовательность соответ-
ствует техническому стандарту ITU 0.151. Получила распространение для тестирования вы-
сокоскоростных цифровых каналов первичной сети (например, каналов SDH).
2е20 - стандартная 2е20-1 псевдослучайная последовательность битов Сигнал формиру-
ется из 20-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Эта последовательность соответ-
ствует техническому стандарту ITU 0.151
2е15 - стандартная 2е15-1 псевдослучайная последовательность бит. Сигнал формирует-
ся из 15-фазного регистра сдвига без ограничения нулей Последовательность может содер-
жать до 14 нулей в строке. Последовательность получила наиболее широкое распространение
для анализа каналов PDH с относительно невысокой скоростью передачи.
20ITU - стандартная 2е20-1 псевдослучайная последовательность бит Сигнал формиру-
ется из 20-фазного регистра сдвига без ограничения нулей Последовательность соответству-
ет техническому стандарту ITU О 153 Однако, эта последовательность отличается от 2е20
последовательности, потому что используются разные механизмы обратной связи 20ITU
подавляет последовательности из более чем 18 нулей, в отличие от 14 нулей в 2е20.
2047 - короткая ПСП. Сигнал формируется из 11 -фазного регистра сдвига без ограниче-
ния нулей. Стандартный 2047-битный код используется для анализа вторичных сетей пере-
дачи данных, приложений DDS и ISDN
511 - короткая ПСП Сигнал формируется из 9-фазного регистра сдвига без ограничения
нулей Стандартный 511-битный код применяется для анализа вторичных сетей передачи
данных, в частности он соответствует техническому стандарту ITU V.52
127 - короткая ПСП Сигнал формируется из 7-фазного регистра сдвига без ограничения
нулей Стандартный 127-битный код используется для анализа низкоскоростных каналов
передачи данных (например, модемных каналов)
63 - самая короткая ПСП, применяемая в практике измерений. Сигнал формируется из
6-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Стандартный 63-битный код применяется
для анализа низкоскоростных каналов передачи данных (например, модемных каналов).
Таким образом, основными характеристиками ПСП являются:
• длина последовательности в битах,
• вид полинома, соответствующая конфигурация регистров генератора и анализатора ПСП,
• спектральный состав сигнала, зависящий от скорости передачи в канале
Спектральный состав псевдослучайной последовательности схематически представлен
на рис. 6.7.
В зависимости от скорости передачи данных в канале используются ПСП различной
длины: чем больше скорость, тем большая длина последовательности допускается Рекомен-
дация ITU-T 0.151 определяет значения используемых длин ПСП в зависимости от скорости
цифровой передачи в канале согласно табл. 6.1. Кроме того существует также рекомендация
по выбору тестовой последовательности для канала 64 кбит/с - 2и-1, приведенная в ITU-T
рекомендация О 152
64
ГЛАВА 6
Рис. 6.7. Спектральный
состав ПСП с кодирова-
нием NRZ
Таблица 6.1. Длины тестовых последовательностей ПСП (ITU-T рекомендация 0.151)
Скорость передачи, кбит/с Длина ПСП Конфигурация кодера (полином) Спектральное расстояние Д/,Гц
64 215-1 D15+D14+l=0 1,95
2 048 215-1 d15+d“*+i=o 62,5
8 448 215-1 d15+d14+i=o 257,8
34 368 223 -1 D23+D'18+l=0 4,1
139 264 223-1 d23+d18+i=o 16,6
Основным требованием, предъявляемым к спектральному расстоянию bf 9 является
возможность успешной синхронизации при наличи на приемной стороне относительно узко-
полосной цепи синхронизации от входящего потока. В этом случае требуется малое расстоя-
ние между двумя субгармониками принимаемого сигнала. При большом расстоянии может
возникнуть джиттер регистров сдвига. Механизм возникновения джиттера довольно простой:
длинная последовательность нулей, характерная для ПСП большой длины, приводит к нако-
плению фазовой ошибки за время ее передачи. Такой джиттер обусловлен алгоритмом рабо-
ты генератора ПСП, его структура зависит от конфигурации генератора, кроме того, джиттер
регистров сдвига в общем случае отличается по параметрам от джиттера в цифровом канале.
Чтобы избежать появление джиттера регистров сдвига используются рекомендованные
ПСП.
6.5. Методы вычисления параметров ошибок
в цифровых каналах
6.5.1. Методы расчета параметра BER
Параметр ошибки по битам BER по праву считается основным параметром тестирова-
ния любых цифровых каналов и систем. Как было показано в примере 4.1 параметр BER свя-
зан интегральным соотношением с функцией распределения вероятности возникновения
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
65
ошибки в цифровом канале. Таким образом, параметр BER является наиболее распростра-
ненной статистической характеристикой параметров качества работы канала. По отношению
к измеряемым величинам этот параметр является вторичным и вычисляется на основании
данных о количестве принимаемых ошибок в тестовой последовательности в различные пе-
риоды времени, поэтому необходимо говорить о методах расчета параметра BER по данным
о количестве ошибок.
Существует несколько алгоритмов анализа ошибок в принимаемом потоке с ПСП. Рас-
смотрим, как по данным об ошибках рассчитывается параметр BER. На рис. 6.8 представле-
ны три основных алгоритма такого расчета.
О 14 15 16
Ошибки -----ft----1 । 1
98 99 100 156
J_____I___I I
Начало
измерения
Метод 1: синхронизация
106
I
107
Начало
измерения
t t
Синхронизация 1.56 X 10"6
0 106
Метод 2: синхронизация I------------------1-----
t I
Начало 1.6 X 10 5
измерения
0
Метод 3: синхронизация ---
Начало
измерения
6.4 X 106
__________________I________________________
t
1.56 х 10 5
Рис. 6.8. Методы измерения параметра BER
Известно, что в процессе измерения существует две точки синхронизации измерений:
начало измерения и время, при котором достигается заданный порог ошибки (на рисунке -
100 ошибок). Выбор параметра ERR =100 основан на предположении нормального распре-
деления возникновения ошибок. В этом случае относительная погрешность измерений опре-
деляется как:
1
л=>
где N- количество ошибок.
Учитывая, что для большей части эксплуатационных измерений относительная погреш-
ность в 10 % является вполне допустимой, в качестве границы интервала синхронизации мо-
жет быть выбрано время ERR = 100. Таким образом, все время измерений разбивается на два
интервала, от начала измерений до точки ERR=100 и после этой точки. Соответственно раз-
личаются три метода подсчета BER.
66
ГЛАВА 6
Первый метод предусматривает расчет отношения BER после приема первых 100 оши-
бок, что автоматически гарантирует высокую точность измерения (лучше 10 %). Однако от
начала измерения до получения результата необходимо некоторое (иногда достаточно боль-
шое) время
Второй метод предусматривает расчет отношения непосредственно после начала измере-
ния без привязки к количеству принятых ошибок по битам. В этом случае для обеспечения
точности измерений расчет отношения делается после приема определенного количества би-
тов (на рисунке - 106), а точность измерения определяется пороговым значением количества
принятых битов. Обычно предполагается, что точность на порядок хуже обратного значения
количества принятых битов (на рис. 6.6 точность измерения BER = 105 сразу после начала
расчета отношения). В отличие от первого метода этот метод обеспечивает определенное вре-
мя начала отображения результата измерений. С точки зрения алгоритма проведения эксплуа-
тационных измерений по параметру ошибки, многие из которых носят иногда оценочный ха-
рактер, такая методика подсчета является наиболее эффективной и получила наибольшее рас-
пространение Отрицательной стороной методики является необходимость учета количества
переданных/принятых битов ПСП при анализе результата, поэтому отношение вычисляется
математически без указания точности измерений в каждый конкретный момент. Например,
если прибор показывает BER = 10 12 при общем количестве принятых битов 108, то необходи-
мо констатировать - измерение параметра BER лучше 107, но не более, поскольку этим зна-
чением ограничена точность измерения В первом методе такой ситуации не может возник-
нуть, поскольку измерение делается заведомо с точностью 10 % и лучше.
Наконец, третий метод, используемый в некоторых индикаторах, предусматривает вы-
числение BER точно после приема 100 ошибочных битов. Этот метод является модификаци-
ей первого метода со свойственными ему негибкостью в отображении результатов эксплуа-
тационных измерений и необходимостью ожидания до индикации результата
Таким образом, наибольшее распространение в современной практике получил второй
метод, однако он обычно не обеспечивает автоматического учета точности измерений, что
необходимо при проведении эксплуатационных тестов.
6.5.2. Методы расчета параметра ES
Вторым наиболее часто используемым параметром при анализе цифровых каналов яв-
ляется количество секунд, пораженных ошибками (ES). Этот параметр является вторым по
важности после BER Если параметр BER определяет средний интегральный уровень качест-
ва цифровой передачи в канале, то параметр ES и, в особенности, обратный к нему параметр
EFS, определяют долю общего времени, в течении которого канал является свободным от
ошибок, т.е. время, в течении которого оператор гарантирует бесперебойную цифровую пе-
редачу по каналу. Таким образом, этот параметр является крайне важным для операторов
цифровых систем передачи первичной и вторичных сетей. Параметр ES вошел во все основ-
ные рекомендации и нормы на параметры цифровых каналов (например, в рекомендации
ITU-T G 821, G.826 и М.2100).
По отношению к измеряемому параметру - количеству принятых ошибочных битов -
параметр ES также, как и параметр BER является вторичным. Метод его подсчета тесно свя-
зан с определениями, даваемыми этому параметру в европейской (одобренной ITU-T) и аме-
риканской практиках.
В европейской практике параметр EFS определяется как все односекундные интервалы
времени, не содержащие ошибок в течении интервала измерений. С точки зрения методики
подсчета ES это определение означает использование асинхронного метода (рис. 6.7). Асин-
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
67
хронный метод предусматривает разделение всего времени измерений на интервалы по 1 с и
подсчет количества интервалов, в течении которых принималась одна или несколько бито-
вых ошибок.
В американской практике измерений получил распространение метод синхронного под-
счета ES, согласно которому секундой, пораженной ошибками, называется односекундный
интервал, следующий за появлением ошибки. В результате измерение параметра ES синхро-
низируется со временем появления ошибок.
Как видно из рис.6.9 применение двух описанных методов к реальной ситуации дает
различные результаты. Точный анализ показывает, что методы дают близкие результаты
только в предположении малого параметра ES и нормальной функции распределения вероят-
ности возникновения ошибки. В случае возникновения ошибок в виде пакетов разница в па-
раметрах, измеренных разными методами, может достигать 18%. Проведенные рабочими
группами ITU-T исследования показали, что большая часть цифровых систем передачи (в
особенности радиочастотные системы передачи с различными методами помехозащищенно-
го кодирования) при работе дают именно пакетное распределение ошибок.
Ошибки по времени
Синхронный подсчет
Асинхронный подсчет
ES = 5
Рис. 6.9. Методы подсчета параметра ES
ES = 4
4 " 1 » Время
Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Преимуществом асинхронного
метода измерения является простота его реализации в конкретных приборах, а метода син-
хронного подсчета - его инвариантность относительно выбора времени начала измерения,
что приводит к следующим важным следствиям:
• результаты, измеренные разными приборами одновременно на одном канале, точно сов-
падают;
• результаты, полученные при измерениях в различных частях цифрового канала, точно
совпадают при условии, что канал не вносит дополнительных ошибок;
• результаты, полученные методом синхронного подсчета, более отражают смысл изме-
рения ES как общего времени негарантированной цифровой передачи, и могут исполь-
зоваться операторами для гибкого регулирования тарифной политики и т.д.
Таким образом, использование метода синхронного подсчета параметра ES представля-
ет оборудование систем передачи в более выгодном свете, однако результаты таких измере-
ний являются инвариантными ко времени начала теста и учитывают возможное распределе-
ние ошибок в виде пакетов.
Основным недостатком синхронного метода подсчета параметра ES является вторичное
значение другого важного параметра - EFS. Действительно в контексте методологии син-
хронного измерения ES параметр EFS невозможно определить явно, а только как производ-
ную параметра ES.
68
ГЛАВА 6
6.6. Методология измерений без отключения канала
Для проведения измерений без отключения цифрового канала используются алгоритмы
анализа избыточного циклового кода. Алгоритм такого анализа представлен на рис. 6.10.
Блок данных
Рис. 6.10. Алгоритм использования избыточного циклового кода
Алгоритм использования избыточного циклового кода следующий: информационный
поток, передаваемый затем по цифровому каналу, разбивается на несколько блоков данных
фиксированного размера. Для каждого блока данных последовательность битов делится на
полином заданного вида (в зависимости от типа кода). В результате деления образуется оста-
ток, передаваемый вместе с блоком данных в составе цикла (кадра) в канале. Процедура де-
ления потока данных на блоки и передача их с рассчитанным остатком от деления приводит
к необходимости использования в аппаратуре передачи цикловой структуры. Таким образом,
измерения параметров ошибки без отключения канала возможны только для систем передачи
с цикловой структурой. Остаток от деления передается в составе цикла в виде контрольной
суммы. На приемной стороне делаются аналогичные вычисления остатка от деления, резуль-
тат расчета сравнивается с переданной контрольной суммой. Расхождение результатов сви-
детельствует о наличии битовой ошибки в блоке.
Пример 6.5.
Пример расчета контрольной суммы.
Передаваемый блок: 1110010101
Тип полинома: X6 +Х+1 (код 1000011)
Рассмотрим расчет контрольной суммы CRC-6
~ 1110010101000000
Остаток 1оооо1 1
1 1 1 0 0 0 1
1 0 0 0 0 1 1
2 100000
1 0 0 0 0 1 1
3 000011
0 0 0 0 0 0
4 00111
0 0 0 0 0 0
5 00111
0 0 0 0 0 0
5 011100
0 0 0 0 0 0
7 111000
1 0 0 0 0 1 1
8 110011
1 0 0 0 0 1 1
g 100101
1 0 0 0 0 1 1
Ю 001001
Передаваемые 6 бит последовательности CRC-6: 001001
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
69
При такой методологии блок анализируется в целом. В блоке регистрируется только од-
на ошибка, остальные ошибки в составе этого блока не локализуются. Кроме того, допустима
компенсация ошибок друг другом. Как следствие, параметры BER и CRC ERR при измерени-
ях могут не совпадать друг с другом. Точность измерений без отключения канала параметра
ошибки эквивалентна измерениям BLER и зависит не от количества переданных битов, а от
количества переданных блоков, т.е. точность измерений ниже.
Единственным и главным преимуществом методики измерения без отключения канала
является возможность измерения на реально работающем канале. Для эксплуатационного
мониторинга качества цифровых систем передачи возможность таких измерений очень важ-
на, что и обусловило широкое распространение этой методологии измерений. В настоящее
время именно такие алгоритмы измерений используются во встроенных системах самодиаг-
ностики современных цифровых систем передачи и во вторичных сетях передачи данных. В
зависимости от типа цикловой структуры используются различные типы цикловых кодов,
некоторые из которых представлены в табл. 6.2.
Таблица 6.2. Основные типы кодов, используемые для измерения параметра ошибки
без отключения каналов
Тип кода Полином кода Количество битов кон- трольной суммы Использование для измерений
CRC-6 Х6+Х+1 6 DS1
CRC-4 Х4+Х+1 4 Е1
CRC-16 FCS + X + >< 16 HDLC, V.41, Frame Relay, ISDN
CRC-32 х32+х26+х23+х22 +х16+ х^+х’^х10 +Х8+ Х7+Х5+Х4+Х2+Х+1 32 SMDS, LAN
6.7. Объективация измеренных результатов
Помимо алгоритма подсчета параметров ошибок в цифровом канале на результаты из-
мерений может оказывать существенное влияние время проведения измерений, причем как
длительность этого времени, так и выбор времени проведения тестов по отношению к трафи-
ку сети.
Проблемы выбора параметров длительности проведения тестов связаны с необходимо-
стью объективации результатов измерений. Действительно, при анализе параметров много-
канальной системы передачи, в которой для измерений задействована лишь часть емкости,
возникают два основных вопроса: “Действительно ли измеренные параметры соответствуют
всей системе передачи или только каналу, в котором проводятся измерения?” и “Будут ли
сохраняться результаты измерений постоянными в течении суток?”.
Предположим, что в течении определенного времени проведения измерения в цифровом
канале зарегистрировано количество N ошибок. Для оценки достоверности измерений обыч-
но используется статистическая модель со случайным возникновением ошибок, т.е. рассчи-
тывается коэффициент достоверности результата как среднее отклонение от измеренной ве-
личины. В табл. 6.3. приведены коэффициенты достоверности для различного количества
измеренных ошибок. Коэффициент достоверности позволяет оценить реальный параметр
ошибки в предположении наихудшего варианта и широко используется в методологии изме-
рений цифровых каналов.
70
ГЛАВА 6
Таблица 6.3. Оценка достоверности измеренных результатов
Количество измеренных ошибок Статистическая достоверность измерения ошибок
95% 90% 70%
2 3,2 2,6 1,8
5 2,1 1,85
10 1,7 1,55 1,25
20 1,45 1,35 1,16
50 1,26 1,2 1,09
100 1,18 1,15 1,06
200 1,12 1 1 -
500 1,08 1,06 -
Пример 6.6.
Например, при анализе цифровой системы передачи со скоростью 2048 кбит/с было измерено в
течении 1 минуты 200 ошибок, что соответствует 1,63 х Iff6 Статистически средний уровень оши-
бок может быть с вероятностью 95 % на 12% выше, a BER = 1,83 х 10'6
При проведении измерений полученные результаты могут существенно варьироваться
по времени суток, что связано с влиянием трафика в системе передачи. Результаты, измерен-
ные в часы малой нагрузки сети, сильно отличаются от результатов, измеренных в периоды
пиковой нагрузки. Единственным корректным способом объективации результатов является
использование методов долговременного анализа в течении суток. Основные рекомендации,
связанные с методологией измерения параметров цифрового канала, включают обязательные
требования долговременных измерений. При анализе радиочастотных систем передачи, где
имеют место сезонные изменения параметров среды передачи, долговременные измерения
должны проводиться в течении 30 дней.
В реальной практике долговременные измерения выполняются только при приемо-
сдаточных испытаниях систем передачи. Для устранения неисправностей и эксплуатацион-
ного тестирования обычно выполняются кратковременные измерения, в этом случае для объ-
ективации результатов используется метод оценки с использованием коэффициента досто-
верности При этом точное значение параметра BER неизвестно, а имеются лишь оценочные
значения
6.8. Методы нормирования параметров цифровых
каналов
6.8.1. Гипотетическая модель цифрового тракта
К основным показателям качества цифровых систем передачи и коммутации относятся
параметры ошибки и готовности канала. В рамках международных стандартов были приняты
следующие основные параметры качества цифровых систем передачи: BER - параметр оши-
бок, EFS - количество секунд, пораженных ошибками, SES - количество секунд, несколько
раз пораженных ошибками, AS - количество секунд готовности канала и UAS - количество
секунд неготовности канала. Параметры EFS, SES, AS и UAS могут иметь как абсолютное,
так и процентное выражение.
В настоящем разделе коснемся вопросов нормирования показателей качества цифровых
каналов, т.е. тех норм, которые предъявляются к перечисленным параметрам в зависимости
от типа цифрового канала.
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
71
Стандартизацией и нормировании параметров качества цифровых каналов занимались
два комитета в составе МСЭ - Международный консультативный комитет по телефонии и
телеграфии (МККТТ), ныне ITU-T, и Международный консультативный комитет по радио
(МККР), ныне ITU-R. Стандартизация параметров качества потребовала создания моделей
цифровых систем передачи и коммутации, так называемых гипотетических моделей или ус-
ловных эталонных цифровых трактов, для которых затем были разработаны нормы на пара-
метры качества. В результате работы комитетов была сформирована единая гипотетическая
модель на основании подхода к сетям ISDN, т е цифровым сетям с доведением цифрового
потока от абонента до абонента без аналого-цифровых преобразований Такая модель, одоб-
ренная МККТТ, носит название эталонного международного коммутируемого соединения
ISDN (Hypothetical Reference Connection - HRX), длина ее принята равной 27500 км. В ее со-
став возможно включение секции радиочастотной системы передачи длиной 25000 км, па-
раметры которой регламентированы МККР, разработавшим гипотетическую модель радио-
частотной цифровой системы передачи (Hypothetical Reference Digital Path - HRDP) Гипо-
тетическая модель МККР была применена для разработки норм на радиорелейные и
спутниковые системы передачи.
В настоящее время все нормы на параметры цифровых каналов ориентированы на две
гипотетические модели HRX и HRDP, связанные друг с другом тем, что в состав HRX вхо-
дит HRDP. Обе модели значительно повлияли не только на стандартизацию норм, но и на
саму технологию организации измерений, в частности на параметры времени проведения
измерений.
Нормы на параметры цифровых каналов имеются в соответствующих рекомендациях
МККТТ и МККР, а также в отечественных приказах, в частности в приказе Министерства
связи России № 92 от 10.08 96 “Нормы на электрические параметры цифровых каналов и
трактов магистральной и внутризоновой первичных сетей”. Частично эти нормы будут при-
ведены в соответствующих разделах книги, здесь же будут рассмотрены только принципы
создания самих норм
6.8.2. Гипотетическая модель ISDN (HRX)
Гипотетическая модель ISDN предполагает нормирование параметров качества для
цифрового канала ОЦК 64 кбит/с, сформированного системами передачи и коммутации
ISDN. Нормы качества разработаны для составного канала ОЦК от абонента до абонента
При разработке норм МККТТ руководствовался следующими соображениями.
• услуги цифровой связи предполагается предоставлять на основе технологии ISDN, по-
этому ISDN была выбрана как “эталонная сеть”;
• в качестве основных показателей выбраны параметры ошибок и готовности, поскольку
именно они влияют на качественные параметры передачи речевой информации и дан-
ных пользователя;
• требования к нормам качества резонно строить на основе технологии ISDN, так как
предполагается, что сеть ISDN будет использоваться для передачи сервисной информа-
ции даже по телефонным каналам
В результате рассмотрения параметров качества была сформирована гипотетическая
модель тракта ISDN, представленная на рис 6.11 За основу был взят цифровой тракт общей
протяженностью 27500 км, разбитый на участки местного качества, среднего качества и вы-
сокого качества. Максимальная протяженность участков от абонента до цифровой системы
передачи магистральной первичной сети установлена в 1250 км и протяженность цифрового
тракта магистральной первичной сети - 25000 км (этот параметр соответствует длине HRDP)
72
ГЛАВА 6
Тракт от абонента до магистральной первичной сети включает в себя участок местного каче-
ства (от точки Т до ближайшего коммутационного узла LE) и участок среднего качества от
коммутационного узла до узла магистральной первичной сети, где могут использоваться сис-
темы передачи местной первичной сети или системы коммутации вторичных сетей.
Полученная модель описывает нормы на параметры качества международного комму-
тируемого соединения IDN/ISDN (HRX). Нормы на характеристики ошибок в таком между-
народном соединении содержатся в рекомендации ITU-T G.821.
Эталонная
точка Т
Эталонная
точка Т
Рис. 6.11. Измерительная модель тракта ISDN (HRX)
Требования к параметрам ошибки по времени разделены на три категории: для минут
низкого качества (категория А), для пораженных ошибками секунд SES (категория Б) и для
секунд с ошибками ES (категория В). Эти категории представлены в табл.6.4 вместе со сфор-
мированными применительно к модели HRX нормами на параметры ошибок в составном
цифровом канале 64 кбит/с.
Таблица 6.4. Три категории качества для международного соединения ISDN 64 кбит/с
(ITU-Tрекомендация G.821)
Категория качества BER То Условия
А < 10’6 1 мин > 90% одноминутных интервалов имеют 38 или менее ошибок
Б < 10’3 1 с > 99,8% односекундных интервалов имеют менее 64 ошибок
В 0 1 с (EFS) > 99,2%
Примечание. Общее время измерений - один месяц
Термины ’’минуты низкого качества”, ’’секунды, пораженные ошибками” и ’’секунды с
ошибками” использованы в качестве удобной и краткой классификации эксплуатационных
норм. Их использование не означает приемлемости или неприемлемости этого уровня качества.
Одноминутные интервалы получены после исключения времени неготовности и сильно
пораженных ошибками секунд из общего времени и последующего последовательного труп-
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
73
пирования остальных секунд в блоки по 60 секунд. Базовые односекундные интервалы полу-
чают, исходя из фиксированного периода времени.
Временной интервал, на котором определяются процентные нормы, не нормирован, так
как этот период может зависеть от конкретного применения. Период порядка одного месяца
предлагается в качестве стандартного периода.
По практическим соображениям при 64 кбит/с минута, содержащая четыре ошибки (что
соответствует коэффициенту ошибок 1,04x10'6), не считается минутой низкого качества. Од-
нако это не следует рассматривать как снижение нормы коэффициента ошибок.
Секундой неготовности канала считается секунда, в течении которой было отмечено бо-
лее 64 ошибок.
Для проведения практических измерений обычно используют 10-минутные интервалы,
однако обсуждается альтернативный подход с использованием 5-минутных интервалов.
Помимо деления на три категории качества каналов было сделано разделение по пара-
метрам готовности канала, представленное на рис. 6.12.
Рис. 6.12. Разделение времени работы канала по параметрам его готовности
Разделение времени работы канала по категориям готовности и неготовности в зависи-
мости от различных причин позволило сформулировать нормы на основные параметры каче-
ства цифровой передачи для периода готовности, которые нашли отражение в рекомендации
G.821.
Таким образом, был определен следующий подход к методологии нормирования пара-
метров цифровых каналов на основе HRX:
• все время использования канала делится на три категории по параметрам готовности и
неготовности канала и формулируются требования к параметрам готовности и неготов-
ности канала;
• для времени готовности канала нормируются параметры качества цифровой передачи в
зависимости от категории качества соединения (для интервалов высокого качества, ES и
SES нормы формируются отдельно).
Эта методология нашла применение при разработке национальных (в том числе и отече-
ственных) норм на цифровые каналы и тракты, и при нормировании параметров для эталон-
ной модели HRDP.
Обычно нормы на параметры цифрового тракта учитывают тип трафика, передаваемого
в тракте. Так например, рекомендация G.821 определяет следующие параметры BER для ка-
нала, по которому передается речь и данные:
74
ГЛАВА 6
Таблица 6.5. Нормы по параметру ошибок BER для международного соединения ISDN
Тип передачи То BER Минуты готовности, %
Речь 1 мин >10’6 <10’6 <10 >90
Данные 1 с >0 0 <8 (ES) >92 (EFS)
Как видно из таблицы, описанные выше методы нормирования использованы здесь пол-
ностью.
6.8.3. Гипотетическая модель радиочастотной системы передачи
(HRDP)
Требования по параметрам готовности и параметрам канала цифровой передачи между-
народного соединения ISDN (HRX) получили развитие при разработке норм на параметры
радиочастотных трактов систем передачи на основе гипотетической модели тракта радиосис-
темы HRDP.
На основании данных рекомендации G.821 были сформулированы следующие основные
параметры HRDP:
1. Длина HRDP принята равной 2500 км (рис.6.11).
2. Для HRX установлено требование по параметру BER магистрального участка высокого
качества - 1 ошибка на 1О10 на километр, а для тракта HRDP параметр ошибки - 2,5х10'7,
не включая мультиплексное оборудование. Такое значение параметра BER должно вы-
полняться в течении 99 % от общего времени работы канала.
3. МККТТ определена норма на параметр EFS от LE до LE в 95 %, а на параметр EFS для
HRDP - 99,5%
4. Окончательные требования по параметру BER определены в рекомендации 594 МККР:
BER > 10’7 не более чем 1 % времени любого месяца;
BER > 10‘3 не более чем 0,05 % времени любого месяца.
Как видно, принципы нормирования, описанные в предыдущем разделе, использовались
и при разработке норм на параметры HRDP.
6.8.4. Пересчет параметров гипотетической модели в параметры
реального канала
Методология нормирования параметров цифровых каналов с использованием гипотети-
ческих моделей включает не только разработку норм на параметры эталонных трактов, но и
методику пересчета параметров эталонного тракта в параметры реального канала. Для этой
цели наиболее часто используется принцип линейной аппроксимации результатов по длине
реального участка. В качестве примера рассмотрим методологию пересчета, описанную в
докладе 930 МККР по расчету параметров реальной радиочастотной системы передачи. Па-
раметры радиочастотной системы длиной L могут быть найдены следующим образом:
BER > L/2500xl0’7 не более чем L/2500% времени любого месяца;
BER > 10'3 не более чем L/1500x0,05% времени любого месяца.
Методика расчета параметров цифровых трактов, изложенная в приказе Министерства
связи России №92, также использует методы линейной аппроксимации (в ряде случаев с ве-
совыми коэффициентами).
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
75
Длина пакета ошибок в битах
Рис.6.13. Пример распределения по длинам пакетов ошибок в канале спутниковой связи
2x304 Мбит/с с кодированием FEC 1/2
Линейная аппроксимация результатов основана на предположении случайного распре-
деления возникающих в канале ошибок. Этим обуславливается методология нормирования и
измерений основных параметров, которая основана на асинхронном методе измерений ос-
новных параметров цифрового канала.
В то же время, ряд систем передачи, используемых в современных сетях, имеет отлич-
ные от Гауссова распределения возникающих ошибок, так как последние возникают в виде
пакетов и не описываются в полной мере современной принятой методологией их нормиро-
вания и измерения (рис.6.13). Поэтому в настоящее время идет процесс обсуждения новой
методологии нормирования и измерения цифровых каналов, учитывающих произвольные
распределения возникновения ошибок.
6.9. Методологии ITU-T рекомендации G.821, G.826,
М.2100
6.9.1. Методология ITU-T рекомендация G.821
Эта рекомендация впервые опубликована в
1980 г., в ней определены параметры качества
международного соединения HRX (в основных
чертах она описана выше при рассмотрении ги-
потетической модели эталонного международно-
го коммутируемого соединения).
Рекомендация определяет нормирование всех
параметров качества канала ОЦК - 64 кбит/с и пре-
дусматривает измерение параметров ES, EFS, SES,
DM и UAS согласно алгоритма, представленного на
рис. 6.14.
раметров согласно реко-
мендации ITU-T G.821
76
ГЛАВА 6
Измерения основаны на подсчете количества ошибок. Вначале все время проведения
измерений разделяется на время готовности и время неготовности канала, в результате выде-
ляется параметр UAS Затем во время готовности канала производится подсчет секунд с
ошибками ES, автоматически рассчитывается параметр EFS. Для секунд с ошибками рассчи-
тывается параметр BER и вычисляется параметр SES. На основе анализа SES рассчитывается
параметр DM.
Основной недостаток методологии - невозможность определения параметров цифровых
систем передачи со скоростями выше 64 кбит/с.
6.9.2. Методология ITU-T рекомендация G.826
Опубликована впервые в 1993 г , является развитием методологии рекомендации G.821
и учитывает ее недостатки. Эта методология применима к цифровым системам передачи со
скоростями выше 64 кбит/с и ориентирована на эксплуатационные измерения работающих
систем. В ней учитываются основные скорости передачи, используемые в современных циф-
ровых системах PDH/SDH.
Параметры, измеряемые в методологии G.826, связаны с измерениями без отключения
канала, т.е. с анализом параметра ошибки по блокам Методологией предусмотрено измере-
ние параметров: ЕВ, ES, SES, ВВЕ. Результатами измерений являются различные параметры
ESR, SESR, BBER.
Установлены допустимые значения параметров, приведенные в табл. 6 6.
Таблица 6.6. Параметры цифровых систем передачи по G 826
Скорость, Мбит/с 1,5-5 >5-15 >15-55 >55-160 >160-3500
Размер блока 2000-8000 2000- 8000 4000- 20000 6000- 20000 15000-30000
ESR 0,04 0,05 0,075 0,16 Не определено
SESR 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002
BBER 3 х 10’4 2х 104 2х10’4 2х 10-4 1 х 10-4
Алгоритм измерения параметров представлен на рис. 6.15
Рис. 6.15. Алгоритм изме-
рения параметров согласно
рекомендации ITU-T G 826
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
77
Согласно рекомендациям ITU-T G.821 и G.826 время проведения измерений - 30 дней.
Этот период обеспечивает корректную объективацию результатов измерения, включая спе-
цифические особенности радиочастотных цифровых систем передачи. На практике, однако,
измерения в течении такого длительного периода проводятся довольно редко. Обычно для
эксплуатационных измерений достаточно 24 часов, что определено в рекомендации М.2100.
6.9.3. Методология ITU-T рекомендации М.2100/М.2101
Эта методология разработана для целей эксплуатации и ориентирована на индикацион-
ные измерения, когда в качестве результатов измерения делается вывод о прохождении/не-
прохождении теста, а не получают количественные величины параметров. В качестве основ-
ных для измерений были выбраны параметры SES и ES.
Рекомендация М.2100 была впервые опубликована в 1993 г. и определила параметры
пороговых значений для проведения измерений в цифровых системах передачи PDH. Разви-
тие технологии цифровой первичной сети и внедрение технологии SDH привело к необходи-
мости доработки методологии и появления рекомендации М.2101, где определены пороговые
значения для проведения измерений систем передачи SDH.
В вышеназванных методологиях (М.2100/М.2101) проведение измерений уменьшено до
15 минут. Если результат кратковременного измерения окажется в “средней зоне” (рис. 6.16),
то последующие измерения должны проводиться в течение 24 часов.
Наконец, третьей отличительной особенностью является использование не одного (как в
G.821/G.826), а двух пороговых значений для выделения “средней зоны” (рис. 6.16). Если
результат измерения попадает в “среднюю зону”, он нуждается в дополнительном уточнении
методами долговременного анализа.
М.2100
G.821/G.826
|Непрохождение|
^"Средняя зона" ЗВ
Результат нуждается]
•4ЖВ уточнении^Д
Прохождение
Рис. 6.16. Методика индикационных
измерений
6.10. Методология измерений параметров аналогово-
цифровых преобразований ИКМ
6.10.1. Значение методологии измерений аналогово-цифровых
преобразователей
Выше рассматривалась методология измерения параметров цифровых каналов. Однако
отечественная сеть - это, в основном, аналоговая сеть. Для стыка с аналоговыми подсисте-
мами и для сопряжения с аналоговым оборудованием пользователя цифровые телекоммуни-
кации в той или иной степени включают в себя аналогово-цифровые преобразователи. Это не
теряет актуальности и на этапе развития цифровых систем связи.
Методология измерений аналоговых каналов и сигналов аналоговой телефонии будет
рассматриваться в контексте анализа аналогово-цифровых преобразователей ИКМ, как наи-
78
ГЛАВА 6
более часто встречаемых типов аналогово-цифровых преобразований (АЦП). Другие типы
АЦП, а также методология измерений каналов аналоговой первичной сети, из материала
книги исключены, поскольку современная концепция построения первичной сети полностью
ориентирована на технологию цифровых систем передачи с использованием ИКМ-
технологии для преобразования аналоговых сигналов.
На рис. 6.17 представлена схема участка современной цифровой сети, в которой исполь-
зуются АЦП и схематически показаны методы организации измерений.
Рис. 6.17. Схема организации измерений аналогово-цифровых преобразователей ИКМ
На представленном участке имеются аналоговые и цифровые каналы, а также ИКМ-
преобразователи, обеспечивающие переходы между ними. Для измерений в такой системе
могут использоваться аналоговые и цифровые измерительные приборы. В случае необходи-
мости для сопряжения приборов с каналами используются АЦП и ЦАП конвертеры. Из ри-
сунка видны возможные схемы организации измерений аналогово-цифровых преобразовате-
лей - А-А (аналог - аналог), А-Ц (из аналогового канала в цифровой канал) и Ц-Ц (измере-
ния в цифровом канале).
6.10.2. Процессы дискретизации, квантования и компандирования
и их влияние на параметры аналогового тракта
Как известно, преобразование ИКМ должно обеспечивать качественную передачу речевого
сигнала (аналогового сигнала в диапазоне канала ТЧ - 0,3-3,4 кГц). В связи с этим возникает
вопрос о влиянии процессов дискретизации, квантования и компандирования на параметры ана-
логового сигнала. Рассмотрим простой процесс квантования, представленный на рис. 6.18.
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
79
Как видно из рисунка, в процессе квантования, набор шагов однозначно связан с двоич-
ными кодовыми комбинациями. Дискретные значения, приходящиеся на конкретный шаг
квантования, отображаются единственной величиной, размещенной в центре шага квантова-
ния. Поэтому процесс квантования вводит в дискретный сигнал определенное число ошибок,
или искажений. Такие ошибки называются шумом квантования и могут быть сведены к ми-
нимуму введением большого числа малых шагов квантования.
Рис. 6.18. Процесс квантования аналогового сигнала
Более подробно механизм возникновения шумов квантования представлен на рис. 6.19.
Предполагается равномерное кодирование по уровням сигнала. Воздействие шумов кванто-
вания на параметры аналоговых сигналов довольно специфичны. Поскольку уровень шумов
квантования находится в зависимости от уровня входного аналогового сигнала и от переда-
точной характеристики кодера, то воздействие шумов квантования на различные виды сигна-
лов могут существенно отличатся друг от друга.
Рис. 6.19. Зависимость ошибок квантования от амплитуды входного сигнала
В общем случае можно говорить о том, что воздействие шумов квантования на аналого-
вые сигналы находится в прямой зависимости от функции распределения по уровням входяще-
го аналогового сигнала. В качестве примера такие функции распределения представлены для
80
ГЛАВА 6
наиболее часто встречающихся сигналов на рис.6.20 (а - сигнал постоянной амплитуды, b -
треугольный импульс, с - синусоидальный сигнал, d - гауссовый шум, е - речевой сигнал).
В случае воздействия шумов квантования на речевой сигнал ситуация усложняется еще
и тем, что на неравномерность распределения шумов квантования по частоте и уровню на-
кладывается избирательность восприятия шумов в речевом сигнале человеческим ухом. Одна
из особенностей субъективного восприятия шумов или искажений в речевом сигнале связана
со спектром мешающих воздействий в сочетании с уровнем их мощности. Эти эффекты
влияния шумов в зависимости от частоты привели при разработке методологии аналоговых
измерений к необходимости введения понятий взвешивания при помощи С-фильтра и псо-
фометрического взвешивания шумов в аналоговом канале.
Рис. 6.20. Функция распределения основных аналоговых сигналов по уровню
Особенности человеческого восприятия связаны в первую очередь с негативным отно-
шением к присутствию шумов в паузах, т.е. наличию шумов квантования сигналов малой
амплитуды. Для оптимизации процессов кодирования применяется компандирование, т.е.
адаптивное к человеческому восприятию квантование сигнала. В европейской и отечествен-
ной практике получило распространение компандирование по A-закону (передаточная харак-
теристика кодера A-закона представлена на рис. 6.21).
Последовательные ошибки квантования в ИКМ-преобразователе предполагаются рас-
пределенными по случайному закону и не коррелированными друг с другом. Таким образом,
совокупный эффект ошибок квантования в системах с ИКМ можно рассматривать как адди-
тивные шумы, имеющие субъективное воздействие, которое аналогично воздействию белого
шума с ограниченной полосой.
Таким образом, использование в составном аналого-цифровом канале ИКМ-преобразо-
вателя можно рассматривать как дополнительный источник аддитивных шумов - шумов
квантования. Ниже рассмотрим основные методы анализа шумов квантования в общем кон-
тексте измерений аналоговых и цифровых сигналов.
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
81
6.10.3. Методология измерений аналоговых каналов
Переход к цифровым сетям связи значительно расширил задачи методологии примени-
тельно к системам передачи/коммутации. Однако оконечные сигналы современных систем
связи - сигналы в абонентских телефонных каналах - остались в подавляющем большинстве
аналоговыми. Даже в наиболее развитых странах доля речевого трафика на сетях связи со-
ставляет более 90 %. Речевой трафик передается абоненту в виде аналогового сигнала в по-
лосе 0,3-3,4 кГц, следовательно, анализ конечного качества работы сети требует анализа ана-
логового сигнала.
Рис. 6.21. Схема компандера по А-закону
На примере эволюции методологии измерений канала ТЧ можно увидеть, как внедрение
новых технологий влияет на параметры и принципы “старых” классических измерений. В по-
следние годы широкое внедрение систем цифровой передачи привело к появлению новых ис-
точников воздействия на параметры аналоговых сигналов (например, возникли шумы кванто-
вания). Расширение номенклатуры услуг, использующих каналы ТЧ, в частности, широкое
внедрение принципов факсимильной и модемной передачи данных привело к необходимости
учета некоторых параметров аналоговых сигналов, до тех пор не учитывавшихся. В результа-
те методология измерений изменилась в соответствии с новыми условиями работы сетей и
новыми требованиями к каналам ТЧ и в настоящее время полностью стандартизирована как
международными, так и отечественными стандартами, хотя некоторые вопросы до последнего
времени обсуждаются как в зарубежной, так и в отечественной технической прессе.
Эволюцию методологии измерений каналов ТЧ наиболее наглядно можно проследить
на примере методов измерения шумов. Измерение шумов является основополагающим при
анализе аналоговых сигналов. Первые анализаторы шумов в телефонных линиях использова-
ли принцип равномерного измерения шумов во всей полосе от 0,3 до 3,4 кГц. Однако вскоре
было обнаружено, что человеческое ухо обладает свойством избирательности по отношению
к принимаемому акустическому сигналу. Стало очевидно, что для корректного измерения
шумов необходим анализ взвешенного шума с учетом человеческого восприятия. Так поя-
82
ГЛАВА 6
вился фильтр с АЧХ в виде кривой С (рис. 6.22), структура которой определена исследова-
ниями IEEE. Однако фильтр с равномерной полосой оказалось невозможным исключить из
технологии измерений, поскольку фильтр С в несколько раз ослабляет сигнал на низких (в
районе 50 Гц) частотах и не может быть использован для поиска индуктивных помех. Таким
образом, технология измерений потребовала уже двух фильтров. Работы МККТТ в области
исследований восприятия человеком акустических сигналов привели к результатам, отлич-
ным от результатов IEEE. На основании результатов МККТТ был создан псофометрический
фильтр, который является альтернативой фильтру С и официально стандартизирован для
Европы и России.
Широкое внедрение принципов цифрового мультиплексирования на основе ИКМ при-
вело к появилению в каналах ТЧ шумов квантования. Измерения шумов квантования потре-
бовало особенно тщательной подготовки методики, поскольку шумы квантования не появ-
ляются в системе, где нет активного сигнала. Единственным приемлемым решением оказа-
лось воздействие на канал специальным аналоговым сигналом - опорным сигналом QD в
диапазоне от350до 550Гци анализ полученных шумов квантования специальным фильтром
с полосой 2600 Гц и центральной частотой 2100 Гц, получившим название фильтра шумов
квантования или фильтра QD.
Следующий шагом в развитии методологии измерений шумов - это анализ эффекта эха
в телефонном канале. Была разработана методика воздействия на канал одночастотным сиг-
налом 1020 Гц и анализа эхо-сигнала режекторным фильтром. Дальнейшее развитие специ-
фикации на измерения в канале ТЧ потребовало дополнительного введения ряда фильтров
для анализа шумов:
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
83
Измерения Фильтры
Уровень и частота ФВЧ с частотой 50-60 Гц; ФНЧ с частотой 10 кГц для сниже- ния влияния АМ-интерференции
Шумы Фильтры С и псофометрический; селективный перестраивае- мый; широкополосный 3 кГц; фильтр Баттерворта 15 кГц
Переходные помехи Селективный фильтр; фильтр с со специальной фазовой ха- рактеристикой
Фазовый и амплитудный джиттер Возвратные потери Перестраиваемые фильтры различных диапазонов Фильтры взвешенных шумов для имитации источников шу- мов в канале
Интермодуляции Селективный уровень Шумы квантования ФНЧ на 1900, 520 и 2240 Гц Перестраиваемые селективные фильтры 3, 10, 30 и 100 Гц П-образные фильтры с шириной полосы 200 и 2600 Гц
Методология измерений аналоговых каналов претерпела значительные изменения. Как
было показано выше, для измерения фазовых шумов требуется определенная стимуляция
канала, в результате измерения делаются по методу “воздействие-отклик”. Большое количе-
ство параметров измерения в современных аналоговых каналах, необходимость автоматиза-
ции измерений и сокращения времени проведения тестов для различных параметров привело
к использованию сложных аналоговых сигналов для стимуляции канала. На рис. 6.23 пред-
ставлен общий вид сложного сигнала, применяемого в современном анализе аналоговых ка-
налов по параметру группового времени запаздывания (ГВЗ) (см. рекомендацию 0.81). Как
это видно из рисунка, для обеспечения быстрой синхронизации тестового сигнала в нем ис-
пользуются три варианта модуляции.
Рис. 6.23. Сложный сигнал для анализа аналогового канала по параметру ГВЗ
6.10.4. Влияние шумов квантования на параметры тестовых
аналоговых сигналов
Как видно из рис. 6.18 воздействие шумов квантования на аналоговый сигнал сильно за-
висит от распределения исследуемого сигнала по амплитуде. В результате выбор тестового
сигнала для анализа шумов квантования и проведения измерений других параметров состав-
ного канала, использующего ИКМ-преобразования, становится непростым. Помимо описан-
ных выше методов, использующих специальные фильтры, для анализа шумов квантования
могут использоваться одночастотный (синусоидальный) сигнал или гауссовый шум в качест-
ве представления речевого сигнала. Анализ шумов квантования и эффектов компандирова-
84
ГЛАВА 6
ния в этом случае выполняется на основании соответствия полученных результатов опреде-
ленным маскам.
Влияние ИКМ-преобразователей на параметры шумового и одночастотного сигналов
тем более существенны, что эти два типа сигналов используются при измерении других па-
раметров шума, усиления и т.д. В результате методики проведения измерений на составном
канале, включающем участки аналого-цифровых преобразований, должны учитывать влия-
ния шумов квантования на параметры тестового сигнала.
В качестве примера рассмотрим влияние процесса компандирования на параметры од-
ночастотного сигнала. Здесь имеет место процесс неравномерного усиления квантования в
зависимости от уровня сигнала, представленный на рис. 6.24. Такая неравномерность должна
учитываться при проведении ряда измерений (например, при анализе АЧХ составного канала
методом простого одночастотного тестирования). Анализ параметров усиления квантования
должен выполняться при анализе работы компандера.
Рис. 6.24. Усиление квантова-
ния одночастотного сигнала (А-
закон компандирования)
Особенности влияния фазовых шумов должны учитываться особенно при измерении
отношения сигнал/шум в канале. Для одночастотного сигнала отношение сигнал/шум опре-
деляется маской [ITU-R рекомендация G.714 (рис. 6.25)]. При стимуляции канала шумовым
сигналом с гауссовым распределением отношение сигнал/шум различается для аналого-
цифрового и цифро-аналогового преобразования (рис. 6.26).
Современная методология измерений в каналах ТЧ требует достаточно мощных специа-
лизированных средств, реализующих сложные методики анализа.
6.10.5. Методология измерений А-Ц (аналог-цифра)
Различные методы А-Ц и Ц-А измерений используются обычно для оптимизации тести-
рования методами полуканальных измерений. Действительно, если тестовый сигнал можно
генерировать в аналоговой форме, а анализировать в цифровой, для некоторых приложений
такие измерения представляют собой возможность повышения эффективности измерений, в
особенности при анализе ИКМ-преобразований и мультиплексорного оборудования. Влия-
МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ
85
ние процессов квантования в этом случае является существенным при разработке методики
пересчета данных полуканальных тестов в результаты анализа на всем канале.
S/N, дБ
О -1-1-1-1_I_।_iiiiiiii,-
-70 - 60 50 -40 - 30 -20 -10 0 S, дБмО
Рис. 6.25. Характеристика отношения сигнал/шум (S/N) для компандера
S, дБмО
Рис. 6.26. Характеристика отношения сигнал/шум (S/N) для компандера
A-закона и тестового сигнала в виде гауссова шума
Рассмотрим методологию полуканальных измерений по принципу А-Ц или Ц-А, пред-
ставленную на рис. 6.27. В качестве примера методики пересчета результатов рассмотрим
измерение параметра усиления на участках А-Ц и Ц-А. Казалось бы естественным предпо-
ложить, что измеренное усиление на участке А-А можно представить в виде суммы усиле-
ний, измеренных на участках А-Ц и Ц-А, однако, из-за наличия неравномерности квантового
усиления, описанного в предыдущем разделе, это не так.
86
ГЛАВА 6
Полуканальные
измерения А-Ц
Полуканальные
измерения Ц-А
Измерения А-А на всем канале
Рис. 6.27. Методы полуканальных измерений
Действительно, для параметров усиления верно соотношение:
S A—D + Sd-a Sa-а •
Однако при измерениях к параметру усиления добавляется величина квантового усиле-
ния q, в результате соотношение принимает вид:
SA-D +4 + gD-A + Ч = gA-A + ^Ч
Переходя к выражению в единицах измеряемых величин, получаем:
™A-D + ™D-A = тА-А + <1 ’
т.е. сумма измеренного усиления в составном канале равна сумме полуканальных измерений
плюс уровень квантового усиления в ИКМ-преобразователе.
Таким образом, при выполнении измерений на половине канала (А-Ц или Ц-А) необхо-
димо учитывать наличие в составном канале квантового усиления и квантовых шумов.
6.10.6. Измерение основных параметров аналоговых и цифровых
сигналов ИКМ
В качестве еще одного полезного результата рассмотрения возможности измерений с
аналоговой и цифровой стороны ИКМ-преобразователей можно привести сводную таблицу
параметров аналоговых и цифровых каналов, которые могут анализироваться в разных ком-
бинациях измерений А-Ц (табл. 6.7).
Таблица 6.7. Типичные измерения параметров ИКМ-преобразователей
Параметр Участки Уровень Частота Время Канал
А-А А-Ц Ц-А ц-ц
Затухание X X X X X X X X
Уровень X X X X X X X
Максимальный уровень кодирования X X X
Смещение по кодеру X X X
Нарушение связности канала X X X X X
Перекрестные помехи X X X X X X
Шум незанятого канала X X X X X
Неравномерность запаздывания X X X X X X
Монитор цикловой структуры X X
Измерения параметра ошибок X X
Анализ сигнализации X X
7. ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИИ
ДЖИТТЕРА В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ
ПЕРЕДАЧИ
7.1. Понятие джиттера, его классификация и влияние
на параметры качества цифрового канала
В теории и практике цифровых телекоммуникаций новыми и очень важными являются
задачи дискретизации и восстановления сигналов, синхронизации сети и ее стабильности. В
этом разделе рассматривается методология измерений параметра, непосредственно связанно-
го с тестированием систем синхронизации - джиттера.
Джиттером или фазовым дрожанием называется явление фазовой модуляции при-
нимаемого сигнала (как аналогового, так и цифрового). На практике получили распро-
странение два основных подхода к определению джиттера - в терминах фазы и в терми-
нах частоты. Учитывая, что параметры частоты и фазы связаны простым соотношением,
оба подхода эквивалентны. Подход к описанию джиттера в терминах фазовой нестабиль-
ности принимаемого цифрового сигнала является распространенным теоретическим опи-
санием процесса и определяет джиттер как фазовое дрожание. Однако для практического
измерения параметров джиттера его рассмотрение в терминах фазы оказалось неудоб-
ным, так как связано с объективными трудностями фазовых измерений. При прикладном
рассмотрении джиттера как вариации частоты принимаемого сигнала основными пара-
метрами становятся амплитуда и частота джиттера. Такое рассмотрение применяется в
методиках измерений и в технологии анализа результатов. Естественно, вариации фазы
связаны с вариациями частоты дифференциальным соотношением, поэтому оба рассмот-
рения эквивалентны.
Поскольку материал настоящей книги ориентирован на описание практических эксплуа-
тационных измерений, дальнейшее рассмотрение будет строиться в терминах частоты. Ис-
пользование русскоязычных понятий: джиттер - фазовое дрожание и вандер - дрейф фазы,
не совсем корректно, поэтому будем придерживаться понятий, уже получивших распростра-
нение в практике специалистов связи, - джиттер и вандер.
Рассмотрим функцию нестабильности частоты принимаемого цифрового сигнала (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Нестабильность частоты принимаемого цифрового сигнала
88
ГЛАВА 7
Как известно, частота принимаемого сигнала характеризуется средним значением f и де-
виацией Af. Предположим, что имеет место модуляция, при которой изменение частоты про-
исходит с периодом Т. Тогда связав частоту модуляции с периодом изменения частоты
fd=l/T различают два типа изменений частоты:
• быстрые колебания частоты, характеризующиеся fd > 10 Гц и получившие название соб-
ственно джиттера;
• медленные колебания частоты cfd < 10 Гц, получившие название вандера.
Необходимость разделения девиации частоты на джиттер и вандер связана с тем, что эти
два параметра обычно возникают вследствие разных причин и по-разному влияют на пара-
метры качества цифровой передачи. В обыденной практике в последнее время получила рас-
пространение тенденция смешивания понятий джиттера и вандера и обозначение обоих па-
раметров как джиттер. На взгляд автора это неправильно, поэтому в дальнейшем будем четко
придерживаться намеченного разделения.
В современной технологии амплитуда джиттера измеряется в единицах времени: абсо-
лютных (в микросекундах) или в приведенных единицах - единичных интервалах (Unit Inter-
val - UI). Единичным интервалом называется время, необходимое для передачи одного бита
информации при заданной скорости передачи. Иными словами:
J = T = ±-,[mkc]- J = fT =
Jd Jd
В дальнейшем по возможности будем использовать приведенные единицы как наиболее
часто встречающиеся.
Влияние джиттера на параметры качества сигналов современных телекоммуникаций
проявляется в двух направлениях:
• в случае передачи цифро-аналогового сигнала наличие джиттера приводит к тому, что
восстановленный сигнал оказывается неравномерно дискретизированным, что может
привести к значительным нарушениям в структуре аналогового сигнала. В основном та-
кое влияние джиттер оказывает на параметры систем с частотным разделением и на
аналоговые каналы сетей IDN. Влияние джиттера зависит от того, регулярный он или
нерегулярный. При постоянном (регулярном) джиттере, обусловленном обычно процес-
сами мультиплексирования и регенерации, его влияние предсказуемо, носит аддитив-
ный характер и компенсируется регенераторами и мультиплексорами. Нерегулярный
(случайный) джиттер не может быть скомпенсирован и рассматривается как аддитивный
шум. Исследования показали его связь с параметрами теплового шума с возможностью
накопления по мощности в составном цифровом канале. Наиболее существенным счи-
тается процесс накопления регулярного джиттера, поскольку регулярный джиттер акку-
мулируется быстрее нерегулярного.
• при передаче данных в цифровой форме джиттер, непосредственно связанный с нару-
шениями в синхронизации цифрового потока, влияет следующим образом:
а) в процессе регенерации нарушения в синхронизации приводят к отклонению точек счи-
тывания дискретов от центра глазковой диаграммы. В результате снижается пороговый
уровень работы по шумам и появляются битовые ошибки. С точки зрения принятого
разделения такое влияние в большей степени связано с джиттером (см. гл. 5);
б) на выходе асинхронных мультиплексоров (т.е. на входе в коммутационную стан-
цию) может привести к переполнению эластичных буферов и появлению проскаль-
зывания с потерями цикловой синхронизации, значительно ухудшается качество
связи. Обычно проскальзывания вызываются вандером.
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
89
7.2. Причины возникновения джиттера. Типы джиттера
Регулярный и нерегулярный джиттер, связанный с внешними условиями. Регуляр-
ный (системный) джиттер обычно коррелирован с передаваемыми последовательностями
битов. Поскольку задержки при передаче сигналов в скремблерах и кодерах обычно зависят
от типа принимаемой/передаваемой последовательности, процессы в мультиплексорах и ре-
генераторах могут вызывать регулярный джиттер. Второй причиной возникновения регуляр-
ного джиттера могут быть нарушения в канале передачи, в частности связанные с наличием
перекрестных помех, которые также вносят регулярный, коррелированный с последователь-
ностями битов джиттер. Регулярный джиттер возникает в случае неправильной работы эква-
лайзеров или нарушений в настройке цепей восстановления данных и характерен в большей
степени для радиочастотных систем передачи (см. гл. 10).
Нерегулярный джиттер обычно обусловлен электромагнитным воздействием и интерфе-
ренцией с внешними источниками сигнала, такими как шум, отражение, перекрестные помехи
или интерференция с цепями питания и другими источниками ЭМП. В этом случае обычно
спектр сигнала дает информацию об источнике интерферирующего сигнала. Интерференция с
цепями питания 50 Гц и другими низкочастотными сигналами обычно легко идентифицирует-
ся, тогда как поиск интерференции от компьютерных и вычислительных систем связан с ана-
лизом в диапазоне порядка 60 МГц и представляет определенные сложности.
Кроме перечисленных причин возникновения джиттера в системах связи, имеется ряд
причин, непосредственно связанных с технологией цифровых телекоммуникаций. Такой
джиттер возникает из-за алгоритмов, реализованных в цифровых системах передачи, и явля-
ется алгоритмическим.
Джиттер стаффинга. В технологии плезиохронной цифровой передачи (PDH) принята
методика выравнивания входящих в мультиплексор потоков за счет вставки битов (методика
битового стаффинга). Согласно данной методике стаффинг производится в определенные
промежутки времени считывания информации из эластичного буфера. Рассмотрим детально
этот процесс. Чтобы процесс битового стаффинга мог работать, информация, поступающая в
приемный эластичный буфер мультиплексора, принимается со скоростью, меньшей скорости
передачи. Двумя основными принципами битового стаффинга являются: .
• скорость считывания из приемного эластичного буфера должна быть больше скорости
записи в буфер;
• вставка битов (стаффинг по битам) должна производиться в заранее установленные ин-
тервалы времени для обеспечения эффективного удаления стаффинговых битов.
Из-за битового стаффинга, даже если входящий в мультиплескор поток идеально диске-
тизирован, на выходе мультиплексрра поток имеет значительный джиттер (justification jitter).
Этот джиттер компенсируется на приемной стороне эластичным буфером приемника. Прин-
цип работы буфера приемника основан на использовании петли ФАПЧ. После удаления
стаффинговых битов ФАПЧ подстраивается под среднюю скорость принимаемой информа-
ции и производит считывание с этой скоростью. Для наиболее полной компенсации стаф-
фингового джиттера используются узкополосные петли ФАПЧ. Однако несмотря на узкопо-
лосность, петли ФАПЧ имеют конечную полосу, поэтому поток на выходе содержит стаф-
финговый джиттер, имеющий регулярную структуру.
На практике джиттер в системах PDH имеет более сложную структуру, связанную с ал-
горитмом внесения стаффинговых битов только в определенные временные интервалы, ко-
торые могут не совпадать с кратностью разности скоростей.
В качестве примера процессов, происходящих в приемном буфере, рассмотрим переда-
чу/прием цифрового потока в системе PDH при частоте вставки стаффинговых битов, крат-
90
ГЛАВА 7
ной разности частот приема/передачи приемного буфера мультиплексора. В этом случае
стаффинг выражается дробью с числителем 1 (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Стаффинг с отношением 5 = 1/3
В этом случае стаффинг равномерен и, обычно, в демультиплексоре хорошо компенси-
руется. Выходящий поток содержит стаффинговый джиттер, обусловленный только конеч-
ной полосой петли ФАПЧ.
Если частота вставки не кратна разности частот приема/передачи, стаффинговое отно-
шение будет выражаться дробным числом. В зависимости от того, находится ли дробная
часть 0 < < 0,5 или 0,5 < ^ < 1 структура стаффинга будет различной (рис. 7.3).
0 1 23456789 10
Рис. 7.3. Стаффинг с отношением 5 = 3/7 (сверху) и 5 = 4/7 (снизу)
Таким образом, если стаффинговое отношение не является целочисленным отношением,
что наиболее вероятно, к стаффинговому джиттеру добавляется джиттер, обусловленный
некратностью скоростей или джиттер ожидания (Waiting-Time Jitter). Его пиковая амплитуда
т И — 1 о п/
обычно равна J а =---- для отношения 5 -7 .
m /m
На рис. 7.4 показан график зависимости максимальной амплитуды джиттера от стаф-
фингового отношения. График представляет собой набор точек, поскольку построен для оп-
ределенных дискретных значений стаффинговых отношений.
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
91
Рис. 7.4. Г рафик зависимости мак-
симальной амплитуды
джиттера некратности от
стаффингового отношения
Джиттер в системах SDH. Технология SDH предусматривает для процессов выравни-
вания скоростей использование алгоритма смещения указателей, что можно рассматривать
как процедуру байтового стаффинга (поскольку размер указателя составляет один байт или
восемь битов). При смещении указателя появляется импульсный джиттер в 24 бита, который
затем компенсируется компонентами системы. Такой джиттер называется джиттером по
смещению указателей (Pointer Jitter).
Алгоритм его возникновения представлен на рис. 7.5 и 7.6.
121451711 II AUG 271 123451711 15 AUG 270
Рис. 7.5. Механизм отрицательного сме- Рис. 7.6. Механизм положительного сме-
щения указателей, отрицатель- щения указателей, положитель-
ная вставка 1 байт ная вставка 1 байт
92
ГЛАВА 7
Для компенсации рассинхронизации входящего потока при загрузке плезиохронного
трафика в виртуальный контейнер SDH используется часть заголовка - указатели. Если не-
обходимо увеличить количество цифровых данных, загружаемых в один контейнер (когда
скорость принимаемых данных выше стандартной), из указателя удаляется один байт (НЗ) и
вместо него загружаются данные Такое смещение указателей называется отрицательным
смещением (рис 7.5). Если скорость принимаемого мультиплексором потока ниже стандарт-
ной, для компенсации рассинхронизации необходимо уменьшить количество цифровых дан-
ных, загружаемых в один контейнер. В этом случае в поле полезной нагрузки вставляется
указатель. Такое смещение указателя называется положительным смещением (рис. 7 6). Ука-
зание на смещение указателя передается в составе указателя Н2 инверсией бита D. В настоя-
щее время практикуется смещение всего указателя НЗ, т.е. 3 байт В результате при выгрузке
плезиохронного трафика смещение указателя эквивалентно всплеску джиттера на 24 UI Этот
импульсный джиттер должен быть компенсирован частично мультиплексором ввода/вывода
(ММВ), однако полностью компенсировать джиттер практически нельзя, и он сохраняется в
передаваемом по сети SDH трафике.
В системах SDH имеет место джиттер загрузки (Mapping Jitter), который связан с про-
цессами стаффинга, возникающего при загрузке плезиохронного сигнала в систему SDH. В
процессе выгрузки сигнала PDH из SDH возникает джиттер загрузки, аналогичный джиттеру
PDH.
7.3. Необходимость измерений джиттера
Методология измерений джиттера и вандера до сих пор находится в стадии разработки.
Если параметры ошибки в цифровом составном канале можно легко рассчитать, то процессы
формирования и передачи джиттера в составном цифровом канале, несмотря на глубокие
исследования в этой области, до сих пор до конца не изучены. В связи с этим необходимо
практическое изучение норм на джиттер в составном канале, а также исследования реальных
ситуаций и процессов на сетях С развитием систем SDH потребовалось дополнительное ис-
следование процессов формирования алгоритма джиттера и анализ допустимых норм на уро-
вень алгоритма джиттера в системах SDH.
Из-за сложности методологии измерений джиттера возникла полемика относительно не-
обходимости эксплуатационных измерений этого параметра при обслуживании сетей связи.
Для обоснования необходимости измерений джиттера необходимо отметить, что этот
параметр, также как и параметры фазовой стабильности и фазовых шумов имеют большое
значение для современных телекоммуникаций. Джиттер в системе передачи может сущест-
венно снизить устойчивость работы системы передачи к шуму и увеличить параметр BER.
Если тестирование параметра по BER дает лишь индикацию типа “хорошее/плохое качест-
во”, то измерения джиттера обеспечивают поиск и обнаружение причины деградации качест-
ва. Джиттер выступает как вторичный параметр по отношению к основному параметру каче-
ства BER, однако данные измерений джиттера могут быть использованы для превентивных
мер по обеспечению качества цифровой передачи.
В некоторых случаях высокий уровень джиттера приводит к сбою в цепях ФАПЧ при-
емников, в результате возникают ошибки по битам в виде отдельных ошибок или даже по-
следовательностей ошибок разной длины. Измеряя уровень джиттера, можно локализовать
причины деградации качества.
Наконец, воздействие накопленного в составной системе передачи джиттера на пара-
метры системы может не проявляться в течении длительного времени. В результате неболь-
шое увеличение джиттера или изменение другого параметра деградации качества приводит к
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
93
резкому ухудшению параметров качества. Такой эффект порогового воздействия параметров
вообще характерен для цифровых систем передачи, но особенно он существенен для джитте-
ра.
Противники измерений джиттера выдвигают следующие аргументы:
1. Джиттер в цифровых системах передачи является вторичным параметром и связан с па-
раметром качества цифровой передачи только косвенно
2. Если джиттер приводит к ошибкам в цифровой системе передачи, это означает, что при-
емные петли ФАПЧ не обеспечивают достаточной устойчивости к джиттеру в канале. В
этом случае можно либо устранить джиттер, либо заменить петли ФАПЧ. Ни то, ни дру-
гое в реальной практике невозможно
3. Алгоритмический джиттер в системах PDH и SDH вызван процессами рассинхрониза-
ции входящих потоков в мультиплексоры ввода/вывода, в результате можно рассматри-
вать джиттер как вторичный параметр по отношению к параметрам системы синхрони-
зации Таким образом возникла концепция “измерения системы синхронизации вместо
измерений джиттера”.
4. При эксплуатационных измерениях систем SDH джиттер намного выше, чем алгорит-
мический джиттер, связанный с битовым стаффингом, и имеет ярко выраженную им-
пульсную структуру при сильном воздействии на параметры цифровой системы переда-
чи. Суть вопроса состояла в том, необходимо ли его мерить непосредственно как пара-
метр сигнала или достаточно измерить уровень смещения указателей, непосредственно
связанный с параметром джиттера, а затем пересчитать полученный результат в уровень
джиттера на выходе.
Полемика велась, главным образом, компаниями, реализовавшими и не реализовавшими
возможности измерений джиттера в своих приборах и системах. Такую полемику трудно на-
звать объективной Обе стороны не отрицали актуальности контроля джиттера, как парамет-
ра функционирования современной цифровой системы передачи. Была поставлена под со-
мнение целесообразность измерений джиттера при эксплуатации, когда необходимо изме-
рять не все наиболее существенные параметры, а только те, которые должны помочь опера-
тору в обслуживании сети. Защитники концепции измерений джиттера доказывали необхо-
димость эксплуатационных измерений этого параметра, противники измерений отводили
измерениям джиттера область системных измерений вместе с измерениями фазовой стабиль-
ности и параметров фазовых шумов.
Относительно эксплуатационных измерений вандера такой полемики не было, посколь-
ку методология измерений вандера достаточно проста и может быть реализована в портатив-
ных эксплуатационных тестерах.
В настоящее время на международном рынке присутствуют оба класса приборов мощ-
ные анализаторы с функцией анализа джиттера и портативные эксплуатационные приборы с
функцией измерения только вандера. Наличие на рынке обоих классов оборудования дает
возможность операторам выбирать между функциональностью и стоимостью.
В отечественной практике при разработке норм на параметры каналов PDH и SDH
джиттер был включен как обязательный параметр измерений. Это привело к ряду негативных
явлений:
• часть оборудования международных фирм-производителей оказалась выброшенной с
рынка России, что привело к монополии оставшихся нескольких фирм,
• для проведения измерений необходима закупка мощных дорогостоящих анализаторов
В результате многие операторы вынуждены были отказаться от измерений параметров
PDH/SDH, хотя могли бы выполнить более 80% измерений с использованием портатив-
ных приборов.
94
ГЛАВА 7
7.4. Общая методология измерений джиттера
Общая методология измерений джиттера до сих пор не установилась, поэтому сущест-
вуют точки зрения и разные, порой ошибочные, мнения относительно этих измерений. Рас-
смотрим некоторые принципы методологии измерений, наиболее часто используемые в со-
временной практике.
Как было сказано выше, основными параметрами джиттера являются амплитуда и час-
тота. Джиттер измеряется как пиковая величина отклонения фазы (частоты), приведенная к
длине периода передачи данных. Основной единицей джиттера является единичный интер-
вал UI. Использование относительных единиц UI позволяет сравнивать параметр джиттера
для каналов различных уровней иерархии PDH/SDH.
Для точного измерения джиттера необходимо точно определить ширину полосы изме-
рений. Иначе нельзя оценить влияние джиттера на параметры системы передачи. Наиболее
естественным способом организации измерений джиттера можно было бы считать спек-
тральный анализ джиттера с использованием частотно-селективного приемника. Однако та-
кой метод слишком дорог и в настоящее время используется в нескольких измерительных
системах и для лабораторного анализа джиттера.
В практике эксплуатационных измерений получила распространение методология, со-
стоящая из двух измерений, различающихся используемыми фильтрами. Этот метод измере-
ний дает меньше информации о джиттере, чем спектральный анализ, однако он позволяет
получить важные результаты и экономически более эффективен. Метод был одобрен ITU-T,
и были разработаны рекомендации по параметрам фильтров. Для проведения измерений ре-
комендуются фильтры, обеспечивающие измерения низкочастотных и высокочастотных
компонент джиттера (фильтры НР1 и НР2 соответственно). Характеристики фильтров пред-
ставлены на рис. 7.7.
LP
НР1
1К ЮК 100К 1000К
Частота джиттера
Рис. 7.7. Фильтры, использующиеся при измерениях джиттера
8
В
X
Различают измерения:
• собственного джиттера системы передачи;
• максимально допустимого джиттера (MTJ);
• передаточной характеристики джиттера (JTF);
Отдельной группой являются измерения вандера.
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
95
7.5. Устройство анализатора джиттера
Структурная схема анализатора джиттера представлена на рис. 7.8.
HP LP
Фильтр
------------►
Выход демодулятора
Пиковый детектор
Дисплей
Внешний источник
синхронизации (для
измерений вандера)
> ФАПЧ
ФАПЧ
Внутренний генератор
синхронизации
Рис. 7.8. Анализатор джиттера
Внешний сигнал с джиттером может содержать длинные последовательности нулей.
Поэтому на входе анализатора джиттера ставится конвертер (данные/сигнал) синхронизации,
который преобразует произвольный цифровой сигнал в сигнал с регулярно изменяющимся
состоянием (например, альтернативную последовательность 1010). В основе устройства кон-
вертера лежит принцип быстродействующей петли ФАПЧ, поэтому информация о джиттере
выделяется на фазовом детекторе, однако конвертер вносит уровень собственного джиттера.
Для измерения джиттера используется опорный фазостабильный сигнал. Для его первичной
обработки в состав анализатора включена медленнодействующая петля ФАПЧ. Для опреде-
ления зависимости джиттера от времени сравниваются фазы двух сигналов. Полученная ин-
формация фильтруется, данные о положительном и отрицательном джиттерах обрабатыва-
ются отдельно. Для обнаружения импульсного джиттера в системах SDH используется
цифровая фильтрация с высоким разрешением. Некоторые компании используют аналоговые
фильтры джиттера, в которых время обработки данных увеличивается, точность измерений
уменьшается. Возможна ситуация, когда анализатор, построенный на таком принципе, не
обеспечивает измерения импульсного джиттера.
Обычно функция зависимости джиттера от времени доступна для дальнейших процес-
сов обработки с выхода демодулятора. В этом случае подключение селективного милли-
вольтметра или анализатора спектра к выходу демодулятора дает возможность точного спек-
трального анализа джиттера.
7.6. Измерение собственного джиттера системы пере-
дачи
Собственным джиттером системы передачи называется уровень джиттера на выходе сис-
темы при условии фазостабилизированного сигнала (сигнала без джиттера) на входе системы.
Нормы на уровень собственного джиттера в цифровых системах передачи PDH/SDH оп-
ределяется ITU-T в рекомендациях G.823, G.783 и G.825. Собственный джиттер в цифровой
96
ГЛАВА 7
системе передачи должен находиться в пределах маски на джиттер, представленной на
рис. 7.9. Нормы на параметры маски зависят от уровня иерархии канала и представлены в
соответствии с перечисленными рекомендациями в табл.7.1. Как видно из маски и таблицы,
допустимый уровень собственного джиттера на высоких частотах в цифровых системах пе-
редачи довольно низкий.
Амплитуда джиттера
Рис. 7.9. Маска на нормы уровня собственного
джиттера в цифровой системе передачи
Измерения собственного
джиттера могут относиться к
каналу или участку цифровой
системы передачи и отдельному
устройству.
Измерения собственного
джиттера выполняются с исполь-
зованием сигнала реальной или
имитируемой нагрузки. Наибо-
лее часто имитируется реальная
нагрузка, в качестве имитирую-
щего сигнала используется сиг-
нал ПСП. В результате возника-
ют широкие возможности со-
вмещения измерений джиттера и
параметра ошибки с отключени-
ем канала. Наиболее часто такая
технология измерений использу-
ется при проведении приемо-
сдаточных испытаний каналов
системы передачи.
Таблица 7.1. Нормы на параметры маски (рис. 7.9) в зависимости от скорости передачи
Скорость, кбит/с UIPP ОТ fj до f« UI₽p от f3 до f4 fi, кГц fi, кГц f3, кГц 1*4, кГц
Рекомендация G.823 (для систем PDH)
2048 1,5 0,2 0,02 2,4 18 100
8448 1,5 0,2 0,02 0,4 3 400
34368 1,5 0,15 0,1 1,0 10 800
139264 1,5 0,075 0,2 0,5 10 3500
Рекомендация G.783 (для систем SDH)
2048 0,4 0,075 0,02 18 100
8448 0,4 0,075 0,1 10 800
139264 0,4 0,075 0,2 10 3500
Рекомендация G.825 (для систем SDH)
STM-1 1,5 0,15 0,5 65 1300
STM-4 1,5 0,15 1 250 5000
STM-16 1,5 0,15 5 1000 20000
Измерения собственного джиттера с использованием реальной нагрузки выполняются
обычно при эксплуатационном мониторинге каналов. Целесообразность измерений с реаль-
ной нагрузкой объясняется исключением фактора влияния генератора ПСП на параметр
джиттера. Метод измерения заключается в демодуляции джиттера нагрузки на выходе сете-
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
97
вого стыка, его избирательной фильтрации и измерении эффективного или амплитудного
значения синусоидального джиттера. Схема организации измерений представлена на
рис.7.10. Дополнительный синтезатор (пунктирные линии) служит для более точного опре-
деления используемых при измерении частот. Дополнительный анализатор спектра обеспе-
чивает детальный спектральный анализ выходного джиттера.
Рис. 7.10. Схема организации измерений собственного джиттера
| RESULTS; L JH IuQ
Powerfall:
00:00:00 Elap—d 00:06:22 |
□ □
25.0LHpp/V
ОмрмуВоем
Observation
20 ppm PPW
□ Real 18Л21 Шрр
Jitter Analysen |MalnCloclt | Hlarar 155 Mbit/* Out (75 ohm)
| User | Й Low pa— | 5000 kHz | High pa— | 40 Hz |
Jitter Generator: | Main Clock | Harar 155MbH/a [jTUJ
MODE ["Rate
||КПЩ|
nv
mi
2M(1)
2M (1)
PDH ERRORS
8M (1)
8M (1)
Rx-Tx
Int. Clock
LOCAL LOOP
2M F 2”-1
2M F 2”-1
OFFSE1 (gpm)
TUG-3 (1)
TUG-3 (1)
Main
Main+S
Arbitrary
ACTION: [PDHERRORS | | EBIT J~
Sal—t On/Cfl Peak Maasurements
RX 15S Mbit/s CMI AUG
TX; 155 Mbit/s CMI AUG
Jitter A
Jitter G
Рис. 7.11. Пример результатов измерений собственного джиттера
(прибор Flexacom компании ICT Electronics)
Основным фактором влияния на измерения параметров собственного джиттера является
сам измерительный прибор. Измеряемые параметры джиттера могут быть очень малыми,
98
ГЛАВА 7
поэтому анализатор джиттера должен иметь малый уровень собственного джиттера. Совре-
менное построение цепей позволяет достичь высокой фазовой стабильности модулей анали-
затора - порядка 1 mUI. Некоторые фирмы-производители используют анализаторы с собст-
венным джиттером в 50 mUI и более, что не дает возможности проводить реальные измере-
ния джиттера.
Собственный джиттер прибора и измеренный джиттер системы передачи суммируются
сложным образом в зависимости от спектра и фазы сигнала. Современный уровень техноло-
гии не позволяет создать анализатор с параметром собственного джиттера, равным 0 UI, по-
этому собственный джиттер прибора всегда влияет на результаты измерений. Для компенса-
ции собственного джиттера прибора ряд фирм-производителей используют программные
вычислительные процедуры при обработке данных. Такой метод неэффективен, поскольку
измеряемый джиттер зависит не только от качества цепей анализатора, но и от цикловой
структуры потока и состава сигнала нагрузки. В результате методика программной компен-
сации приводит к значительной погрешности измерений, ошибкам при измерении, невоспро-
изводимое™ результатов.
Таким образом, единственным способом достижения точности при измерениях джитте-
ра является высокое качество анализатора, с малым уровнем собственного джиттера. Но та-
кой анализатор имеет высокую стоимость и габариты. Реализовать в должной мере измере-
ния джиттера в портативных и дешевых приборах практически невозможно.
В качестве примера результатов измерения джиттера на рис. 7.11 показано экранное ме-
ню с результатами измерений. Как видно из рисунка помимо пикового, положительного и
отрицательного стандартных параметров амплитудного джиттера, измеряется максимальный
уровень джиттера за время проведения измерения. Анализ этого параметра может дать пред-
ставление о причине деградации качества связи.
7.7. Измерение максимально допустимого джиттера (MTJ)
Работоспособность цифрового канала или тракта при максимально допустимом входном
джиттере (Maximum Tolerable Jitter - MTJ) проверяется путем подачи на вход канала измери-
тельного сигнала с заданным уровнем джиттера. Значение и частота стрессового джиттера
устанавливаются в соответствии с нормами на максимально допустимый размах синусои-
дального фазового дрожания на входе. Измерения производятся на выходе канала или тракта,
при одновременном измерении параметра ошибки.
Методика измерения допустимого значения джиттера на входе цифрового канала, трак-
та или аппаратуры представлена на рис. 7.12. Параметр MTJ определяется как амплитуда
синусоидального джиттера, который, будучи поданным на вход тракта или аппаратуры, вы-
зывает заданное ухудшение показателя ошибок. Поэтому основу схемы измерений составля-
ет генератор цифровых сигналов (обычно генератор ПСП), на вход которого подается сигнал
от синтезатора с преобразованием АМ/ФМ, что эквивалентно внесению джиттера. На выходе
принимаемый цифровой поток измеряется при помощи анализатора цифрового канала, и с
фиксированием ошибок в канале.
Методология измерений довольно проста:
• на измеряемое оборудование/канал подается тестовый сигнал (обычно ПСП) с внесен-
ным джиттером на определенной частоте;
амплитуда вносимого джиттера варьируется, а на выходе измеряемого оборудова-
ния/канала измеряется параметр ошибки;
• по одному из описанных ниже критериев делается вывод о максимально допустимом
джиттере для данной частоты;
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
99
• измерения повторяются для другой частоты;
• в результате получается зависимость амплитуды максимально допустимого джиттера
(MTJ) от частоты для данного измеряемого оборудования, которая и является предме-
том измерений.
Хронирующий сигнал (шлейфовые измерения)
Рис. 7.12. Схема организации измерений параметра MTJ
Нормированное ухудшение показателя ошибок может выражаться в виде увеличения
коэффициента ошибок по битам (BER) и момента появления ошибок. При проведении изме-
рений необходимо рассмотреть оба критерия, поскольку допуск на входное фазовое дрожа-
ние измеряемого объекта определяется:
• способностью схемы восстановления хронирующего сигнала точно восстанавливать
этот сигнал из информационного потока с джиттером и, возможно, с другими ухудше-
ниями качества (искажение импульсов, переходное влияние, шум и т.д.);
• способностью выдерживать динамически меняющуюся скорость входного цифрового
информационного сигнала (например, способностью к цифровому выравниванию и ем-
костью буферного ЗУ по входу и выходу из синхронизма в асинхронной цифровой ап-
паратуре группообразования).
Критерий увеличения BER позволяет определять воздействие джиттера на схему вос-
становления хронирующего сигнала приемника, что важно для оценки первого фактора. Кри-
терий появления ошибок рекомендуется для оценки второго фактора.
Метод по критерию увеличения параметра BER. Критерий увеличения BER для изме-
рений MTJ определяется как амплитуда джиттера (на заданной частоте), удваивающего BER,
что обусловлено определенным уменьшением отношения сигнал/шум. Процедура метода раз-
деляется на два этапа. На первом этапе определяются два значения BER в зависимости от от-
ношения сигнал/шум в эталонных точках измеряемого канала. При нулевом джиттере к сиг-
налу добавляется шум или сигнал ослабляется до получения нужного первоначального BER.
Затем шум или затухание сигнала снижается до момента, когда BER уменьшится в два раза.
На втором этапе при определенной частоте в испытательный сигнал вводится джиттер
до момента получения первоначально выбранного значения BER. Введенный эквивалентный
100
ГЛАВА 7
джиттер представляет собой точную и воспроизводимую меру параметра MTJ. Второй этап
метода повторяется для достаточного количества частот, чтобы измерение точно показывало
постоянный допуск синусоидального входного джиттера для испытываемого объекта в ис-
пользуемом диапазоне частот. Измерительное устройство должно обеспечивать генерирова-
ние сигнала с изменяемым джиттером, необходимое отношение сигнал/шум в информацион-
ном сигнале и измерение BER испытываемого объекта.
На рис. 7.12 представлена схема измерения, применяемая для метода по критерию уве-
личения BER. Аппаратура, обозначенная пунктирными линиями, используется дополнитель-
но. Дополнительный синтезатор частоты обеспечивает более точное определение частот, ис-
пользуемых для измерения. Дополнительный анализатор джиттера может применяться для
контроля амплитуды вырабатываемого фазового дрожания.
Метод с использованием критерия появления ошибок. Критерий появления ошибок для
измерения MTJ определяется как наибольшая амплитуда джиттера на заданной частоте, обеспе-
чивающая в конечном счете не более двух секунд с ошибками. Секунды суммируются в после-
довательных 30-секундных интервалах, в течение которых амплитуда джиттера возрастала.
При этом методе измененяется частота вносимого джиттера и определяется критическая
амплитуда допустимого джиттера для каждой частоты и амплитуды фазового дрожания ис-
пытательного сигнала, обеспечивающего соблюдение критерия появления ошибок.
Метод включает следующие операции:
• исключение «переходной области» амплитуды джиттера, в которой прекращается без-
ошибочная работа;
• измерение отдельных секунд с ошибками в течение 30 с для каждого увеличения ампли-
туды джиттера, начиная с “переходной области”;
• определение для каждой частоты наибольшей амплитуды джиттера, при которой сум-
марное количество секунд с ошибками не превышает двух.
Процесс повторяется для числа частот, достаточного для того, чтобы измерение точно
отражало допустимый для испытываемого объекта синусоидальный входной джиттер в за-
данном диапазоне частот. Анализатор при этом должен вырабатывать сигнал с управляемым
Рис. 7.13. Графики модели и реальной
характеристики MTJ репитера
джиттером и измерять количество се-
кунд с ошибками, обусловленных этим
джиттером.
Структура маски MTJ. Рассмот-
рим форму маски на максимально до-
пустимый уровень джиттера (MTJ) и
различные факторы, влияющие на ее
форму. В большинстве анализаторов
MTJ форма маски задается самим опе-
ратором в зависимости от типа изме-
ряемого оборудования. Для начала рас-
смотрим поведение зависимости устой-
чивости к джиттеру наиболее простого
компонента оборудования - узкополос-
ной цепи восстановления синхрониза-
ции. Графики реальной устойчивости к
джиттеру и кривой, моделирующей ус-
тойчивость, приведены на рис. 7.13.
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
101
Некоторые устройства имеют
характеристику такого типа, на-
пример, репитеры и регенераторы,
в которых влияние на устойчи-
вость к входному джиттеру опре-
деляется только цепью восстанов-
ления синхронизации. Поскольку
эта цепь является узкополосной,
то для восстановления фазы при-
нимаемого сигнала требуется
большое количество импульсов. В
результате, появление длинных
последовательностей нулей при-
водит к джиттеру, уровень которо-
го зависит от скорости (частоты)
передачи данных. В результате
появляется убывающая зависи-
мость MTJ от частоты на низких
частотах. На высоких частотах Рис. 7.14. Параметр MTJ устройства с подавлени-
основным параметром, опреде- ем джиттера
ляющим уровень джиттера, явля-
ется ширина глазковой диаграм-
мы. MTJ на этом участке практически не зависит от частоты. В результате на низких частотах
зависимость определяется шириной полосы цепи восстановления синхронизации, на высоких
частотах - шириной глазковой диаграммы.
Данная характеристика соответствует наиболее простому устройству, где на параметр
MTJ влияет только одна цепь. В реальном оборудовании таких цепей может быть несколь-
ко. Характеристика MTJ оборудования с несколькими цепями приведена на рис. 7.14 и
7.15. В частности, для ослабления эффекта влияния полосы цепи восстановления синхро-
низации в мультиплексорах и устройствах с подавлением джиттера используются эластич-
ные буферы на входе. В этом случае (рис. 7.14) в характеристике появляется вторая “сту-
пенька”, связанная с шириной глазковой диаграммы в точке дискретизации буфера. В ре-
зультате характеристика MTJ “приподнимается” и устойчивость устройства к входящему
джиттеру увеличивается.
Состав характеристики MTJ мультиплексора (рис. 7.15) определяется многими факто-
рами. На низких частотах основным фактором влияния является ширина полосы ФАПЧ де-
мультиплексора. Для увеличения устойчивости работы демультиплексора к джиттеру на вхо-
де мультиплексора используется эластичный буфер. Вторая “ступенька” определяется про-
цессом стаффинга и его вкладом в параметр джиттера. Поскольку полоса стаффинга сравни-
тельно узкая (несколько килогерц), его влияние будет доминировать в средней зоне характе-
ристики. Наконец, третья “ступенька” характеристики определяется влиянием цепи восста-
новления синхронизации мультиплексора.
Все три перечисленных характеристики вошли в состав требований к устойчивости джит-
тера мультиплексоров PDH. Эти требования были определены ITU-T в рекомендациях G.7xx.
Маска MTJ ITU-T представлена на рис. 7.16 и соответствует характеристике на рис. 7.15.
102
ГЛАВА 7
Амплитуда джиттера
(логарифмический масшиаб)
Рис. 7.16. Параметр MTJ по синусоидальному джиттеру мультиплексора PDH
Методы измерения параметра MTJ. Измерения проводятся в ручном или автоматиче-
ском режиме на нескольких частотах и по результатам выстраивается характеристика реаль-
ного MTJ, которая должна быть расположена выше заданной нормативной характеристики
MTJ (рис. 7.17).
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
103
Рис. 7.17. Пример результата измерений MTJ (анализатор Flexacom)
Обычно в анализаторе MTJ заложено несколько типовых масок этого параметра для
проведения измерений, однако всегда имеется возможность редактирования маски, чтобы
учесть состав оборудования.
Для лабораторного тестирования параметр MTJ является обязательным. При эксплуата-
ционных измерениях необходимость измерений этого параметра зависит от уровня проведе-
ния стрессовых измерений на сети.
Измерения обычно выполняются в режиме с отключением канала и использованием
ПСП в качестве сигнала цифровой нагрузки. Однако для эксплуатационных измерений мо-
жет быть использован режим включения прибора в разрыв и проведение измерений на ре-
альном трафике. В этом случае прибор вносит джиттер в реальную нагрузку. Измерения BER
проводятся с использованием избыточного циклового кода CRC-4.
7.8. Измерение передаточной характеристики
джиттера (JTF)
Передаточная характеристика джиттера (JTF - Jitter Transfer Function) определяется как
приведенная разность между джиттером на выходе и джиттером на входе устройства/канала:
JTF(Z) = 201g
Также как и параметр MTJ, параметр JTF измеряется на определенной частоте. В каче-
стве примера схемы организации измерений на рис. 7.18 представлена схема измерения па-
раметра JTF мультиплексора SDH. Анализатор JTF входит в состав анализатора SDH.
Принцип организации измерений достаточно прост: во входящий цифровой поток до-
бавляется джиттер определенной амплитуды и анализируется на выходе. Вариация частоты
дает характеристику зависимости параметра JTF от частоты. На результаты измерений суще-
ственное влияние оказывают собственный джиттер устройства/канала и джиттер, вносимый
анализатором JTF.
104
ГЛАВА 7
Рис. 7.18. Схема организации измерений параметра JTF
В отличие от маски MTJ маска JTF представляет собой две зависимости для верхнего и
нижнего уровня JTF. Реальная кривая параметра JTF должна располагаться между этими
двумя кривыми маски (рис. 7.19). На рис. 7.19 представлен вариант результата измерений
параметра JTF, выполненный на анализаторе SDH.
Рис. 7.19. Вид маски параметра JTF и расположение реальной характеристики параметра
(слева) и реальный результат измерения параметра JTF анализатором SDH Flex-
acom (ICT))
Тх 156620000 bk/a
RX 155520000 ЬЙ/»
I G.868 (А) I МВЕЯ
7.9. Вопросы методологии измерений джиттера
составного канала
Выше рассматривалась методология измерений джиттера для простых участков цифро-
вых систем передачи и отдельных устройств в составе таких каналов. В реальной практике
обычно приходится иметь дело с составными каналами цифровых систем передачи. В этом
случае практически невозможно определить точно нормы на джиттер. Это обусловлено са-
мой природой джиттера и его связью с фазовыми характеристиками распространения сигна-
ла. При разработке методологии измерений параметров джиттера в составном канале цифро-
вых систем передачи обычно рассматриваются модели взаимовлияния параметров различных
систем передачи. На основании анализа рассмотренных процессов разрабатываются нормы
на параметры цифровой системы передачи и методология их измерений.
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
105
Таким образом, общая методология измерений параметров джиттера в составном канале
находится пока в стадии исследования. Можно выделить лишь несколько основных подходов
к рассмотрению джиттера в составном канале:
• нормы на параметры джиттера в канале должны специфицироваться в зависимости от
скорости цифровой передачи;
• джиттер не обязательно накапливается в цифровой системе по заданному закону. Неко-
торые устройства в цифровой системе передачи, такие как оборудование TDM, мульти-
плексоры и т.д., могут выступать в роли компенсаторов джиттера;
• если джиттер во входящем потоке превышает допустимый параметр MTJ устройства, в
системе могут возникнуть битовые ошибки. Поэтому при рассмотрении цифровой системы
передачи необходимо рассчитывать вероятность превышения джиттером предела MTJ;
• длина участков цифровой системы передачи практически мало влияет на параметр
джиттера, гораздо сильнее влияет состав системы передачи и характеристики входящих
в нее устройств.
Практически все перечисленные выше параметры устройств (собственный джиттер,
MTJ и JTF) влияют на суммарный параметр джиттера в составном канале. В качестве иллю-
страции на рис. 7.20 представлена схема участка цифровой системы передачи с перечислени-
ем параметров, влияющих на общий уровень джиттера в цифровой системе передачи.
Рис. 7.20. Влияние различных параметров на уровень джиттера
в составном канале цифровой системы передачи
7.10. Методология измерений вандера
Методология измерений вандера проста и может быть реализована в портативных при-
борах. Параметр вандера имеет явную эксплуатационную ценность, а последствия вандера
можно компенсировать в отличие от последствий джиттера. Вандером называется изменение
частоты принимаемого сигнала с большим периодом. Поскольку период изменения частоты
достаточно большой, то уровень вандера может фиксироваться визуально при измерениях
частоты цифровой передачи.
106
ГЛАВА 7
Рассмотрим методологию измерений параметра вандера. Для этого вновь обратимся к
рассмотрению процесса изменения частоты передаваемого/принимаемого сигнала (рис. 7.21).
Основным результатом воздействия джиттера на цифровые устройства является сбой в рабо-
те петлей ФАПЧ и, как следствие, возникновение ошибок цифровой передачи. Исключить
такие ошибки без изменения параметров ФАПЧ или устранения причины возникновения
джиттера практически невозможно. В результате возникает парадоксальная ситуация, когда
ясно, что параметр не в норме, но точно ответить, насколько он влияет на параметры качест-
ва цифровой передачи и сделать что-либо нельзя. Как следствие, возникают определенные
сомнения в ценности параметра джиттера для целей эксплуатации.
Размер эластичного
буфера
Максимальная частота
Минимальная частота
Время, t
Рис. 7.21. Влияние вандера на параметры цифровой системы передачи
В отличие от джиттера вандер приводит к переполнению буферов приемных устройств
и появлению проскальзываний. Поскольку речь идет об изменении частоты принимаемого
сигнала с большим периодом, невозможно каким-либо способом компенсировать воздейст-
вие вандера. Такой эффект называют “прозрачной трансляцией” вандера по сети. Основное
воздействие вандера связано с системой синхронизации. Выделенный синхросигнал из при-
нимаемого потока, содержащего вандер, может привести к существенной деградации пара-
метров системы синхронизации, поэтому системные измерения параметров вандера делаются
при анализе систем синхронизации.
При эксплуатации цифровых систем передачи анализ вандера делается параллельно с
анализом частоты передачи информации. Вандер в этом случае рассматривается как перио-
дическое колебание частоты передачи. Для более детального рассмотрения влияния вандера
рассмотрим механизм возникновения проскальзываний.
Проскальзыванием называется повторение или исключение группы символов в син-
хронной или плезиохронной последовательности двоичных символов в результате различия
между скоростями считывания и записи в буферной памяти. Механизм возникновения про-
скальзываний достаточно прост и представлен на рис. 7.22.
Цифровое устройство 1 генерирует цифровой сигнал с частотой /ь который записывает-
ся в оперативную память эластичного буфера, и из него считывается приемным цифровым
устройством 2 с частотой/г- Частоты передачи и считывания определяются частотой задаю-
щих тактовых генераторов (ТГ1 и ТГ2 соответственно). Если буфер постепенно пере-
полняется, что приводит к потере информации в размере емкости буфера и возникает поло-
жительное проскальзывание. Если же/1<Л, то цифровое устройство 2 рано или поздно начнет
считывать информацию с дублированием битов (повторное считывание), что приведет к от-
рицательному проскальзыванию.
При отсутствии эластичного буфера проскальзывания возникают по мере накопления
фазового сдвига сигналов передачи и приема. В этом случае в зависимости от среднего уров-
ня рассинхронизации будут возникать битовые проскальзывания, т.е. ошибки в считывании
ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ДЖИТТЕРА
107
бита. Современные цифровые сигналы в области связи структурированы (как правило, на
циклы или кадры). Битовые проскальзывания будут нарушать цикловую синхронизацию, в то
время как с точки зрения алгоритмов взаимодействия цифровых устройств наиболее жела-
тельным являются цикловые проскальзывания, приводящие к потере цикла информации, од-
нако не нарушающие цикловой синхронизации. Например, одно битовое проскальзывание
приводит в современных цифровых АТС к потере до трех циклов информации, что необхо-
димо для восстановления цикловой синхронизации. Такие проскальзывания называются не-
управляемыми. Эластичные буферы используются для управления проскальзываниями с це-
лью сохранения цикловой синхронизации.
Рис. 7.22. Механизм возникновения проскальзываний
Влияние вандера фактически будет означать периодическую вариацию частоты f\ в схе-
ме на рис. 7.22, при этом эластичный буфер будет сначала заполняться в течение полуперио-
да вандера, затем опустошаться. При большом размере эластичного буфера памяти вандер не
воздействует на параметры цифрового канала. Отсюда следует важный вывод: последствия
вандера могут быть компенсированы путем расширения размера эластичного буфера
памяти. Это является очевидным аргументом в пользу рассмотрения вандера, как важного
эксплуатационного параметра, который не только позволяет обнаружить причину деградации
качества связи, но и предпринять определенные меры по ликвидации такой деградации.
Минимальный размер буфера, необходимый для компенсации вандера, можно опреде-
лить как
т/
/2
О
Поскольку буфер начинает заполняться с середины, в выражение введен коэффициент 2.
Фактически значение интеграла соответствует площади под кривой рис. 7.21.
Измерения вандера делятся на два класса: системные измерения, связанные с анализом
параметров системы синхронизации, и эксплуатационные измерения. Технология системных
измерений будет подробно рассмотрена отдельно, здесь лишь укажем, что такие измерения
крайне существенны для современных цифровых сетей.
Эксплуатационные измерения связаны с параллельными измерениями частоты прини-
маемого сигнала и ее вариаций - вандера. В большинстве портативных анализаторов PDH до
последнего времени было реализовано только измерение частоты без анализа его вариаций и
только в последнее время появились несколько анализаторов с функцией измерения вандера,
включающие в измерения помимо частоты принимаемого сигнала еще два параметра: мак-
симальной и минимальной частоты за период измерений. Три параметра - текущая частота,
максимальная частота и минимальная частота - позволяют оперативно идентифицировать
наличие или отсутствие вандера в системе передачи.
108
ГЛАВА 7
ЕТ- 000:50:21 RT- CONTINU
FRM- РСМ-30 COD- HDB3
LINE 1 - FREQUENCY
NEG 0 POS
----+----+ -- +— + -
RCV/hz: 2048000 CKSLIP: 0
MAX/hz: 2048000 +WANDR: 0
MIN/hz: 2048000 -WANDR: 0
PAGE-UP PAGE-DN STOP more
Рис. 7.23. Экран портативного анализатора
SunSet ЕЮ (компания Sunrise
Telecom)
Для оценки уровня вандера исполь-
зуется анализ эквивалентных битовых
проскальзываний, т.е. проскальзываний
в пересчете на 1 бит буфера, вызванных
увеличением или уменьшением частоты.
Анализ периода вандера в этом случае
производится визуально, что вполне
достаточно для портативных устройств.
В качестве примера на рис. 7.23 показа-
но экранное меню портативного анали-
затора ИКМ с функцией измерения ван-
дера - SunSet ЕЮ. Наглядно видно, что
в спецификацию измерений включены
параметры частоты принимаемого сиг-
нала (RCV), максимальной (МАХ) и
минимальной (MIN) частоты, общего
количества битовых проскальзываний
(CKSLIP), положительного (+WANDR)
и отрицательного (-WANDR) вандера.
Для визуального контроля вандера име-
ется своего рода “планка” смещения частоты, по краям которой расположены указатели на
положительное (POS) и отрицательное (NEG) смещение частоты.
Помимо описанных выше методов эксплуатационной оценки параметров вандера для
анализа систем синхронизации получили широкое распространение методы точного анализа
параметров вандера. К таким параметрам относятся ошибка временного интервала (Time In-
terval Error - TIE) и максимальная ошибка временного интервала (Maximum Time Interval
Error - MTIE). Измерение этих параметров требует внешнего источника синхронизации, в
качестве которого обычно используется лабораторный источник GPS.
Рис. 7.24. Анализ параметров вандера
Структура измеряемых параметров, а также варианты полученных результатов пред-
ставлены на рис. 7.24.
8. ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-
ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
8.1. Измерения, проводимые на волоконно-оптических
линиях связи
Рассмотрение вопроса об измерениях сред распространения сигнала в телекоммуника-
циях начнем с технологии измерений оптических кабелей. Современные технологии высоко-
скоростной передачи основаны в первую очередь на использовании оптоволоконных сред,
обеспечивающих максимально возможную пропускную способность. Предполагается, что в
ближайшем будущем оптоволоконные среды передачи полностью вытеснят электрические
кабели, которые будут использоваться только на абонентских участках, хотя в ряде развитых
стран уже сейчас коммунальное строительство учитывает прокладку оптоволоконных кабе-
лей до пользователя.
Новая технология оптоволоконных сред передачи быстро развивается, наиболее пер-
спективна и измерения в этой области являются наиболее важными.
Типовая схема волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) представлена на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Типовая схема волоконно-оптической линии связи
В состав ВОСП входят: оптический передатчик или генератор сигнала, интерфейс опти-
ческого генератора, оптическое волокно или кабель с характерными местами сопряжения
различных кабелей и сварок и неоднородностями, промежуточные станции или ретранслято-
ры, оптический приемник сигнала, система передачи, принимающая электрический сигнал, и
аппаратура сопряжения, обеспечивающая преобразование электрического сигнала в оптиче-
ский. Наиболее существенными для измерений в ВОСП являются параметры оптического
волокна, точки соединения с аппаратурой передачи/приема и регенерации, места сопряжения
различных кабелей и сварочные соединения, а также возможные неоднородности в кабелях,
которые обычно служат основной причиной деградации качества связи.
Общая теория волоконно-оптических систем передачи, а также нормы и требования к
оптическим кабелям довольно полно описаны в отечественной технической литературе (на-
пример, в [19-24]) и здесь упоминаются только в контексте измерений оптоволоконной среды
передачи.
В анализе оптоволоконных кабелей и узлов существенно различаются две категории за-
дач: промышленный и эксплуатационный анализ. При промышленном анализе измеряются
узлы и параметры кабелей перед укладкой. Измерения этого класса проводятся при разра-
110
ГЛАВА 8
ботке нового оборудования, в процессе производства оптических кабелей и при подготовке
кабелей к укладке для определения соответствия характеристик кабеля заданным нормам
(анализ кабелей в бухтах). Параметры и характеристики оптических кабелей и аппаратуры
линейного тракта, поставляемых предприятиями-изготовителями, измеряют в производст-
венных условиях и оформляют в виде паспортных данных, которые должны соответствовать
действующим нормам ГОСТ и ТУ.
Промышленный анализ кабелей включает измерения следующих параметров:
• погонное затухание в оптическом волокне;
• полоса пропускания и дисперсии,
• длина волны отсечки;
• профиль показателя преломления,
• числовая апертура;
• диаметр модового поля;
• геометрические и механические характеристики оптоволоконного кабеля;
• энергетический потенциал и чувствительность фотоприемного устройства;
• уровни оптической мощности устройств.
Эти измерения, требующие высокой точности и автоматизации, выполняются систем-
ным измерительным оборудованием.
Эксплуатационный анализ оптических кабелей и узлов включает в себя измерения в
процессе прокладки кабеля и на этапе эксплуатации. При прокладке кабелей необходимы
пошаговые измерения участков кабелей, характеристик участков сварок и сопряжения ка-
бельных сетей, а также измерения развернутой кабельной сети на этапе приемосдаточных
испытаний и паспортизации кабельного хозяйства и ВОСП. При этом измеряют затухание,
вносимое сростками кабелей, затухание оптических волокон, а также уровни мощности оп-
тического излучения на выходах передающих и входах приемных оптоэлектронных модулей.
Затухание оптических волокон измеряется в обоих направлениях передачи на участках
регенерации, что позволяет учесть различия значений измеряемых величин, обусловленные
неоднородностями, и выбрать оптимальный вариант использования волокон кабеля. Кроме
того, определяют функцию распределения неоднородностей по длине участка регенерации.
Данные по распределению неоднородностей оформляют в виде графика и заносят в соответ-
ствующий паспорт. Паспорт участка регенерации должен иметь схему соединения волокон в
каждой соединительной муфте, измеренные значения уровней оптической мощности на вхо-
дах и выходах блоков линейных регенераторов, коэффициентов ошибок, а также затухание в
обоих направлениях передачи.
Эксплуатационные измерения делятся на профилактические, аварийные и контрольные.
Аварийные измерения включают в себя быструю локализацию точек деградации качества
кабельной сети. Например, в случае обрыва кабеля необходимо с высокой степенью точности
и оперативности локализовать точку обрыва, расконсервировать кабель, заменить повреж-
денный участок, произвести сварку и затем полностью измерить характеристики полученно-
го сварочного стыка и восстановленного кабеля. Профилактические и контрольные измере-
ния могут выполняться с помощью специально встроенных в аппаратуру линейного тракта
контрольно-измерительных устройств.
Спецификация эксплуатационных измерений кабелей включает
• измерение уровней оптической мощности;
• измерение переходного затухания;
• определение места и характера повреждения оптоволоконного кабеля;
• стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
Задачи эксплуатационного анализа выполняются эксплуатационным измерительным
оборудованием.
Отдельно от задач промышленного и эксплуатационного анализа стоят задачи калиб-
ровки и поверки эксплуатационного измерительного оборудования. Необходимость регуляр-
ной калибровки и поверки требует применения системного измерительного оборудования,
сходного по характеристикам с оборудованием, используемым для промышленного анализа.
8.2. Измерительная техника для эксплуатационных
измерений ВОСП
Для анализа волоконно-оптической среды передачи применяются:
• оптические измерители мощности;
• стабилизированные источники сигнала;
• визуальные дефектоскопы;
• измерители потерь в оптической линии;
• перестраиваемые оптические аттенюаторы;
• оптические рефлектометры;
• анализаторы возвратных потерь,
• переговорные устройства;
• кабельные идентификаторы;
• микроскопы.
Дополнительно в системном оборудовании тестирования оптических кабелей исполь-
зуются перестраиваемые оптические рефлекторы и оптические переключатели.
Системное и эксплуатационное оборудование для анализа оптических кабелей отлича-
ется точностью измерений и техническими характеристиками (например, портативностью).
Функциональность оборудования при этом одинакова
Оптические измерители мощности
Оптические измерители мощности (Optical Power Meter - ОРМ) используются для изме-
рения оптической мощности сигнала, а также затухания в кабеле. Они являются столь же
распространенным прибором для специалистов, связанных с оптоволоконными системами,
как мультиметр для инженеров-электронщиков.
Оптические измерители мощности обеспечивают как измерение кабельных линий, так и
анализ работы оборудования, передающего сигнал в оптическую линию. В паре со стабили-
зированным источником сигнала оптический измеритель мощности обеспечивает измерение
затухания - основного параметра качества оптической линии Особенно важным классом
измерений для ОРМ является измерение параметров узлов оптической линии - участков ка-
беля, интерфейсов, сварочных узлов, аттенюаторов и т.д.
Основными параметрами оптических измерителей мощности являются:
• тип детектора,
• линейность усилителя;
• точность и график необходимой калибровки;
• динамический диапазон, точность и линейность работы,
• возможность поддержки различных оптических интерфейсов.
Наиболее важным элементом оптического измерителя мощности является оптический
детектор, определяющий характеристики самого прибора. Оптический детектор представляет
112
ГЛАВА 8
собой твердотельный фотодиод, который принимает входной оптический сигнал и преобра-
зует его в электрический сигнал заданной интенсивности. Полученный электрический сигнал
проходит через аналогово-цифровой преобразователь на сигнальный процессор, где произво-
дится пересчет полученного электрического сигнала в соответствии с характеристикой твер-
дотельного фотодиода в единицы измерений (дБм или Вт), представляемые затем на экране
прибора (рис. 8.2). Для обеспечения стабильной работы твердотельного фотодиода использу-
ется термостабилизирование.
Рис. 8.2. Схема устройства оптического измерителя мощности
Основной характеристикой прибора является характеристика зависимости выходного
сигнала фотодиода от мощности входного оптического сигнала на разных длинах волн, точ-
нее равномерность этой характеристики. В зависимости от этого сигнальный процессор в
большей или меньшей степени должен компенсировать возможную нелинейность характери-
стики. В результате, если характеристика фотодиода сильно неравномерна, для ее компенса-
ции сигнальный процессор должен иметь более сложную структуру. Более высокотехноло-
гичный фотодиод имеет более равномерную характеристику, тогда сигнальный процессор
может быть довольно простым. При разработке ОРМ основным вопросом является выбор
“золотой середины” между стоимостью высокотехнологичного фотодиода и сложно-
стью/стоимостью сигнального процессора. Необходимо также учитывать, что некачествен-
ный фотодиод может иметь низкую стабильность характеристики по времени, что потребует
регулярной калибровки прибора.
Другой важной характеристикой фотодиодов является спектральная характеристика, т.е.
зависимость эффективности работы фотодиода от длины волны передаваемого сигнала, где
эффективность работы фотодиода определяется отношением тока на выходе к мощности при-
нимаемого сигнала. Эта характеристика определяет диапазон использования различных фото-
диодов в приборах. На рис. 8.3 представлены характеристики для трех основных типов фото-
диодов: кремниевого (Si), германиевого (Ge) и на основе сплава арсенида галлия (InGaAs).
Длина волны, нм
Рис. 8.3. Характеристики зависимости
выходного сигнала фотодио-
да от длины волны прини-
маемого сигнала
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
113
Из рисунка видно, что кремниевый фотодиод может с успехом использоваться при изме-
рениях оптического сигнала от 800 до 900 нм. На практике, оптические измерители мощности,
использующие этот тип детектора, калиброваны на более широкий диапазон - от 400-450 до
1000 нм. Для измерений в одномодовых волоконных кабелях 1310 и 1550 нм, получивших
наибольшее распространение в современных системах связи, обычно используются германие-
вые детекторы или фотодиоды на основе сплава LnGaAs. Соответственно, ОРМ с такими фо-
тодиодами калиброваны в диапазонах от 780 до 1600 нм для Ge и от 800 до 1700 нм для 1п-
GaAs. Учитывая, что детекторы на основе Ge и InGaAs имеют сходную полосу пропускания,
возникает закономерный вопрос о преимуществах и недостатках того или другого фотодиода.
Из рисунка видно, что детекторы на основе InGaAs имеют более широкий спектр измерения
по длинам волн, что позволяет создавать универсальные ОРМ, калиброванные на все три дли-
ны волны: 850, 1310 и 1550 нм.
Важным параметром ОРМ является устойчивость его работы при различных уровнях
шумов. Основными источниками шумов в оптических детекторах являются квантовый
шум, остаточный ток и поверхностный ток утечки. Квантовый шум обусловлен статисти-
ческой конверсией фотонов в электроны на поверхности детектора. Остаточным током
называется поток заряженных частиц при отсутствии светового сигнала Ток утечки зави-
сит от наличия дефектов на поверхности детектора, чистоты поверхности и напряжения
смещения. У детекторов на основе сплава InGaAs остаточный ток намного меньше, чем у
детекторов на основе Ge. Дополнительным фактором увеличения уровня шумов является
температура (температурный шум). Так например, остаточный ток детекторов на основе
Ge значительно зависит от температуры, для детекторов InGaAs практически не зависит.
Таким образом ОРМ на основе детекторов InGaAs могут устойчиво работать в широком
диапазоне температур без необходимости дополнительной стабилизации. Так как детекто-
ры InGaAs довольно дорогие, при прокладке и эксплуатации оптических кабелей в поле-
вых условиях широкое распространение получили ОРМ на основе Ge, поскольку они
имеют эффективное соотношение цена/качество. ОРМ на основе InGaAs используются в
основном в лабораториях для проведения измерений с высокой точностью, но могут ус-
пешно использоваться и при эксплуатации.
Другим важным параметром ОРМ является принцип работы усилителя электрического
сигнала детектора, который оказывает влияние на линейность работы ОРМ, его чувствитель-
ность и функциональность. В практике современной техники усиления используются два
основных принципа логарифмическое и линейное. Использование логарифмического усиле-
ния не обеспечивает должной точности измерений и характеризуется рядом недостатков. Так
приборы с логарифмическим усилителем не позволяют представлять результаты измерений в
Вт, а технология логарифмического усиления, использующая обычно транзисторный р-n пе-
реход, приводит к дополнительной зависимости работы усилителя от температуры. Для про-
ведения измерений на нескольких длинах волн логарифмические усилители требуют до 4-6
потенциометров, что также приводит к нежелательным последствиям из-за окисления потен-
циометров. Таким образом, использование принципов логарифмического усилителя приво-
дит к низкой точности ОРМ и необходимости частой калибровки прибора.
Всех перечисленных недостатков практически лишены усилители, построенные на ос-
нове линейного усиления. Обычно линейные усилители хорошо стабилизированы, что по-
зволяет компенсировать как ошибки начального сдвига, так и сдвиг сигнала в процессе изме-
рений из-за климатических и прочих причин Современные ОРМ содержат специально ка-
либрованные данные в EEPROM, которые используются в режиме автокалибровки линейных
усилителей в процессе измерений.
114
ГЛАВА 8
Точность измерений и график калибровки для оптических измерителей мощности явля-
ется еще одним важным параметром, поскольку в зависимости от точности изготовления
детектора и параметров работы усилителя его характеристики могут изменяться. Этот пара-
метр определяет стабильность работы прибора в процессе эксплуатации. Как уже отмечалось
выше, приборы, имеющие линейный усилитель и систему автокалибровки, являются пред-
почтительными еще и потому, что не требуют частой поверки.
Наиболее существенными характеристиками ОРМ, которые необходимо учитывать
при выборе приборов, являются динамический диапазон, разрешающая способность и
линейность работы. Все перечисленные параметры напрямую связаны с описанными
выше параметрами элементов ОРМ. Самым важным критерием выбора ОРМ являются
линейность его работы и точность. Под точностью понимается метрологическая точ-
ность, т.е. соответствие между измеренным значением параметра и значением, измерен-
ным эталонным калиброванным прибором. Линейность прибора определяется стабильно-
стью результатов измерений в зависимости от уровня сигнала, температуры, разрешения
по длине волны и т.д.
Возможность поддержки различных оптических интерфейсов в современных оптиче-
ских системах передачи также является важным условием выбора прибора. Современные
оптоволоконные сети используют различные оптические интерфейсы (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Наиболее распространенные типы оптических интерфейсов
Все перечисленные параметры определяют характеристики оптических измерителей
мощности, представленных на отечественном рынке. Перечень предлагаемого на мировом и
отечественном рынке оборудования этого класса представлен в табл. 8.1. Здесь же представ-
лен внешний вид основных моделей приборов. Более подробную информацию о параметрах
приборов можно найти по указанным в таблице адресам в Интернете.
Стабилизированные источники оптического сигнала
Стабилизированные источники оптического сигнала (Stabilized Light Source - SLS) вы-
полняют роль ввода в оптическую линию сигнала заданной мощности и длины волны. Опти-
ческий измеритель мощности принимает этот сигнал и, таким образом, оценивается уровень
затухания, вносимого оптическим кабелем. Иногда в качестве стабилизированных источни-
ков оптического сигнала используются источники сигнала линейного оборудования. Это
имеет место в уже развернутой работающей сети.
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
115
Таблица 8.1. Характеристики оптических измерителей мощности
Модель OLP-15B, 16В, 18В OLP-5, 6, 8 AQ2150
Производитель Actema Actema Ando
Внешний вид
Характеристики www.actema.com www.actema.com www.ando.com www.telserv.rn
Модель ML9002A RA-3 Серия 300
Производитель Anritsu Datacom Textron EigenLight
Внешний вид
Характеристики www. anritsu. com www.datacom.textron.com www. eigenlight. com
Модель FOT-02 FOT-10A/20A FOT-90A
Производитель EXFO EXFO EXFO
Внешний вид 1 ИЦг
Характеристики www.exfo.com;www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru www.exfo.com;www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru www.exfo.com;www.tt.rnwww.alkorfiberoptics.ru
Модель FOT-920 FM300/310 M702/712
Производитель EXFO Fotec Fotec
Внешний вид * НИ?
Характеристики www.exfo.com;www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru www.fotec.com www.fotec.com
Модель 1202 1204 1206
Производитель FOD FOD FOD
Внешний вид 1
Характеристики www.fods.com www.fods.com www.fods.com
116
ГЛАВА 8
Продолжение табл. 8.1
Модель GN-6000 мюо KI6000
Производитель GN Nettest INFOS Kingfisher International
Внешний вид J 1 1
Характеристики www.gnnettest.com www.syrus.ru www.infos-inc.com www.kingfisher.com.au
Модель KI7600 АЛМАЗ-21 OmniFiber
Производитель Kingfisher International ЛОНИИР Microtest
Внешний вид КщяЯ
Характеристики www.kingfisher.com.au www.loniir.ru www.pr-group.ru www.microtest.com
Модель ОРМ-6 ОРМ-1 OPM-4
Производитель Noyes Noyes Noyes
Внешний вид 1 t жми 11 1 It
Характеристики www.noyes-fiber.com www.noyes-fiber.com www.noyes-fiber.com
Модель OPM-5 ПТ-2010 ПТ-2000
Производитель Noyes Перспективные техноло- гии Перспективные технологии
Внешний вид ЛвшввЖ* 1 ' Jr- ~ --Я 1 *
Характеристики www.noyes-fiber.com www.fiberoptic.nm.ru www.fiberoptic.nm.ru
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
117
Окончание табл. 8.1
Модель 235/225/237А/230/228/238 205A/208/218
Производитель Photom Photom
Внешний вид
F F
Характеристики www.haktronics.co.jp www.telserv.ru www.haktronics.co.jp www.telserv.ru
Модель TECHLITE 523B
Производитель Photonix RIFOCS
Внешний вид * ы хшшЯ
Характеристики www.photonixtechnologies.c от www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru
Модель 557В 558
Производитель RIFOCS RIFOCS
Внешний вид
Характеристики www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru
Модель Т339 FM-серия
Производитель Wilcom Wilcom
Внешний вид ИИГ "WH
1' 0| НИ звё В ©
Характеристики www.wilcominc.com www.wilcominc.com
www.haktronics.co.jp
www.telserv.ru
_______555В
RIFOCS
www.rifocs.com
www.fiberoptic.nm.ru
522В___________
RIFOCS
www.rifocs.com
www.fiberoptic.nm.ru
211
Photom
118
ГЛАВА 8
Структурная схема стабилизированного источника оптического сигнала представлена на
рис. 8.5.
Рис. 8.5. Схема устройства стабилизированного источника оптического сигнала
Основным элементом SLS является излучатель, являющийся источником оптического
сигнала. Стабильность генерируемого сигнала излучателя поддерживается путем регулиро-
вания тока излучателя по сигналу рассогласования источника опорного напряжения и напря-
жения эталонного фотоприемника. Фотоприемник служит для контроля мощности, генери-
руемой излучателем. Для этого часть излучаемого оптического сигнала через оптический
ответвитель подается на эталонный фотоприемник. Стабилизация рабочей точки излучателя
осуществляется компаратором. Температурный режим работы излучателя поддерживается
термостабилизатором. В ряде методик измерения параметров оптических систем передачи
используются модулированные оптические сигналы, для обеспечения генерации которых в
состав SLS включается коммутатор, обеспечивающий модуляцию оптического сигнала за
счет управления током излучателя от внешнего или внутреннего генератора.
Стабилизированные источники сигнала различаются по типам используемого излучате-
ля: лазерные источники, светодиодные источники (LED).
Эти источники отличаются, главным образом, характеристикой добротности источника
- шириной полосы излучения. Лазерные источники имеют самую высокую добротность, ис-
точники белого света - самую низкую.
На рис. 8.6 показана сравнительная характеристика добротности лазерного и светодиод-
ного источника сигнала.
Лазерные источники оптического сигнала
Эти источники имеют узкую полосу излучения и генерируют практически монохромати-
ческий сигнал. В отличие от светодиодных источников сигнала лазерные источники не имеют
постоянной характеристики в излучаемом диапазоне. Характеристика лазерного источника
имеет несколько дискретных частот излучения по краям основной частоты. Спектральная ха-
рактеристика лазерных источников характеризуется значительной неравномерностью, что
может приводить к искажениям при измерениях. Эти источники самые мощные, однако самые
дорогие. Они используются для измерения оптических потерь в одномодовом кабеле на боль-
шом расстоянии (уровень потерь более 10 дБ). Для измерения многомодовых кабелей исполь-
зование лазерных источников обычно не рекомендуется из-за дисперсии в кабеле.
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
119
Рис. 8.6. Спектральная характеристика лазерного и светодиодного источника
Перечень предлагаемого на мировом и отечественном рынке оборудования этого класса
представлен в табл. 8.2.
Таблица 8.2. Характеристики лазерных источников сигнала
Модель OLS-1515 Duallaser FLS-110
Производитель Actema Datacom Textron EXFO
Внешний вид Its ' в
Характеристики www.actema.com www.datacom.textron.com www.exfo.com www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru
Модель FLS-210A FLS-130A 1207/08/09/10/11
Производитель EXFO EXFO FOD
Внешний вид )|||^
Характеристики www.exfo.com www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru www.exfo.com www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru www.fods.com
120
ГЛАВА 8
Окончание табл. 8.2
Модель 2114 GN-6025 АЛМАЗ-11
Производитель FOD GN Nettest ЛОНИИР
Внешний вид Jb
w
Характеристики www.fods.com www.gnnettest.com www.syrus.ru www.loniir.ru www.pr-group .ru
Модель KI7400 KI7800 OmniFiber
Производитель Kingfisher International Kingfisher International Microtest
Внешний вид 1
Характеристики www.kingfisher.com.au www.kingfisher.com.au www.microtest.com
Модель OLS-2 OLS-3 380H/382H/383H/385H
Производитель Noyes Noyes Photom
Внешний вид J
Характеристики www.noyes-fiber.com www.noyes-fiber.com www.haktronics.co.jp www.telserv.ru
Модель 362/363 262A 265A/266A
Производитель Photom RIFOCS RIFOCS
Внешний вид T Ай , /® 1 ш T ** Я
Хар актеристики www.haktronics.co.jp www.telserv.ru www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
121
Светодиодные оптические источники
Светодиодные оптические источники сигнала (LED) имеют спектр излучения обычно в
пределах 50-200 нм. В светодиодных источниках используется принцип спонтанного излуче-
ния света, поэтому сигнал светодиода является некогерентным и спектрально более одно-
родным. Для стабилизации уровня выходной мощности LED достаточно стабилизировать
цепь питания источника, поэтому светодиодные источники отличаются повышенной ста-
бильностью выходного уровня. Светодиодные источники сигнала дешевле лазерных и часто
применяются для анализа потерь в кабелях малой длины, например, в приложениях анализа
кабелей локальных вычислительных сетей (LAN). Однако использование их для анализа наи-
худшего случая распространения сигнала, когда нужна значительная мощность передаваемо-
го сигнала, нецелесообразно. Перечень оборудования этого класса представлен в табл. 8.3.
Таблица 8.3- Характеристики светодиодных источников сигнала
Модель 0LS-5, 6 DualLed FLS-110
Производитель Actema Datacom Textron EXFO
Внешний вид I" J (^1^1
Характеристики www.actema.com www.datacom.textron.com www.exfo.com www.tt.ru www.alkorfiberoptics.rn
Модель FLS-210A FLS-210B MLS
Производитель EXFO EXFO EXFO
Внешний вид •
Характеристики www.exfo.com www.tt.rnwww.alkorfiberoptics.rn www.exfo.com www.tt.ru www.alkorfiberoptics.rn www.exfo.com www.tt.ru www. alkorfiberoptics. ru
Модель FS300 FS370 GN-6025
Производитель Fotec Fotec GN Nettest
Внешний вид . * 1 * 1 ' 1 * “1 »[ я
Характеристики www.fotec.com www.fotec.com www.gnnettest.com www.syms.rn
122
ГЛАВА 8
Окончание табл. 8.3
Модель KI8000 АЛМАЗ-21 OmniFiber
Производитель Kingfisher International ЛОНИИР Microtest
Внешний вид ждНаЦВ
Характеристики www.kingfisher.com.au www.loniir.ru www.pr-group.ru www.microtest.com
Модель OLS-1 370Н 351/352
Производитель Noyes Photom Photom
Внешний вид sr ЛИяйЯ A/’-JSSsi
Характеристики www.noyes-fiber.com www.haktronics.co.jp www.telserv.ru www.haktronics.co.jp www.telserv.ru
Модель 253A 255А/256А/257А 252A/B
Производитель RIFOCS RIFOCS RIFOCS
Внешний вид ^*9 f i /W|W jL fir
Характеристики www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru www.rifocs.com www. fiberoptic .nm.ru www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru
Модель T363
Производитель Wilcom
Внешний вид I wHceft jKg
Характеристики www.wilcominc.com
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
123
Основными техническими характеристиками стабилизированных источников являются:
стабильность работы, выходная мощность и частота модуляции.
Стабильность работы SLS включает в себя как стабильность по выходному уровню, так
и спектральную стабильность в зависимости от времени и температуры и является основной
технической характеристикой SLS. Стабильность работы во времени определяет частоту ка-
либровки SLS, а температурная стабильность является характеристикой применимости при-
бора в эксплуатационных измерениях. Данные параметры прибора зависят как от самого ис-
точника оптического сигнала, так и от механизма ввода оптического сигнала в волоконно-
оптический кабель. Наиболее существенным внешним фактором воздействия на работу SLS
является температура, это особенно важно для лазерных источников сигнала. Для компенса-
ции температурного воздействия в SLS обычно используется термостатирование.
Выходная мощность SLS зависит от параметров источника сигнала и от эффективности
механизма ввода оптического сигнала в кабель. В лазерных источниках сигнала обеспечива-
ется высокая эффективность ввода (до 30%) за счет использования специального загрузочно-
го кабеля (pigtail), что увеличивает их стоимость. В светодиодных SLS, представляющих бо-
лее дешевые средства, эффективность ввода невелика и составляет обычно 5 %.
Ширина спектральной характеристики лазерных источников сигнала составляет обычно
2-5 нм, для светодиодных - 30-100 нм (некоторые модели обеспечивают до 170 нм на длине
волны 1310 нм). Большая спектральная характеристика приводит к значительным ошибкам
при передаче, главным образом за счет воздействия дисперсии.
Предельная частота модуляции определяется временем нарастания и спада сигнала. Ес-
ли время нарастания сигнала связана с работой цепей питания, то время спада определяется
характеристиками источника. Наиболее высокую частоту модуляции сигнала обеспечивают
лазерные источники.
Визуальные дефектоскопы
Визуальные дефектоскопы (Visual Fault
Locator) представляют собой источники оптиче-
ского сигнала видимого диапазона 400-700 нм,
которые используются для визуального обнару-
жения повреждений в кабелях и интерфейсах,
обнаружения неоднородностей и оценки качест-
ва сварных швов. Сигнал от визуального дефек-
тоскопа рассеивается на крупных неоднородно-
стях в кабеле. Это наблюдается оператором в
виде светлых пятен (источников рассеяния) че-
рез пластиковую оболочку кабеля (рис. 8.7).
Визуальные дефектоскопы часто исполь-
зуются в комплекте с оптическими рефлекто-
метрами, диапазон действий которых ограничен
границей мертвой зоны (EDZ). В этом случае
визуальный дефектоскоп обеспечивает оценку
качества оптического интерфейса и позволяет
Рис. 8.7. Визуальный дефектоскоп
для обнаружения неодно-
родностей в кабеле
обнаружить неоднородности в пределах мертвой зоны. В остальных случаях портативные
визуальные дефектоскопы используются как удобный инструмент при монтаже и эксплуата-
ции оптических кабелей.
Обычно в визуальных дефектоскопах используются полупроводниковые лазеры или ге-
лий-неоновые лазерные источники (HeNe). Гелий-неоновые лазеры мощнее полупроводнико-
124
ГЛАВА 8
вых, однако требуют в 50 раз большей мощности питания и имеют большие габариты. С по-
мощью полупроводниковых лазеров можно создавать портативные визуальные дефектоскопы.
Графики визуального восприятия оптического сигнала человеческим глазом представ-
лены на рис. 8.8.
Восприимчивость глаза в течение суток
350
/*
/ *.
Ночь I
I
I
I
I
/
/
/
/
/
------------------Г
400 450 500 55
\
I
I День
1
I
I
I
\
\
600 650 700
~1
750
Длина волны, нм
Рис. 8.8. Г рафики визуального восприятия света человеческим глазом
Наибольшая яркость визуального восприятия соответствует длине волны 550 нм. На
практике же визуальные дефектоскопы используют лазерные источники сигнала в диапазоне
630-670 нм. Наиболее часто используются визуальные дефектоскопы с центральной частотой
источника 635, 650 или 670 нм. Та или другая длина волны имеет как преимущества, так и
недостатки. Короткие волны диапазона видимого спектра (600-700 нм) более интенсивно вос-
принимаются человеческим глазом, так сигнал 635 нм воспринимается в семь раз ярче сигнала
670 нм. Недостатком использования коротких волн является уровень затухания сигнала в ка-
беле, так для сигнала 635 нм уровень затухания в оптическом кабеле составляет 11 дБ/км, а
для сигнала 670 нм - 6 дБ/км. Учитывая параметры интенсивности и затухания, можно оце-
нить пороговое значение максимальной дальности использования визуальных дефектоскопов
- 1,75 км. Для измерений на расстояниях до 1,75 км с успехом могут использоваться дефекто-
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
125
скопы 635 нм, для измерений свыше 1,75-2 км - дефектоскопы 670 нм. Визуальные дефекто-
скопы с лазерами 650 нм рекомендуются для измерений в промежуточном диапазоне.
Визуальные дефектоскопы могут использоваться как в режиме непрерывной генерации
оптического сигнала, так и в режиме мерцания с частотой 1 Гц. Обычно выходная мощность
визуального дефектоскопа составляет 1 мВт.
Перечень оборудования этого класса представлен в табл. 8.4.
Таблица 8-4, Визуальные дефектоскопы
Модель_______
Производитель
Внешний вид
Характеристики
www.alkorfiberoptics.ru
S665
S660
Fotec
www.fotec.com
www.fotec.com
Модель_______
Производитель
Внешний вид
111
FOD
380Н
Photom
Характеристики
www.fotec.com
Модель
Производитель
Внешний вид
Характеристики
160L
RIFOCS
www.rifocs.com
www.fiberoptic.nm.ru
www.fods.com
F6230
www.haktronics.co.jp
www.telserv.ru
Анализаторы затухания в оптическом кабеле
Анализатор затухания, вносимого оптическим кабелем (Optical Loss Test Set - OLTS),
представляет собой комбинацию оптического измерителя мощности и источника оптическо-
го сигнала. Различают интегрированные и раздельные измерители потерь. Интегрированные
измерители имеют источник сигнала и измеритель мощности в одном устройстве. Разделен-
ные измерители потерь представляют собой набор из источника сигнала и ОРМ. Соответст-
126
ГЛАВА 8
венно, технические параметры анализаторов потерь включают все перечисленные параметры
для источников сигнала и оптических измерителей мощности.
Анализаторы затухания в оптическом кабеле обеспечивают пошаговый анализ оптиче-
ской линии передачи, включая участки кабеля, места соединений и сварок. Это в первую оче-
редь касается раздельных эксплуатационных анализаторов потерь оптической мощности. Ин-
тегрированные анализаторы потерь, обычно применяемые для промышленного анализа, име-
ют повышенную функциональность и точность измерений. Например, многие двухчастотные
анализаторы могут выполнять измерения на длинах волн 1310 и 1550 нм автоматически.
Наиболее часто фирмы-производители ориентируются на раздельные анализаторы зату-
хания, формируя из ОРМ и SLS соответствующие измерительные комплекты. Входящие в
них анализаторы имеют характеристики, приведенные выше.
Перестраиваемые оптические аттенюаторы
Перестраиваемые оптические аттенюаторы используются для имитации потерь в опти-
ческой линии и применяются для стрессового тестирования линии, т.е. для анализа работо-
способности устройств (в первую очередь, линейного и оконечного оборудования) при раз-
личных условиях работы сети.
Различают три типа оптических перестраиваемых аттенюаторов: дискретно перестраи-
ваемые, непрерывно перестраиваемые и комбинированные, где дискретный переключатель
полностью подавляет входящий сигнал. Все аттенюаторы, как правило, широкополосные. В
аттенюаторах используются различные методы внесения затухания: осевое и радиальное
смещение, использование различных фильтров и призм. Один из вариантов схемы пере-
страиваемого оптического аттенюатора представлен на рис. 8.9.
Рис. 8.9. Перестраи-
ваемый оптический ат-
тенюатор
На входе аттенюатора две линзы преобразуют световой поток. Основным элементом ат-
тенюатора является призма с низким уровнем потерь, связанных с поляризацией (Polarization
Dependant Loss - PDL). Уровень затухания, вносимого аттенюатором, зависит от положения
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
127
призмы и регулируется позиционером. При работе аттенюатора отсутствуют краевые эффек-
ты и соблюдается точность позиционирования. Для достижения приемлемой точности уст-
ройства в его состав включены цифровые цепи управления и микропроцессор.
Основными характеристиками перестраиваемых аттенюаторов являются точность (ли-
нейность), PDL, уровень возвратных потерь, повторяемость, разрешение и остаточное вно-
симое затухание. Все эти характеристики проверяются в ходе обязательной калибровки при-
бора, частота которой также является важным техническим параметром аттенюаторов.
Линейностью аттенюатора называется разница между задаваемым и измеряемым в
ходе поверки затуханием, вносимым этим прибором во всем динамическом диапазоне.
Соответственно, точность работы определяется как линейность в заданном диапазоне.
Потери, связанные с дисперсией призмы (PDL), зависят, главным образом, от качества
стекла; из которого она изготовлена. Сдвиг фазы, обусловленный дисперсией, уменьшает
мощность передаваемого сигнала, как следствие, приводит к дополнительному затуха-
нию, связанному с PDL. Еще одним важным параметром оптических аттенюаторов, по-
мимо диапазона вносимых потерь и точности, является уровень возвратных потерь, свя-
занных с отражением части сигнала в линию. Аттенюатор должен иметь низкий собст-
венный уровень отражения, для этого линзы покрывают антиотражающим материалом.
Остаточное вносимое затухание - это минимальное затухание, вносимое аттенюатором.
Описанная модель аттенюатора, подключенная к волоконно-оптическому кабелю, содер-
жит призму и не вносит затухания, поэтому параметр остаточного затухания определяет
начало отсчета вносимых потерь.
Перечень оптических аттенюаторов представлен в табл. 8.5.
Таблица 8.5. Оптические аттенюаторы
Модель OLA-15 AQ3150 Monitor 400
Производитель Actema Ando EigenLight
Внешний вид Б»« «ййф » »
Характеристики www.actema.com www.ando.com www.telserv.ru www. eigenlight. com
Модель FVA-60B 5404A/B KI7000
Производитель EXFO FOD Kingfisher International
Внешний вид
Характеристики www.exfo.com www.tt.ru www. alkorfiberoptic s .ru www.fods.com www.kingfisher.com.au
128
ГЛАВА 8
Окончание табл. 8.5
Модель VOA-4 SVA-1 780ZA/781A/782ZA
Производитель Noyes Noyes Photom
Внешний вид н 1Я!Я I ы В I В 1 в «а = i- J
Характеристики www.noyes-fiber.com www.noyes-fiber.com www.haktronics.co.jp www.telserv.ru
Модель ЗЗОА
Производитель RIFOCS
Внешний вид
Характеристики www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru
Оптические рефлектометры
Оптический рефлектометр (Optical Time Domain Reflectometer - OTDR) это наиболее
полнофункциональный прибор для эксплуатационного анализа оптических кабельных сетей.
Полная теория рефлектометрии описана в [19, 20, 29], математическая теория рефлектомет-
рии в [29]. Здесь приведем лишь принципиальную схему рефлектометра (рис. 8.10).
Рис- 8-10- Принципиальная схема рефлектометра
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
129
Рефлектометр представляет собой комбинацию импульсного генератора, разветви-
теля и измерителя сигнала и обеспечивает измерение отраженной мощности при органи-
зации измерений с одного конца. Рефлектометры действуют по принципу радара: в ли-
нию посылается импульс малой длительности, который распространяется по оптическо-
му кабелю в соответствии с релеевским рассеянием и френелевским отражением на не-
однородностях в оптическом кабеле (дефекты материала, сварки, соединители и тд.).
Управляющий процессор согласует работу лазерного диода и электронного осциллогра-
фа, создавая возможность наблюдения потока обратного рассеяния полностью или по
частям. Для ввода импульсов в волокно используются направленный ответвитель и опти-
ческий соединитель Поток обратного рассеяния через оптический соединитель и на-
правленный ответвитель поступает на высокочувствительный фотоприемник, где преоб-
разуется в электрическое напряжение Это напряжение подается на вход Y электронного
осциллографа, вызывая соответствующее мощности потока обратного рассеяния откло-
нение луча осциллографа Ось X осциллографа градуируется в единицах расстояния, а
ось Y - в децибелах.
Основные характеристики рефлектометров - рабочая длина волны, разрешающая способ-
ность, динамический диапазон, размер мертвой зоны, точность и тип оптического интерфейса.
Важным параметром OTDR является диапазон возможного затухания (backscatter range)
или динамический диапазон измерений. Этот параметр определяет возможный диапазон из-
мерений потерь оптической мощности в линии и, как следствие, диапазон измерений по рас-
стоянию. Динамический диапазон определяется как разность показаний рефлектометра в на-
чальной точке и уровня порога шумов в конце рефлектограммы Длина импульса оптическо-
го сигнала определяет энергию светового сигнала, вносимого в оптический кабель, следова-
тельно, большему значению импульса будет соответствовать больший динамический диапа-
зон. Поэтому динамический диапазон рефлектометров определен для всех значений длины
импульса, поскольку варьируется в зависимости от длины импульса
Разрешение или разрешающая способность рефлектометра трактуется по-разному В
некоторых описаниях под разрешающей способностью понимается минимальное расстоя-
ние, при котором можно различить два близко расположенных дефекта, в других разре-
шающей способностью называется расстояние между двумя последовательными отсчетами
на рефлектограмме, которое обычно в несколько раз меньше расстояния различения двух
дефектов. Чем больше разрешающая способность, тем точнее определяется дефект на реф-
лектограмме
Важным параметром, связанным с разрешающей способностью рефлектометра в
ближней зоне, является размер мертвой зоны (Event Dead Zone - EDZ) Существует два
значения этого параметра, мертвая зона до первого соединения определяет минимальную
дистанцию, необходимую для различения двух соединителей, и мертвая зона до первого
сварочного узла определяет минимальную дистанцию, необходимую для различения од-
ного отражающего узла и одного неотражающего объекта В практике эти два параметра
называют EDZ по отражению и EDZ по затуханию Мертвая зона обусловлена френелев-
ским отражением в начале кабеля. На уровне большого сигнала, отраженного от начала
кабеля, практически невозможно обнаружить дефект Единственным средством для обна-
ружения такого рода дефектов является использование добавочного кабеля (pigtail) дли-
ной, равной EDZ.
Имеется мнение, что рефлектометры полностью заменяют анализаторы потерь оптиче-
ской мощности Однако, в действительности это не так Измерения, производимые рефлек-
тометрами, это всегда балансирование между параметрами диапазона возможного затухания
в линии, расстояния до источника отражения и разрешающей способности рефлектометра.
130
ГЛАВА 8
Диапазон возможного затухания обычно оценивается по средней длине измеряемого кабеля.
Как правило, максимальная длина измеряемого кабеля в два раза больше, она и является гра-
ницей диапазона возможного затухания.
Рефлектометры обычно разделяются на два класса: рефлектометры с полным отображе-
нием рефлектограммы на экране и рефлектометры цифрового отображения. Последние ото-
бражают расстояние до ближайшей неоднородности и определяют тип данной неоднородно-
сти по принятой классификации. Такие рефлектометры не имеют значительной вычисли-
тельной мощности, они компактны и недороги. В ряде случаев их называют «обрывометра-
ми», поскольку в процессе эксплуатации оптических кабелей данные рефлектометры исполь-
зуют для поиска точек обрыва.
Перечень оптических рефлектометров представлен в табл. 8.6.
Таблица 8.6. Оптические рефлектометры
Модель MTS-5100/5200 Helios E6000B
Производитель Actema Actema Agilent Technologies
Внешний вид янь
Характеристики www.actema.com www.actema.com www.agilent.com
Модель 8147 AQ7140 D/B AQ7210
Производитель Agilent Technologies Ando Ando
Внешний вид Jr
Характеристики www.agilent.com www.ando.com www.telserv.rn www.ando.com www.telserv.rn
Модель AQ7220 AQ7250 MW9060A
Производитель Ando Ando Anritsu
Внешний вид I : i-h
Характеристики www.ando.com www.telserv.ru www.ando.com www.telserv.rn www.anritsu.com
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
131
Окончание табл. 8.6
Модель MW9076B/B1/C FTB-100 FTB-300
Производитель Anritsu EXFO EXFO
Внешний вид
Характеристики www.anritsu.com www.exfo.com;www.tt.ru www. alkorfiberoptic s. ru www.exfo.com;www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru
Модель Fiber-U CMA-4000 CMA-8800
Производитель Fotec GN Nettest GN Nettest
Внешний вид ЯЛ ^5» ’ * > t ?
Характеристики www.fotec.com www.gnnettest.com www.syrus.ru www.gnnettest.com www.syrus.ru
Модель FiberHawk M600 ОБРЫВ-Ц
Производитель GN Nettest Noyes ОПТИКТЕЛЕКОМ
Внешний вид Ml
Характеристики www.gnnettest.com www.syrus.ru www.noyes-fiber.com www.optictelecom.ru www.pr-group.ru
Анализаторы возвратных потерь
В связи с развитием широкополосных цифровых систем передачи и повышением требо-
ваний к подавлению возвратных потерь в оптических системах выросло значение измерений
возвратных потерь (Optical Return Loss - ORL). Наличие возвратных потерь приводит к увели-
чению параметра ошибки в цифровых системах передачи и понижению отношения сиг-
нал/шум в аналоговых системах. Влияние ORL существенно для оптических систем передачи,
использующих различные типы модуляции, например, для систем кабельного телевидения,
где амплитудная модуляция (AM) чувствительна к уровню отражения в кабеле. Возвратные
потери измеряются на всех участках волоконно-оптической системы передачи, включая ка-
бель, оптические интерфейсы, разветвители и другие компоненты.
132
ГЛАВА 8
Рис. 8.11. Анализатор воз-
вратных потерь
ORL 3 (компания
Noyes)
Анализаторы возвратных потерь предназначены
для измерения уровня отражения от ВОСП и представ-
ляют собой оптические рефлектометры с постоянным
сигналом (Optical Continuous Wave Reflectometer -
OCWR). Устройство анализаторов аналогично устрой-
ству оптического рефлектометра, представленного на
рис.8.10 с той лишь разницей, что в анализаторах ORL
(рис. 8.11) в качестве источника сигнала используется
SLS непрерывного действия, а в качестве измерителя
мощности отраженного сигнала - ОРМ. В отличие от
оптических рефлектометров, обеспечивающих анализ
уровня отражения в зависимости от времени, анализа-
торы возвратных потерь дают интегральную характери-
стику среднего уровня отражения от ВОСП. Анализато-
ры возвратных потерь ORL используются для точных
измерений уровня отражения, а рефлектометры OTDR
обеспечивают лишь оценку этого параметра.
Основным фактором, влияющим на работу анали-
затора ORL, является стабильность источника сигнала.
В этих анализаторах может использоваться как внут-
ренние, так и внешние источники сигнала. Обычно используются лазерные SLS. Спектраль-
ная нестабильность источника приводит к удвоению ошибки измерения за счет отражения. В
качестве ОРМ используется оптический детектор на основе InGaAs с линейным оптическим
усилителем, таким образом, все факторы, влияющие на работу ОРМ, актуальны для анализа-
торов возвратных потерь. Дополнительно на работу анализатора ORL может оказывать влия-
ние такой параметр оптического разветвителя, как чувствительность к поляризации отражен-
ного сигнала.
Рис. 8.12. Оптический эксплуа-
тационный микро-
скоп
Оптические эксплуатационные
микроскопы
Распространенной причиной деградации качества
в оптических интерфейсах и в сварочных муфтах
ВОСП является нарушение качества полировки опти-
ческого волокна. Для анализа качества полировки,
чистоты и дефектов в волокне применяются оптиче-
ские эксплуатационные микроскопы (рис. 8.12), обес-
печивающие наблюдение среза волокна напрямую или
под некоторым углом.
Усиление эксплуатационных микроскопов варьи-
руется от 30 до 800 крат, наибольшее распространение
в эксплуатации получили микроскопы с 30- 100-
кратным усилением. Наиболее распространенные ти-
пы срезов - в норме и не в норме - представлены на
рис. 8.13.
Эксплуатационные измерения с использованием
микроскопов могут проводиться как в лаборатории
при подготовке кабелей к прокладке, так и в полевых
условиях.
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
133
Норма
Тип 3
Не в норме
раскрошение
Тип 1
Облом
Тип 0.3
Облом с
трещиной
Рис. 8.13. Основные типы срезов волокна,
увеличенные в 200 раз
Перечень эксплуатационных оптических микроскопов представлен в табл. 8.7.
Таблица 8.7. Оптические микроскопы
Модель FOMS FS FVM
Производитель EXFO GN Nettest GN Nettest
Внешний вид 1V ЕД 1
Характеристики www.exfo.com;www.tt.ru www. alkorfiberoptic s. ru www.gnnettest.com www.syrus.ru www. gnnettest. com www.syrus.ru
Модель OFS-300 VFS-1 C/L-series
Производитель Noyes Noyes Westover
Внешний вид - -.11 * И
Характеристики www.noyes-fiber.com www.noyes-fiber.com www.westoverfiber.com
Модель FBP FVPW C/L-series
Производитель Westover Westover Westover
Внешний вид KV i / •
Характеристики www. westoverfiber. com www.westoverfiber.com www.westoverfiber.com
134
ГЛАВА 8
Оптические разговорные устройства
Важным условием эффективной работы в процессе прокладки кабелей является наличие
бесперебойной связи между бригадами. Для этого используются оптические разговорные
устройства или оптические телефоны, обеспечивающие голосовую связь по оптическому
кабелю. В оптических разговорных устройствах могут использоваться различные принципы
работы: принцип тангеиты, активация волокна голосом, разделение сигнала по длине волны
(WDM) и временное разделение каналов.
Оптические телефоны, работающие на принципе тангеиты, преобразуют акустический
сигнал в оптический при нажатии специальной кнопки. Для передачи сигнала используется
частотно-модулированный сигнал. Использование алгоритма тангеиты обеспечивает полуду-
плексную связь. Однако при такой организации связи руки оператора во время разговора
заняты. Этого недостатка лишен способ активации сигнала от голоса, который также обеспе-
чивает полудуплексный режим работы. Оба способа могут использоваться только для корот-
ких отрезков кабеля, поскольку не позволяют осуществить регенерацию и усиление оптиче-
ского сигнала.
Технология WDM предполагает дуплексную связь с разделением двух каналов по длине
волны. Неудобством метода является то, что передача и прием осуществляется на разных
длинах волн Использование одинаковых оптических телефонов WDM может привести к не-
совместимости.
Использование технологии с временным разделением (TDM) обеспечивает дуплексную
связь на одной длине волны и, таким образом, лишено недостатков перечисленных методов.
Дополнительным преимуществом оптических телефонов TDM является использование цифро-
вых методов кодирования речи, что обеспечивает высокое качество связи Недостатком техно-
логии является сравнительно высокая стоимость цифровых оптических разговорных устройств.
Наибольшее распространение в современной практике получили дуплексные разговорные
устройства с частотной модуляцией (ЧМ) и цифровые телефоны с временным разделением.
Основным параметром оптических разговорных устройств является динамический диа-
пазон, который определяет максимальную дальность действия оптических телефонов.
На параметры работы оптических телефонов оказывает большое влияние уровень отраже-
ния в кабеле (ORL). Оптическое разговорное устройство содержит лазерный источник и оптиче-
ский детектор, подключенные к оптическому кабелю через оптический разветвитель (рис. 8 14).
Высокий уровень ORL может привести к тому, что отраженная часть сигнала лазерного пере-
датчика будет уменьшать отношение сигнал/шум на входе детектора. Обычно в оптических те-
лефонах с использованием ЧМ-модуляции отношение сигнал/шум составляет 12-25 дБ, с ис-
пользованием цифровых методов - 25-30 дБ, в то же время уровень возвратных потерь хуже
35 дБ может привести к уменьшению динамического диапазона на 15-25 дБ.
Лазер
Разветвитель
Детектор
Рис. 8.14. Схема оптического разговорного устройства
Цифровые оптические разговорные устройства используют режим битовой синхрониза-
ции при передаче речевой информации и поэтому более защищены от высокого уровня ORL
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
135
Перечень оптических разговорных устройств представлен в табл. 8.8.
Таблица 8.8. Оптические переговорные устройства
Модель VCS-10 VCS-15A VCS-20A
Производитель EXFO EXFO EXFO
Внешний вид
Характеристики www.exfo.com www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru www.exfo.com www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru www.exfo.com www.tt.ru www. alkorfiberoptic s. ru
Модель QVS-6000 KI020 FTS
Производитель GN Nettest Kingfisher International Noyes
Внешний вид ' мй?*' ж.
Характеристики www.gnnettest.com www.syrus.ru www.kingfisher.com.au www.noyes-fiber.com
Модель ПТ-4000 495L 450XL
Производитель Перспективные Технологии Photom Photom
Внешний вид
Характеристики www.fiberoptic.nm.ru www.haktronics.co.jp www.telserv.ru www.haktronics.co.jp www.telserv.ru
Идентификаторы кабеля
В практике эксплуатации часто необходимо тестировать оптический кабель без наруше-
ния его целостности, для чего используют идентификаторы оптического кабеля. С помощью
этих приборов можно тестировать целостность волокна, проверять маркировку кабеля или
подтверждать наличие или отсутствие сигнала перед изменением маршрута или техническим
обслуживанием, вводить и выводить оптический сигнал через изгиб волновода (рис. 8.15).
136
ГЛАВА 8
Спецификация измерений, выполняемых собственно идентификаторами, обычно неве-
лика, поскольку эти устройства рассматриваются скорее как эксплуатационный инструмент.
Обычно спецификация включает следующие измерения:
Рис. 8.15. Идентификатор кабеля
модель F6222
• наличие или отсутствие сигнала (темное во-
локно);
• тип сигнала (сигнал нагрузки, сигнал с незату-
хающей гармонической волной или модулиро-
ванный испытательный сигнал с частотой 270
Гц, 1 кГц или 2 кГц).
Идентификаторы представляют собой мощный
инструмент для пошагового прохода (трассировки)
оптического кабеля, их можно использовать в каче-
стве устройств ввода/вывода оптического сигнала
без нарушения целостности кабеля. Эта функция
эффективно используется для организации связи по
проложенному кабелю, когда идентификаторы ка-
беля используются в комплекте с оптическими раз-
говорными устройствами.
Перечень идентификаторов кабеля представ-
лен в табл. 8.9.
Таблица 8.9. Идентификаторы кабеля
Модель LFD-100 5503 KICOLD
Производитель EXFO FOD Kingfisher International
Внешний вид
Характеристики www.exfo.com;www.tt.ru www.alkorfiberoptics.ru www.fods.com www.kingfisher.com.au
Модель FTS-20C 590 510LS F6121A/F2222
Производитель Noyes Photom RIFOCS Wilcom
Внешний вид I 1
Характеристики www.noyes- fiber.com www.haktronics.co.jp www.telserv.ru www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.ru www.wilcominc.com
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
137
8.3. Эксплуатационные измерения на ВОСП
В процессе эксплуатации волоконно-оптических систем передачи проводят:
• измерение уровней оптической мощности;
• измерение затухания;
• измерение возвратных потерь;
• определение места и характера повреждения оптоволоконного кабеля;
• стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП.
Дополнительно к эксплуатационным измерениям могут быть отнесены измерения спек-
тральных характеристик источника и анализ дисперсии ВОСП, однако эти измерения редко
проводятся в полевых условиях и на современном уровне развития технологии ближе к сис-
темным и лабораторным измерениям.
Как известно, измерение затухания в любой системе передачи связано с определени-
ем уровня сигнала (его мощности) на входе и выходе. Применительно к оптическим сис-
темам передачи решение этой простой задачи имеет определенные трудности, поскольку
измерение уровня сигнала в ВОСП зависит от параметров оптического интерфейса гене-
ратора тестового оптического сигнала (качества обработки торца волокна, точности юс-
тировки излучателя относительно этого торца и др.). Кроме того, требуется постоянное
согласование источника сигнала с волокном. Все многообразие технических решений по
измерению затухания в оптическом кабеле объясняется различными способами решения
этих проблем.
Определение места и характера повреждения оптоволоконных кабелей существенно при
проведении аварийных эксплуатационных измерений.
Стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП применяется для определения потенциаль-
ного резерва цифровых систем передачи по оптической мощности передатчика.
Для проведения перечисленных измерений используются следующие эксплуатационные
приборы:
Параметр тестирования
Оптическая мощность (выход источников, уро-
вень принимаемого сигнала)
Затухание в кабеле, интерфейсах и волокнах
Уровень возвратных потерь
Определение места и характера повреждения
оптоволоконного кабеля
Спектральные характеристики источника1
Дисперсия2
Стрессовое тестирование ВОСП
Измерительное оборудование
ОРМ, OLTS
ОРМ, SLS, OLTS
Анализатор ORL, OTDR
Визуальный дефектоскоп, OTDR
Оптический анализатор спектра
Анализаторы дисперсии
Перестраиваемые аттенюаторы, ОРМ,
SLS, OLTS
1 При эксплуатации практически не проводятся
2 Актуальны для эксплуатационных измерений с переходом на технологию WDM
Метод прямого измерения затухания, вносимого оптическим кабелем
Схема (рис. 8.16) представляет собой типичную схему “точка-точка”, когда тестовый
генератор и анализатор расположены по разным концам тестируемой линии.
138
ГЛАВА 8
Затухание в линии определяется выражением:
а = 101g — = P^dBm) -PL(dBm) ->
где Po - уровень сигнала, передаваемый стабилизированным источником сигнала, дБм; PL -
уровень сигнала, измеряемый оптическим измерителем мощности (ОРМ) на конце измеряе-
мого участка, дБм.
Стабилизированный
источник сигнала
В - Места стыков
Рис. 8.16. Типовая схема измерения затухания в оптическом кабеле
На практике обычно измеряют не затухание в оптическом кабеле, а вносимое затухание,
которое является суммой затухания в линии и потерями мощности в оптических интерфейсах
передатчика и приемника. Обычно модификации схемы рис. 8.16 и технические решения
основаны на принципе уменьшения и учета влияния затухания в оптических интерфейсах
приборов. При проведении приемосдаточных измерений должно измеряться и учитываться
влияние оптических интерфейсов линейного оборудования ВОСП. Измерения проводятся на
узлах ВОСП или последовательно в процессе проведения пошагового тестирования ВОСП в
точках, позволяющих подключить источник сигнала и ОРМ. Для повышения точности мето-
да обычно используют статистическое накопление результатов или повтор измерений после
разрушения нескольких сантиметров кабеля.
Основной ошибкой при проведении измерений без разрушения кабеля является несо-
гласование источника и приемника по спектру
Рис. 8.17. Ошибка при смещении частоты
принимаемого сигнала
передаваемого сигнала.
Пример 8.1
В современных ВОСП имеются две близко
расположенные калиброванные длины волны -
1310 нм и 1300 нм. Обе длины волны реализова-
ны и в источниках, и в оптических измерителях
мощности. Рассмотрим схему измерений (рис.
8.16), в которой источник оптического сигнала
по ошибке установлен на частоту 1310 нм, а
приемник — 1300 нм. Если в качестве источни-
ка используется светодиодный SLS, измерение
приведет к ошибке Д (рис. 8.17). На рисунке
пунктиром показан измеряемый уровень сигна-
ла, при котором ошибка может составить 5-
10%. При лазерном источнике сигнала измеряе-
мая длина волны выходит за пределы основной
гармоники спектра SLS (напомним, что для
лазерных источников ширина полосы составля-
ет 3-5 нм). Так как спектр лазерного SLS имеет
субгармоники, связанные с природой когерент-
ного излучения, то возможна ситуация, когда
ОРМ воспримет сигнал одной из субгармоник, и
измеренный уровень будет отличаться на 30 дБ
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
139
и более от реального, в результате чего можно сделать вывод об обрыве и повреждении кабеля. Для
проверки этого вывода можно увеличить мощность сигнала со стороны источника, но это не даст
эффекта, поскольку в обоих случаях измеряемый сигнал зависит от мощности сигнала SLS. Таким
образом, проверка по изменению сигнала передатчика не даст результатов.
Выпускаемые рядом фирм-производителей портативные анализаторы (ОРМ, SLS, OLTS) имеют
возможность автоматически определять частоту принимаемого сигнала по максимальной прини-
маемой мощности в широком спектре. Примером может служить программный модуль FasTest фир-
мы EXFO.
В описываемом методе могут использоваться не только пара ОРМ-SLS, но и два прибо-
ра OLTS, что обеспечивает дополнительные возможности анализа кабеля с учетом факторов
направления. Дело в том, что оптические характеристики кабеля, измеренные от точки А до
точки В, могут отличаться от результатов измеренных от точки В до точки А. Использование
OLTS позволяет проводить попеременное тестирование с источником сначала в точке А, а
потом - в точке В. Результаты измерений усредняются.
Метод обратного рассеяния для измерения затухания
Метод основан на использовании оптических рефлектометров. В основе метода лежит
явление обратного релеевского рассеяния. Для реализации этого метода измеряемое волокно
зондируют мощными оптическими импульсами, вводимыми через направленный ответви-
тель. Вследствие отражения от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных
по всей длине волокна, возникает поток обратного рассеяния. Регистрация этого потока по-
зволяет определить функцию затухания по длине с того же конца кабеля. Это является важ-
ным достоинством метода. Одновременно фиксируют местоположение и характер неодно-
родностей. Схема организации таких измерений представлена на рис. 8.18.
Рис. 8-18- Схема организации измерений параметров оптической
линии с использованием рефлектометра
Генератор оптического сигнала в составе рефлектометра посылает короткий импульс,
который отражается на неоднородностях А и В. При отражении от каждой неоднородности
возникает проходящий и отраженный сигналы (см. рисунок). На анализаторе мощности от-
носительно времени прихода импульса можно получить график зависимости отраженного от
140
ГЛАВА 8
неоднородностей сигнала от длины линии (рефлектограмму). На графике представлены сле-
дующие изменения отраженного сигнала: отражение от А, отражение от В, интермодуляци-
онные отражения высших порядков (В-А-В и т.д.), которые обычно малы по амплитуде и
воспринимаются как шум. Угол наклона кривой определяет удельное затухание оптического
сигнала в линии.
Таким образом, при измерении с одного конца кабеля можно определить затухание сиг-
нала в зависимости от длины кабеля. Измерения с одного конца кабеля удобны, дают воз-
можность быстрой локализации неисправности уже уложенного кабеля. Эти преимущества
рефлектометров по сравнению с анализаторами потерь оптической мощности обусловили их
популярность и широкое распространение при эксплуатации современных телекоммуника-
ций. Кроме того, визуальный анализ качества кабелей чрезвычайно удобен в эксплуатации.
Типичная рефлектограмма представлена на рис. 8.19. Начальный импульс обусловлен
френелевским отражением в разъемном оптическом интерфейсе, соединяющем прибор с ис-
пытуемым кабелем. Точка сочленения кабеля при отсутствии френелевского отражения вно-
сит лишь затухание, величина которого соответствует падению уровня в этой точке. Конец
кабеля или его обрыв дают выброс, обусловленный френелевским отражением. При повреж-
дениях кабеля френелевское отражение может отсутствовать (скол волокна в наклонной к
оси плоскости), и тогда место обрыва характеризуется резким падением уровня.
Рис. 8-19- Зависимость отражаемой мощности от длины кабеля
По рефлектограмме можно определить величину затухания на разности длин как поло-
вину от разности мощностей сигнала:
а= PIA-Pl2
2(£2-£,)
Обычно с одной стороны кабеля рефлектометры позволяют измерять затухание в диапа-
зоне 15-20 дБ„ при более высоком затухании измерения следует проводить с обеих сторон.
На относительно коротких отрезках кабеля это позволяет повысить точность измерений.
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
141
Основным недостатком данного метода является небольшой динамический диапазон
измерений, что обусловлено малой мощностью излучения обратного рассеяния. Кроме того,
рефлектометры довольно дорогие приборы и не всегда доступны для служб эксплуатации
Метод обратного рассеяния с использованием OTDR требует анализа объективных и
субъективных погрешностей измерения Выше сравнивалась эффективность измерения зату-
хания при помощи OTDR и OLTS. В разд. 8 2 обсуждались объективные неточности, связан-
ные с принципами работы рефлектометра (разрешающая способность, размер мертвой зоны
и т.д.) Однако при измерениях с использованием рефлектометров могут возникать ошибки не
только из-за технических характеристик рефлектометра, но и из-за распространения сигнала
в оптическом кабеле Ограничения по точности измерений связаны как с измерением потерь
в кабеле, так и с измерениями расстояний
При измерении расстояний на точность измерений OTDR влияют скорость распростра-
нения оптического сигнала в кабеле и длина оптического волокна Скорость распространения
оптического сигнала в кабеле является функцией коэффициента преломления стекла, кото-
рый может варьироваться в пределах нескольких процентов для разных кабелей. Учесть
влияние этого параметра можно, протестировав кабель известной длины того же типа На
точность измерения длин влияет также избыточное количество волокна в кабеле. Обычно
при производстве кабеля для повышения его устойчивости закладывается избыток волокна
Разница между длиной кабеля и длиной волокна составляет 1-2% Поскольку рефлектометр
проводит измерения по длине волокна, а не кабеля, из-за избытка волокна ошибка измерений
составляет до 10-20 м на километр кабеля.
При измерениях потерь с использованием рефлектометров возникают два основных во-
проса почему результаты измерений OTDR и OLTS отличаются и почему отличаются ре-
зультаты измерений с использованием рефлектометра, если измерения проводятся с разных
концов кабеля9 Для ответа на эти вопросы необходимо еще раз проанализировать работу
рефлектометра при измерении потерь в кабеле (рис. 8.18).
Лазерный источник OTDR посылает импульсный сигнал, который отражается от неод-
нородности и принимается анализатором На принимаемый сигнал влияют три фактора за-
тухание сигнала до неоднородности, отражение сигнала и затухание сигнала от неоднород-
ности до анализатора Обычно предполагается, что коэффициент отражения постоянный, и
поэтому можно автокалибровать рефлектометр для измерения затухания в оптическом кабе-
ле Однако, на практике малейшие изменения в диаметре волокна (порядка 1%) приводят к
значительному изменению параметра отражения, и как следствие, к значительному измене-
нию значения измеряемого затухания (порядка 0,1 дБ) Параметр отражения может изме-
няться вдоль длины кабеля, это приводит к существенной разнице в величинах затухания при
измерениях с разных концов кабеля
Пример 8.2
При тестировании участка сварки кабеля рефлектометр может выдать усиление сигнала
Здравый смысл говорит, что усиление оптического сигнала в сварке невозможно, тем не менее ре-
зультат измерении говорит оо отрицательном затухании на заданном участке Фактически при-
чиной появления такого результата является различие в коэффициентах отражения двух волокон
На рис. 8.20 показано три варианта прохождения сигнала через сварочный шов с разны-
ми типами рефлектограмм. При сварке двух идентичных волокон (1) результаты измерений
затухания с двух сторон кабеля одинаковы и совпадют с результатами измерений OLTS Ес-
ли второе волокно в сварке имеет меньший коэффициент отражения (2), то отраженная мощ-
ность сигнала после сварочного шва будет меньше, в результате OTDR идентифицирует за-
тухание больше реального значения Если же сварку тестируют с другого конца кабеля (3),
рефлектометр покажет затухание меньше реального значения, и может возникнуть ситуация,
142
ГЛАВА 8
когда разница между коэффициентами отражения будет выше затухания в сварке. В этом
случае рефлектометр покажет “усиление” оптического сигнала.
Потери
В
Отраженный импульс
Отраженный импульс
Тестовый импульс
Тестовый импульс
Потери (А) = Потери (В)
Потери на сварочном шве
Рис. 8.20. Ошибки измерений потерь в кабеле с использованием OTDR
Для эффективного устранения описанных ошибок измерений проводят измерения с
двух сторон кабеля с последующим усреднением. Этот способ обеспечивает высокую точ-
ность измерений (до 0,01 дБ), однако ликвидирует основное преимущество использования
OTDR - возможность проведения измерений с одного конца кабеля.
Анализ неисправностей в волоконно-оптических системах передачи
Описанные выше измерения проводятся на этапе инсталляции и приемосдаточных ис-
пытаний кабелей. Другой важной группой эксплуатационных измерений на ВОСП являются
измерения, производимые для поиска и устранения неисправности в работающей системе
передачи. Обобщенная блок-схема проведения таких измерений представлена на рис. 8.21.
Вначале определяется, к какой части оборудования относится неисправность: к электри-
ческой или к оптической. Для этого с помощью ОРМ измеряется уровень оптической мощно-
сти, который затем сравнивается с нормативным. Если уровень оптической мощности находит-
ся в пределах нормы, неисправность находится в электронной части аппаратуры передачи (не-
обходимо произвести замену или ремонт). Если уровень принимаемой мощности слишком
низкий, неисправность находится либо в передатчике, либо в волоконно-оптическом кабеле.
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
143
Для дальнейшего поиска измеряют выходную мощность передатчика с помощью ОРМ и тесто-
вого кабеля. Если выходная мощность передатчика низкая, его надо отремонтировать. Если
мощность находится в пределах нормы, неисправность связана с волоконным кабелем.
144
ГЛАВА 8
Поиск неисправности в кабеле начинается с анализа его целостности с использованием
визуального дефектоскопа для кабелей малой протяженности или OTDR для кабелей боль-
шой протяженности. Основные неисправности кабеля - это коннекторы, сварка плохого ка-
чества, соединения и обрывы кабеля, обусловленные внешними воздействиями. Для поиска
неисправности в коннекторах применяются эксплуатационные микроскопы. Диагностика
сварок и локализация обрывов осуществляет OTDR с учетом описанных выше ограничений
на точность измерений.
Основные виды неисправностей в ВОСП приведены в табл. 8.10.
Таблица 8-10. Основные виды неисправностей в ВОСП
Неисправность Причина Оборудование диагностики Процедура устранения
Коннектор Пыль или загрязнение Микроскоп Очистка, полировка, обновление
Кабель pigtail Перекручивание кабеля Визуальный дефектоскоп Устранение перекручивания
Локальный всплеск зату- хания в кабеле Перекручивание кабеля OTDR Устранение перекручивания
Распределенное увели- чение затухания в кабеле Некачественный кабель OTDR Замена участка кабеля
Потери в сварочном узле Некачественная сварка Потери, связанные с близким расположе- нием волокон в сва- рочном узле OTDR Визуальный дефектоскоп Вскрытие узла и новая сварка
Обрыв кабеля Внешние воздействия OTDR, визуальный дефектоскоп Ремонт/замена
Локализация обрывов и определение характера повреждений
в оптическом кабеле
При аварийных эксплуатационных измерениях особенно важно определить участки и
причины деградации качества передачи сигнала. Для этой цели используются рефлектометры.
Как видно из рис. 8.19 рефлектограмма не только описывает функцию распределения
затухания по длине кабеля, но и может использоваться для локализации участков и причин
деградации качества. Так участки сварочных узлов и точки случайного рассеяния, связанного
с дефектами оптического волокна, на рефлектограмме отображаются как точки увеличения
затухания без всплеска мощности отраженного сигнала, это означает, что они являются точ-
ками релеевского рассеяния без френелевского отражения. В то же время точки плохого со-
единения, обрыва или значительного повреждения кабеля отображаются как точки отраже-
ния с характерными всплесками мощности отраженного сигнала.
С помощью рефлектометров можно найти неоднородности кабеля. При этом визуаль-
ный анализ формы рефлектограммы позволяет качественно оценить характер повреждения в
кабеле. В оптическом волокне отраженная мощность точки повреждения зависит от угла
скола волокон. Если на волокно действует только растягивающая сила, поверхность излома
плоская, если же волокно разрушается от удара, то поверхность не плоская. Соответственно
будут различаться сигналы на рефлектограмме.
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
145
Для обнаружения неоднородностей в оптическом кабеле на этапе эксплуатации может
использоваться цифровой рефлектометр, отображающий только расстояние до ближайшей
неоднородности и тип неоднородности.
Поиск неисправностей в оптических коннекторах
Для поиска неисправностей в оптических коннекторах применяется визуальный анализ
с использованием эксплуатационных микроскопов с 30-100 кратным увеличением. Малое
увеличение эксплуатационных микроскопов не обеспечивает разрешающей способности,
необходимой для поиска дефектов полировки и целостности волокна в коннекторе, с другой
стороны, излишне большое увеличение приводит к тому, что неоднородности кажутся более
существенными, чем на самом деле. Поэтому выбирается среднее увеличение в описанном
диапазоне с учетом субъективно зрительного восприятия монтажника.
Обычно используется прямое наблюдение полированной поверхности волокна с под-
светкой (рис. 8.22а), прямое наблюдение поверхности с подсветкой и с наличием оптическо-
го сигнала в волокне (рис. 8.226) и наблюдение под углом (рис. 8.22в).
Подсветка Линза микроскопа
Подсветка Линза микроскопа
Прямое наблюдение
Просмотр под углом
Рис. 8-22. Поиск неисправностей к коннекторах с использованием микроскопа
Метод прямого наблюдения позволяет проанализировать правильность центрирования,
количество связующего вещества и т.д., однако анализ полированной поверхности волокна
затруднен, можно увидеть только самые глубокие царапины. Анализ волокна с оптическим
сигналом позволяет наблюдать дополнительно трещины и сколы, вызванные давлением или
нагреванием в процессе полировки коннектора.
Метод наблюдения под углом позволяет более детально анализировать полированную
поверхность волокна за счет возникающих теней от царапин. В результате визуального ана-
лиза наблюдаются дефекты, примеры которых приведены на рис. 8.13.
Надо очень осторожно относиться к визуальному анализу с использованием микроско-
пов, поскольку такие измерения не лишены субъективности. Во-первых, необходимо пом-
нить, что только дефекты сердцевины оптического волокна приводят к деградации качества
передачи. Дефекты стеклянной оболочки волокна практически не вызывают дополнительно-
го затухания.
146
ГЛАВА 8
В последнее время для минимизации эффектов субъективного восприятия многие экс-
плуатационные микроскопы оснащаются дополнительными средствами визуального отобра-
жения, такими как порты цифрового вывода на внешний компьютер и встроенный жидко-
кристаллический экран.
Стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП
Проектирование волоконно-оптических систем передачи обязательно включает в себя
расчет энергетического бюджета оптического сигнала. Реальное значение обычно отличается
от расчетного из-за качества сварочных узлов, соединений и т.д. Реальное значение энерге-
тического бюджета оптического сигнала, полученное в ходе приемо-сдаточных испытаний,
включается в паспорт ВОСП. Расчетное значение, как правило, имеет запас по мощности по
сравнению с реальным значением, поэтому возникает вопрос оценки потенциального запаса
по мощности в ВОСП. Знание величины этого запаса может быть использовано для анализа
влияния различных условий эксплуатации: например, каково предельное значение затухание
заданного узла ВОСП, при котором система передачи еще будет работать. Для анализа этого
запаса используются принципы стрессового тестирования, т.е. имитация плохих условий
функционирования ВОСП, для чего используются оптические аттенюаторы. Измерения мо-
гут сопровождаться анализом цифрового канала связи по параметру ошибки BER в зависи-
мости от уровня сигнала в линии. Схема такого измерения представлена на рис. 8.23.
Аттенюторы
Рис. 8.23. Схема стрессового тестирования ВОСП
Согласно схеме в линию передачи включается оптический аттенюатор, вносящий до-
полнительное затухание в ВОСП. При этом измеряется зависимость BER от уровня вносимо-
го затухания. Предельное значение вносимого затухания, при котором аппаратура ВОСП
функционирует согласно ТУ, определяет запас по мощности в ВОСП.
8.4. Промышленный анализ оптоволоконных кабелей
Настоящая книга ориентирована в первую очередь на специалистов в области телеком-
муникаций, а не производства, поэтому в данной главе промышленные измерения оптиче-
ских кабелей описываются кратко. Более подробное описание этих измерений, их схемы и
примеры оборудования можно найти в отечественной технической литературе.
Промышленный анализ включает измерения:
• погонного затухания в оптическом волокне;
• полосы пропускания и дисперсии;
• длины волны отсечки;
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
147
• профиля показателя преломления;
• числовой апертуры;
• диаметра модового поля;
• геометрических и механических характеристик оптоволоконного кабеля;
• энергетического потенциала и чувствительности фотоприемного устройства;
• уровней оптической мощности устройств.
Измерения погонного затухания в оптическом кабеле в лабораторных условиях (ана-
лиз кабеля в бухтах) выполняется по прямому методу анализа с использованием высокоточ-
ных анализаторов затухания
Для измерения полосы пропускания используют частотный или импульсный метод.
При частотном методе полосу пропускания кабеля определяют по амплитудно-частотной
модуляционной характеристике (АЧМХ). Для проведения измерений применяют генератор и
фотоприемник с гармонической модуляцией интенсивности в полосе частот, превышающей
ширину полосы пропускания кабеля. В результате получают зависимость уровня мощности
на выходе кабеля от частоты модуляции При импульсном методе полосу пропускания опре-
деляют путем последовательной регистрации импульса оптического излучения на выходе
измеряемого кабеля и импульса на выходе его короткого отрезка, образованного путем об-
рыва кабеля в начале. Форму последнего импульса принимают за форму импульса на входе
кабеля Далее вычисляют амплитудные спектры импульсов и АЧМХ измеряемого кабеля, а
по ней определяют полосу пропускания
Для измерения хроматической дисперсии одномодовых кабелей в основном исполь-
зуются два метода, первый из которых связан с измерением во временной области (метод
временной задержки), а второй - в частотной области (фазовый метод). Оба метода удовле-
творяют требованиям точности и воспроизводимости результатов и одобрены ITU-T. Однако
метод временной задержки является более сложным по сравнению с фазовым методом, и
поэтому последний чаще используется на практике
Фазовый метод основан на измерении фазового сдвига сигнала, модулированного по
интенсивности излучения, зондирующего кабель на различных длинах волн Частота моду-
ляции интенсивности обычно фиксирована и лежит в пределах 30...100 МГц. Измерение за-
висимости фазового сдвига между сигналами на различных длинах волн позволяет найти
зависимость временной задержки сигнала от длины волны, а последующее ее дифференци-
рование - хроматическую дисперсию.
Измерения длины волны отсечки выполняются методами изгиба, передаваемой мощ-
ности и диаметра модового поля
Метод изгиба основан на зависимости потерь при изгибе волокна от длины волны рас-
пространяющегося излучения. Измеряемое волокно возбуждается источником излучения с
перестраиваемой длиной волны. Измерения проводят при слабом и сильном изгибе волокна.
Метод передаваемой мощности основан на зависимости мощности излучения от длины
волны
В методе диаметра модового поля используется явление изменения диаметра поля излу-
чения в волокне в зависимости от длины волны. Измерение заключается в определении на
выходе волокна диаметра поля на различных длинах волн и в нахождении по кривой длины
отсечки. Этот метод измерения длины волны отсечки более сложен, чем два предыдущих
Измерение профиля показателя преломления - основного параметра широкополос-
ное™ оптических кабелей - выполняется различными высокоточными методами: интерфе-
рометрическими, лучевыми и рассеяния, сканирования отражения от торца, пространствен-
148
ГЛАВА 8
ного распределения излучения (в ближней и дальней зонах) и др. Эти измерения довольно
сложны и требуют отдельного рассмотрения, выходящего за рамки данной книги.
Измерение числовой апертуры необходимо для разработки соответствующих уст-
ройств ввода-вывода и устройств сочленения с целью уменьшения потерь в них Несогласо-
ванность соединяемых волокон по числовой апертуре может привести к существенным поте-
рям. Для измерения числовой апертуры обычно определяют апертурный угол. Апертурный
угол волокна, находящегося в равновесном возбуждении мод, измеряют, как правило, путем
наблюдения распределения выходящей мощности в дальней зоне Для этого на некотором
расстоянии от выходного торца устанавливают отражающий экран с градуированной шка-
лой. По видимому диаметру светового пятна на экране определяют апертурный угол
Измерение диаметра модового поля - основного параметра для определения ширины
диаграммы направленности и для расчета потерь на соединениях и микроизгибах - осущест-
вляется методами ближнего поля, поперечного смещения и др. Метод ближнего поля обеспе-
чивает прямое измерение диаметра модового поля. Для этого на выходном торце волокна с
помощью хорошо сфокусированного микроскопа измеряют распределение мощности излу-
чения по торцу Метод поперечного смещения основывается на измерении мощности излу-
чения, выходящего из двух последовательно соединенных одномодовых волокон при их вза-
имном радиальном смещении в месте соединения.
Измерение геометрических и механических характеристик кабеля являются сугубо
промышленными тестами и описываются в литературе [1,2].
Измерение чувствительности фотоприемных устройств и уровней оптической
мощности передатчиков оптического сигнала выполняются высокоточными оптическими
измерителями мощности и стабилизированными источниками сигнала.
8.5. Калибровка эксплуатационного измерительного
оборудования
В отечественной практике вопросы калибровки в настоящий момент становятся все бо-
лее актуальным, поскольку до сих пор шел процесс формирования и насыщения рынка экс-
плуатационного измерительного оборудования. Системное оборудование, применяемое при
калибровке, до последнего времени не рассматривалось и не финансировалось. Более под-
робную информацию об описываемых здесь методах можно найти в [9].
Калибровка оптических измерителей мощности
Для калибровки ОРМ используются высокостабильные источники оптического сигнала,
оптические измерители мощности высокого класса точности и перестраиваемые аттенюато-
ры. Существует две основные методики проведения измерений: прямой метод калибровки и
метод сравнения.
Прямой метод калибровки сводится к передаче высокостабильного по мощности сигна-
ла через оптический аттенюатор на калибруемый ОРМ. При этом в автоматическом режиме
измеряется зависимость показаний ОРМ от уровня эталонного сигнала. Схема измерения
представлена на рис. 8.24. В систему калибровки установлены модули высокостабильного
источника оптического сигнала (обозначен на рисунке “звездочкой” - *), оптического изме-
рителя мощности (ОРМ) и аттенюатора (АТТ). Сигнал с модуля источника сигнала подается
на аттенюатор, а затем на калибруемый ОРМ и производится сравнение заданных уровней
оптического сигнала и значений, измеряемых калибруемым ОРМ
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
149
ОРМ
Рис. 8.24. Прямой метод калибровки ОРМ
Метод сравнения является модификацией описанного выше метода и состоит в сравне-
нии показаний калибруемого ОРМ с высокоточным ОРМ в составе калибровочной системы.
При этом результат калибровки не зависит от затухания, вносимого соединительными кабе-
лями в схеме рис. 8.24. Метрологически такая схема является более корректной. Схема изме-
рения методом сравнения представлена на рис. 8.25.
Рис. 8.25. Схема калибровки ОРМ методом сравнения
Калибровка стабилизированных источников оптического сигнала
Для калибровки SLS необходимо измерить стабильность источника по мощности и его
АЧХ. Для измерения стабильности работы источника от времени и условий работы (напри-
мер, от температуры) используют высокоточные ОРМ с возможностью временной записи
результатов измерений. Для измерения АЧХ источников используют оптические анализато-
ры спектра.
Для анализа источников оптического сигнала крайне важна характеристика его устой-
чивости к отраженной мощности. Для анализа устойчивости характеристик стабильности
работы источника по мощности и спектральной стабильности в зависимости от отражения
сигнала из линии используются перестраиваемые рефлекторы - устройства, обеспечивающие
передачу части оптической мощности в линию и отражающие остальную часть. Схема изме-
рений SLS (рис. 8.26) генерирует сигнал, который подается на оптический перестраиваемый
рефлектор R, передающий заданную часть мощности сигнала на высокоточный оптический
измеритель мощности (или оптический анализатор спектра), а остальную часть отражает об-
ратно в линию. Описанная схема измерений дает возможность анализа устойчивости работы
SLS в условиях отражения сигнала.
150
ГЛАВА 8
Рис. 8.26. Схема калибровки SLS с использованием оптического рефлектора
Калибровка оптических рефлектометров
Рис. 8.27. Эталонный кабель - модель
462/464 компании Noyes
Для калибровки оптических рефлекто-
метров используются перестраиваемые оптиче-
ские рефлекторы и эталонные кабели. Схема
измерений с оптическим рефлектором анало-
гична схеме на рис. 8.26 и обеспечивает анализ
устойчивости работы рефлектометра при
большом уровне отражения в линии. Эталон-
ным кабелем (в английской аббревиатуре -
golden fiber) называется откалиброванный ка-
бель с указанными в паспорте неоднородно-
стями. Сравнение измеренной рефлектометром
рефлектограммы и паспортной характеристи-
кой эталонного кабеля позволяет провести ка-
либровку рефлектометра. Современные эта-
лонные кабели выпускаются в виде портатив-
ных настольных приборов, защищены от
внешних воздействий и удобны при проведе-
нии лабораторных измерений (рис. 8.27).
Кроме того, для анализа характеристик
импульсного генератора могут применяться
оптические анализаторы спектра и анализа-
торы формы сигнала.
8.6. Системное оборудование для анализа
оптоволоконных кабелей
Системное оборудование для измерительных технологий на ВОСП предназначено для
проведения промышленных измерений кабелей, проверки соответствия кабелей заданным
параметрам перед укладкой, а также для проведения работ по калибровке эксплуатационного
измерительного оборудования.
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
151
Оборудование исполнено в виде стойки; приборы (оптические измерители мощности,
источники оптического сигнала, перестраиваемые аттенюаторы, рефлекторы, оптические
переключатели, оптические анализаторы спектра и т.д.) располагаются в виде блоков и
объединяются общей шиной передачи данных. Для графического отображения, записи и
обработки информации используется встроенный компьютер. Структурная схема такой
системы представлена на рис. 8.28 и 8.29. Система для промышленного тестирования оп-
тических устройств и кабелей дает возможность проведения однонаправленных и двуна-
правленных измерений оптических устройств (DUT - Device Under Test - тестируемое
устройство). Гибкая конфигурация системы (однонаправленная и двунаправленная) дос-
тигается за счет использования оптических коммутаторов и программируется контролле-
ром системы.
Рис. 8.28. Конфигурация системы для однонаправленного тестирования
Рис. 8.29. Конфигурация системы для двунаправленного тестирования
Современные системы такого класса используют операционные системы DOS, Windows
и UNIX и имеют полное сопряжение с вычислительным комплексом лаборатории. Наиболее
современные системы используют в качестве шины передачи данных VXI и GP-IB.
Перечень универсальных систем представлен в табл. 8.11.
152
ГЛАВА 8
Таблица 8.11. Комплексные системы для измерений в ВОСП
Модель Atlas OMS-150/200 AccessFiber
Производитель Actema Actema Agilent Technologies
Внешний вид Ии «г S* $ д E|jS
Характеристики www.actema.com www.actema.com www.agilent.com
Модель AQ8201 AQ8203 IQ-200
Производитель Ando Ando EXFO
Внешний вид ! 1 ',|Г: * I '‘нтS 1 . I ; шФ г«, Я „ И । В’2! । ' U # '
j *>w J & IT
Характеристики www.ando.com www.telserv.rn www.ando.com www.telserv.rn www.exfo.com;www.tt.ru www. alkorfiberoptics .ru
Модель FiberWizard QuestFiber SWS15100/16100
Производитель EXFO GN Nettest JDS
Внешний вид № JwW ijirj 1 £^^^3
*****
Характеристики www.exfo.com;www.tt.rnwww.alkorfiberoptics.rn www. gnnettest. com www.syms.rn www.j dsuniphase. com
Модель 600R
Производитель RIFOCS
Внешний вид F-'лв г ЛИ I ?я* Ди g >' ' * * JmH «
Характеристики www.rifocs.com www.fiberoptic.nm.rn
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
153
8.7. Перспективы развития измерительных технологий
ВОСП
Развитие измерительных технологий всегда идет параллельно развитию самих техноло-
гий телекоммуникаций. Оценивая будущее развитие ВОСП, нельзя не отметить общую тен-
денцию перехода к системам передачи с частотным разделением в волоконно-оптических
кабелях (Wavelength Division Multiplexing - WDM).
Схематически такая система передачи представлена на рис. 8.30. В ней используются
четыре частоты 12> ^з, ^4. Модулированные сигналы четырех длин волн поступают в оп-
тический мультиплексор (MUX), передаются по оптическому кабелю к демультиплексору
(DEMUX), где из группового сигнала снова восстанавливаются четыре частоты. В основе
технологии WDM лежит частотное разделение (или разделение по длинам волн) в оптиче-
ской системе передачи. На начальном этапе эта технология предусматривает использование
методов фиксированного мультиплексирования/демультиплексирования, однако в перспек-
тиве возможно создание высокопроизводительных оптических коммутаторов каналов с час-
тотным разделением.
В контексте развития измерительных технологий внедрение технологии WDM и внедре-
ние мультиплексирования каналов с частотным разделением приводит к необходимости ис-
пользования для анализа таких ВОСП оптических анализаторов спектра. Такие анализаторы
используются для разработки и промышленного анализа оптических мультиплексоров, однако
в связи с перспективой широкого внедрения мультиплексирования с частотным разделением
каналов, оптический спектральный анализ становится существенным для тестов эксплуатаци-
онного уровня, и уже сейчас некоторые фирмы анонсировали функции анализа спектра для
рефлектометров дальнего действия. Для этого в принципиальную схему рефлектометра (рис.
8.16) помимо осциллографа для снятия рефлектограммы добавляется анализатор спектра.
С внедрением технологии WDM связан рост интереса к спектральному анализу в опти-
ческих кабелях. Соответственно, появился рынок эксплуатационных анализаторов спектра,
стоимость которых повсеместно снижается, а габариты уменьшаются. Перечень оптических
анализаторов спектра представлен в табл. 8.12.
В связи с интенсивным развитием технологии SDH/SONET с использованием воло-
конно-оптических систем для передачи широкополосных цифровых сигналов особое зна-
чение приобретают измерения параметра дисперсии одномодовых оптических кабелей.
До последнего времени измерения дисперсии в оптических кабелях относились к произ-
водственным измерениям. В связи с необходимостью передачи больших потоков инфор-
мации по волоконно-оптическим линиям встала задача анализа максимальной возможной
частоты модуляции оптического сигнала, которая ограничивается уровнем дисперсии в
154
ГЛАВА 8
одномодовых кабелях. Напомним, что переход от многомодовых кабелей к одномодовым
кабелям на этапе увеличения пропускной способности ВОСП во многом определялся
значительно низкой дисперсией. На данном этапе развития технологии цифровых систем
передачи вопрос измерения дисперсии вновь возник в связи с необходимостью передачи
широкополосных сигналов.
Таблица 8.12. Анализаторы оптического спектра
Модель
Производитель
Внешний вид
MTS-5100/5200
Actema
86143В
Agilent Technologies
Характеристики
www.actema.com
www. agilent. com
www.agilent.com
Модель
Производитель
Внешний вид
FTB-300
EXFO
Характеристики
www.ando.com
www.telserv.ru
www.anritsu.com
www.exfo.com;www.tt.ru
www. alkorfiberoptics .ru
Модель
Производитель
Внешний вид
WA-7600/7100
EXFO
7500
Характеристики
www.exfo.com;www.tt.ru
www. alkorfiberoptic s. ru
www.syrus.ru
Зависимость уровня дисперсии от длины волны представлена схематически на рис. 8.31.
Как видно из графика, дисперсия одномодового кабеля на длине волны 1550 нм равна
15 пс/нм-км, что ограничивает максимальную частоту модуляции оптического сигнала, пере-
даваемого по кабелю длиной 100 км от лазерного источника Фабри-Перо с шириной полосы
3 нм, величиной 44 МГц.
ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
155
Длина волны, мкм
Рис. 8.31. Зависимость дисперсии в одномодовом кабеле от длины волны
В настоящее время для ограничения влияния дисперсии на передачу широкополосных
цифровых сигналов используют более узкополосные лазерные источники с шириной полосы
до 0,01 нм, а также волокна с дисперсионным сдвигом. И в том, и в другом случае необходи-
мость измерения дисперсии в кабеле возникает непосредственно на этапе его инсталляции и
приемо-сдаточных испытаний. Таким образом, измерения дисперсии в волоконно-оптичес-
ких кабелях выходят за рамки системных измерений и в будущем будут выполняться как
эксплуатационные измерения. В настоящее время на мировом рынке появилось первое экс-
плуатационное оборудование для измерения дисперсии.
9. ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
КАБЕЛЕЙ
9.1. Концепция измерений электрических кабелей
Электрический кабель используется на протяжении всего времени существования теле-
коммуникаций, технология его эксплуатации отработана в деталях, а измерительные техноло-
гии широко внедрялись на протяжении более чем ста лет В то же время современная техноло-
гия измерений электрического кабеля изложена в специальной литературе недостаточно и по-
рой даже поиск основных требований к кабелям представляет определенные затруднения. Раз-
работка технологии эксплуатационных измерений опиралась как на общие стандартизованные
принципы, так и на уникальные методики, которые в литературе описывались фрагментарно В
результате, вместо детально проработанной методологии на сегодняшний день имеется слабо
систематизированный и трудный для понимания фактический материал из методик к уже уста-
ревшим на данный момент приборам, а также предложения по их улучшению.
Технология измерений электрического кабеля постоянно изменяется, совершенствуется
в связи с развитием научно-технического прогресса и появлением новых требований к пара-
метрам кабеля. Новые типы электрических кабелей (например, витая пара категорий 4, 5, 6
для LAN), а также новые требования к существующему абонентскому кабельному хозяйству,
связанные с широким внедрением оборудования для «последней мили», значительно стиму-
лировали развитие технологии измерений электрического кабеля в последние пять лет. В
результате современное описание технологии измерений требует довольно детальной прора-
ботки и систематизации накопленного материала и учета новых технологий измерений С
полной уверенностью можно сказать, что такое описание вне технологического подхода
представляется сложным и неструктурированным Трудно также составить обзор современ-
ного рынка измерительной техники для электрического кабеля Следует учесть, что многие
устройства, используемые для измерений, занимают на рынке нишу, промежуточную между
приборами и инструментарием, и выпускаются тысячами наименований и разными фирмами-
производителями
В настоящей главе сделана попытка создания на основе технологического подхода кон-
цепции измерений электрического кабеля и в соответствии с ней описаны соответствующие
измерительные технологии. Размер настоящего издания не позволяет полностью осветить
проблему, поэтому внимание будет уделяться не исторически наработанному материалу, а
новым технологиям измерений. С учетом приведенного выше замечания будет также сделана
попытка обзора современного рынка измерительной техники.
Исторически при рассмотрении вопросов организации измерений электрических кабе-
лей исходят из следующих задач (рис. 9.1).
• проверка соответствия электрических характеристик кабельных линий связи, прини-
маемых в эксплуатацию, нормам,
• проверка соответствия электрических характеристик действующих кабельных линий
связи нормам и выявление участков линий, не удовлетворяющих нормам, с целью пре-
дупреждения и предотвращения повреждений;
определение характера и места повреждения кабеля связи;
проверка качества произведенного ремонта
В соответствии с этими задачами электрические измерения кабелей связи подразделя-
ются на.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
157
• приемосдаточные;
• периодические (профилактические, регламентные);
• измерения, определяющие характер и место повреждения;
• измерения по проверке качества ремонтных работ.
Упомянутые группы измерений актуальны для любых типов электрических кабелей вне
зависимости от их использования.
Рис. 9.1. Концепция измерений электрических кабелей
По типам кабелей можно предложить следующую классификацию измерений:
• измерения магистральных кабелей;
• измерения абонентских кабелей;
• измерения витой пары (LAN);
• измерения электрических кабелей в соответствии с требованиями аппаратуры «послед-
ней мили» или xDSL.
Отдельной группой измерений являются заводские испытания кабелей (выходной контроль)
и измерения, связанные с определением значения параметров кабелей (входной контроль).
Существует определенная специфика измерений электрических подземных и воздуш-
ных кабелей. Измерения кабельных линий связи несколько отличаются от аналогичных из-
мерений на воздушных линиях связи. Неточности в определении места повреждения подзем-
ного кабеля затягивают работы по исправлению повреждения, в связи с чем расстояние до
места повреждения необходимо определять значительно более точно, чем на воздушных ли-
ниях. Способы измерения воздушных и кабельных линий также отличаются друг от друга и
определяются параметрами линии, например, сопротивлением изоляции.
158
ГЛАВА 9
Помимо упомянутого разделения по группам измерений и типам кабелей широкое рас-
пространение получила классификация по методикам измерений. Такая классификация вы-
деляет группы параметров, измеряемых постоянным током, и группы параметров, измеряе-
мых переменным током. К параметрам, измеряемым постоянным током, относятся различ-
ные сопротивления (сопротивление изоляции, омическая асимметрия цепи, электрическая
прочность изоляции и т.д.). Группа параметров, измеряемых переменным током, более ши-
рокая и включает собственное затухание цепи, затухание несогласованности, защищенность
цепи на дальнем конце, емкостную связь и асимметрию, параметры волнового сопротивле-
ния и т.д. Современные приборы оснащены необходимыми средствами для измерения пара-
метров обеих групп, поэтому такое разделение не имеет практического применения и ценно-
сти при построении концепции измерений.
Таким образом, концепция эксплуатационных измерений электрического кабеля пред-
ставляет собой двухмерную измерительную концепцию, которую условно можно отобразить
в виде табл. 9.1.
Таблица 9.1. Концепция измерений электрического кабеля
Тип кабеля Приемо- сдаточные Регламентные Определение мес- та повреждения Проверка качества восстановления
Магистральный + + + +
Абонентский + + + +
Витая пара + + + +
Кабель xDSL + - - -
Заводские испытания кабелей
Как видно из приведенной таблицы, измерения трех типов кабелей - магистрального,
абонентского и витой пары, используемой в LAN - могут выполняться в полной мере, т.е. на
этапе ввода в эксплуатацию, на этапе регламентных работ, на этапе эксплуатации при воз-
никновении неисправности и после ее устранения. Внедрение аппаратуры «последней мили»
(xDSL) не потребовало замены существующего кабельного хозяйства, однако потребовало
верификации его параметров, проверки состояния кабеля в соответствии с новыми требова-
ниями, предъявляемыми технологией xDSL. С точки зрения измерительной технологии на-
личие аппаратуры xDSL дополняет измерительную концепцию только в части приемо-
сдаточных испытаний, когда проверяются параметры электрического кабеля и выбирается
кабель для внедрения технологии xDSL. Это не означает отмены на данном кабеле регла-
ментных и восстановительных измерений, просто последние проводятся в соответствии с
практикой эксплуатации магистрального и абонентского кабелей.
Таким образом, с учетом заводских измерений электрического кабеля измерительная
концепция включает в себя 14 групп измерений. Именно эта концепция и будет положена в
основу описания технологии эксплуатационных измерений электрического кабеля.
Прежде, чем начать это описание, хотелось бы отметить определенную тенденцию,
имеющую место в современном развитии технологии проводной связи - это широкомас-
штабное внедрение оптического кабеля и вытеснение им электрического кабеля. В настоящее
время оптические кабели в первую очередь внедряются на магистральных линиях связи.
Только в последние несколько лет в странах Европы, США и Японии прошла широкая ре-
конструкция кабельных сетей, включающая абонентское кабельное хозяйство. При жилищ-
ном строительстве в этих странах оптический кабель прокладывается параллельно с подво-
дом канализации и электрической сети. На уровне абонентского хозяйства началась замена
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
159
электрического кабеля на оптический. На отечественных линиях прокладка оптического ка-
беля пока не выходит за рамки магистральных сетей, где технология xDSL внедряется для
создания цифровых систем передачи уровня Е1 и Е2 взамен морально устаревших аналого-
вых систем передачи. В технологии измерений происходит переориентация на задачи тести-
рования абонентских кабелей и параметров кабельных систем для внедрения xDSL.
Это не значит, что измерения на магистральных электрических кабелях теряют свое
значение, они остаются актуальными особенно для России Однако переориентация особенно
заметна при анализе зарубежного рынка измерительной техники, с которого постепенно ухо-
дят измерительные приборы для магистральных кабелей. Вместе с тем измерительная техни-
ка для анализа структурированных абонентских кабельных сетей переживает второе рожде-
ние и развивается в последнее время очень динамично.
В связи с обозначенной выше тенденцией в этой главе подробно будет рассмотрена
только технология измерений магистральных электрических кабелей с использованием реф-
лектометров, практические аспекты которой широко не обсуждались в отечественной техни-
ческой литературе.
Более подробно будут рассмотрены технологии измерений абонентских кабельных се-
тей, в том числе эксплуатационные измерения абонентских кабельных сетей, которые прак-
тически не освещены в отечественной технической прессе, а также специфические измере-
ния, связанные с развитием технологии цифрового абонентского доступа (xDSL).
9.2. Измерения магистральных кабелей
Измерения магистральных кабелей разделяются по этапам прокладки магистральных
кабелей:
• приемосдаточные испытания,
• регламентные измерения;
• измерения, связанные с локализацией неисправности,
• измерения, связанные с проверкой параметров кабеля после его восстановления.
Прокладка магистрального электрического кабеля
Перед прокладкой кабеля часто оказывается целесообразной проверка соответствия его
характеристик заданным. Такие измерения сводятся к анализу характеристик кабеля в бух-
тах. Обычно эти измерения проводятся на заводе-производителе в рамках системы контроля
качества, но могут также проводиться и операторами сетей связи для проверки заданных тех-
нических характеристик.
В связи с процессами приватизации производства эта группа измерений представляется
наиболее существенной среди задач системных измерений кабелей. В настоящее время акту-
альной задачей производственных измерений становится не только организация систем кон-
троля качества, но и создание центров входного контроля кабельной продукции на предпри-
ятиях Основной движущей силой этого процесса выступает конкуренция и необходимость
контроля качества.
Компании-производители кабельной продукции анализируют параметры качества кабе-
ля средствами выходного контроля. Следующим шагом является входной контроль компа-
ниями, непосредственно занимающимися прокладкой кабелей. Такая практика еще мало
практикуется, однако развитие измерительной технологии приведет к росту интереса к сис-
темным измерениям кабелей.
Анализ кабеля в бухтах (рис. 9 2) относится к разряду стандартной задачи анализа пара-
метров четырехполюсников и решается при помощи анализаторов цепей (Network Analyzers).
160
ГЛАВА 9
Эти приборы содержат генератор и анализатор спектра, синхронизированные друг с другом.
Различают скалярные и векторные анализаторы цепей. Векторные анализаторы цепей обеспе-
чивают анализ амплитуды и фазы принимаемого сигнала и могут использоваться для анализа
не только АЧХ кабеля, но и комплексного импеданса и погонной емкости кабеля.
При измерениях кабеля в бухтах анализируют:
Рис. 9.2. Тестирование кабеля в бухтах
анализатором цепей
• погонное сопротивление и импеданс ка-
беля;
• сопротивление изоляции;
• зависимость затухания в кабеле от
частоты;
• параметры отражения сигнала (уровень
возвратных потерь, коэффициент отра-
жения и т.д.).
Анализ погонного сопротивления и им-
педанса кабеля, а также зависимости затуха-
ния в кабеле от частоты выполняется анализа-
торами цепей общего применения. Для анали-
за сопротивления изоляции используют спе-
циализированные приборы - анализаторы со-
противления изоляции, работающие по прин-
ципу анализаторов цепей, но с учетом специ-
фики измерений: анализатор цепей подает в
цепь изоляции высокое напряжение, затем
измеряется ток утечки. Генератор должен
быть в этом случае мощным, а анализатор -
высокочувствительным.
Приемосдаточные и регламентные измерения магистральных кабелей
Эти две группы измерений наиболее полно освещены в отечественных стандартах, а
также многочисленных справочниках по эксплуатации магистральных кабелей. Для каждого
из типов используемых в отечественной практике магистральных кабелей в данных стандар-
тах указан перечень измеряемых параметров, предельные нормы на них, а также рекомендо-
ванный график регламентных работ и их состав.
Обычно измерения кабелей на этапе пусконаладки включают:
• анализ затухания на составном кабеле, на его участках и в соединительных муфтах на
частоте, равной половине от несущей (например, затухание в кабелях для системы пере-
дачи Е1 (2048 кбит/с) измеряется на частоте 1024 кГц и т.д.);
• измерение омического сопротивления кабеля;
• измерение переходного затухания;
• измерение емкости кабеля;
• измерение сопротивления изоляции;
• после подключения к системе передачи - измерение тока и напряжения от системы пе-
редачи;
• измерение шума;
• анализ влияния силовых кабелей.
Учитывая широкую известность перечисленных выше измерений не будем детально ос-
танавливаться на перечисленных тестах.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
161
Обнаружение и устранение неисправностей
К наиболее часто встречающимся в процессе эксплуатации неисправностям можно от-
нести:
• обрыв кабеля целиком, отдельной пары или отдельной жилы,
• короткое замыкание,
• замокание кабеля, нарушение его изоляции.
Для устранения перечисленных неисправностей требуется локализация точки их воз-
никновения Выше упоминалось, что магистральные кабели могут быть как воздушные, так и
подземные. Обнаружение точки возникновения неисправности, таким образом, представля-
ется довольно трудной задачей
Существует несколько принципиально разных методов для обнаружения точек возник-
новения неисправностей:
• метод прямого наблюдения;
• рефлектометрические методы;
• мостовые методы.
Все перечисленные методы могут эффективно применяться не только для обнаружения
точек неисправности магистральных кабелей, но и для аналогичных измерений абонентских
кабелей.
Измерения, связанные с восстановлением кабеля
Эта группа измерений магистрального кабеля практически не отличается по методам
организации измерений и набору измеряемых параметров от группы приемосдаточных испы-
таний. Действительно, после обнаружения точки неисправности кабель расконсервируется,
затем заменяется либо целиком, либо отдельным участком, либо с помощью сварки. Восста-
новленный кабель будет скорее всего иметь одну или несколько сварочных муфт Для про-
верки характеристик восстановленного кабеля целесообразно повторить в полном или час-
тичном объеме пусконаладочные измерения
9.3. Общие методы обнаружения точек возникновения
неисправностей в электрическом кабеле
Прямые методы обнаружения неисправности в кабеле
Используемые в настоящее время прямые методы обнаружения неисправности в кабелях
связаны с внешним наблюдением за кабелем, которое называется трассировкой кабеля. По-
мимо обнаружения неисправности трассировка кабеля производится для обнаружения мар-
шрута залегания его под землей, в канализации, в стенах (в случае абонентского кабеля) и т.д.
При прямом методе в основном используются кабелеискатели (рис. 9.3), состоящие из двух
частей- генератора-передатчика сигнала и приемника. Передатчик подключается к кабелю, в
котором обнаружена неисправность, и подает в кабель сигнал переменного тока напрямую
или через индуктивный переходник. Приемник-трассоискатель при замыкании цепи пере-
датчик - кабель - среда - приемник отображает уровень сигнала в этой цепи в цифровом
виде, а чаще - просто звуковым сигналом, пропорциональным уровню сигнала в цепи.
Очевидно, что замыкаемая цепь не может иметь омический характер за счет наличия
непроводящей среды (сюда входит воздух, земля, изоляция и т д) В зависимости от того,
обеспечивает ли приемник емкостное или индуктивное замыкание цепи, приемник может
быть как емкостным, так и индуктивным или совмещать в себе оба варианта. В последнем
162
ГЛАВА 9
случае выбор режима работы приемника может осуществляться оптимально в соответствии с
типом неисправности и условиями измерений.
Рис. 9.3. Кабелеискатель для
трассировки кабеля
Частота и мощность тестового сигнала, подаваемо-
го в кабель, выбирается в соответствии с типом кабеля,
глубиной его залегания и чувствительностью приемни-
ка. Обнаружение точки возникновения неисправности
кабелеискателем зависит от типа неисправности. Так
при полном обрыве кабеля сигнал на приемнике в точке
обрыва значительно усилится из-за полного нарушения
изоляции и пропадает после точки обрыва. В случае час-
тичного обрыва одной жилы нарушения изоляции в ка-
беле может не быть, тогда после прохождения точки
неисправности сигнал пропадает. При коротком замы-
кании сигнал также усилится и пропадет после прохож-
дения точки и т.д.
Кабелеискатели выполняют:
• трассировку пути залегания кабеля;
• определение глубины залегания кабеля;
• измерение величины тока в кабеле;
• определение характера повреждения: короткое за-
мыкание или обрыв;
• определение степени повреждения: легкое или силь-
ное повреждение;
• индикацию силовых кабелей и кабелей питания;
• определение точек намокания кабеля.
Кабелеискатели могут выполнять измерения также на воздушных кабелях и проложен-
ных в канализации. Так для обнаружения препятствия в трубу, в которой предполагается
прокладка кабеля (рис. 9.4), опускается активный источник (минипередатчик), который ука-
зывает местоположение препятствия и кабелеискатель фиксирует это место. Подобная тех-
нология обследования труб оказывается эффективной и в настоящее начинают использовать-
ся подвижные видеокамеры для обследования труб и обнаружения препятствий для проклад-
ки кабеля.
Трассировка залегания кабеля в грунте может выполняться по индикации активного
сигнала и с использованием маркеров. В первом случае к кабелю подключается генератор
гармонического или модулированного сигнала. Кабелеискатель принимает этот сигнал, за
счет чего определяет трассу залегания кабеля. В кабелеискателе используется обычно не-
сколько антенн вертикальной и горизонтальной поляризации. Горизонтально-ориентиро-
ванная антенна обеспечивает грубый поиск места залегания кабеля, тогда как вертикальная
антенна обеспечивает индикацию местоположения кабеля с точностью до 5-10 см. Эффек-
тивным способом трассировки кабеля является использование маркеров. В этом случае при
прокладке кабеля параллельно с ним закапывают маркеры -устройства, содержащие индук-
тивную катушку, настроенную на определенную резонансную частоту. Кабелеискатель для
поиска маркеров имеет в своем составе резонансный контур, реагирующий на наличие мар-
кера в непосредственной близости от него. При максимуме резонанса кабелеискатель иден-
тифицирует маркер и, таким образом, определяет трассу залегания кабеля.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
163
Активный зонд
Рис. 9.4. Схема определения препятствия для прокладки кабеля в трубе
В настоящее время на мировом и отечественном рынке имеется большое количество ка-
белеискателей. В качестве примера в табл. 9.2 приведены несколько различных устройств
этого класса.
Таблица 9.2. Кабелеисжатели
Модель 2210Е 2250Е 2273Е
Производитель Dynatel Dynatel Dynatel
Внешний вид
>
Характеристики www.mmm.com www.mmm.com www.mmm.com
Модель С.А.Т RD312 RD315
Производитель Radiodetection Radiodetection Radiodetection
Внешний вид
1 Я» ХЗШ888& « 1 % ф
1 щ 1 в «в
Характеристики www.radiodetection.co.uk www.pergam.ru www.pr-group.ru www.radiodetection.co.uk www.pergam.ru www.pr-group.ru www.radiodetection.co.uk www.pergam.ru www.pr-group.ru
164
ГЛАВА 9
Окончание табл. 9.2
Модель RD400 FERROLUX Fll
Производитель Radiodetection Seba KMT Seba KMT
Внешний вид * тВР
Характеристики www.radiodetection.co.uk www.pergam.ru www.pr-group.ru www.sebadyn.de www.sebadyn.de
Модель FM9800 ARROW Digiloc
Производитель Seba KMT Seba KMT Seba KMT
Внешний вид
Характеристики www.sebadyn.de www.sebadyn.de www.kmt.de
Модель Easyloc
Производитель Seba KMT
Внешний вид
Характеристики www.kmt.de
Рис. 9.5. Прибор Tonearc ком-
пании Тетро
Для обнаружения места залегания кабеля могут
применяться металлоискатели, однако их применение
оправдано только в сельской местности, когда заранее
известно, что иного кабеля нет. В городских условиях
это практически исключено. Кроме того, металлоиска-
тели не обнаруживают точки возникновения неисправ-
ности, а фиксируют только маршрут залегания кабеля.
Могут использоваться другие прямые методы.
Так, например, метод прямой локации, который чрез-
вычайно эффективен при обнаружении коротких за-
мыканий, при определении точек обрыва дает не очень
хорошие результаты. Высокая точность измерений в
приборе Tonearc фирмы Тетро (рис. 9.5) достигается
за счет использования высоковольтного импульса ма-
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
165
пой длительности. В точке обрыва кабеля при прохождении высоковольтного импульса воз-
никает ионизированное плазменное образование, которое меняет на время сопротивление
кабеля Плазменный шнур выполняет в этом случае роль проводника для короткого замыка-
ния и точка обрыва может быть успешно локализована
Поскольку прибор использует для измерения очень короткий импульс, его работа не
сказывается на параметрах кабеля (за исключением точки обрыва) и на оборудовании, под-
ключенном к кабелю.
По данным о длительности импульса определяется ориентировочная дистанция до точ-
ки обрыва Точная локализация выполняется с использованием портативного переносного
индуктивного приемника одночастотного сигнала.
Обнаружение неисправностей с использованием рефлектометров
электрических кабелей
Для анализа магистральных кабелей с одного конца используют металлические реф-
лектометры дальнего действия, принцип работы которых аналогичен оптическим рефлек-
тометрам. Диапазон измерений металлических рефлектометров достигает 60 км, разрешаю-
щая способность - до 10 см, что обеспечивает локализацию точек обрыва даже без использо-
вания на местности кабельных локаторов.
Общая теория рефлектометрии электрических кабелей была разработана в 60-х годах, ее
наиболее полное описание может быть найдено в [39-46].
Различают два основных типа металлических рефлектометров: рефлектометры с ото-
бражением формы принимаемой волны и рефлектометры с цифровым отображением. Реф-
лектометры с отображением формы принимаемой волны (рефлектограммы) дают возмож-
ность комплексного анализа всех неоднородностей в кабеле, а рефлектометры с цифровым
отображением определяют расстояние до первой неоднородности, и могут с успехом приме-
няться в эксплуатации, поскольку дешевы и портативны Некоторые приборы этого класса
селектируют неоднородности, определяя категорию неисправности в виде обрыва или корот-
кого замыкания кабеля.
Важным отличием металлических рефлектометров от оптических является зависи-
мость скорости распространения сигнала по кабелю от характеристик кабелей В связи с
этим возникает вопрос пересчета данных о времени распространения отраженного сигна-
ла в данные о расстоянии до неоднородности. При этом возникает дополнительный фак-
тор, связанный со скоростью распространения сигнала - VOP (Velocity of Propagation)
Фактор VOP численно равен отношению скорости распространения сигнала в кабеле к
скорости света в вакууме и определяется типом диэлектрика в кабеле Для коаксиальных
кабелей VOP зависит от материала, окружающего центральную жилу, для симметричной
пары - от расстояния между жилами и типа диэлектрика VOP может меняться в зависи-
мости от времени использования кабеля и температуры в пределах 3%. Если VOP не ука-
зывается в паспорте на кабель, он может быть вычислен путем измерения кабеля извест-
ной длины. Для проверки правильности VOP при использовании рефлектометра измере-
ния проводятся с двух сторон кабеля и результаты сравниваются с данными о реальной
длине кабеля.
Другим важным фактором организации измерений с использованием TDR помимо VOP
является способ подключения рефлектометра к тестируемому кабелю. Варианты правильно-
го и неправильного подключения представлены на рис. 9 6
На рисунке представлены варианты правильного и неправильного соединения через со-
единительную муфту (рис. 9.6, а), с использованием адаптера (рис. 9.6, в) и подсоединения к
витой паре (рис. 9 6, в)
166
ГЛАВА 9
Правильное соединение Неправильное соединение
Основные типы рефлектограмм
металлических кабелей
Среди всего многообразия рефлектограмм
металлических кабелей можно выделить не-
сколько, наиболее полно описывающих воз-
можные неисправности кабелей.
На рис. 9.7 представлены типичные реф-
лектограммы металлических кабелей.
На рефлектограмме 1 представлен случай
отражения сигнала от точки с большим сопро-
тивлением (второй курсор), что соответствует
обрыву кабеля. Состояние, описываемое реф-
лектограммой, получило название характерно-
го обрыва (COMPLETE OPEN)
Отражение со сменой полярности сигнала,
представленное на рефлектограмме 2, соответ-
ствует короткому замыканию в кабеле и, как
следствие, малому сопротивлению неоднород-
ности. Такое состояние получило название ха-
рактерного короткого замыкания (DEAD
SHORT).
На рефлектограмме 3 представлен вариант
частичного обрыва (второй курсор) (PARTIAL
OPEN), за которым следует полный обрыв.
На рефлектограмме 4 представлен случай,
Рис. 9.6. Подключение TDR к кабелю ^0ГДа за частичным замыканием (PARTIAL
SHORT), отмеченным вторым курсором, сле-
дует полный обрыв кабеля
Рефлектограмма 5 отражает четыре отпайки на кабеле. Отпайка, отмеченная вторым
курсором, является дефектной, что хорошо видно по уровню отражения от неоднородности.
Цилиндрический коннектор на коаксиальном кабеле, отмеченный вторым курсором,
вносит затухание, прямо пропорционально качеству соединения (рефлектограмма 6). Нали-
чие усилителя в линии (рефлектограмма 7) приводит к повышенному отражению от усилите-
ля. Сигнал от рефлектометра должен обрываться на усилителе, однако может возникнуть
дополнительное отражение (фантомный образ) за усилителем.Коаксиальные отпайки (реф-
лектограмма 8), как внешние, так и внутренние, могут привести к появлению точек отраже-
ния по всей длине кабеля. Уровень отражения является параметром качества отпаек.Наличие
направленных и пассивных ответвителей (рефлектограмма 9) может привести к ошибке из-
мерения вследствие множественного отражения. На предлагаемой рефлектограмме второй
курсор отмечает место расположения ответвителя. Два разнонаправленных отраженных сиг-
нала отображают два сегмента ответвителя.Внесение дополнительного сопротивления или
сварочный шов приводят к появлению отражения в виде S на рефлектограмме 10. Высокоом-
ное отражение сопровождается низкоомным. Хорошо согласованное соединение кабеля с
согласованной нагрузкой (терминатором) полностью поглощает сигнал отражения. Рефлек-
тограмма 11 служит гарантией правильности выбора терминатора, который не вызывает от-
ражения.
Тестирование кабеля с антенной (рефлектограмма 12) также может приводить к S-
отражению. В этом случае отражение сильно зависит от типа антенны.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
167
Анализ кабелей с антеннами радиосвязи может сопровождаться индуктивными навод-
ками от радиоаппаратуры (рефлектограмма 13).
Рис. 9.7. Основные типы рефлектограмм
168
ГЛАВА 9
15
Рис. 9.7 (окончание). Основные типы
рефлектограмм
Замокание кабелей отображается на рефлектограмме как область случайного отражения.
Начало этой области, показанное вторым курсором на рефлектограмме 14, соответствует на-
чалу области замокания кабеля.
Повышение влажности в кабелях (рефлектограмма 15) приводит к появлению шумовой
составляющей.
Высокоомная отпайка отображается на рефлектограмме как низкоомное отражение, за
которым идет высокомное отражение, показывающее конец высокоомной отпайки (рефлек-
тограмма 16). Из-за протяженности участка анализ кабеля с множеством отпаек может вы-
звать затруднения.
Характеристики рефлектометров для металлических кабелей с отображением формы
волны и с цифровым отображением представлены в табл. 9.3.
Обнаружение неисправностей с использованием мостового метода
Метод мостового тестирования основан на использовании электротехнической схемы
сбалансированного моста. Тестируемый кабель используется в качестве одного из плеч мос-
та, затем анализатор подбирает параметры других плеч и на основании этого делается вывод
о параметрах составного кабеля, например, сопротивлении, емкости и т.д. На основании дан-
ных о распределенных параметрах (погонной емкости и сопротивлении) оценивается рас-
стояние до неоднородности и ее характер.
При таком подходе сначала определяют характер предполагаемой неисправности. Вы-
деляют два типа неисправностей, соответствующих двум типам кабелей: омические и емко-
стные. Если в результате неисправности между жилами появляется активное сопротивление,
такую неисправность назовем омической; к ним относятся короткое замыкание, частичный
пробой изоляции между жилами, замокание кабеля и т.д. Неисправности, в результате кото-
рых увеличивается емкость между несущими жилами, а также между несущими жилами и
землей, назовем емкостными. К ним относятся различные типы обрывов жил. И в том, и в
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
169
другом случае используется один и тот же алгоритм, с той только разницей, что в случае
омической неисправности мостовая схема строится на основе анализа активного сопротивле-
ния, а в случае емкостной неисправности - реактивного.
Таблица 9.3. Основные рефлектометры электрического кабеля
Модель ALT2000 ETDR-10 E2520
Производитель Aten Elektronika Metrohm
Внешний вид
Характеристики www.aten.it www.pr-group.ru www.elektronika.hu www.edgcumbe.com www.pr-group.ru
Модель Е2550/Е2570 E2710 E2770
Производитель Metrohm Metrohm Metrohm
Внешний вид . Ж L iiSS L И
Характеристики www.edgcumbe.com www.pr-group.ru www.edgcumbe.com www.pr-group.ru www. edgcumbe .com www.pr-group.ru
Модель 1205Т 1205TX 1270A
Производитель RiserBond Instruments RiserBond Instruments RiserBond Instruments
Внешний вид 1 / Wi' \ 1 чв А 1 '1 hil”1!'. V д|
Характеристики www. riserbond, com www.pergam.ru www.skomplekt.com www.riserbond.com www.pergam.ru www.skomplekt.com www.riserbond.com www.pergam.ru www.skomplekt.com
Модель 3300 1550C 6000
Производитель RiserBond Instruments RiserBond Instruments RiserBond Instruments
Внешний вид Г75ГВ Л* ' » - ? * . I*. . » 1 3 1 |ИИВЯИ!1^И
Характеристики www.riserbond.com www.pergam.ru www.skomplekt.com www.riserbond.com www.pergam.ru www.skomplekt.com www.riserbond.com www.pergam.ru www. skomplekt. com
170
ГЛАВА 9
Окончание табл. 9.3
Модель Kabelux 7Т Kabelux 6T Kabelux 4T
Производитель Seba KMT Seba KMT Seba KMT
Внешний вид f H Яii ЗДМЮ.!,: Sas#-,.
Характеристики www.sebadyn.de www.sebadyn.de www.sebadyn.de
Модель Digiflex Easyflex Miniflex
Производитель Seba KMT Seba KMT Seba KMT
Внешний вид -v R ИЯИ i м ? I
Характеристики www.kmt.de www.kmt.de www.kmt.de
Модель РЕЙС-105Р TS90 TS100
Производитель СТЕЛЛ TEMPO TEMPO
Внешний вид иЛЛн ****** ^ *' ** ^^^ЛЛн К e- w (Q}
WO Mr i
Характеристики www.debryansk.ru/~stell/ www.watson.ru www.tempocomm.com www.pr-group.ru www.tempocomm.com www.pr-group.ru
Модель TS200
Производитель ГЕМРО
Внешний вид im.com ip.ru 1
Характеристики www.tempoconwww.pr-groi
После определения характера неисправности выбирается анализируемый параметр - со-
противление или емкость. По заданным распределенным параметрам можно сразу рассчитать
предполагаемую длину кабеля (см. пример 9.1). Если она не совпадает с заданной, это озна-
чает, что имеет место та или иная неоднородность. Затем параметры заданной пары сравни-
ваются с эталонной. Для этого образуют сбалансированный мост, одно плечо которого - тес-
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
171
тируемая пара, другое - эталонная, третий компонент моста - омическая или емкостная не-
исправность, четвертый - прибор. Прибор обеспечивает баланс моста. В результате измеря-
ют распределенное сопротивление (емкость) до неоднородности и собственное сопротивле-
ние (емкость) неоднородности. Зная распределенные параметры кабеля, можно вычислить
расстояние до неоднородности.
Пример 9.1
Расчет реальной длины кабеля
Для расчета реальной длины кабеля используют справочные таблицы величин основных распреде-
ленных параметров кабеля (например, табл.9.4)
Таблица 9.4. Параметры распределенного сопротивления кабеля при 20° С
Диаметр медной пары, мм Диаметр алюминиевой пары, мм Распределенная длина меж- ду несущими жилами, T-R, м/Ом Распределенная длина меж- ду несущими жилами и зем- лей, Т-G и R-G, м/Ом
1,02 - 23,88 47,73
0,90 1,15 18,36 36,72
0,64 0,81 9,22 18,44
0,50 0,64 5,79 11,57
0,40 0,50 3,62 7,23
0,32 - 2,28 4,56
В качестве примера использования такой таблицы рассмотрим расчет длины кабеля, если сопро-
тивление между жилами T-R при диаметре 0,64 мм равно 30 Ом. В этом случае искомая длина равна
Z=30 Ом х 9,22 м/Ом = 276,6 м
При подобных расчетах следует учитывать температурный коэффициент изменения длины, за-
висящий от типа пары, материала, а также разницы температур. Например, для нашего кабеля ко-
эффициент равен 0,00218. Тогда поправка к длине будет составлять при температуре 28,89° С
dL = 276,6м х 0,00218 х (20° С - 28,89° С) = -5,36 м.
а реальная длина составит Lp = 276,6 м — 5,36 м = 271,24 м.
Если эта длина не совпадает с прогнозируемой, значит в кабече имеется омическая неисправность.
Мостовой метод дает большую неопределенность в трактовках полученных результатов,
чем рефлектометрический. Поэтому для конкретизации были разработаны несколько типо-
вых схем включения, представленные на рис. 9.8. Наибольшее распространение получили
двухжильная и трехжильная схемы в зависимости от того, сколько металлических жил ис-
пользуется в измерении. Дело в том, что для создания мостовой схемы на удаленном конце
необходимо составить шлейф, т.е. установить перемычки между соответствующими жилами.
Сделать это можно двумя способами. На рис.9.8 слева представлен вариант образования мос-
та по жилам 1-2-G (G-жила заземления). Справа представлен вариант образования шлейфа по
жилам 1-2-3-G.
Обе схемы имеют свои преимущества и недостатки и часто в реальных эксплуатацион-
ных условиях взаимно дополняют друг друга, повышая точность измерений.
Перечень соответствующего измерительного оборудования, работающего по методу
моста, представлен в табл. 9.5. Следует отметить, что часть измерительных приборов, пред-
ставленных в таблице, пересекается с табл. 9.3. Это обусловлено тем, что для повышения
эффективности использования приборов в последние несколько лет фирмы-производители
стараются объединять функции рефлектометра и мостового анализатора.
172
ГЛАВА 9
Рис. 9.8. Типовые схемы включения анализатора для поиска
неисправностей мостовым методом
Таблица 9.5. Анализаторы электрического кабеля, работающие по принципу моста
Модель EFL-10 E2020 E2570
Производитель Elektronika Metrohm Metrohm
Внешний вид j Lm/
Характеристики www. elektronika. hu www. edgcumbe .com www .pr-group. ru www.edgcumbe.com www.pr-group.ru
Модель Miniflex Cable Test TS200
Производитель Seba KMT Seba KMT TEMPO
Внешний вид g
Характеристики www.kmt.de www.kmt.de www.tempocomm.com www.pr-group.ru
В целом рефлектометрический метод более эффективен, поскольку не требует манипу-
ляций с кабелем на удаленном конце и сложных вычислений. В то же время существует ряд
характерных неисправностей, в которых использование мостового метода дает лучшие ре-
зультаты. Поэтому в ряде случаев целесообразно примененять оба метода.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
173
9.4. Измерения абонентских кабельных систем
В связи с широкомасштабным внедрением ВОЛС измерительная технология ориентиру-
ется в большей степени на измерения абонентских кабелей, поскольку на магистральной пер-
вичной сети в основном применяется оптический кабель. В последнее время возникла реаль-
ная необходимость создания универсальной абонентской кабельной сети, которую можно
было бы эффективно использовать не только для передачи сигналов ТФ, но и для создания
локальных вычислительных сетей (LAN) высокой пропускной способности. В результате
возникла концепция структурированных кабельных сетей (СКС). Эта концепция в настоящее
время доминирует при развертывании новых абонентских кабельных систем или при капи-
тальной реконструкции абонентского кабельного хозяйства.
Реальная необходимость создания высокоскоростных каналов передачи данных без за-
мены существующего абонентского кабельного хозяйства потребовала пересмотра парамет-
ров имеющегося абонентского кабеля и фактически породила новую измерительную техно-
логию со своими отдельными подходами, решениями, измерительными средствами и мето-
дами интерпретации результатов.
Технология измерений существующего абонентского кабеля разделяется на три незави-
симых измерительных технологии:
• измерения существующего абонентского кабеля, используемого в телефонных прило-
жениях (POTS);
• измерения абонентского кабеля нового поколения - структурированных кабельных сис-
тем на основе витой пары категорий 3, 5, 6;
• измерения существующего абонентского кабеля в соответствии с новыми требования-
ми, предъявляемыми аппаратурой xDSL.
Все перечисленные технологии по существу независимы и должны рассматриваться от-
дельно, что и нашло отражение в разд. 9.1. Здесь хотелось бы уточнить, что формально все
три технологии связаны с абонентским электрическим кабелем.
Технологии измерений абонентских кабельных сетей с одной стороны очень распро-
странены, с другой стороны в мировой практике фактически неструктурированы, т.е. нет
универсальных рекомендаций по организации измерений. Несмотря на то, что набор пара-
метров абонентских кабелей известен, существует несколько совершенно разных методов их
измерения и для проведения этих измерений используется различное оборудование. Общая
классификация технологий измерений на абонентских кабелях обычно не рассматривается, а
сами технологии представлены в виде типовых задач и путей их решения.
В настоящей главе рассмотрим технологию эксплуатационных измерений обычного
абонентского кабеля общего применения (POTS). Несмотря на классическую постановку за-
дачи, технология измерений кабеля POTS в последнее время значительно усовершенствова-
лась и частично используется при эксплуатационных измерениях xDSL и LAN.
Прежде чем перейти к описанию измерений, рассмотрим устройство абонентской па-
ры. В отечественной практике абонентское кабельное хозяйство строится на основе отече-
ственных и импортных кабелей. Структура таких кабелей отличается по количеству пар,
наличию металлической арматуры и экранов, использованию различных материалов. Для
каждого кабеля можно найти информацию в специальной литературе, в первую очередь, в
справочниках по кабелям связи. Для нас важно, что абонентское кабельное хозяйство стро-
ится на основе абонентских пар, и далее под электрическим абонентским кабелем будем
понимать абонентскую пару.
174
ГЛАВА 9
Структура и характеристики абонентской пары
Абонентская пара состоит из трех жил: две - для передачи сигнала и одна - заземление.
В зарубежной литературе две несущие жилы часто называют Ring (R) и Tip (Т); по одной
жиле может передаваться сигнал вызова, а вторая используется для передачи рабочего сигна-
ла. Соответственно жила заземления называется Ground (G).
Существуют несколько наиболее часто встречаемых диаметров жил абонентского кабеля,
которые по разному маркируются в европейских и американских стандартах (см. табл. 9.6).
Таблица 9.6. Наиболее часто используемые типы жил абонентского кабеля
Американское обозначение 19 AWG 22 AWG 24 AWG 26 AWG 28 AWG
Европейское обозначение 0,90 мм 0,64 мм 0,50 мм 0,40 мм 0,32 мм
Структура типового соединения абонентского кабеля представлена на рис. 9.8.
^ии**"*^ Распределительный
.^7^1 _ИИ—_
.. .. Пользователь
Центральный коммутатор
(СО)
Рис. 9.8. Структура типового соединения абонентского кабеля
Абонентский кабель оканчивается абонентской кабельной проводкой на стороне поль-
зователя. В качестве пользователя в данном соединении может выступать здание или уда-
ленный офис, в случае необходимости прокладки в него выделенного кабеля. С другой сто-
роны находится центральный коммутатор (Central Office - СО). Часто возникает необходи-
мость разделения пучка абонентских кабелей на нескольких пользователей. Тогда в непо-
средственной близости от пользователя устанавливают распределительный шкаф, иногда
можно устанавливать в помещении одного из пользователей.
Абонентская пара может быть пассивной или активной в зависимости от того, подклю-
чена ли она к оборудованию коммутатора. Активная пара используется для передачи сигна-
лов ТЧ. Основные параметры активной пары следующие:
Параметр Номинальное значение
Постоянное напряжение 48 - 52 В, 58-62 В
Ток шлейфа >23 мА
Сопротивление шлейфа <1300 Ом для ненагруженной пары
Затухание <-8 дБм на 1020 Гц
Уровень псофометрического шума <20 дБм
Подавление интерференции с силовыми кабелями >80 дБ
Уровень балансировки пары >60 дБ
Параметры пассивной абонентской пары представляют собой часть этих параметров.
Основные параметры абонентских кабельных сетей
Основными параметрами абонентских кабельных сетей являются:
• импеданс линии (включая сопротивление, емкость и индуктивность);
• ток, напряжение активного абонентского кабеля;
• уровень балансировки пары;
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
175
• затухание в канале и длина кабеля;
• АЧХ и ГВЗ абонентского канала (полоса пропускания);
• переходное затухание на ближнем конце (NEXT);
• шумовые характеристики канала;
• возвратные потери и коэффициент отражения;
• импульсные характеристики помех в кабеле;
• задержка в распространении сигнала;
• полярность жил в кабеле;
• параметры, связанные с локализацией неисправности в кабеле.
Все параметры абонентской линии условно разделяют на первичные и вторичные. Пер-
вичными называются параметры, которые могут быть рассчитаны на основании данных о
физической конструкции кабеля. Зависимость от конструкции кабеля может быть довольно
сложной и свой вклад могут вносить геометрия и свойства материалов кабеля. Первичные
параметры обычно относятся к параметрам пассивной пары и не связаны с процессами пере-
дачи по ней сигналов. К таким параметрам относятся параметры импеданса (сопротивление,
индуктивность и емкость), а также параметры геометрии (параметр скрутки и т.д.)
Параметры импеданса абонентского кабеля являются метрологическими характеристи-
ками, т.е. характеристиками, методы измерений которых описываются классической теорией
метрологии на основании модели четырехполюсника. С этим связана технология измерений
параметров импеданса общеизмерительными приборами (в первую очередь мультиметрами)
Вторичные параметры рассчитываются на основе первичных или получаются с помо-
щью непосредственных измерений. Вторичные параметры определяют поведение электриче-
ского сигнала при прохождении его по кабелю. Для проведения эксплуатационных измере-
ний основными являются вторичные параметры.
Разделение параметров на первичные и вторичные связано с теорией метрологии, пара-
метры классического четырехполюсника рассматриваются как первичные параметры, тогда
как для описания вторичных параметров используется модель “черного ящика” и рассматри-
вается зависимость параметров выходного сигнала от параметров входного сигнала. Более
подробно теоретические аспекты метрологии можно найти в [49]. В настоящей книге нас
будут интересовать практические методы измерения параметров, поэтому описанные модели
рассматриваться не будут.
Измерение параметров импеданса абонентского кабеля
Параметры импеданса абонентского кабеля также называются первичными параметрами
линии передачи. К ним относятся сопротивление, индуктивность, проводимость и емкость.
Они относятся к общим параметрам четырехполюсников и могут быть измерены обычными
мультиметрами или LCR-метрами с соответствующими диапазонами измерений.
Из перечисленных параметров наиболее важными оказываются параметры сопротивле-
ния и емкости, поскольку проводимость представляет собой характеристику, обратную со-
противлению, а измерения индуктивности довольно громоздки и имеют спорную эксплуата-
ционную ценность.
Измерения емкости и сопротивления выполняются в абонентском кабеле по трем воз-
можным направлениям: T-R, R-G и Т-G. В результате измеряются шесть величин, которые не
только характеризуют параметры кабеля, но и сразу указывают на тип неисправности. В ча-
стности, при измерениях на пассивной паре очень важно определить характер кабеля - оми-
ческий или емкостной. Например, замкнутый кабель является омическим, тогда как разомк-
нутый - емкостным. То же самое можно сказать и об основных неисправностях в кабеле -
176
ГЛАВА 9
коротких замыканиях и обрывах жил. Поэтому в ряде приборов сопротивление и емкость
измеряются автоматически, а результаты таких измерений выводятся на один экран для
удобства обработки. В зависимости от характера кабеля оператор может эффективно опреде-
лить последующие измерения, необходимые для окончательного определения причины и
места неисправности.
В качестве примера на рис. 9.9 представлены результаты измерений кабеля прибором
TelScout 200 [62]. Как следует из рисунка, в данном случае пассивная пара имеет емкостной
характер.
Рис. 9.9. Измерения импе-
данса абонентского
кабеля
Параметры Т-G и R-G обычно совпадают, и любое отклонение указывает на наличие
неисправности или нарушение баланса пары. Как следует из табл. 9.4 параметры R-T могут
при этом значительно отличаться от параметров Т-G и R-G.
С измерениями параметров импеданса линии связан ряд методов обнаружения неис-
правности в кабеле. Для эффективного обнаружения и квалификации неисправности могут
использоваться рефлектометрические и мостовые методы, причем наибольшую эффектив-
ность дает объединение этих методов. В качестве примера рассмотрим несколько реальных
ситуаций обнаружения и квалифицирования неисправностей, взятых из [62]. Поскольку из-
мерения проводились по американским стандартам, то результаты представлены в градусах
Фаренгейта (84° F = 28,89° С), расстояние - в футах, а измеряемый кабель имеет американ-
скую маркировку 26 AWG, что соответствует 0,40 мм
Пример 9.2
Поиск неисправности в абонентском кабеле при коротком замыкании
Рассмотрим в качестве неисправности короткое замыкание (рис. 9.10а).
Короткое замыкание фактически означает, что между жилой RuT сопротивление равно 0 Ом.
Это - принципиально омический тип неисправности. В качестве подтверждения на рис. 9.106 показа-
ны параметры сопротивления линии. Сопротивления по направлениям R-G и Т-G составляют 65,3
МОм и 106,1 МОм соответственно. Поскольку сопротивления не равны друг другу, это указывает на
неоднородность и дисбаланс в кабеле. Параметры в несколько десятков МОм соответствуют ра-
зомкнутому кабелю, тогда как сопротивление по линии T-R, равное 113,60 Ом, является неоправданно
малым, что указывает на наличие короткого замыкания. Для определения расстояния до места ко-
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
177
роткого замыкания используется простой расчет, анализатор выполняет его автоматически на ос-
новании данных о температуре и сопротивлении (рис .9.10в). Анализатор определяет расстояние в
2076,01 фт. Сравнивая это расстояние с рефлектограммой на данном кабеле (рис. 9.10г), подтвер-
ждаем предположение о коротком замыкании на расстоянии в 2076 фт.
в)
г)
Рис. 9.10. Поиск неисправности в абонентском кабеле при коротком замыкании
Пример 9.3
Поиск неисправности в абонентском кабеле в случае замыкания на низкоомную нагрузку
Определим расстояние до точки замыкания на низкоомную нагрузку (рис. 9.11). Под низкоомной
нагрузкой понимается сопротивление неисправности менее 1 кОм (рис. 9.11а).
При незначительном (менее 1000 Ом) сопротивлении в месте неисправности, расстояние до по-
следней не рассчитывается напрямую по распределенным параметрам кабеля, а проводится предва-
рительная диагностика неисправности. Для этого омметром измеряется сопротивление неисправной
жилы. Если неисправность низкоомная (менее 1000 Ом), для определения расстояния до нее может
использоваться или рефлектометр или мост.
При использовании рефлектометра следует найти пик, аналогичный пику на рефлектограмме
рис. 9.116. Чем ниже сопротивление в месте неоднородности, тем выше пик отражения на рефлек-
тограмме. Если величина сопротивления достигает 1000 Ом, пик практически сложно обнаружить.
Как следует из рис. 9.116, в данном случае расстояние до неоднородности составляет 1043 фт.
178
ГЛАВА 9
а)
Use
to select
Resistance Fault Locator -Short with Two Pair
DIAMETER
AWC
IEMPERAIURE
LENGTH
Red R1
BikTI
Ylw R2
Grn Г2
Red
sad pair
81k
Good pair
81k
Use < ► to change
it DIS Is known, or there are multiple
Main
Display
setup
Batt/Gnd
Two Pair
Batt/Gnd
One Pair
Define
Section
Send
to TDK
<1
B) r)
Рис. 9.11. Поиск неисправности в абонентском кабеле
при замыкании на низкоомную нагрузку
Мостовой метод базируется на расчете параметров кабеля. В этом случае исходными данными
являются данные о типе кабеля, диаметре и материале жилы и температуре кабеля. В нашем случае
использовалась трехжильная схема (рис. 9.11 в). В результате были рассчитаны совпадающие с ре-
зультатом рис. 9.11а величины: расстояние до неисправности 1043 фт, расстояния после неисправно-
сти 1033 фт и сопротивления неоднородности 850 Ом.
Для полной проверки данных, полученных мостовым методом, можно использовать схему мос-
тового измерения, но в режиме рефлектометра (рис. 9.1 Id). В этом случае помимо пика на неисправ-
ности на рефлектограме появляется пик, соответствующий концу кабеля (2076 фт, т.е. как раз сум-
ме 1043 фт и 1033 фт, полученных мостовым методом)
Пример 9.4
Поиск неисправности в абонентском кабеле при замыкании на высокоомную омическую нагрузку
Наконец, рассмотрим поиск расстояния до точки замыкания на высокомную нагрузку (рис. 9.12).
Под высокоомной нагрузкой понимается сопротивление неисправности более 1 кОм. При высокоомной
нагрузке для поиска расстояния и определения типа нагрузки использование рефлектометра неэффек-
тивно, поскольку пик отражения на рефлектограмме трудно обнаружить (рис. 9.126). Наиболее эф-
фективен в этом случае является мостовой метод.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
179
В предлагаемом примере при использовании мостового метода на расстоянии 1043 фт была об-
наружена неисправность с сопротивлением 15 кОм. Расстояние до конца кабеля равно 1033 фт (рис.
9.12а). Это практически аналогично неисправности в вышеприведенном примере.
а)
Рис. 9.12. Поиск неисправности в абонентском кабеле при замыкании на высокоомную
нагрузку
Пример 9.5
Поиск неисправности в абонентском кабеле в случае полного обрыва
Неисправность при полном обрыве кабеля имеет явный емкостной характер (рис. 9.136).
в)
Рис.9.13. Поиск неисправности в абонент-
ском кабеле при полном обрыве
180
ГЛАВА 9
Анализируя результаты, можно найти, что емкость между парами и землей (параметры Т-G и
R-G) равны, т.е. пара сбалансирована. В этом случае длина абонентского кабеля зависит от парамет-
ра распределенной емкости и может быть рассчитана линейно при условии отсутствия в кабеле па-
раллельных отпаек, катушек Пупина и прочих неисправностей, не связанных с обрывом. Рассчитав
параметр на основании данных рис. 9.136, можно получить значение длины кабеля около 6 км (17160
фт). Для проверки правильности предположения используем рефлектометрический метод (рис. 9.1 Зв),
в результате которого получим то же значение 17160 фт.
Использование рефлектометра позволяет значительно повысить точность измерений этого
типа. При мостовом методе требуется анализ емкости порядка мкФ, что технически реализовать
достаточно сложно. Рефлектометр не использует измерения емкости, поэтому погрешности таких
измерений не влияют на точность определения места повреждения.
Пример 9.6
Поиск неисправности в абонентском кабеле при частичном обрыве
В качестве последнего примера рассмотрим случай частичного обрыва (рис. 9.14а). При этом
одна из пар имеет повышенную емкость в точке неисправности, т.е. пара должна рассматриваться
как несбалансированная, что и видно в качестве результата измерения емкостных характеристик
пары (рис. 9.146). Как видно параметры Т-G и R-G по емкости не равны друг другу, что свидетельст-
вует не только о емкостном характере неисправности, но и о нарушении балансировки пары. При на-
рушении баланса пары расчет расстояния до места неисправности, приведенный в примере 9.5, невоз-
можен, поскольку несбалансированная пара может иметь нелинейную составляющую емкости. Рас-
сматривая результат рис. 9.146 можно отметить, что емкость R-G выше емкости Т-G и предполо-
жить, что частичный обрыв имеется на жиле Т, поскольку расчет показывает, что она короче. То-
гда, предполагая целостность жилы R, можно сделать расчет по распределенной емкости направле-
ния Т-G (т.е. по минимальной емкости). Расчет делается на основании данных о распределенной емко-
сти пар Т-G и R-G и показывает расстояние 7500 фт. Для проверки предположения можно использо-
вать рефлектометр (рис. 9.14в), который подтверждает начальное предположение о частичном
обрыве по жиле Т на расстоянии 7500 фт.
в)
Рис.9.14. Поиск неисправности в абонент-
ском кабеле при частичном обрыве
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
181
Измерение параметров активной абонентской пары
Выше были рассмотрены измерения общих параметров пассивного абонентского кабе-
ля. Действительно, характеристики пассивной (т.е. не используемой в абонентском кабель-
ном хозяйстве) пары определяются ее активным и реактивным сопротивлениями. Пара, ис-
пользуемая в абонентском кабельном хозяйстве, является активной. Обычно в этом случае на
пару подается напряжение, а при работе абонентского устройства по абонентскому кабелю
должен идти также ток абонентского шлейфа. Измерения напряжения и тока важны и целе-
сообразны при эксплуатации активного абонентского кабеля.
Результаты измерений параметров активной абонентской пары показаны на рис. 9.15.
Слева приведены результаты измерения напряжения питания (постоянного напряжения), ко-
торое в зависимости от абонентского интерфейса может быть равно как 48-52 В (международ-
ный стандарт), так и 60 В (отечественный стандарт). Измерять параметры активной абонент-
ской пары целесообразно на каждой жиле, поскольку не на каждой жиле имеется питание.
Измерение напряжения питания косвенно позволяет обнаружить нарушение баланса линии.
Ток в абонентском кабеле измеряется в мА. Измерения тока и измерения напряжения по-
зволяют найти неисправности в системе питания и энергопотребления абонентских устройств и
центрального коммутатора; кроме того, найти неисправности, связанные с неправильной по-
лярностью питания абонентских устройств, когда питание подается не на нужные жилы.
Перечисленные выше параметры могут измеряться не только специализированными
приборами, но также эксплуатационными мультиметрами или LCR-метрами. Поэтому не все
специализированные приборы оснащаются функциями измерений активной абонентской
пары, так как фирмы-производители не без оснований считают, что эксплуатационные муль-
тиметры имеются в достаточном количестве.
Измерение затухания и длины кабеля
Наличие в абонентском кабеле сопротивления, емкости и индуктивности ослабляет сиг-
нал переменного тока. Такое ослабление называют затуханием. Затухание сигнала в канале -
это отношение [в децибелах (дБ)] мощности входного сигнала к мощности сигнала на выходе
при согласованности импедансов источника и нагрузки характеристическому импедансу ка-
беля. Согласованность импедансов существенна при организации измерений, в этом состоит
специфика измерений затухания в электрических кабелях по сравнению с затуханием в опти-
ческих кабелях.
182
ГЛАВА 9
Значение входной мощности может быть получено путем измерения мощности при непо-
средственном подключении нагрузки к источнику без прохождения сигнала по кабелю. Если в
местах согласования импедансы не идеально соответствуют друг другу, отношение входной
мощности к выходной носит название вносимых потерь или вносимого затухания. Величина вно-
симого затухания более высокая, чем обычно, и зависит от степени несоответствия импедансов.
Уровень затухания в кабеле определяет возможность его использования для предоставле-
ния услуг телефонии обычного качества, для ’’последней мили”, а также определяет необходи-
мость установки промежуточных пунктов усиления сигнала (регенераторов). В практике экс-
плуатации абонентского кабеля параметр затухания играет важную роль. Так как любые неис-
правности, неоднородности и нарушения в структуре кабеля влияют на затухание, то его можно
рассматривать как интегральный параметр качества передачи сигнала по абонентскому кабелю.
Для измерения затухания в кабеле на вход подают тестовый сигнал синусоидального
характера. Затухание в кабеле может существенно отличаться для различных частот тестово-
го сигнала. Обычно измерение затухания проводится на полутактовой частоте передаваемого
сигнала. Таким образом, для абонентского кабеля, используемого в телефоннной сети, часто-
та измерений выбирается 1020 Гц или 1004 Гц.
Измерения выполняются двумя приборами, устанавливаемыми по концам измеряемой
линии (рис. 9.16а), один из них - генератор, второй - анализатор сигнала. Недостатком схе-
мы является использование двух анализаторов с полными возможностями. Для оптимизации
схемы и устранения данного недостатка используются удаленные респондеры - приборы с
неполными возможностями анализаторов. В частности, в схеме, представленной на рис.
9.166, используется удаленный респондер TX-1D, представляющий собой генераторный мо-
дуль анализатора, управляемый анализатором.
Для удобства интерпретации измерений уровень генерируемого сигнала выбирается
0 дБм (т.е. 1 мВт), тогда измерение сигнала в дБм на стороне приема позволяет сразу интер-
претировать результаты в дБ. На рис. 9.16в представлены результаты измерения затухания в
абонентском кабеле на частоте 1004 Гц. Как видно, был измерен уровень сигнала в -6,4 дБм,
что соответствует затуханию в 6,4 дБ.
Рис. 9.16. Измерение затухания в абонентской линии
в)
Считается, что затухание в абонентском кабеле менее 8 дБ незначительно влияет на ка-
чество телефоной передачи, если затухание выше, то кабель считается непригодным и требу-
ется установка регенераторов абонентского сигнала.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
183
Непосредственно с измерениями затухания связаны измерения длины кабеля. Строго
говоря, такие измерения обычно не выполняются, поскольку оператор имеет данные о трассе
залегания кабеля, и длина может быть рассчитана. Если данные утеряны или нуждаются в
подтверждении, используется рефлектометр, который позволяет эффективно определить
длину абонентского кабеля.
Зная длину абонентского кабеля и затухание в нем, можно оценить удельное затухание в
абонентской линии. Если этот параметр далеко выходит за пределы допустимого значения,
это значит, что качество абонентского кабеля ухудшилось и необходимо предпринимать по-
иск и устранять неисправности. На затухание оказывает влияние наличие неоднородностей в
кабеле (катушки Пупина, параллельные отпайки и т.д), плохое качество соединения кабеля в
муфтах (в случае составного кабеля), замокание кабеля и т.д.
Измерение АЧХ и ГВЗ абонентского кабеля. Определение полосы
пропускания кабеля
Измерение параметров АЧХ и ГВЗ полностью аналогичны описанным выше методам
измерения затухания, с той только разницей, что в данном случае затухание измеряется на
каждой частоте, и строится график зависимости затухания от частоты, т.е. АЧХ. Аналогично
измеряют неоднородность фазово-частотной характеристики канала (ГВЗ). В результате этих
измерений можно сделать вывод о допустимой пропускной способности кабеля, поскольку
условие хорошего качества означает линейность АЧХ во всем диапазоне частот используе-
мого оборудования. Особенно это характерно для тестирования абонентских кабелей перед
установкой аппаратуры «последней мили». Таким образом, равномерность АЧХ и ГВЗ опре-
деляет полосу пропускания кабеля, которая в свою очередь определяет допустимую скорость
передачи в канале.
Данная методика имеет несколько модификаций. Иногда вместо измерения АЧХ для
упрощения и удешевления процедуры используется трех- или четырехточечная характери-
стика АЧХ. Например, для оценки равномерности АЧХ в диапазоне ТЧ измеряют затухание
по трем точкам: на частотах 404, 1004 и 2804 Гц (т.е. посередине рабочего диапазона и по
краям - см. рис. 9.17). Иногда подобные оценочные измерения являются достаточными для
эксплуатации.
Рис. 9.17. Измерение АЧХ трех-
точечным методом
184
ГЛАВА 9
Поиск неоднородностей в кабеле
В абонентских кабелях такие неоднородности, как катушки Пупина, параллельные от-
пайки и разделения кабеля, влияют на качество цифровой передачи с использованием техно-
логии «последней мили». Поэтому поиск и устранение этих неоднородностей является важ-
ной эксплуатационной задачей.
В качестве первого примера рассмотрим поиск катушек Пупина.
Катушки Пупина повышают индуктивность (пупинизация) и используются для улучше-
ния качества каналов аналоговой связи. Использование катушек Пупина позволяет добиться
высокой равномерности АЧХ канала в диапазоне ТЧ (рис. 9.18). Однако при переходе к ISDN
и технологиям “последней мили” АЧХ должна быть равномерной в диапазоне до 200-300 кГц
и катушки Пупина значительно ухудшают качество цифрового канала. Кроме того на сетях
связи с долгим сроком эксплуатации, данные об имеющихся на линии катушках Пупина мо-
гут отсутствовать. В практике встречаются кабели с несколькими установленными последо-
вательно катушками Пупина. АЧХ такого кабеля не позволяет использовать канал для техно-
логии “последней мили”. Поэтому при переходе к xDSL необходима их локализация и устра-
нение (депупинизация). Кроме того, изменение характеристик катушки сказывается на пара-
метрах кабеля. В результате поиск катушек Пупина необходимо проводить по всей длине
абонентского кабеля (рис. 9.19а). Для этого существует три основных метода.
Вначале рассмотрим метод оценки индуктивности по структуре АЧХ. На этом принципе
основаны большинство экспертных систем, обеспечивающих подсчет количества катушек
Пупина (рис. 9.196) в линии. Поскольку метод является оценочным, то его нельзя использо-
вать для поиска местоположения катушек, однако он дает хорошие результаты по подсчету
количества, что важно при эксплуатации в полевых условиях.
Рис. 9.18. Графики АЧХ абонентского кабеля с катушкой Пупина и без нее
Вторым методом является использование рефлектометра (рис. 9.19), при котором можно
не только оценить количество катушек в кабеле, но и определить их расположение (на ри-
сунке одна катушка показана на расстоянии 6030 фт). Использование рефлектометра для по-
иска катушек Пупина - наиболее эффективный метод. Такие измерения необходимо прово-
дить в дополнение к тестированию полного или частичного обрыва кабеля мостовым мето-
дом. Наличие катушки Пупина на линии при измерении мостовым методом приводит к
ошибкам в результатах, поскольку катушка влияет на реактивное сопротивление линии.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
185
Третьим методом является построение импеданс-частотной характеристики по отра-
женному сигналу. По этому методу вместо рефлектометра используется сканирующий гене-
ратор (рис. 9.20а). Для измерений используется генераторный модуль анализатора каналов
ТЧ, генерирующий синусоидальный сканирующий сигнал в линию. Приемник (Rx) подклю-
чается к линии высокоомным входом, в результате на анализаторе отображается характери-
стика линии по уровням возвратного сигнала на каждой частоте. Поскольку уровень возврат-
ного сигнала непосредственно связан с импедансом и балансировкой линии, полученная ха-
рактеристика может быть названа импеданс-частотной.
Важным преимуществом такого метода является возможность проведения измерений с
одного конца. Импеданс-частотная характеристика кабеля - это важная эксплуатационная
характеристика, позволяющая не только анализировать параметры кабеля, но и определять
его пригодность для передачи цифровых данных. В этом случае требуется значительная ли-
нейность характеристик АЧХ, ГВЗ и импеданс-частотной характеристики. Анализ абонент-
ского кабеля на предмет наличия в нем параллельных пассивных отведений или катушек Пу-
пина может выполняться на основе импеданс-частотной характеристики. В качестве примера
таких характеристик на рис. 9.206,в представлены импеданс-частотные характеристики, сня-
тые анализатором Auto-TIMS III. На рис. 9.206 явно видны три пика импеданса на разных
частотах, что соотвествует трем катушкам Пупина в канале. На рис. 9.20в показан кабель с
пятью катушками Пупина, однако между третьей и четвертой катушкой имеется пассивное
отведение, в результате пик 4 оказывается частично подавленным.
Наиболее распространенной модификацией этой методики является использование ши-
рокополосного генератора шумов вместо сканирующего источника. В этом случае нет необ-
ходимости точно выдерживать режим синхронизации генератора и приемника, достаточно
просто генерировать шумовой сигнал большой мощности и анализировать средний уровень
возвратного сигнала с использованием широкополосного фильтра. Такая модификация полу-
186
ГЛАВА 9
чила в западной прессе название метода стрессового тестирования STRESS TEST и реализу-
ется даже в портативных приборах. Основным недостатком такой методики является высокая
погрешность, обусловленная приемом собственных шумов кабеля. Основным преимущест-
вом является низкая стоимость, поскольку вместо дорогого сканирующего генератора может
быть использован недорогой источник белого шума.
Рис. 9.20. Измерение импеданс-частотной
характеристики
Вторым типом неоднородностей, встречающихся в абонентских кабелях, являются па-
раллельные отведения (отпайки) и разделение кабелей. Если к абонентскому кабелю необхо-
димо подключить несколько пользователей, то делают параллельные отводы (отпайки), при
этом возникают неоднородности, имеющие высокоомный характер. Точки разделения кабе-
лей обычно связаны с подпайками к абонентской линии без высоомной нагрузки. Обычно
они возникают в процессе эксплуатации в результате ошибок кроссирования и т.д. Эти неод-
нородности негативно влияют на передачу сигналов связи по электрическому кабелю. Так
сигнал, проходя через точку разделения, дублируется и передается по обоим направлениям.
Отражаясь затем от конца участка разделения, сигнал возвращается в кабель и накладывается
на исходный сигнал. В результате аналоговый сигнал имеет высокий уровень шумов, а циф-
ровой сигнал в результате интерференции практически становится непригодным. Аналогич-
ное ухудшение качества возникает при параллельных отведениях.
Все перечисленные неоднородности мало отличаются друг от друга, поэтому будем рас-
сматривать их вместе (рис. 9.21).
Следует сразу отметить, что поиск точек параллельных отведений и разделений даже
при использовании современных методов измерений требует от оператора повышенного
внимания.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
187
а)
г)
е)
Рис. 9.21. Диагностика параллельных
отведений
Экспертиза по АЧХ, позволяющая подсчитывать количество катушек Пупина, для дан-
ных типов неоднородности неприменима, поскольку ослабление сигнала таково, что на реф-
188
ГЛАВА 9
лектограмме иногда даже не видно, где оканчивается кабель. Поэтому диагностика описы-
ваемых неоднородностей всегда сугубо индивидуальна. Кроме того рефлектограммы замока-
ния кабелей и параллельного отведения близки по характеру и идентифицировать одну из
этих неисправностей часто бывает очень сложно.
Проиллюстрируем вышесказанное на конкретном примере (рис. 9.21). Диагностика
параллельных отведений мостовым методом (рис. 9.216) выявляет лишь определенный
дисбаланс абонентской пары, характеризуемый дополнительной емкостью, например, по
паре T-R. Идентификация неисправности возможна только рефлектометрическим мето-
дом. На рис. 9.21в приведена типичная рефлектограмма для одного параллельного отве-
дения и одного разделения. В начале рефлектограммы видны несколько сигналов вызова,
затем идет плоский участок характеристики, что говорит об отсутствии неоднородно-
стей. Характерный пик вниз указывает место параллельного отведения. Вслед за пиком
отведения идет прямолинейная характеристика. В характере этого участка и кроется раз-
ница между рефлектограммой замокания и разделения. Если линия прямая, то можно
сделать вывод о наличии точки разделения, которую из-за параллельного отведения
нельзя идентифицировать в полной мере. Конец участка разделения представлен незна-
чительным пиком, направленным вверх, после которого идет уже пик, соответствующий
концу кабеля
На рис. 9.21г показана рефлектограмма абонентского кабеля без каких-либо неоднород-
ностей, длина кабеля составляет 2060 фт. На рис. 9.21д приведена рефлектограмма кабеля с
одним параллельным отведением. Как следует из рисунка, параллельное отведение изменяет
сруктуру рефлектограммы. В то же время отраженный от конца кабеля сигнал значительно
ослаблен параллельным отведением и идентифицируется с трудом.
Каждое из нескольких параллельных отведений (рис. 9.21е - два отведения) имеет ха-
рактерную структуру, но в то же время ослабляет отраженный сигнал от конца кабеля.
Измерение шумовых характеристик абонентского кабеля.
Влияние силовых кабелей
Наибольшее эксплуатационное значение имеет измерение трех шумовых характеристик
абонентского кабеля: средняя мощность шумов, уровень селективных шумов и отношение
сигнал/шум (SNR). Шум в кабеле возникает обычно вследствие несбалансированности кабе-
ля и нагрузки по импедансу, а также вследствие интерференции с сигналами других кабелей
и влияния внешних источников электромагнитного излучения (ЭМИ).
Если кабель хорошо сбалансирован, то воздействие других кабелей незначительно, сле-
довательно уровень широкополосных шумов низкий.
Отношение сигнал/шум (SNR) - это соотношение между уровнем принимаемого сигнала
и уровнем принимаемого шума, причем для обеспечения приемлемых условий передачи уро-
вень сигнала должен значительно превосходить уровень шума. Измерение SNR обычно вы-
полняется с использованием тестового синусоидального сигнала в рабочей полосе частот
Поскольку уровень сигнала и уровень шумов в кабеле может зависеть от частоты, необходи-
мо знать не просто интегральное соотношение SNR, но и зависимость распределения селек-
тивных шумов в рабочей полосе частот. Этот параметр важен для специализированного обо-
рудования.
Альтернативным способом является широкополосное измерение шумов. Для того, что-
бы учитывать влияние восприимчивости оборудования пользователя (для «последней мили»
- модемы, а для телефоных каналов - ухо абонента), широкополосный шум измеряют взве-
шенным в соответствии с определенным типом фильтра. Для этого используют фильтры со-
гласно стандарта IEEE743:
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
189
Тип фильтра
Фильтр С
Фильтр D
Фильтр Е
Фильтр F
Фильтр G
Другие фильтры
В качестве примера на рис.
9.22 показаны результаты изме-
рений абонентского кабеля в
полосе ТЧ. Для тестирования
использовался фильтр типа С,
что соответствует псофометри-
ческому фильтру. Согласно
принятым эксплуатационным
нормам уровень шума менее,
чем 20 дБС (уровень с усредне-
нием по фильтру С), не является
критичным для каналов ТЧ.
Одним из видов селектив-
ных шумов являются шумы, на-
веденные силовыми кабелями.
Наводка на абонентский кабель
кратна 50 Гц, уровень наводки
не должен превышать 70 дБС.
Технология
Каналы ТЧ
DDS
ISDN
HDSL (2B1Q), HDSL (CAP)
ADSL (DMT)
SDSL, VDSL и т.д.
Рис. 9.22. Анализ шумов, влияния силовых
кабелей и баланса паоы
Измерение переходного затухания на ближнем конце (NEXT)
и перекрестные помехи в смежных кабелях (Crosstalk)
Переходное затухание на ближнем конце (Near End Crosstalk, NEXT) характеризует по-
меху, наведенную сигналом, проходящим по одной паре проводников, на соседнюю пару.
Этот параметр измеряется в дБ. Чем выше значение NEXT, тем лучше изоляция помехам ме-
жду двумя парами проводников.
Влияние соседних кабелей негативно сказывается на качестве цифровой передачи. Пе-
рекрестные влияния (Crosstalk) могут быть двух типов: влияние на ближнем конце (NEXT)
или влияние на удаленном конце (FEXT). На рис. 9.23 представлены возможные влияния в
парах кабеля на ближнем и дальнем концах. Обычно FEXT наиболее существенно влияет на
параметры качества цифровой передачи, однако для ряда линейных кодов, используемых в
технологиях «последней мили», NEXT выступает как ограничивающий параметр. Иногда
ограничение и ухудшение параметров цифровой передачи, связанные с перекрестными влия-
ниями, становятся существенными только при передаче большого числа сигналов по або-
нентским кабелям, например, при введении услуг ISDN или xDSL на большом количестве
пар в пучке. С точки зрения технологии измерений абонентских кабелей анализ NEXT явля-
ется наиболее существенным, поскольку реализация измерений FEXT в конкретных случаях
затруднена. Обычно можно уменьшить в пределах 20% перекрестное влияние за счет изме-
нения параметра скручивания витой пары.
190
ГЛАВА 9
Ближний конец Удаленный конец
Собственный
Рис. 9.23. Структура перекрестных помех в смежных кабелях
(ДС - дифференциальная система)
Все это показывает, что параметр переходного затухания имеет относительную эксплуа-
тационную ценность и служит для оценки взаимовлияния различных пар друг на друга. К
тому же, если переходное затухание между парами выходит за пределы нормы, оператор
обычно не имеет возможности исправить ситуацию. Исключением является спутывание
(Split) пар (рис. 9.24а).
а)
Рис. 9.24. Спутывание пар (Split)
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
191
Перепутывание пар является довольно распространенной неисправностью абонентского
кабеля Например, если в кабеле имеется несколько жил сходной цветовой маркировки, при
разделке муфты может возникнуть их спутывание из-за невнимательности оператора. Сущест-
вует несколько методов поиска мест спутывания пар Все они основаны на диагностике пере-
крестных помех в смежных кабелях Рассмотрим две наиболее часто применяемые методики
Наиболее простым методом является использование режима переходного тестирования,
когда вместо тестовой пары на выход рефлектометра подключаются та пара разных жил, ме-
жду которыми предполагается спутывание. Рефлектограмма представляет собой прямую ли-
нию без отражений, если спутывания нет, и такая пара полностью сбалансирована. Если спу-
тывание имеется, на рефлекгограмме видны характерные два пика отражения, один из кото-
рых характеризует точку возникновения спутывания, другой - точку восстановления пар в
исходном состоянии (рис 9.246). В зависимости от того, какая пара подключена к земле, а
какая - к тестовой жиле, оба пика могут быть как положительные, так и отрицательные. Этот
метод нагляден, но при нем необходимо тестировать две данные пары Для эффективного
использования этого метода оператор априори должен предположить наличие спутывания
между двумя данными парами, что в реальной практике вряд ли осуществимо
Перечисленного недостатка лишен метод сравнения эксплуатационных рефлектограмм
разных пар (рис. 9.24в). В этом случае используются рефлектограммы разных кабелей. Срав-
нивая результаты измерений оператор может заметить определенную корреляцию между
рефлектограммами, что подчеркивает наличие между двумя отображаемыми параллельно на
экране парами единой общей неоднородности, в качестве которой обычно бывает точка спу-
тывания. Кстати, из рис. 9 24в следует, что по остальным параметрам рефлектограммы отли-
чаются друг от друга.
Анализ балансировки пары
Любая существенная неоднородность действительно может привести к нарушению ба-
ланса пары. В практике такие нарушения могут быть обусловлены следующими причинами-
высокоомные отведения, разделение, частичные обрывы (высокоомная реактивная нагрузка);
• длина двух жил не равна друг другу;
• несбалансированные катушки Пупина;
замыкания пар друг с другом;
замыкание на землю,
• спутывание пар
Нарушение балансировки пары непосредственно сказывается на параметрах передачи
Поэтому измерения, связанные с контролем балансировки пары, важны при эксплуатации
электрического абонентского кабеля.
Понятие балансировки пары непосредственно связано с понятием взаимного влияния
пар и интерференции с сигналами силовых кабелей и других источников электромагнитного
излучения. В связи с этим методы измерений нарушения баланса пары аналогичны анализу
любых неоднородностей в кабеле. Обычно используется методика измерений, связанная с
анализом возвратного сигнала, т е. в исследуемую пару подается одночастотный или широ-
кополосный сигнал, в результате анализируется уровень возвратного сигнала Методика эта
во многом аналогична методике снятия импеданс-частотной характеристики, представленной
на рис. 9.20. Наиболее часто используется одночастотный сигнал 1020 Гц или широкополос-
ный шумовой сигнал (см. методику STRESS TEST). Обычно при эксплуатации абонентской
пары уровень балансировки должен быть выше 60 дБ
Один из примеров результатов таких измерений представлен на рис. 9 25
192
ГЛАВА 9
Измерение импульсных помех в кабеле
Рис. 9.25. Измерение баланси-
ровки пары
Импульсные помехи в кабеле делятся на импульсный шум, всплеск несущей (сигнала) и
фазы, а также кратковременные перерывы связи (рис. 9.26).
V\A/yv\
Импульсный
шум
Всплеск сигнала
Всплески фазы
Кратковременные
перерывы
Рис.9.26. Типы импульсных
помех в кабелях
Импульсные шумы возникают в случае
интерференции с внешними источниками
ЭМИ. Для некоторых каналов этот параметр
является очень критичным и может нару-
шить работу оборудования “последней ми-
ли”. Импульсные помехи имеют длитель-
ность от нескольких микросекунд до не-
скольких сотен миллисекунд и измеряются в
процессе долговременного мониторинга.
Источниками импульсных шумов явля-
ются релейные и координатные переключате-
ли, телефонные аппараты с декадным набо-
ром, сигналы, связанные с кратковременными
сбоями в цепях питания, и другие источники
импульсных сигналов. Учитывая широкое
распространение абонентской сигнализации с
декадным набором на отечественных сетях,
влияние импульсных помех, например на ка-
чество ISDN или xDSL, представляется очень
существенным.
Учет задержки распространения сигнала
Сигнал, распространяющийся по кабелю, претерпевает временную задержку, значение
которой является отношением длины кабеля к скорости распространения сигнала в пере-
дающей среде (VOP). В случае идеальной линии передачи, состоящей из двух проводников в
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
193
вакууме, скорость распространения сигнала равна скорости распространения света в вакуу-
ме. На практике скорость распространения сигнала в кабеле зависит от диэлектрических ма-
териалов, окружающих проводники, и является функцией частоты передаваемого сигнала.
При очень высоких частотах скорость передачи сигнала в кабеле асимптотически стремится
к фиксированному значению. Анализ задержки распространения сигнала связан с необходи-
мостью анализа параметра VOP при калибровке рефлектометра перед началом измерений.
Часто имеет место ситуация, когда значение VOP априори неизвестно. Тогда необходимо
оценить параметр перед началом измерений. Для этого обычно используют кабель известной
длины для калибровки рефлектометра, затем подстраивая параметры развертки, добиваются
совпадения данных. В результате рефлектометр отображает реальное значение VOP.
Анализ параметров физического состояния кабеля
К параметрам физического состояния або-
нентского кабеля относятся: параметр скрутки ви-
той пары, полярность жил в кабеле и параметры,
связанные с локализацией неисправности в кабеле.
Наиболее часто неисправность в абонентском ка-
беле связана с такими нарушениями полярности
жил, как короткое замыкание пар, обрыв жилы,
различные варианты разбитых пар (рис. 9.27).
Тестирование физического состояния кабеля
представляет собой важную группу эксплуатацион-
ных измерений, связанных с поиском, локализацией
и устранением неисправности в кабеле.
Диагностика замокания абонент-
ского электрического кабеля
Обрыв жилы витой пары
Короткое замыкание
Рис.9.27. Примеры нарушений
полярности кабеля
Нарушение изоляции электрического кабеля
часто приводит к замоканию и в результате этого
к изменению его характеристик. Для обеспечения
качества связи необходим поиск замокшего участ-
ка и его замены. Для эффективного обнаружения
таких участков используются рефлектометры.
Рефлектограмма замокшего кабеля аналогична рефлектограмме кабеля со спутанными
парами (о чем было сказано выше). В результате возникает объективная трудность с интер-
претацией результатов. Часто для идентификации причины нарушения необходимо прово-
дить дополнительные измерения, например, поиск точки спутывания пары методом сравне-
ния рефлектограмм нескольких пар и т.д. Если в результате не обнаружена точка спутыва-
ния, можно предположить, что имеет место замокание. Кроме того, существует несколько
косвенных методов диагностики замокания. Косвенно замокание можно идентифицировать
по следующим воздействиям на параметры кабеля:
• обычно замокает не один, а несколько кабелей, так что рефлектограммы последних мо-
гут иметь аналогичные участки одинаковой протяженности. В случае спутывания пар,
только две пары имеют сходные рефлектограммы;
• при замокании в анализируемой пассивной паре может иметь место паразитное напря-
жение, наведенное от активных пар.
194
ГЛАВА 9
Рефлектограмма кабеля1 с участком замокания представлена на рис. 9.28. При замока-
нии характерная неоднородность на рефлектограмме имеет искривление, что соответствует
появлению значительной реактивной составляющей в замокшем кабеле. Если замокание не-
большое, то довольно сложно разделить неоднородности от замокания и от параллельных
отводок. Эффективность быстрого обнаружения последней может быть связана только с
опытностью оператора.
Saved Waveform (Auto Control) I
* 1 i»O0 1 400 1 600 ^Entering Water 1 i BOO 1OOO
Hinging Flat Wet Leaving Water
Рис. 9.28. Рефлектограмма с участком замокания кабеля
Измерительная техника для анализа абонентских кабелей
В результате продолжительного опыта эксплуатации электрического кабеля вообще и
абонентского кабеля в частности появился широкий набор измерительных приборов различ-
ной функциональности, методов измерения и принципов работы.
В целом можно выделить три типа измерительных приборов:
• рефлектометры;
• приборы на основе мостового принципа;
• приборы на основе тонального тестирования.
Перечни первых двух групп измерительных приборов были приведены соответственно в
табл. 9.3 и 9.5.
Приборы на основе тонального тестирования представляют собой портативные генера-
торы и анализаторы частотных сигналов. В зависимости от сложности прибора его генератор
может обеспечивать передачу одного или нескольких одночастотных сигналов, широкопо-
лосного сигнала типа «белый шум» или сложных сигналов составного типа, используемых
для анализа ГВЗ (см. рис. 6.23).
Обычно такие анализаторы рассчитываются в пределах полосы ТЧ для анализа абонент-
ского кабеля в телефонной сети, однако среди приборов этого класса есть и модели, обеспе-
чивающие генерацию и анализ сигналов более широкого спектра. В западной практике уст-
ройства этого типа обозначены TIMS.
Наиболее часто встречаемые модели этого класса представлены в табл. 9.7.
1 Выше уже была описана рефлектограмма такого же типа, когда рассматривался случай параллельных
отведений и разделений (рис. 9.21).
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
195
Таблица 9-7. Анализаторы абонентского кабеля, работающие по принципу тонального
тестера
Модель xDSL 200/300 Telesense 186T/188T
Производитель AMREL AMREL AMREL
Внешний вид "II ДО
Характеристики www.amrel.com www.amrel.com www.amrel.com
Модель LT2000 AM-44/48 Auto-TIMS III-T
Производитель ATEN Ameritec Consultronics
Внешний вид
Характеристики www.aten.it www.pr-group .ru www. ameritec. com www.consultronics.com www.pr-group.ru
Модель 91E/93E/TIMS110 Sidekick 7B/T&N Model 2/4/5
Производитель IDS Data Tempo Communications Triplett
Внешний вид
Характеристики www.idsdata.com www.pr-group.ru www.tempocomm.com www .pr-group. ru www.triplett.com
9.5. Измерения структурированных кабельных систем
Современная практика построения структурированных абонентских кабельных систем
базируется на принципах использования кабелей, соответствующих стандартам. Разделение
стандартов кабелей на категории отражает процесс эволюции использования абонентского
кабельного хозяйства: вначале для передачи сигналов ТЧ, затем для передачи данных, затем
для построения локальных вычислительных сетей с различной скоростью передачи данных.
Стандартами структурированных кабельных систем (СКС) (см [58]) определены три ка-
тегории рабочих характеристик для кабелей, коммутационного оборудования и кабельных
линий - кабели UTP и соответствующее им коммутационное оборудование: категория 5 - до
100 МГц, категория 4 - до 20 МГц, категория 3 - до 16 МГц.
Кабели 1-й и 2-й категорий не рассматриваются в современных стандартах СКС, хотя их
использование не прекращается.
196
ГЛАВА 9
Требования на основные параметры различаются для различных компонентов СКС
Наиболее детальное их описание можно найти в [58].
Современные приложения выдвигают различные требования к пропускной способности
абонентских кабелей и используют различную центральную рабочую частоту. В зависимости
от типа линейного кодирования выбирается центральная рабочая частота. В качестве приме-
ра в табл. 9.8 представлены параметры центральной частоты и типа линейного кодирования,
используемого различными приложениями.
Таблица 9.8. Основные параметры приложений, использующих абонентский кабель
Приложение Скорость передачи, Мбит/с Метод кодирования Рабочая частота, МГ ц
ISDN BR1 0,16 2B1Q 0,04
IBM System ЗХ 1,0 Manchester 0,75
IBM System 3270 2,35 Manchester 1,76
Wang VS/OIS 4,27 Manchester 3,2
IBM Token Ring 4,0 Manchester 3,0
IBM Token Ring 16,0 Manchester 12,0
Ethernet 10,0 Manchester 7,5
TP-PMD 125,0 MLT-3 31,25
ATM 155,0 TBD 73,0
Стандарт TIA TSB-67
В настоящее время основной концепцией построения абонентских кабельных сетей яв-
ляется концепция структурированных кабельных систем. Широкое распространение получи-
ла практика построения СКС на основе использования кабелей 5-й категории, поскольку ка-
бельные системы этой категории позволяют реализовывать высокоскоростные сетевые при-
ложения вплоть до персонального компьютера. Для удостоверения в высокоскоростных
свойствах каждого канала категории 5 в кабельной системе необходимо тестировать рабочие
характеристики в полевых условиях.
Спецификации стандарта TIA TSB-67 полевого тестирования определяют функции тес-
тирования, конфигурации и минимально необходимую точность измерений полевого тестера
для сертифицирования кабельной системы на соответствие требованиям категории 5 в поле-
вых условиях. Стандарт TSB-67 определяет два уровня точности измерений и параметры
конструкции измерительных приборов, необходимые для соответствия общим требованиям к
точности измерений. Спецификации, содержащиеся в Приложении А к TSB-67, определяют
математическую модель соотношения между полной точностью измерений полевого тестера
и показателями погрешности измерений инструмента. Используя эту модель можно получить
точность измерений полевого тестера на основании данных измерений, проведенных в
лабораторных условиях
Стандарт TIA TSB-67 был принят в сентябре 1995 г. Он касается спецификаций полево-
го тестирования рабочих характеристик инсталлированных кабельных систем, спроектиро-
ванных в соответствии с TIA/E1A-568-A.
В качестве основных компонентов тестирования стандарт TSB-67 определяет сети, по-
строенные на основе неэкранированной (UTP) и экранированной (ScTP) витых парах (за ис-
ключением экрана и элементов системы заземления).
В стандарте определены:
• методы тестирования;
интерпретация результатов тестирования;
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
197
• критерии оценки результатов тестирования (Pass/Fail);
• характеристики полевых кабельных тестеров.
Тестирование проводится на соответствие требованиям к неэкранированным кабелям
категории 3, 4 и 5.
Описание параметров измерений и критериев оценки результатов в стандарте TSB-67
основано на использовании нескольких моделей структурированной абонентской сети. В
стандарте определены нормы на тестирование канала и базовой линии.
Модель канала по
стандарту TSB-67 пред-
ставлена на рис. 9.29. Канал
включает все элементы ба-
зовой линии, а также -
кроссировочные перемыч-
ки, патч-корды и аппарат-
ные кабели, за исключени-
ем точек подключения на
обоих концах. Кабели А и
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ
РОЗЕТКА
Т естер
W А В
РАБОЧЕЕ МЕСТО
В <90 м
A+C+D < 10 м
Максимальная длина - 100 м
КРОСС
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЙ
ШКАФ
D - патч-корды, с помощью
которых пользователь под-
ключает активное оборудо-
Рис. 9.29. Модель канала в стандарте TSB-67
A, D- терминальный кабель, В - кабель СКС
вание к системе. Следует особо отметить, что эти шнуры не являются и не могут являться
шнурами тестирующего оборудования - это должны быть реальные пользовательские шнуры.
Разъемы на концах аппаратных шнуров не включаются в модель канала. Они считаются
частью тестера. Такие разъемы обычно представляют собой 8-позиционные модульные узлы
(разъемы) вилка/гнездо.
Для определения модели канала необходимо знать суммарные рабочие характеристики
всех компонентов между хабом и компьютером для уверенного прогнозирования качества
связи от одного конца до другого. Когда заранее неизвестна конфигурация рабочих мест,
применяется модель базовой линии.
Второй моделью, ис-
пользуемой в стандарте, яв-
ляется модель базовой линии
(рис. 9.30). Базовая линия
представляет собой мини-
мальную линию, имеющую
только по одному разъему на
каждом конце, в то время
как канал - по два. Кроме
того, базовая линия может
иметь длину не более 94 м, а
канал не может быть длин-
нее 100 м. Как следствие,
РАБОЧЕЕ МЕСТО ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ
КРОСС
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ
РОЗЕТКА
Шнур для подключения
тестера (2 м)
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЙ
Максимальная длина - 94 м ШКАФ
Рис. 9.30. Модель базовой линии в стандарте TSB-67
значения затухания и потерь NEXT у канала хуже, чем у базовой линии.
В соответствии с требованиями TSB-67 обязательному тестированию подлежат сле-
дующие параметры:
• схема разводки;
• длина;
198
ГЛАВА 9
• затухание;
• потери NEXT.
В технической литературе, посвященной технологии измерений кабелей СКС, рассмат-
ривался вопрос о тестировании уровня экранированности пары. Распространенный в настоя-
щее время подход к созданию структурированных кабельных сетей на основе использования
экранированной витой пары не решает вопросов, связанных с интерференцией между парами
и с внешними источниками ЭМИ. Как показано в [49] сам по себе экранированный кабель не
обеспечивает невосприимчивости к шуму. При анализе интерференции с внешними источни-
ками ЭМИ следует рассматривать внешнее экранирование всей линии, так как безобидные на
первый взгляд соединения могут оказывать значительное влияние на эффективность экрани-
рования. Кроме того, поддерживать высокое качество экрана в каждой точке - дорогое удо-
вольствие и разработчик системы должен найти компромисс между требованиями, предъяв-
ляемыми к системе, учитывая рабочие характеристики ЕМС, а также стоимость компонентов
и обслуживания системы. Можно констатировать, что при использовании обычных кабель-
ных конфигураций, неэкранированный кабель полностью способен обеспечивать такой же
уровень устойчивости к шуму, как и экранированный кабель.
Схема разводки, анализ длины кабеля, трассировка
и кроссирование кабелей
При проверке физического контакта на каждом конце кабеля определяются открытые
концы, короткое замыкание, перекрещенные проводники, разбитые пары, реверсированные
пары и прочие ошибки в схеме разводки (рис.9.31). Схема разводки должна быть одинаковой
для всех конфигураций (базовая линия и канал).
Длина кабеля рассчитывается на основе
маркеров длины, нанесенных на кабель; мак-
симальная физическая длина базовой линии -
94 м; максимальная физическая длина канала
- 100 м. Электрическая длина определяется
на основе времени задержки прохождения
сигнала по паре проводников, когда измере-
ния выполняются с помощью TDR; либо на
основе номинальной скорости распростране-
ния (Nominal Velocity of Propagation, NVP)
сигнала по тестируемой паре.
На этапе пусконаладочных работ, а
также в процессе проведения приемосдаточ-
ных испытаний описанных выше параметров
достаточно. При проведении ремонтных и
Рис.9.31. Трассировка кабеля через
кросс (Т - передатчик, R - приемник)
профилактических работ к перечисленным параметрам добавляется также группа измерений,
связанных с трассировкой абонентского кабеля по пути его залегания, а в случае использова-
ния абонентского кабеля между кроссами - измерений кроссирования кабеля (повторного
кроссирования, восстановления кроссирования и т.д.). Эти измерения непосредственно в
стандарт TSB-67 не входят, поскольку он ориентирован на создание локальных вычисли-
тельных сетей, однако измерения этой группы отражают специфику использования СКС как
концепции построения современной абонентской кабельной сети.
Технологии эксплуатационных измерений абонентских кабельных сетей направлены на
повышение эффективности прокладки, замены и перекроссировки абонентских кабелей. В
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
199
последнее время в области оптимизации технологии эксплуатационных измерений появилось
значительное количество новинок, которые занимают промежуточную нишу между измери-
тельными приборами и инструментарием. В основном это касается трассировки и кроссиро-
вания кабелей. Под трассировкой понимается комплекс измерений для определения трассы
кабеля, под кроссированием - организация правильных соединений кабелей в кроссах.
Рассмотрим некоторые наиболее распространенные методы трассировки и кроссирова-
ния абонентских кабелей.
Трассировка кабеля с использованием активной антенны
Первым важным измерением является трассировка кабеля с использованием пары пере-
датчик - приемник с активной антенной. Схема использования такой пары представлена на
рис. 9.32. Передатчик подключается к паре на одном кроссе, а приемник с активной антенной
используется для обнаружения кабеля. В связи с повышением требований к надежности ка-
налов большинство операторов признает, что вмешательство в работающий канал является
недопустимым. В связи с этим ряд фирм-производителей оснастили передатчики функцией
предварительного высокоомного подключения к каналу с режимом прослушивания. В этом
случае перед началом тестирования канал проверяется на отсутствие рабочего сигнала. При
этом используется тот же передатчик, который затем будет использоваться для трассировки.
Аналогичные принципы измерений используются при анализе расположения кабеля в
шкафу кросса при потере документации на абонентское кабельное хозяйство (рис. 9.33). В
этом случае передатчик Т подключается к розетке, а приемник R обеспечивает поиск места
пары в шкафу. Если измерить все розетки, то можно возобновить или проверить кроссовую
документацию.
Рис. 9.32. Поиск пары в шкафу кросса
(Т - передатчик, R - приемник)
Рис. 9.33. Трассировка кабеля по шлейфу
(Т - передатчик, R - приемник)
Трассировка кабеля возможна также с помощью индуктивного датчика, если измерения
проводятся со стороны кросса для определения всей трассы кабеля. В этом случае необходи-
мо организовать шлейф из розетки и последовательно подключать передатчик к парам в
шкафу до тех пор, пока индуктивный датчик не идентифицирует сигнал (рис. 9.32).
Трассировка особенно существенна для эффективного поиска кабелей в соединительной
муфте или распределительной коробке при подключении дополнительных телефонных розе-
ток (рис. 9.34).
Для трассировки кабеля, по которому передается рабочий сигнал, используется неин-
терферирующий метод, представленный на рис. 9.35, согласно которому сигнала подается в
пару земля-кабель.
200
ГЛАВА 9
Рис. 9.34. Использование активной антен-
ны для поиска распределитель-
ных коробок (Т - передатчик,
R - приемник)
Рис. 9.35. Трассировка с использованием неинтерферирующего метода
(Т - передатчик, R - приемник)
Измерения, связанные с кроссированием кабелей
Для наиболее оперативного и качественного кроссирования между двумя удаленными
шкафами обычно используется специализированное оборудование, включающее в себя два
или более двухканальных комплекта. Один канал используется для организации телефонной
связи монтажников (связь по “холодной” паре), второй канал используется для кроссирова-
ния методом гальванического тестирования (“прозвонки”). Преимуществом такого метода по
сравнению с простой “прозвонкой” является наличие связи в процессе кроссирования.
Рис. 9.36. Измерения, связанные с кроссировкой кабелей
На рис. 9.36 представлены основные измерения при организации кроссирования. Науш-
ники на рисунке показывают наличие аудиосигнала и речевой связи через гарнитуру, а сам
тестовый комплект используется для аудио и световой сигнализации обнаружения кабеля.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
201
Существует несколько методов организации кроссирования. Первый метод (рис. 9.36а) со-
стоит в шлейфовом кроссировании по парам. При этом один монтажник обеспечивает
шлейф, а другой отыскивает положение пары со шлейфом в шкафу. Второй метод (рис.
9.366) предполагает пошаговый анализ по одному проводу. В этом случае один монтажник
(справа) заземляет тестируемый провод, второй монтажник (слева) заземляет один из тесто-
вых контактов измерителя и использует другой для поиска заземленного провода. Однако
при этом любой заземленный провод может быть ошибочно принят за искомый. В процессе
кроссирования могут также проводиться измерения заземления кабелей (рис. 9.36в), а также
анализ сопротивления линии или оконечных устройств (рис. 9.36г)
Анализ затухания
Затухание в электрических кабелях увеличивается с увеличением несущей частоты.
Оценка результата тестирования всех пар производится на основании наихудшего показания.
Промежуток между тестовыми замерами затухания минимально должен составлять 1 МГц
Пределы затухания приведены в табл. 9.9.
Измерения проводятся для базовой линии 94 м и для канала 100 м Обычно измерения
проводятся на уровне индикации прохождения/не прохождения теста (Pass/Fail) Результаты
измерений на реальных абонентских кабелях пересчитываются по параметру длины. При ор-
ганизации измерений необходимо учитывать температуру окружающей среды, так как затуха-
ние возрастает с повышением температуры, например, при температуре, отличной от 20° С,
затухание возрастает на 1,5% на каждый 1° С для кабелей 3-ей категории и 0,4% для кабелей
4-ой и 5-ой категорий Результаты измерений, проведенных при температурах, отличных от
20° С, должны быть пересчитаны для определения истинных значений.
Таблица 9.9. Предельные допустимые значения затухания по TSB-67
Частота, МГц Категория 3, канал, дБ Категория 4, канал, дБ Категория 5, канал, дБ Категория 5, базовая линия, дБ
1,0 4,2 2,6 2,5 1,2
4,0 7 3 4,8 4,5 4,0
8,0 10,2 6,7 6,3 5,7
10,0 11,5 7,5 7,0 6,3
16,0 14,9 9,9 9,2 8,2
20,0 - 11,0 10,3 9,2
25,0 - - 11,4 10,3
31,25 - - 12,8 11,5
62,5 — — 18,5 16,7
100,0 - - 24,0 21,6
Анализ NEXT
Максимально допустимое значение переходного затухания на ближнем конце определя-
ется по формулам, приведенным в стандарте TSB-67. Должны быть проверены все комбина-
ции пар, измерения должны проводиться с обоих концов линии. Предельные значения пара-
метра NEXT приведены в табл. 9.10.
На практике существует несколько методов измерения параметра NEXT. Первый метод
непосредственно связан с анализом параметра NEXT от пары к паре кабеля. Схематически
этот метод представлен на рис. 9 37 сверху. Помимо этого получил распространение метод
интегральной оценки влияния перекрестных помех. В этом случае производятся измерения
202
ГЛАВА 9
не уровня сигнала, наводимого одной парой кабеля на другую пару, а от всех пар кабеля на
одну тестируемую пару (рис. 9.37 снизу).
Таблица 9.10. Предельные допустимые значения потерь NEXT по TSB-67
Частота, МГц Категория 3, канал, дБ Категория 4, канал, дБ Категория 5, канал,дБ Категория 5, базовая линия, дБ
1,0 39,1 53,3 60,0 60,0
4,0 29,3 43,3 50,6 51,8
8,0 24,3 38,2 45,6 47,1
10,0 22,7 36,6 44,0 45,5
16,0 19,3 33,1 40,6 42,3
20,0 — 31,4 39,0 40,7
25,0 - - 37,4 39,1
31,25 - - 35,7 37,6
62,5 - - 30,6 32,7
100,0 - - 27,1 29,3
Рис. 9.37. Различные методы анализа
параметра NEXT: анализ «от
пары к паре» (сверху) и ин-
тегральный анализ (снизу)
Целью измерений параметра NEXT явля-
ется определение максимального значения
этого параметра для каждого конкретного
кабеля. При использовании метода “от пары к
паре” для получения наихудшего результата
необходимо провести целую серию измерений
(для кабеля из N витых пар - N-1 измерение), а
при интегральной оценке необходимо провес-
ти только одно измерение. Измеренное мето-
дом интегральной оценки значение параметра
NEXT больше наихудшего результата, полу-
ченного по методу “от пары к паре” (рис.
9.38). Таким образом этот результат может
эффективно использоваться для оценки пара-
метра NEXT в соответствии с предельно до-
пустимыми нормами на этот параметр. Метод
интегральной оценки признан наиболее корректным методом проведения эксплуатационных
измерений.
Измерения параметров NEXT могут выполняться с использованием как частотного сиг-
нала, так и импульсных сигналов. Первый метод состоит в генерации в передающей паре
одночастотного сигнала и анализе мощности сигнала, наведенного в других парах, или сум-
марной мощности во всех парах кабеля. Этот метод реализован в лабораторных анализаторах
цепей и имеет ряд принципиальных преимуществ.
Второй метод связан с использованием портативных рефлектометров металлических
кабелей. В передающей паре в этом случае генерируется последовательность импульсов и
анализируется возвратная мощность сигнала. Основное преимущество использования им-
пульсных сигналов - это одновременность проведения измерений NEXT и анализа неодно-
родностей в кабеле. Однако именно эта особенность может приводить к значительным по-
грешностям измерений при составном абонентском кабеле. Кроме того использование при
рефлектометрии металлических кабелей широкополосного фильтра для измерения мощности
наведенного сигнала ведет к возникновению дополнительной ошибки измерения за счет
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
203
мощности наведенных шумовых сигналов. Использование одночастотных сигналов обеспе-
Частота, МГц
Рис. 9.38. Результаты измерений по методу “от пары к паре”
и по методу интегральной оценки
В настоящее время стандартом утвержден метод использования импульсных сигналов.
Хотя некоторые эксперты при доработке стандарта TSB-67 предлагают включить метод с
использованием одночастотного сигнала как альтернативный.
Измерение отношения затухания к переходному затуханию (ACR)
Непосредственно с параметрами NEXT и затухания связан параметр отношения затуха-
ния к переходному затуханию (ACR). ACR - это разница между ослабленным сигналом на
выходе А и наведенным сигналом ("шумом") NEXT и может быть рассчитано по следующей
формуле:
ACR = min(AEAT) - тах(Л),
где NEXT- переходное затухание, дБ; А - затухание, дБ.
Параметр ACR является производным по отношению к параметрам затухания и NEXT,
однако реализован в большинстве эксплуатационных приборов, так как параметр ACR по-
зволяет определить реальную рабочую полосу частот канала [49].
Существует заблуждение, что система, обладающая характеристиками до 350 МГц,
обеспечивает рабочую полосу частот аналогичной величины. Реальные рабочие частоты все-
гда ниже 350 МГц и отличаются в зависимости от комбинации разъемов и кабеля. Большин-
ство данных тестирования до 350 МГц приводятся только для кабельной продукции, они не
дают полной информации о той производительности, которую можно ожидать в реальных
условиях работы линии или канала. Единственно, что можно принимать в расчет при опреде-
лении реальной производительности смонтированной системы, это то, как кабель и коннек-
торы, соединенные вместе, будут вести себя.
При анализе типичного графика характеристик в диапазоне до 350 МГц (рис. 9.39) не-
обходимо найти точку, в которой переходное затухание (NEXT) и затухание кабеля равны
204
ГЛАВА 9
(то есть точку пересечения кривых NEXT и затухания). Перемещаясь по графику влево, нуж-
но найти частоту, при которой разница между величинами затухания и NEXT составит 10 дБ.
Найденное значение частоты и будет означать максимально доступную рабочую частоту сис-
темы, которая в случае использования технологии xDSL определит максимально возможную
скорость цифровой передачи в канале.
Частота, МГц
Рис. 9.39. Определение рабочей полосы частот в канале по параметру ACR
Дополнительные тесты кабеля СКС, выполняемые в полевых условиях
На практике часто проводят дополнительные измерения, к которым относятся:
Измерение сопротивления петли кабеля - обеспечивает эффективную проверку це-
лостности кабеля и коннекторов. При этом предоставляются результаты измерений сопро-
тивления петли каждой кабельной пары; сравниваются результаты с максимально допусти-
мым значением для определенного типа кабеля (для кабеля CAT 5, 100 м - около 16 Ом)
Измерение взаимной емкости между двумя проводниками каждой пары в кабеле позво-
ляет определить некачественное терминирование коннекторов, растянутый кабель.
Характеристический импеданс определяет индикацию результата Pass/Fail, если изме-
ренный характеристический импеданс находится в рамках выбранного для тестирования
стандарта (тест TDR даст сообщение о всех точках и величинах изменения импеданса).
Импеданс - характеристика кабельной системы, которая должна соответствовать сис-
темному импедансу ЛВС. Средний импеданс каждой пары должен быть равен системному
импедансу ЛВС - 100, 120 или 150 0м ± 15 0м.
Возвратные потери (Return Loss - RL) - измеряется разница между амплитудой прини-
маемого сигнала и амплитудой отраженного сигнала. Производится оценка того, насколько
характеристический импеданс кабеля соответствует импедансу нагрузки. Для витой пары зна-
чение 20 дБ является нормальным, а 10 дБ или меньше указывает на наличие дефекта в паре.
Задержка в распространении сигнала - время, необходимое сигналу для прохождения
от передатчика до приемника по 4-парному кабелю 100 0м.
Смещение задержки - разница во времени распространения сигнала по разным парам в
одном кабеле (максимально допустимое значение смещения задержки - 50 нс/100 м). Пре-
доставляется величина задержки в наносекундах; многие приложения ЛВС чувствительны ко
времени задержки распространения (номинальное значение - 1 миллисекунда).
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
205
Рефлектометрия абонентских кабелей (TDR) выявляет аномалии импеданса в кабель-
ной паре: открытые концы, короткие замыкания, некачественные контакты, рассогласования
в типах кабелей.
Локация потерь NEXT - отображает положение точки в кабеле, в которой произошло
превышение допустимого значения NEXT. Положение точки запредельного значения NEXT
используется для локализации источника потерь в кабеле.
Тестирование в расширенном диапазоне частот (155 МГц). Не существует стандарта,
определяющего рабочие характеристики свыше 100 МГц.
Как следует из приведенного выше перечня, этот класс измерений относится к измере-
ниям общих параметров.
Приборы для анализа структурированных кабельных сетей
Для анализа параметров абонентских кабельных сетей, построенных на принципах СКС,
используются портативные ручные кабельные рефлектометры, которые обеспечивают всю
спецификацию измерений, необходимую для паспортизации абонентской кабельной сети в
соответствии со стандартом TSB-67. В основном, приборы этого класса используют принцип
рефлектометрии для измерения основных параметров стандарта TSB-67. Наиболее часто ис-
пользуемые приборы этого класса приведены в табл. 9.11.
Таблица 9.11. Характеристики портативных ручных кабельных рефлектометров
Модель LT8100 WireScope 155 WireScope 230
Производитель Actema Agilent Tech Agilent Tech
Внешний вид USE , Q ]
Характеристики www.actema.com www.agilent.com www.agilent.com
Модель LANcat 6 LANcat 5 NETcat
Производитель Greenlee Greenlee Greenlee
Внешний вид
Характеристики www.greenlee.textron.com www.greenlee.textron.com www.greenlee.textron.com
206
ГЛАВА 9
Окончание табл. 9.11
Модель FIBERcat FiberMeter 620
Производитель Greenlee Greenlee Fluke
Внешний вид * •Mt* Д Диь
Характеристики www.greenlee.textron.com www.greenlee.textron.com www.fluke.com
Модель DSP-100 DSP-2000 DSP-4000
Производитель Fluke Fluke Fluke
Внешний вид Л* w
Характеристики Модель www.fluke.com DSP-4100 www.fluke.com COMPASS-300 www.fluke.com MicroScanner-200
Производитель Fluke Microtest Microtest
Внешний вид F " g **3» •) ftЖ:
Характеристики Модель www.fluke.com OmniSacnner www.microtest.com PentaScanner www.microtest.com
Производитель Microtest Microtest
Внешний вид
Характеристики www.microtest.com www.microtest.com
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
207
Кроме перечисленных универсальных специализированных приборов при паспортизации
СКС для целей кроссирования и трассировки абонентского кабеля могут эффективно исполь-
зоваться емкостные и индуктивные датчики. Эта группа устройств занимает промежуточную
нишу между приборами и инструментарием. Такие устройства представляют собой довольно
недорогие и простые в исполнении приборы, их производится большое количество. Наиболее
интересные модели, представленные и на российском рынке, перечислены в табл. 9.12.
Таблица 9.12. Портативные устройства для кроссирования, трассировки и прозвонки
кабелей
Модель
45082
45081
Производитель
Внешний вид
Характеристики
www.greenlee.textron.com www.greenlee.textron.com
www. skomplekt. com www. skomplekt. com
Модель_______
Производитель
Внешний вид
Master Probe
Tempo Hunter
Tempo Communications
Tempo Communications
Характеристики
www.tempocomm.com
www.tempocomm.com
www.pr-group.ru
www.pr-group.ru
9.6. Измерения абонентских кабелей при внедрении
аппаратуры “последней мили”
Анализ пригодности абонентского кабеля для установки аппаратуры
“последней мили”
Наиболее трудной группой задач, встречаемой в современной практике использования
абонентских кабелей, является их анализ на предмет возможности использования для переда-
чи цифровой информации методами технологии “последней мили” (xDSL). Именно эта группа
задач определяет современную специфику измерений абонентских кабелей. Высокий рост
популярности услуг Интернет в последнее время приводит к необходимости создания сетей
передачи данных на уровне местных сетей. В то же время строить такие сети на основе воло-
208
ГЛАВА 9
конно-оптического кабеля не всегда эффективно. Операторы склонны использовать уже про-
ложенные металлические кабели для организации каналов абонентского цифрового доступа.
Технологии «последней мили» предъявляют повышенные требования к параметрам абонент-
ского кабеля, которые значительно отличаются от параметров кабеля, используемого в обыч-
ной телефонной сети (см табл. 9.13). В результате вопрос о пригодности существующего ка-
бельного хозяйства для развертывания услуг цифрового абонентского доступа можно по пра-
ву назвать одним из самых существенных для операторов местной связи.
Таблица 9.13. Требования к параметрам абонентского кабеля «последней мили»
Технология ISDN HDSL1 HDSL2 ADSL IDSL SDSL VDSL
Количество пар 1 2 3 1 1 1 1
Скорость передачи, кбит/с 144 2048 2048 До 9000 160 784 52800
Максимальная длина кабеля, км 5,9 5,9 3,9 5,9 5,9 3,9 1,5
Допустимое количество неодно- родностей 0 0 0 0 0 0 0
Максимальное сопротивление шлейфа, Ом 1300 900 900 1300 1300 900 325
Максимальный уровень затуха- ния, дБ 39 39 35 Перем 39 35 Перем
Частота измерения затухания, кГц 40 150 196 - 40 196 -
Используемый фильтр IEEE743 Е F F G Н/д Н/д Н/д
Уровень балансировки пары -40 -40 -40 -40 -40 -40 Н/д
Уровень переходного затухания -65 -65 -65 -65 -65 -65 Н/д
Положение операторов осложняется тем, что рынок оборудования “последней мили”
развивается в последнее время очень динамично. В настоящее время на рынке широко пред-
ставлены несколько вариантов технологии xDSL и ISDN, несколько крупных фирм-
производителей и широкая номенклатура моделей, количество которых постоянно растет. В
результате оператор вынужден выбирать не только оборудование, но и технологию цифрово-
го абонентского доступа (xDSL). Учитывая отечественную специфику абонентского кабель-
ного хозяйства, использование зарубежного опыта для стандартизации параметров пригод-
ности кабелей при внедрении аппаратуры “последней мили” практически исключено. Таким
образом отечественный оператор должен проводить собственные изыскания.
Рассмотрим типовую задачу подготовки и внедрения аппаратуры “последней мили” на
сети гипотетического оператора местной связи
Общая концепция измерений для внедрения технологии
“последней мили”
Для оптимального внедрения аппаратуры “последней мили” оператор должен ответить
на следующие важные вопросы:
Каковы реальные параметры проложенных абонентских кабелей и позволяют ли они
внедрить на сети технологию “последнеймили”?
• Какая технология является предпочтительной на сети?
• Какое оборудование может эффективно функционировать на сети7
Какая модель оборудования может дать наибольшую эффективность7
• Какое влияние на сеть окажет системное внедрение оборудования “последней мили ” 7
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
209
Только последовательные ответы на перечисленные вопросы позволят гарантировать
высокие параметры качества в сети.
Исходя из перечисленных вопросов может быть построена общая концепция измерений,
необходимых для системного внедрения аппаратуры абонентского цифрового доступа. Под
системным внедрением понимается внедрение аппаратуры в рамках единого проекта на всей
сети или ее участке. Следует отметить, что описанные ниже решения в полной мере могут
быть реализованы при внедрении аппаратуры на сети крупного оператора местной связи.
При внедрении оборудования “последней мили” на сети среднего или малого оператора мо-
жет быть эффективно использована часть технических решений.
Общая концепция измерений абонентских кабелей на сети оператора представлена на
рис. 9.40.
। Измерения параметров на всей ।
-I сети по заранее определенной I
1 спецификации [
Выбор технологии цифрового [
абонентского доступа ।
Определение перечня фирм и ।
оборудования для линейных I
испытаний |
Внедрение оборудования
Рис. 9.40. Схема последовательности измерений при выборе
и внедрении оборудования “последней мили”
Рассмотрим подробно задачу внедрения аппаратуры “последней мили” на сети среднего
или крупного оператора местной связи. Объективной целью, преследуемой оператором, яв-
ляется организация услуг цифрового абонентского доступа. Современный рынок предлагает
большое количество устройств “последней мили”, которые могут помочь в решении этой
задачи. Выбрать технологию, фирму-производитель и модель методом проведения линейных
испытаний практически невозможно, поскольку для каждой модели необходимо проведение
210
ГЛАВА 9
линейных испытаний в различных участках сети. Использование измерительной техники
позволяет значительно оптимизировать этот процесс.
Как показано на рис.9.40 решение задачи необходимо начать с анализа основных пара-
метров существующей абонентской кабельной сети. Для этого выполняются измерения, ха-
рактерные для анализа кабеля для «последней мили». Оператор получает данные о средне-
статистических и предельных значениях основных параметров абонентских кабелей на сети.
По этим данным уже можно сделать выбор технологии цифрового абонентского досту-
па. Например, анализ АЧХ и ГВЗ в полосе 300 кГц - 2 МГц однозначно позволяет сделать
вывод о пригодности существующей кабельной сети для развертывания технологии ISDN,
xDSL и т.д. Вполне может оказаться, что ни одна из современных технологий не может быть
с успехом использована для организации цифрового абонентского доступа. В этом случае
проект использования технологии “последней мили” резонно закрыть и начать модерниза-
цию абонентской кабельной сети на основе использования волоконно-оптических кабелей
или витой пары. Таким образом, на основании данных о параметрах абонентского кабеля
делается выбор технологии абонентского доступа.
Вторым этапом является имитация среднестатистических и предельных параметров або-
нентского кабеля на комплексном имитирующем стенде. Наличие такого стенда позволяет
значительно сократить время проведения тестирования оборудования выбранной технологии.
В результате выбирается несколько фирм-производителей, оборудование которых в лабора-
торных условиях устойчиво работает на имитируемом кабеле. Для этого оборудования прово-
дятся линейные испытания на различных участках сети, в результате по данным практическо-
го использования оборудования делается вывод о наиболее предпочтительном оборудовании.
Использование имитационного стенда позволяет значительно оптимизировать процесс
выбора оборудования, так как значительно сокращает время предварительного тестирования.
В качестве иллюстрации на рис. 9.41 показан процесс выбора оборудования методом линей-
ных испытаний и методом имитационных измерений. Как видно из рисунка, в случае раз-
ветвленной сети (крупные и средние операторы местной связи) использование имитационно-
го стенда может обеспечить сокращение как количества необходимых линейных испытаний,
так и измерительного оборудования в десятки раз.
Метод линейных испытаний
Использование имитации
Рис. 9.41. Выбор оборудования методом линейных испытаний
и методом с имитацией параметров
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
211
Последним этапом организации измерений является анализ влияния уже установленно-
го в опытной зоне оборудования на параметры телефонной сети (как отмечалось выше, нали-
чие специфических перекрестных помех, нарушение работы сети абонентского радиовеща-
ния, сети часофикации и т.д.)
Методы измерения параметров существующей абонентской сети
Основными параметрами абонентской линии, существенными для организации цифро-
вого абонентского доступа, являются:
• импеданс линии (включая сопротивление, емкость и индуктивность);
• затухание в канале;
• длина кабеля;
• АЧХ и ГВЗ абонентского канала (полоса пропускания);
• переходное затухание на ближнем конце (NEXT);
• шумовые характеристики канала;
• возвратные потери и коэффициент отражения;
• импульсные характеристики помех в кабеле;
• задержка в распространении сигнала;
• отношение затухания к переходному затуханию;
• параметр скрутки;
• полярность жил в кабеле;
• параметры, связанные с локализацией неисправности в кабеле.
Как видно из данного перечня, это в целом согласуется с набором параметров обычного
абонентского кабеля. Особенность связана только с новыми требованиями к нему, представ-
ленными в табл. 9.13. При этом сами параметры и методы их измерения согласуются с опи-
санными в разд. 9.4.
В современной практике имеется три основных подхода к измерениям параметров або-
нентского кабеля: метод измерения АЧХ/ГВЗ, связанный с тональным тестированием канала;
метод измерения импеданс-частотной характеристики кабеля; анализ рефлектограммы кабе-
ля. Эти три подхода к организации измерений связаны с использованием различных групп
измерительных приборов и являются эквивалентными на уровне анализа характеристики
затухания в кабеле и ее равномерности.
Следует отметить, что методами рефлектометрии и анализа импеданс-частотной харак-
теристики невозможно измерить все параметры, приведение выше. Эти методы являются
дополнительными к основному методу анализа АЧХ/ГВЗ и других параметров, связанных с
тональным тестированием канала. Схема такого измерения представлена на рис. 9.42.
Рис. 9.42. Схема тонального тестирования с использованием
двух анализаторов параметров ТЧ
212
ГЛАВА 9
Для проведения измерения используются два анализатора параметров каналов ТЧ с
расширенной спецификацией тестов, позволяющих использовать их для анализа линий в
диапазонах до 250-300 кГц или 2 МГц. Анализаторы помещаются по обоим концам тести-
руемой линии, затем проводится серия измерений по анализу АЧХ, ГВЗ, импульсных шумов
и перекрестных помех в упомянутом диапазоне.
В этой схеме необходимо использовать два анализатора с полными возможностями. Для
оптимизации схемы и устранения упомянутого недостатка используются удаленные респон-
деры - приборы с неполными возможностями анализаторов. В частности в схеме, представ-
ленной на рис. 9.43, используется удаленный респондер TX-1D, представляющий собой ши-
рокополосный генераторный модуль анализатора и управляемый анализатором.
Рис. 9.43. Схема тонального тестирования с использованием
анализатора параметров ТЧ и удаленного респондера
Имитаторы кабеля. Структура комплексного имитационного стенда
Использования имитаторов кабеля позволяет провести полномасштабные тесты обору-
дования “последней мили”, включая оборудование ISDN, HDSL, ADSL, модемное оборудо-
вание в стандарте V.34 и V.90 (56К) с целью определения возможности его использования в
абонентской кабельной сети с заданными параметрами. Эти параметры, полученные на осно-
ве результатов измерений реальной абонентской кабельной сети, являются параметрами
имитации, реализуемыми на стенде.
Целью имитации параметров кабеля является не точное, а приближенное соответствие
имитационного стенда параметрам реальной сети. Ни один имитатор не обеспечит в полной
мере соответствие всех параметров реальной сети. Однако использование имитаторов дает
возможность оценить пригодность оборудования к работе в сети с заданными параметрами, и
тем самым определить круг фирм-поставщиков, оборудование которых должно анализиро-
ваться на этапе линейных испытаний.
Принцип работы имитаторов связан с использованием пассивных компонентов для ими-
тации, в результате имитируется двунаправленная линия с изотропными характеристиками.
Для имитации кабельной линии конструируется линия из стандартных участков с имитацией
высокоомных отпаек и катушек Пупина. В качестве стрессового воздействия обычно исполь-
зуется одна или несколько точек внесения аддитивных шумов.
В качестве примера на рис. 9.44 приведено экранное меню установок типичного кабель-
ного имитатора.
На экранном меню отображаются параметры составного двухпроводного кабеля из
четырех составных частей, используемого в качестве линии ISDN. Символами ТЗ и Т4
обозначены точки размещения LT и NT соответственно. На ближнем к NT участке вносят-
ся помехи (модуль IM), которые задаются отдельно в таблице по уровню вносимых им-
пульсных шумов, шумов по цепи питания и нарушениях в форме передаваемого импульса
(ширина импульса условно обозначена как “ч”). Выходы для подключения LT и NT выве-
дены на панель прибора. Таким образом, использование кабельного имитатора позволяет
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
213
проанализировать устойчивость работы NT к различным параметрам абонентского кабеля
в лабораторных условиях.
2-Pair Loop 3R
NOT AVAILABLE
(PTT)
0-
550 м
950 м
0,6мм PE
1200 м
fl-----------
0,5мм PE
(CUST)
OFF
OFF
OFF
SHAPED NOISE
IMPULSE NOISE
POWERLINE NOISE
RATE 10 pps
LEVEL ИП
TYPE: 3-LEVEL
TIME ч 20 usee
OUT OF RANGE - TURNS OFF SETTING
RanqeO.Oto 100.0 mV
l^=nui t QES=MOve Hwsa=change
Рис. 9.44. Экранное меню кабельного имитатора
Поскольку всегда возникает задача выбора тестовых шлейфов, максимально прибли-
женных к параметрам существующего абонентского кабеля, стандартами ANSI/ETSI преду-
смотрены спецификации стандартных шлейфов для анализа аппаратуры HDSL и ADSL. Так
стандартом ANSI Т 1.601/1998 предусмотрено 15 стандартных тестовых шлейфов, представ-
ленных на рис. 9.45.
Рис. 9.45. Тестовые шлейфы стандарта Т1.601/1998
Обычно измерения, связанные с имитацией характеристик кабеля, выполняются мето-
дом внесения модификаций или подключения внешних источников шумов к одному из
стандартных тестовых шлейфов. Прибор обеспечивает имитацию кабеля различной длины,
наличие в линии нескольких участков разных кабелей (имитация составного канала). Про-
214
ГЛАВА 9
граммное обеспечение управления позволяет задавать длину и конфигурацию имитируемо-
го кабеля, наличие и размещение шунтов, точки внесения и параметры аддитивного шума в
линии. Для имитации протяженных линий несколько имитаторов кабелей могут объеди-
няться в цепь.
Аналогичные наборы шлейфов предусмотрены стандартами ETSI (рис. 9.46). По-
скольку в настоящее время отечественные стандарты на параметры абонентской пары не
разработаны, то при разработке таких стандартов можно ориентироваться как на европей-
ские нормы, так и на американские, учитывая что наибольшее распространение технология
“последней мили” получила в США, следовательно, стандарты ANSI в этой области более
отработаны.
____________________ 2750 m_________________________________м
0.4 mm РЕ___________________________________________________
650 m и 1400 m 1050 m 650 m
0.4 mm PE 0.5 mm PE 0.6 mm PE 0.4 mm PE
___________________________2400 m м
0.4 mm PE
550 m и 1200 m 950 m 550 m
0.4 mm PE 0.5 mm PE 0.6 mm PE 0.4 mm PE
1400 m
0.5 mm PE
1200 m_________ 1100 m _____________950 m
0.5 mm PE 0.4 mm PE 0.6 mm PE
100 m_______ 7000 m ___________100 m
0 4 mm PVC 0.8 mm PE 0.4 mm PVC
100 m_________ 6050 m _______________100 m
0.4 mm PVC 0.8 mm PE 0.4 mm PVC
1350 m
6.4 mm PE
1100 m
6.4 mm PE
I 50 m 1600 m 1100 m 300 m
0.4 mm PE 0.5 mm PE 0.63 mm PVC
0.32 mm PVC
1200 m
0.4 mm
Common Mod*
Insortion Circuit
1200 m
0.4 mm
1050 m
0.4 mm
Common Mode i
Insortion Circuit !*
1050 m
0.4 mm
Рис.9.46. Стандартный набор шлейфов для анализа двух- (слева) и трехпарных (справа)
модемов HDSL стандарта ETSI
Для анализа аппаратуры в стандарте ADSL используется спецификация из 28 шлейфов
(рис. 9.47).
Обычно имитатор может работать в автономном режиме, программирование в этом слу-
чае осуществляется с фронтальной панели на жидкокристаллическом экране. Прибор может
управляться с компьютера через интерфейс IEEE 488 (GP-IB) и RS232C. Использование ши-
ны IEEE 488 дает возможность создания измерительного комплекса с централизованным
управлением.
Один из вариантов такого комплексного имитационного стенда представлен на рис.9.48.
В состав стенда входят имитаторы кабелей для анализа модемов HDSL, ADSL и генератор
шумов в кабеле, используемый для имитации шумов в канале с различной характеристикой
мощности.
Отдельно от анализа модемов в стандартах HDSL и ADSL современные измерительные
технологии рассматривают задачу анализа модемов в аналоговых стандартах и в стандарте
V.90 (56К). Структура сети в стандарте 56К схематично представлена на рис. 9.49.
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
215
CSA Loop 1
CSA Loop 2
CSA Loop 4
CSA Loop 5
ANSI Loop 2
ANSI Loop 3
4500*724 2000*722 3000*726
ANSI Loop 5
12000*724
ANSI Loop 4
CSA Loop 6 Q
CSA Loop 7 Q
ANSI Loop 6
CSA Loop 8
CSA Loop 9 О
500724
1000'724 |
CSA Loop 10
_ 7500726 4500*724 500'726
О-------------°---------------°---------2±k
4500*726
o—
ANSI Loop 7
ANSI Loop 8
ANSI Loop 9
ANSI Loop 11
_ 7500*726 4500*724 1500*726
О---------------°-----—о-----------------ANSI Loop 12
Mid CSA Loop 0 О
Mid CSA Loop 1 Q
200*726
1000'726
600726 |
1500*726 1500*726
2000*724 500*724 500*724
ANSI Loop 13
Mid CSA Loop 2 O
4700'726
-УЧ ANSI Loop 15
Mid CSA Loop 3
_ 0 to 15000*726 ю 50'steps
О
т/Ч Custom Loop 1
— 400'724
Mid CSA Loop 4 О---------------
400/26 100726
4000'726 | 1100'725 I
500'726
300724 2400'726 100'722 1500'726 500'724 900'726 I
Mid CSA Loop 5 Q=^>—*>—о—0—0—6^
Mid CSA Loop 6 О
0 to 18000’724 in 50' steps
О------------------------—---------------Custom Loop 2
Note 1 Note 1
__ I 0 to 12000*726 in 50' steps I
О —-<5- .................................>4, Custom Loop 3
Notel Note 1
_ I Oto 12000'724 in 50 steps I
О .......6............ ........—A Custom Loop 4
Рис. 9.47. Спецификация из 28 шлейфов для анализа аппаратуры в стандарте ADSL
Принцип работы модемов в стандарте 56К заключается в подключении аналоговых
пользователей непосредственно к карте оцифровки в сети SLIC, после чего цифровой сигнал
передается по сети на системный модем без аналого-цифровых преобразований. Модем
уменьшает участок использования аналогового сигнала для передачи до размеров абонент-
ского шлейфа. Такая технология может быть успешно использована для развития услуг пере-
216
ГЛАВА 9
дачи данных операторами местной связи, поэтому требует дополнительного исследования с
использованием комплекса, представленного на рис.9.50 (в качестве примера приведена сис-
тема TAS 56К компании TAS).
Рис. 9.48. Пример имитатора параметров кабелей
Рис. 9.49. Пример использования технологии 56К
Рис. 9.50. Схема подсистемы анализа модемов
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
217
В основе системы находится компьютер с программным обеспечением TASKIT, кото-
рый управляет через двойной контроллер Gemmi пользовательским (Client Modem) и систем-
ным (Central Site Modem) модемами, коммутационной матрицей Senes II Plus и модулем
имитации аналоговых параметров абонентского кабеля TAS 240.
Для комплексного анализа модемов в стандарте 56К необходимо имитировать различ-
ные воздействия на аналоговые и цифровые каналы. Система TAS 56К обеспечивает:
• имитацию аналоговых воздействий на абонентский аналоговый канал, включая внесе-
ние шумов, нелинейные искажения, эхо, интерференцию с силовыми кабелями;
• имитацию искажений в цифровых каналах, включая битовые ошибки, сигналы неис-
правности, пропадание битов, проскальзывания и т.д.;
• комплексный анализ процессов аналого-цифровых преобразований в интерфейсах 56К.
Подключение к коммутационной матрице имитаторов параметров кабелей HDSL и ADSL
обеспечивает существенное расширение спецификации возможных воздействий и имитацион-
ных параметров, обеспечивает имитацию цифровых интерфейсов BRI, PRI, DDS и Е1
Помимо анализа параметров работы модемов в стандарте 56К часть системы, а именно
Senes II/TAS 240, может быть эффективно использована для анализа модемов в стандартах
до V.34 включительно, при этом методы организации измерений аналогичны.
Приборы для анализа абонентских кабельных систем
перед внедрением оборудования “последней мили”
Существует три основных метода анализа абонентской кабельной сети, определяющих
ее пригодность для реализации услуг цифрового абонентского доступа - метод тонального
тестирования, метод измерения импеданс-частотной характеристики и метод рефлектомет-
рии абонентских кабелей. Из всех перечисленных методов только метод тонального тестиро-
вания обеспечивает в полной мере измерение основных параметров абонентского кабеля.
Метод измерения импеданс-частотной характеристики и метод рефлектометрии могут рас-
сматриваться только как дополнение к методу тонального тестирования
Наличие нескольких принципов измерений, большое количество различных подходов к
их организации, постоянно изменяющиеся требования в соответствии с новыми технология-
ми xDSL, наконец, высокий уровень спроса на измерительную технику этого класса, привели
к появлению широкой номенклатуры специализированных измерительных приборов для
«последней мили» с разным уровнем функциональности и стоимости. Наиболее часто встре-
чаемые в мировой практике модели представлены в табл. 9.14.
Кроме того, как было показано выше, частью технологии измерений, связанных с вне-
дрением оборудования “последней мили” на сети крупного и среднего оператора местной
связи являются имитационные измерения, связанные с оптимизацией процесса выбора тех-
нологии и оборудования для предоставления услуг цифрового абонентского доступа. Для
формирования описанных выше комплексных имитационных стендов используются имита-
торы параметров кабелей. Это специальные устройства, имитирующие параметры абонент-
ского кабеля в заданных пределах. В зависимости от тестируемого оборудования могут ис-
пользоваться различные имитаторы.
Помимо имитаторов параметров кабелей в состав комплексного имитирующего стенда
могут входит специализированные системы для анализа работы модемов в стандарте V.90
(56К). Бурное развитие технологии модемной передачи данных в новом стандарте 56К по-
зволяет говорить даже о конкуренции модемной передачи данных и технологии “последней
мили”. В связи с этим можно предположить, что в некоторых случаях технология “последней
мили” будет менее предпочтительной, чем использование новых модемных протоколов
218
ГЛАВА 9
Таблица 9.14. Анализаторы «последней мили»
ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
219
Окончание табл. 9.14
Модель
DSL2000
TelScout 200
Производитель Tempo Communications Тетро Communications
Внешний вид L if*'
Характеристики www.tempocomm.com www.pr-group.ru www.tempocomm.com www.pr-group.ru
В связи с расширением спроса на услуги модемной передачи данных в стандарте V.90
компании-производители измерительной техники предложили модели комплексных измери-
тельных систем для анализа работы модемов новых стандартов (табл. 9.15). В состав таких
систем входит имитатор параметров кабеля, коммутатор и специализированное программное
обеспечение.
Таблица 9.15. Оборудование для комплексных имитационных стендов
Модель DSL50 DSL90 DSL 100
Производитель DSL Testworks DSL Testworks DSL Testworks
Внешний вид
Технические харак- теристики www.dsltestworks.com www.pr-group.ru www.dsltestworks.com www.pr-group.ru www.dsltestworks.com www.pr-group.ru
Модель DSL200 DSL400 XPS
Производитель DSL Testworks DSL Testworks DSL Testworks
Внешний вид . I* НВВВ Д| I в»
Технические харак- теристики www.dsltestworks.com www.pr-group.ru www.dsltestworks.com www.pr-group.ru www.dsltestworks.com www.pr-group.ru
Модель HLS LSX 2020 TAS 100
Производитель DSL Testworks Spamex TAS
Внешний вид ? дм 1 ill nMRHi i..i jl.
Характеристики www.dsltestworks.com www.pr-group.ru www.spamex.com www.taskit.com www.pr-group.ru
220
ГЛАВА 9
Окончание табл. 9.15
Модель TAS 240 GT-56K TAS 3508A
Производитель TAS TAS TAS
Внешний вид ямннняннв
Характеристики www.taskit.com www.pr-group.ru www.taskit.com www.pr-group.ru www.taskit.com www.pr-group.ru
Модель TAS 2200 TAS 2270 TAS 2502A
Производитель TAS TAS TAS
Внешний вид -"S' ffmSw,, ’
”” w SS“>» >~5? '« т Ев ’.®в Г
Характеристики www.taskit.com www.pr-group.ru www.taskit.com www.pr-group.ru www.taskit.com www.pr-group.ru
10. РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
10.1. Особенности радиочастотных измерений
Радиочастотные измерения представляют собой большой класс измерений, связанных с
анализом радиочастотных каналов и систем беспроводной связи. В этой главе речь пойдет о
радиочастотных измерениях, связанных с анализом радиоэфира как среды распространения
сигнала. Из рассмотрения будут исключены вопросы измерений на вторичных сетях радио-
связи, которые также относятся к радиочастотным измерениям, однако имеют определенную
специфику, связанную с передачей/приемом сигналов малой мощности.
К радиочастотным системам передачи относятся все средства связи, использующие в ка-
честве среды передачи радиоэфир . К таким средствам относятся радиорелейные и спутнико-
вые системы. Поскольку структурные схемы систем передачи обоих типов аналогичны, то и
измерительные технологии для них практически одинаковы, однако имеются некоторые раз-
личия, обусловленные диапазонами измерений и условиями распространения сигнала. Так для
измерений радиорелейных систем передачи существенным фактором является оценка пара-
метра затухания, связанного с отражением от земли (затухание при многолучевом прохожде-
нии сигнала), а для систем спутниковой связи большее значение имеет задержка распростра-
нения сигнала. Оценка влияния доплеровского сдвига по частоте существенна для систем
спутниковой радиосвязи, но не существенна для радиорелейных систем передачи и т.д.
Структурная схема цифровой первичной сети, использующей радиочастотные средства,
представлена, на рис. 10.1.
Согласно предлагаемой схеме радиочастотные измерения входят составной частью в
комплекс измерений на первичной сети. Из технологии радиочастотных измерений исклю-
чаются измерения параметров цифровых трактов системы передачи, так как они связаны с
222
ГЛАВА 10
анализом цифровой первичной сети вне зависимости от среды распространения сигнала. По-
этому вопросы измерений непосредственно цифровых параметров каналов (такие, как изме-
рение параметров ошибки) в настоящей главе будут рассматриваться только в контексте со-
вместных измерений раддиочастотных систем передачи. Соответственно, из радиочастотных
измерений частично исключаются измерения каналообразующей аппаратуры, преобразую-
щей цифровые сигналы первичной сети в радиосигналы. Здесь измерения будут касаться
только процессов модуляции и демодуляции цифрового сигнала.
Основу радиочастотных измерений составляют измерения радиоэфира, связанные с ана-
лизом электромагнитной обстановки во всем используемом системой передачи спектре. С
развитием систем радиосвязи радиочастотный спектр рассматривается как достояние госу-
дарства, поэтому особенно важными становятся измерения по оценке эффективности исполь-
зования радиоэфира.
В основе радиочастотных систем передачи лежит использование ретрансляторов Для
систем спутниковой связи это спутниковый ретранслятор, для радиорелейных систем пере-
дачи это ретрансляторы РРЛ. Анализ работы узловых радиочастотных устройств - ретранс-
ляторов - является существенной частью проведения радиочастотных измерений и составля-
ет следующий уровень радиочастотных измерений.
После анализа ретрансляторов обычно производится анализ радиочастотных трактов
систем передачи в целом. Эти измерения являются результирующими и их рассмотрение за-
вершает тему радиочастотных измерений этой главы. В дальнейшем материал будет струк-
турирован от измерений радиоэфира до технологии комплексных измерений радиочастотных
трактов. Отдельно будут рассмотрены специфические особенности измерений на радиоре-
лейных и спутниковых системах передачи.
10.2. Измерения радиоэфира
В связи с принятием законодательства в области контроля за использованием радиочас-
тотного ресурса вопрос об измерениях радиоэфира встал особенно остро Измерения радио-
частотной обстановки выполняются различными системами контроля радиочастотного ресур-
са, в основе которых лежит один и тот же метод измерений - анализ спектра сигнала во всем
исследуемом диапазоне При этом различие систем определяется следующими факторами:
пространственным размещением анализаторов,
• используемыми приемными антеннами;
• структурой сети сбора и обработки информации об электромагнитной обстановке;
• различными алгоритмами оптимизации измерений.
Системы контроля радиочастотного ресурса выполняют комплексный анализ электро-
магнитной обстановки с привязкой на местности. В результате таких измерений получаются
данные в виде карт распределения интенсивности электромагнитного поля в различных диа-
пазонах
В зависимости от региона охвата различают.
• системы радиоконтроля национального (федерального) значения, выполненные по стан-
дартам Международного Союза Электросвязи (ITU);
• системы радиоконтроля местного значения (область, регион), совместимые с нацио-
нальными системами контроля, однако охватывающие меньший район;
• локальные системы радиоконтроля для анализа электромагнитной обстановки на ло-
кальной площадке (например, на месте установки ретранслятора или приемо-
передающей станции)
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
223
Национальные системы радиоконтроля
Создание национальной системы радиоконтроля для России является особенно актуаль-
ной задачей в связи с вступлением нашей страны в Европейское экономическое сообщество.
Одним из требований при этом выступает принятие законов в области использования радио-
частотного спектра и развертывание сети контроля и управления за использованием радио-
частотного ресурса страны.
Построение глобальных систем радиоконтроля является важной национальной про-
граммой и требует соглашений на уровне правительств Это очень сложная комплексная про-
грамма, требующая большой работы. Поэтому в настоящей главе приводится лишь краткое
описание типичной системы.
В табл. 10.1. приведены основные тенденции в использовании радиочастотного ресурса
и соответствующие требования к национальным системам контроля радиоэфира.
Таблица 10.1. Тенденции в использовании радиочастотного ресурса и требования
к национальным системам контроля радиоэфира
Основные тенденции Требования к системам радноконтроля
Увеличение загрузки диапазонов VHF/UHF (30 МГц - 3 ГГц), увеличение количества сигналов Необходимость мобильного мониторинга диа- пазона VHF/UHF, поскольку системы радио- контроля в этом диапазоне имеют ограничен- ную зону действия
Использование цифровых типов модуляции Необходимость применения цифровых прием- ников радиосигнала
Развертывание национальных и частных сетей радиосвязи Необходимость уменьшения интерференции от сетей различных операторов и нелегального использования радиочастотного спектра
Увеличение количества лицензий, замедле- ние процесса лицензирования Переход к технологии лицензирования на ос- нове распределенных баз данных
Для решения перечисленных задач системы радиоконтроля национального значения
должны включать подсистемы управления спектром и мониторинга спектра.
Подсистема управления спектром должна решить следующие задачи:
планирование использования радиочастотного ресурса федеральными органами власти,
• создание и постоянное обновление баз данных по выдаваемым лицензиям на право ис-
пользования ресурса;
• управление финансовыми поступлениями за использование радиочастотного ресурса.
Подсистема управления спектром решает в первую очередь организационно-правовые
вопросы контроля радиочастотного ресурса страны.
Подсистема мониторинга спектра решает технические задачи, к которым относятся:
• поиск возможных источников и причин интерференции сигналов во всем используемом
диапазоне;
• проверка соответствия сигналов существующим нормам и лицензиям;
определение нелегальных передатчиков и источников интерференции.
Структура системы национальной системы радиоконтроля представлена на рис. 10.2.
224
ГЛАВА 10
Национальная база данных
Рис. 10.2. Структура национальной системы радиоконтроля
Портативные точки
мониторинга
Стационарные точки
мониторинга
Подсистема управления спектром включает в себя единую национальную базу данных
состояния электромагнитной обстановки по регионам, базу данных по лицензиям (БД), а
также рабочие места операторов центра контроля электромагнитной обстановки.
Подсистема мониторинга спектра включает в себя стационарные, мобильные и порта-
тивные точки мониторинга спектра. Эти точки объединяются через сеть передачи данных, а
информация концентрируется в областных центрах обработки информации, из которых затем
передается в федеральный центр для окончательной обработки, хранения, планирования и
оптимизации использования радиочастотного ресурса.
Для каждой страны национальные системы радиоконтроля имеют индивидуальный ха-
рактер, поэтому практически невозможно сравнить технические характеристики этих систем,
а можно только констатировать, что подобные системы в мировой практике создавались та-
кими фирмами как Hewlett-Packard, Ronde & Schwarz, Thompson-CSF, Racal, Lucas-Zeta и
Tadiran.
Системы радиоконтроля областного и местного значения
Эти системы отличаются от описанных только размером сети передачи данных. Как
правило, системы областного и местного значения используются областной администрацией
и крупными операторами сетей радиосвязи для контроля и оптимизации использования раз-
личных участков спектра.
Такие системы (рис. 10.3) обычно строятся по радиальному принципу с центром обра-
ботки данных и связанными с ним стационарными и мобильными точками мониторинга
спектра. Привязка к географическим координатам в точках мониторинга, как и в националь-
ных системах радиоконтроля осуществляется навигационными спутниковыми средствами
(например, с использование глобальной навигационной системы - Global Position System -
GPS). В отличие от национальных систем радиоконтроля системы областного и местного
значения не включают набор приемников всего используемого спектра, поскольку основной
задачей является контроль использования определенной его части. В мировой и отечествен-
ной практике получил широкое распространение опыт использования таких систем регио-
нальными управлениями органов контроля за использованием радиочастотного ресурса.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
225
Рис. 10.3. Системы радиоконтроля
Е4900В компании
Agilent Tech
К системам областного и местного значения можно отнести системы анализа зон покры-
тия спектром радиосвязи, в первую очередь, сотовых сетей, используют такие системы для
анализа эффективности загрузки выделенного им радиочастотного ресурса, а также для анали-
за зон уверенного приема сигналов базовых станций сети. Обычно такие системы отличаются
от систем радиоконтроля меньшей функциональностью радиоизмерений и существенно
меньшей стоимостью. Так для эффективной работы системы регионального контроля необхо-
дим анализ спектра в контролируемом диапазоне, для анализа зон уверенного прие-
ма/передачи достаточно измерений селективным приемником, настроенным на рабочий диа-
пазон. В настоящее время в состав систем анализа зон уверенного приема включаются анали-
заторы спектра, поэтому их можно отнести к специальным системам радиоконтроля регио-
нального значения. В качестве примера такой специализированной системы на рис. 10.4 пред-
ставлена модель Illuminator, а результаты анализа зоны покрытия приведены на рис. 10.5. Как
видно из рисунка, в каждой точке измеряются параметры ошибки и мощность сигнала. Ска-
нирующий приемник в составе модели позволяет для каждой точки проводить спектральный
анализ, таким образом, система работает в режиме контроля за радиоспектром.
Рис. 10.4. Специализированная система контроля Illuminator компании Grayson
226
ГЛАВА 10
Рис. 10.5. Результаты анализа зоны покрытия и спектральный анализ (модель Illuminator)
Системы радиоконтроля локального назначения
Системы контроля электромагнитной обстановки (ЭМО) локального значения представ-
ляют собой прибор (обычно анализатор спектра с необходимым набором антенн) для опреде-
ления параметров радиоэфира при размещении источника радиосигнала. Такие системы ис-
пользуются обычно для анализа базовых станций систем радиосвязи перед установкой, ра-
диорелейных станций, наземных станций спутниковой связи и т.д.
Основными задачами локального анализа ЭМО являются:
• определение соответствия выделенного радиочастотного ресурса заданным техническим
условиям (отсутствие в выделенном ресурсе нелицензированных источников сигнала);
• оптимизация размещения источника радиосигнала на заданном участке;
• локализация возможных помех и источников интерференции сигнала, которые могут
привести к нарушению радиосвязи.
Системы локального радиоконтроля могут использоваться на этапе эксплуатации сис-
тем радиосвязи для контроля использования выделенного ресурса и анализа электромагнит-
ной обстановки в рабочем диапазоне системы.
Основу локальных систем радиоконтроля составляют анализаторы спектра, которые
следует разделять на высокоточные стационарные и портативные. Высокоточные анализато-
ры спектра (табл. 10.2) используются для измерений ЭМО при размещении узловых станций
систем радиосвязи или аппаратуры передачи (наземные станции спутниковой связи и радио-
релейные станции). Портативные анализаторы спектра (табл. 10.3) используются для на-
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
227
стройки антенн абонентских терминалов систем спутниковой связи и систем радиосвязи, а
также для индикации и грубой локализации источников помех и интерференции. Как прави-
ло, эти анализаторы имеют низкую точность, малый динамический диапазон, узкий спектр и
питание осуществляется от аккумуляторов для проведения работ в полевых условиях.
Таблица 10.2. Характеристики высокоточных анализаторов спектра,
представленных на отечественном рынке
Модель R3132/3162 R3267/3273 U3661
Производитель Advatest Advantest Advantest
Внешний вид 'И®' (*r -<•*> 1 M|l| и ;.hll ' ♦a *Jv.lB 3 & JW I
Характеристики www. advantest. со .jp www.advantest.com www. advantest.com
Модель MS2661C MS2663C MS2665C
Производитель Anritsu Anritsu Anritsu
Внешний вид j * л)" 1 i « \ 1
Характеристики www. anritsu. com www. anritsu. com www.anritsu.com
Модель MS2667C MS2668C 71ххх-серия
Производитель Anritsu Anritsu Agilent Tech
Внешний вид I ..... . . ... .s ......... J HPTHWCBfipwtrere.B.hlw
Характеристики www.anritsu.com www.anritsu.com www.agilent.com
Модель 856х-Е-серия 859х-Е-серия 8590L/8592L
Производитель Agilent Tech Agilent Tech Agilent Tech
Внешний вид . F\ HP8563E portable spectrum analyzer, 9 kHz to 26.5 GHz Ж ДяяиКГТпТ*1 ИЕ11 HF 8593E portable spectrum analyzer, 9 kHz to 22 GHz * МИм МКВмИВ ™ ;***“ MH HP 85991 portable spectrum analyzer 9 kHztaJ.8 GHz]
Характеристики www.agilent.com www.agilent.com www.agilent.com
228
ГЛАВА 10
Окончание табл. 10.2
Модель ESA-E-серия ESA-L-серия PSA
Производитель Agilent Tech Agilent Tech Agilent Tech
Внешний вид в ~ вмивБ —. z-z, ||йК1й| Ш
Характеристики www. agilent. com www.agilent.com www.agilent.com
Модель 2390A 2398 2399
Производитель IFR IFR IFR
Внешний вид BM dl I^^^B ***’" ( H ZaF' •*->'' IS
Характеристики www.ifrintemational.com www. ifrintemational. com www. ifrintemational. com
Модель FSE-серия FSU-серия FSP-серия
Производитель R&S R&S R&S
Внешний вид k ’ i iMEr i * Г tell Ba p w ** ф r r
цваиюяй
Технические ха- рактеристики www.rohde-schwarz.com www.rohde-schwarz.com www.rohde-schwarz.com
Таблица 10.3. Характеристики портативных анализаторов спектра, представленных
на отечественном рынке
Модель PSA-37D PSA-65C PSA-33A
Производитель AVCOM AVCOM AVCOM
Внешний вид 1 ^НВВВВ ш к 4 <"<к” »' -'•«-М 1| |gL4“.'’ '^aw>'5’,"^ i^gS | ЯЬ 1 * "е-й .* |< *"? Ц'"* ;; Ж'~г ~ - •> •'
Характеристики www.avcomofva.com www.avcomofva.com www.avcomofva.com
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
229
Окончание табл. 10.2
Модель PSA-39A MSA-90 GSP-810
Производитель AVCOM AVCOM Goodwill/Instek
Внешний вид ши» д имЯ a y* Pn ЯВ,. 1 ШаК 1
Характеристики www.avcomofva.com www. a vcomofva. com www.instek.com www.prist.com www.pr-group.ru
Модель GSP-825
Производитель Goodwill/Instek
Внешний вид I gM>„ «к I'w „ xjc'jggs JLXJC
Характеристики www.instek.com www.prist.com www.pr-group.ru
10.3. Измерение характеристик ретрансляторов
После анализа характеристик радиоэфира следующим уровнем является анализ характе-
ристик ретрансляторов или активных устройств передачи сигнала. От работы ретранслятора
напрямую зависят параметры радиочастотных трактов и, следовательно, выходные парамет-
ры каналов первичной сети. В радиорелейных линиях передачи ретрансляторами являются
приемопередающие и регенераторные станции радиорелейной связи - ретрансляторы (РТР),
в системах спутниковой связи в роли ретранслятора выступает спутник связи. Анализ пара-
метров ретранслятора, как активного устройства радиочастотных трактов во многом сходен с
анализом усилителя СВЧ, поскольку именно усилитель является основным элементом
ретранслятора.
Основными группами измерений являются измерения амплитудно-частотной характе-
ристики ретранслятора, характеристик усиления, фазово-частотной характеристики и изме-
рения шумов.
Измерения АЧХ ретранслятора
Амплитудно-частотная характеристика ретрансляторов определяет зависимость коэф-
фициента усиления ретранслятора от частоты, т.е. определяет работу ретранслятора в задан-
ном диапазоне и его частотный ресурс. Схема организации измерений достаточно проста
(рис. 10.6). АЧХ ретрансляторов измеряется анализаторами спектра в паре с генератором.
Для этой цели также использовались селективные измерители мощности (селективные
вольтметры), однако в последнее время наметилась тенденция перехода к использованию
анализаторов спектра в качестве средств измерений радиочастотных характеристик. Связано
это с универсализацией измерительных приборов. С этой же тенденцией связана и интегра-
230
ГЛАВА 10
ция в анализаторы спектра сканирующих генераторов для проведения автоматических изме-
рений ретрансляторов и радиочастотных трактов по схеме “работа на себя”.
IIIIIII □
О
Сканирующий
генератор
РТР
Рис- 10.6. Измерение АЧХ ретранслятора
Измерения линейности усиления ретрансляторов
Линейность усиления измеряется, как правило, анализаторами спектра или селективны-
ми измерителями мощности в паре с генераторами и представляет собой зависимость уровня
выходного сигнала от сигнала на входе. Схема измерений аналогична схеме рис. 10.3, однако
в этом случае генератор производит не сканирование по частоте, а сканирование по мощно-
сти (амплитуде) сигнала.
Линейность радиочастотных трактов является важным параметром, поскольку ее нару-
шение (нелинейность) приводит к ряду следующих нежелательных эффектов:
• возникновению комбинационных помех;
• возникновению паразитной модуляции сигнала;
• снижению выходной мощности при работе в режиме многостанционного доступа с час-
тотным разделением (МДЧР) в спутниковых системах;
• подавлению слабого сигнала сильным.
Оценка параметров нелинейности ретрансляторов является важной и интересной зада-
чей математического моделирования, опирающегося на данные измерений. Это помогает
прогнозировать различные процессы, происходящие в радиотракте, что особенно важно для
спутниковых систем связи, где один и тот же ретранслятор используется большим количест-
вом наземных станций.
В практике эксплуатации комплексное моделирование ретранслятора обычно не делает-
ся, однако данные о нелинейности усиления используются для анализа уровня интермодуля-
ционных искажений и для выбора допустимого уровня мощности передачи. При этом опре-
деляется диапазон линейности ретранслятора или его энергетический ресурс.
Учитывая, что нелинейность усилительного тракта приводит к появлению интермоду-
ляционных помех в радиочастотных трактах, измерения характеристик усиления могут про-
водиться как на основной частоте, так и на частотах гармоник различного порядка. На прак-
тике для оценки эффектов нелинейности усилительных трактов измеряют характеристики
усиления на первой гармонике, реже на первой и третьей, а затем расчетными методами вы-
страивают передаточную характеристику усилительного тракта ретранслятора [4]. Для точ-
ного расчета передаточной характеристики ретранслятора также необходимо измерять фазо-
вую характеристику усилителя на первой гармонике.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
231
Измерение фазово-частотных характеристик ретранслятора
Из фазово-частотных характеристик наиболее существенно групповое время задержки
ГВЗ, представляющее первую производную фазово-частотной характеристики.
где 0 - фазовый сдвиг сигнала, ® - частота.
Непосредственное измерение зависимости фазового сдвига от частоты и последующее
дифференцирование полученной зависимости реализуется, как правило, для систем с низким
уровнем фазовых шумов (например, для тестирования кабельных систем). В системах радио-
связи в канале присутствуют фазовые шумы, вносящие при дифференцировании значитель-
ную погрешность в измерения (пропорционально производной фазового шума по частоте,
которая в зависимости от природы шумов может даже превысить ГВЗ) Таким образом, из-
мерение ГВЗ методом дифференцирования для систем радиосвязи некорректно.
Существует несколько основных методов измерения ГВЗ:
• использование тестового сигнала AM;
• использование двухчастотного сигнала,
• использование тестового сигнала ФМ.
Подробно эти методики проанализированы в [3], здесь же только приведем основные
выводы на основе сравнительного анализа методик измерения ГВЗ:
• реализация методики с использованием двухчастотного сигнала в качестве тестового за-
труднена, поскольку требует спектрального анализа, независимого измерения фазовых
сдвигов двух сигналов и получения фазового сдвига одного сигнала относительно дру-
гого. Погрешность относительного измерения в два раза выше чем при использовании
модулированного сигнала. Кроме этого, схема реализации измерений сложнее, а требо-
вания к оборудованию выше, поскольку основным условием является выделение сигна-
лов двух близких частот Такая методика практически нецелесообразна;
• выбор методики использования AM и ФМ сигналов можно осуществить из чисто
практических соображений. Реализация обеих методик эквивалентна, однако, в прак-
тике систем радиосвязи обычно используется ФМ, поскольку этот тип модуляции бо-
лее устойчив к ошибкам в канале Ошибки в канале, не учитываемые методологиче-
ской погрешностью, тем не менее являются существенными. Таким образом предпоч-
тительнее методика использования тестового сигнала ФМ для измерения ГВЗ спутни-
кового канала
Дальнейшее развитие технологии автоматического измерения ГВЗ привело к появлению
различных методик с использованием композитных сигналов. Одна из самых новых методик,
используемая в системе 11758V (рис. 10.7), представлена на рис 10.8. В состав передатчика
входят два генератора: генератор частотно-модулированного сигнала и генератор РЧ-
диапазона ЧМ-генератор задает режим сканирования и является в то же время модулирую-
щим, в результате на выходе получается композитный сигнал в виде набора несущих, ме-
няющихся во времени. Этот сигнал проходит через ретранслятор или радиочастотный тракт
и анализируется затем специализированным анализатором спектра системы. В результате
использования композитного сигнала система 11758V обеспечивает измерения ГВЗ с разне-
сением частот передатчика и приемника Кроме того, динамически изменяющийся во време-
ни композитный сигнал обеспечивает автоматическое измерение ГВЗ с высокой степенью
точности и за короткое время.
232
ГЛАВА 10
Рис. 10.7. Система 11758\/для изме-
рения параметров ГВЗ ра-
диочастотного канала
Генератор ЧМ
Композитный сигнал через
РТР
Анализатор
композитного
сигнала
Свип-генератор
Рис. 10.8. Схема использования композитного
сигнала для анализа ГВЗ в системе
11758V
Рис. 10.9. Измеренные зависимости АЧХ и ГВЗ
для радиорелейного ретранслятора
По этой методике автоматиче-
ски могут измеряться параметры
АЧХ и ГВЗ ретранслятора. В качест-
ве примера на рис. 10.9 приведены
кривые зависимости неравномерно-
сти АЧХ и ГВЗ в радиочастотном
тракте радиорелейного ретранслято-
ра. Кривая АЧХ представлена пунк-
тирной линией, кривая зависимости
ГВЗ от частоты представлена сплош-
ной линией. Анализ параметров АЧХ
и ГВЗ выполняется маркерным мето-
дом, либо измеряется разница между
пиковыми значения этих параметров
в измеряемом диапазоне. Так на ри-
сунке над графиком указаны значе-
ния от пика до пика АЧХ (AF) в еди-
ницах дБ и ГВЗ (GD) в нс.
Измерение шумов ретранслятора
Измерения шумов включают в себя измерения интегральной мощности шумов, отноше-
ния сигнал/шум для заданного сигнала, распределения шумов и измерения фазовых шумов
ретранслятора. Все перечисленные измерения чрезвычайно важны при разработке ретрансля-
торов и комплексном анализе радиочастотных трактов, однако они не актуальны для эксплуа-
тационных измерений отдельных ретрансляторов и поэтому на практике не применяются.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
233
10.4. Измерения характеристик компонентов
радиочастотного тракта
Основные параметры для измерений участков радиочастотного тракта
К уровню измерений радиочастотных трактов относятся тракты радиорелейных линий и
тракты спутниковых систем связи. Измерения радиочастотных трактов, в отличие от измере-
ний характеристик ретрансляторов, включают не только анализ параметров аппаратуры трак-
та, но и параметров прохождения рабочего сигнала по нему. Поскольку ретранслятор входит
в радиочастотный тракт как его составная часть, все перечисленные выше методы и парамет-
ры сохраняют свою актуальность при измерениях параметров радиочастотных трактов. Од-
нако, помимо приведенных параметров, в процесс измерений в радиочастотных трактах
включаются специфические параметры, связанные с другими устройствами, входящими в
состав тракта, а также параметры распространения рабочего сигнала по тракту. Существенно
различаются методики измерений параметров участков радиочастотного тракта и комплекс-
ные измерения радиочастотных трактов, которые выполняются вместе с измерениями BER.
Схема типичного радиочастотного тракта представлена на рис. 10.10. В состав тракта
входят кодер, модулятор, фильтр ПЧ, конвертер по линии вверх, фильтр РЧ, антенное уст-
ройство, ретранслятор и среда распространения сигнала, фильтр РЧ приемника, конвертер по
линии вниз, фильтр ПЧ, демодулятор и декодер. Все перечисленные составные части радио-
частотного тракта можно разделить с точки зрения организации измерений на усилитель,
фильтр и модулятор/демодулятор.
Рис. 10.10. Схема типичного радиочастотного тракта передачи и факторов,
влияющих на параметры тракта (Г - гетеродин, Ф - фильтр)
234
ГЛАВА 10
На рисунке также указаны основные факторы, влияющие на параметры радиочастотного
тракта и на результирующий параметр функционирования радиочастотных систем передачи,
- параметр ошибки (BER). Рассматривая эти параметры, можно выделить соответствующие
им группы измерений участков радиочастотного тракта:
• контроль возможных нарушений работы модемов приводит к необходимости измерений
параметров модуляции;
• учет возможной нелинейности в усилительных элементах приводит к необходимости
контроля усилителей и измерению характеристик усиления этих элементов;
• определение вероятности межсимвольной интерференции требует анализа фильтров
ПЧ и РЧ;
• определение уровня деградации качества связи в радиочастотных системах передачи,
которые могут быть вызваны фазовыми шумами передающего тракта и тепловым шу-
мом приемника; влияние этих факторов настолько велико, что измерения шумов обычно
выделяются в отдельный класс измерений.
Комплексные измерения участков радиочастотного тракта производятся в полном объе-
ме при заводских испытаниях аппаратуры. При эксплуатации обычно выполняется только
часть описываемых измерений, которые сводятся к диагностике различных устройств и ло-
кализации причины снижения параметров качества работы системы передачи.
Как известно, основным параметром эффективности работы цифровой радиочастотной
системы передачи является зависимость параметра BER от отношения сигнал/шум в системе.
Этот параметр является характеристикой системы, поскольку зависит только от оборудования
тракта и его размещения. Зависимость BER от отношения сигнал/шум является постоянной
характеристикой каждого конкретного тракта, хотя может значительно меняться для разных
трактов, это связано с установкой и настройкой оборудования цифровой системы передачи.
Зная зависимость BER = f (C/N) и измеряя параметры сигнала в радиочастотном тракте,
можно оценить вклад тех или иных участков и цепей в общее ухудшение качества в системе
передачи (напомним, что параметр ошибки BER является наиболее важной характеристикой
качества любой цифровой системы передачи). Обычно при проведении измерений радиочас-
тотных систем передачи и цифровых радиоканалов сетей радиосвязи знание зависимости
BER = f (C/N) позволяет полностью охарактеризовать инсталлированную систему с учетом
субъективных особенностей установки, затем при проведении измерений в процессе экс-
плуатации измеряются параметр отношения сигнал/шум, на основании которого можно оце-
нивать значение BER в цифровом канале.
Пример 10.1
Как уже отмечалось выше, основной характеристикой цифрового канала является отношение
сигнал/шум. В современной практике измерений существует несколько параметров, характеризующих
это отношение. Рассмотрим эти параметры и взаимосвязь между ними.
Самым простым параметром является отношение мощности сигнала несущей к мощности шумов
C/N. Однако для ряда измерений этот параметр не подходит, поскольку он связан с измерениями мощно-
сти шумов в определенном диапазоне. Для исключения фактора диапазона при измерении шумов исполь-
зуется другой параметр C/No, представляющий отношение мощности сигнала несущей к мощности шу-
мов, нормированной к полосе в 1 Гц. Для характеристики цифровых радиочастотных систем передачи
используется также параметр Ej/No, связанный с отношением C/Ng, нормированным по скорости пере-
дачи данных в канале. Параметр Et/N0 наиболее важен для характеристики цифровых систем передачи.
Между перечисленными параметрами существует несколько простых соотношений. Так Еь свя-
зан с параметром С следующим простым соотношением:
ЕЬ=Г = СТЬ,
Jb
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
235
где fb - скорость передачи в радиоканале, бит; Ть - время передачи одного бита, которое при учете
параметров C/No и Eb/N0, можно представить в виде
Еь_=с_ _L
No No fb
или в децибелах
F С
-±(дБ) = —(дБГц) - 1Мё/ь(дБГц).
М)
Соотношение между Eb/N0 и C/N определяется простым соотношением между N и No:
N
NQ(W/r4) = — ,
где Ве - ширина полосы шумов приемника.
В результате получим соотношение между Eb/N0 и C/N:
No N fb
или в децибелах
^(a5) = -^(a^)-ioigA (ал).
2V0 N Ве
Если ширина полосы приемника равна скорости принимаемой информации, получаем простое со-
отношение:
ff = c_
No N ’
Все перечисленные параметры в равной степени могут встречаться при организации измерений
и описании параметров радиосистем.
Измерения параметров модулятора/демодулятора
Для измерения параметров модема используют анализаторы, измеряющие сигналы в
виде диаграмм состояния, поскольку именно диаграммы состояния обеспечивают наиболее
полную информацию о структуре и изменениях параметров цифровой модуляции.
Возможные варианты нарушений работы модема будут рассмотрены на примере сигна-
лов с цифровой модуляцией 16 QAM (квадратурно-амплитудная модуляция с 16 состояния-
ми), которая часто используется в цифровых радиорелейных системах передачи. Поскольку
основные варианты нарушений работы модулятора и демодулятора представляются в виде
отклонений на диаграмме состояний и глазковой диаграмме, вначале (рис. 10.11) приведем
соответствующие диаграммы для штатной работы модема с использованием сигналов моду-
ляции 16 QAM. На диаграмме состояний наглядно видно влияние шумов, которое приводит к
размыванию точек состояния. На глазковой диаграмме ясно различимы три диаграммы в ви-
де пары “глаз”, поскольку тип модуляции 16 QAM - трехуровневый.
Рассмотрим различные варианты нарушений работы модулятора/ демодулятора и соот-
ветствующие им диаграммы. Среди всех возможных вариантов неисправностей в элементах
радиочастотного тракта, неисправности в работе модулятора/демодулятора наиболее трудно
локализовать, поэтому они рассматриваются наиболее подробно.
Потеря синхронизации в канале
Глобальная неисправность - отключение демодулятора или нарушение фазовой синхро-
низации - может привести к нарушению согласования между модулятором и демодулятором
и пропаданию сигнала в системе передачи. В этом случае диаграмма состояний представляет
236
ГЛАВА 10
собой случайное распределение сигналов по трем уровням модуляции (третий внешний уро-
вень на рисунке показан отдельными состояниями), “глаз” глазковой диаграммы закрывается
полностью (рис. 10.12).
Рис- 10.11. Диаграмма состояний (слева) и диаграмма глазковая (справа)
штатного режима работы системы с модуляцией 16 QAM
Нарушение ортогональности IuQ векторов демодулятора
Распространенной неисправностью работы модема является нарушение работы демоду-
лятора, когда вектора I и Q полярных координат демодулятора не строго ортогональны. Это
приводит к несоответствию состояний ортогональной сетке координат на диаграмме состоя-
ний (рис. 10.13).
Рис. 10.12. Потеря синхронизации в канале на диаграмме состояний (слева)
и глазковой диаграмме (справа)
Рис. 10.13. Эффект нарушения ортогональности сигналов / и Q в демодуляторе
на диаграмме состояний (слева) и на глазковой диаграмме (справа)
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
237
Эта неисправность может сопровождаться или не сопровождаться ошибкой фазовой
синхронизации в цепи восстановления несущей. При отсутствии ошибки результат воздейст-
вия этой неисправности на глазковую диаграмму будет сводиться к закрыванию “глаза” на
диаграмме по сигналу I и отсутствию какого-либо из-
менения на диаграмме Q. При наличии ошибки “глаза”
обоих диаграмм будут закрыты. Анализ одной только
глазковой диаграммы не позволяет установить причину
неисправности, поскольку эта диаграмма полностью
совпадает с глазковой диаграммой при высоком уровне
аддитивных шумов в канале. Достоверное определение
причины неисправности может дать только диаграмма
состояний. Устранение описанной неисправности тре-
бует подстройки демодулятора в части ортогонально-
сти сигналов I и Q.
На диаграмме состояний рис. 10.13 отмечено нали-
чие ошибки фазовой синхронизации в 2,3 градуса.
Неправильное установление параметров уровней
модуляции/демодуляции
Рис. 10.14. Несбалансиро-
ванность по амплитуде
сигнала на диаграмме
состояний
На рис. 10.14 показана типичная диаграмма состояний при ошибке в установлении уров-
ней модуляции/демодуляции. Это может быть связано с нелинейностью модулятора или на-
рушением работы цифро-аналогового преобразователя.
Анализ работы усилителей
Анализ работы усилителей представляет собой отдельную и крайне важную задачу при
проектировании и заводских испытаниях систем радиосвязи. Для этой цели обычно исполь-
зуются скалярные и векторные анализаторы цепей (Network Analyzers)1.
Основными параметрами для измерения работы усилителей в составе радиочастотного
тракта являются измерения шумов, вносимых усилителями, и измерения параметров нели-
нейности усилительных участков. Перегрузка усилителя по амплитуде может привести к пе-
реходу в нелинейный режим и, как следствие, резкому увеличению вероятности ошибки в
цифровой системе передачи.
Используя уже знакомые методы представления сигналов в виде глазковой диаграммы и
диаграммы состояния, можно быстро локализовать причину деградации качества - нелиней-
ность усилительного тракта. На рис. 10.15 представлены диаграмма состояний и глазковая
диаграмма при перегрузке усилителя на лампе бегущей волны (ЛБВ) в 3 дБ. Появление ин-
термодуляционных эффектов, таких как АМ/ФМ-преобразование, и повышение количества
ошибок приводят к закрытию “глаза” глазковой диаграммы (размывание картины).
Как правило, при диагностике причин ухудшения параметров качества радиосвязи дос-
таточно локализовать участок деградации, чтобы затем настроить систему. Обычно характе-
ристики усилительных элементов приведены в технической документации, описанные неис-
правности могут возникнуть только при неправильной установке параметров работы систе-
мы передачи. Устранить причину деградации качества можно путем снижения уровня сигна-
ла на входе соответствующего усилителя для обеспечения его работы в линейном режиме.
1 Поскольку настоящий материал ориентирован в первую очередь на вопросы эксплуатации и диагно-
стики радиочастотных систем передачи, методология измерений с использованием анализаторов цепей
из настоящего материала исключается.
238
ГЛАВА 10
Таким образом, для диагностики и настройки отдельных усилительных элементов радиочас-
тотного тракта описанных измерений вполне достаточно.
Анализ работы фильтров
Рис. 10.15. Нелинейные иска-
жения сигнала на диаграмме
состояний и на глазковой диа-
грамме
Характеристики фильтров обычно измеряются при выходном контроле на производстве.
Плохая фильтрация сигналов может привести к нарушениям в форме сигналов и повышению
уровня межсимвольной интерференции в канале и как следствие, к увеличению параметра
ошибки цифровой системы передачи. Наилучшую оценку эффектов, связанных с нарушени-
ем работы фильтров, дает глазковая диаграмма. Плохая фильтрация сигнала приводит к тому,
что сигналы, представленные на рис. 5.2, справа искажаются по форме, “глаз” глазковой диа-
граммы размывается. Это имеет место только при неправильной работе фильтров, поэтому
использование диаграмм дает исключительно эффективные результаты при локализации не-
исправностей в фильтрах радиочастотного тракта. На диаграмму состояний эффекты, связан-
ные с нарушением работы фильтров, влияния практически не оказывают.
Измерения уровня собственных тепловых и фазовых шумов
элементов радиочастотного тракта
Особенностью современных радиочастотных систем передачи является повышение тре-
бований к точности параметров их работы, в том числе и к параметру шумов. Высокий уро-
вень шумов приводит к межсимвольной интерференции и увеличивает параметр ошибки. На
диаграммах состояния и глазковой диаграмме это выражается в увеличении размера точек
отображения состояния и эффекта “закрывания глаз”.
Существенно, что влияние шумов не вносит эффекта геометрической трансформации
диаграмм. Диаграммы, соответствующие отношению сигнал/шум в 15 дБ, представлены на
рис. 10.16. Можно провести сравнение этих диаграмм с диаграммами, представленными на
рис. 10.11, поскольку они относятся к одной и той же системе передачи.
Рис. 10.16. Высокий уровень шу-
мов на диаграмме
состояний и на глаз-
ковой диаграмме
Измерение шумов различных устройств в составе радиочастотного тракта выполняется
на этапе эксплуатации для локализации точки повышенного уровня шумов. Учитывая, что
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
239
собственные шумы различных устройств радиочастотного тракта малы, для измерения ис-
пользуют дифференциальные методы. Для этого в тестируемый сигнал подмешивают интер-
ферирующий одночастотный сигнал и затем измеряют шумы по разности интерферирующе-
го сигнала и шума. Этот метод получил большое распространение при измерении шумов ма-
лой мощности.
Соответствующая диаграмма состояний и глазковая диаграмма для модуляции 16 QAM
с отношением сигнал/интерференция С/1=15 дБ представлены на рис. 10.17.
Рис. 10.17. Измерение шумов на фо
не интерферирующего
одночастотного сигнала
Следует отметить, что измерения фазовых шумов методами глазковой диаграммы и
диаграммы состояний практически невозможны. Низкий уровень фазовых шумов компонен-
тов радиочастотного тракта, а также необходимость точного измерения фазовых характери-
стик тестируемого устройства привели к необходимости выделения методики измерений фа-
зовых шумов в отдельный класс измерительных технологий.
Измерение параметров задающих
генераторов приемника/передатчика
Важным параметром измерений радиочастотных систем
передачи с цифровой модуляцией является фазовое дрожание
сигнала задающего генератора приемника/передатчика -
джиттер. Наличие джиттера в системе передачи может значи-
тельно увеличить выходной параметр ошибки. Для анализа
джиттера эффективно используют диаграмму состояний, по-
скольку глазковая диаграмма к нему нечувствительна. Соот-
ветствующая диаграмма состояний в канале с фазовым джит-
тером представлена на рис. 10.18. Для устранения проблем,
связанных с наличием джиттера, обычно проводят дополни-
тельные измерения параметров работы задающих генераторов
и устраняют неисправность.
Рис. 10.18. Наличие
фазового джиттера на
диаграмме состояний
Измерения антенных систем
Основными параметрами антенны являются коэффициент усиления, диаграмма направ-
ленности и импеданс. Все эти параметры измеряются на этапе производства антенн и здесь рас-
сматриваться не будут. Для эксплуатации важным параметром является уровень возвратных
потерь от антенной системы. Для работы систем передачи с цифровыми типами модуляции не-
обходим малый уровень возвратных потерь. Так, для РРЛ, использующих модуляцию 64 QAM,
рекомендованным уровнем подавления возвратных потерь от антенны является 25 дБ или более.
Для измерения возвратных потерь используют пассивные ответвители в радиочастотном
тракте. Схема измерений представлена на рис. 10.19.
240
ГЛАВА 10
Рис. 10.19. Измерение возвратных
потерь сигнала от ан-
тенны.
На антенну подается РЧ-сигнал (обычно синусоидальный), а затем через направленный
ответвитель измеряется уровень отраженной мощности. Эти измерения могут выполняться
анализатором спектра или селективным приемником, настроенным на частоту генерации.
Меньшую точность измерений дает использование измерителя мощности, поскольку в этом
случае невозможно отделить уровень отраженного сигнала от уровня шумов, связанных с
внешними воздействиями на радиочастотный канал.
Анализ сигналов в виде глазковых диаграмм и в виде диаграмм состояния производится
специальными анализаторами радиосигналов и параметров модуляции. Характеристики та-
ких анализаторов представлены в табл. 10.4.
Таблица 10.4. Характеристики анализаторов радиочастотных сигналов и параметров
модуляции
Модель MS2683A 89440/89441A FSIG-серия
Производитель Anritsu Agilent Tech R&S
Внешний вид RE&ri. F ; j- « •. <» г-г 4 И * * ♦ У* kJ ’3 ’ 8 1
Характеристики www.anritsu.com www.agilent.com www.rohde-schwarz.com
10.5. Комплексные измерения радиочастотных трактов
Комплексные измерения радиочастотных трактов производятся после пошаговых изме-
рений устройств в составе тракта или с учетом известных параметров этих устройств (на-
пример, на основе данных о характеристиках устройств, прилагаемых в технических описа-
ниях) и проводятся для тонкой настройки. Параметры комплексных измерений радиочастот-
ных трактов в той или иной степени связаны с вопросами распространения сигнала по тракту
в зависимости от внешних условий, поскольку включают не только измерение оконечных
характеристик тракта, но и параметров устойчивости его работы к условиям распространения
сигнала в тракте.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
241
Спектральный анализ канала радиочастотной системы передачи, ана-
лиз использования выделенного системе ресурса
Первой важной группой измерений радиочастотных систем передачи является спек-
тральный анализ трактов системы. Выше уже описывались системные измерения, связанные
с контролем за использованием радиочастотного спектра со стороны операторов и различных
органов власти.
В этом разделе рассмотрим аналогичные измерения с точки зрения эксплуатационных
тестов радиочастотных систем передачи. Действительно, помимо общего контроля за ис-
пользованием радиочастотного ресурса существует эксплуатационная задача анализа исполь-
зования ресурса, отведенного под каждую конкретную систему передачи. Такие измерения
чрезвычайно важны, как на этапе приемосдаточных работ, так и на этапе эксплуатации. За-
конодательство в области использования радиочастотного ресурса предусматривает строгий
контроль за его использованием в заданной системе передачи. Органы контроля обязаны
пресекать незаконное использование ресурса и обеспечивать электромагнитную совмести-
мость различных радиочастотных средств связи. Штрафные санкции за нарушения в области
ЭМС достаточно высоки, поэтому операторы в основном контролируют использование вы-
деленного им ресурса.
Помимо чисто юридических причин анализ спектра работающей радиочастотной систе-
мы передачи имеет значительную эксплуатационную ценность. Отказ и нарушения в работе
любых устройств в составе радиочастотного тракта обычно отражаются на результатах спек-
трального анализа тракта. Обычно это выражается в появлении субгармоник, паразитных
сигналов, нарушении спектрального состава сигнала. В результате, спектральный анализ по-
зволяет сразу сделать вывод о работоспособности системы, и в случае нарушений ее работы,
определить причину возникших нарушений.
Спектральный анализ рабочего сигнала системы передачи позволяет осуществить поиск
и устранение причин интерференции между соседними каналами. В этом случае спектр ра-
бочего сигнала заданного канала системы передачи должен находиться в пределах маски до-
пустимых значений.
На рис. 10.20 представлена
форма маски допустимой загрузки
спектра в соответствии с нормами
FCC на канал радиочастотной сис-
темы передачи с полосой 30 МГц.
Как видно из рисунка для обеспече-
ния работы системы требуется ис-
пользование фильтров в рабочей
полосе канала. Это требование необ-
ходимо, чтобы избежать возможно-
сти интерференции, в первую оче-
редь, интерференции между сосед-
ними каналами системы передачи.
Для измерений используются
анализаторы спектра с возможно-
стью установки необходимых масок
на допустимый спектр рабочего
сигнала (рис. 10.21). При измерени-
Уровень от немодулированного
Рис. 10.20. Маска FCC на канал РРЛ
с полосой 30 МГц
ях используются стандартные или
242
ГЛАВА 10
задаваемые оператором маски, а в результате измерений выводятся данные о соответствии
или несоответствии сигнала маске и об уровне мощности рабочего сигнала.
Измерения, направленные на
поиск и устранение причин ин-
терференции между соседними
каналами, выполняются на выхо-
де конвертера по линии вверх или
на входе конвертера по линии
вниз. В обоих случаях анализатор
спектра включается через пассив-
ный ответвитель.
Измерения частоты
и мощности
Эксплуатационные измерения
часто связаны с необходимостью
измерений параметров частоты и
мощности рабочего сигнала систе-
мы передачи. Измерения выпол-
няются в различных частях цифро-
вой системы передачи.
Рис. 10.21. Измерение параметров загрузки ре-
сурса - анализатор HP 11758V
Наиболее часто для измерений параметров частоты и мощности рабочего сигнала исполь-
зуются специализированные приборы - частотомер и измеритель мощности. Однако в ряде слу-
чаев необходимо параллельно измерять оба параметра. Учитывая это ряд фирм-производителей
измерительной техники начали выпускать приборы, в которых объеденены функции частотоме-
ра и измерителя мощности, специально для радиочастотных систем передачи.
Для измерений частоты и мощности рабочего сигнала также используются анализаторы
Рис. 10.22. Результаты маркерных измерений па-
раметров частоты и мощности рабочего
сигнала
спектра с функциями маркерных
измерений. Маркер обеспечивает
перемещение по спектральной
характеристике с одновремен-
ным отображением значений
параметров частоты и мощности
сигнала. Для расширения воз-
можностей измерений парамет-
ров мощности современные ана-
лизаторы спектра обеспечивают
сглаживание спектральной ха-
рактеристики, фильтрации шу-
мов и т.д.
В качестве примера на рис.
10.22 представлены маркерные
измерения спектральной харак-
теристики канала. На спектро-
грамме отображены результаты
измерений мощности в дБм и
частоты в МГц.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
243
Точность маркерных измерений не-
достаточна, однако эта точность доста-
точна для эксплуатационных измерений,
что и обусловило широкое применение
анализаторов спектра при эксплуатации
радиочастотных систем передачи.
Методы измерения
зависимости параметра
ошибки от отношения
сигнал/шум
Как было упомянуто выше, основной
характеристикой тракта радиочастотной
системы передачи является зависимость
параметра ошибки BER от отношения сиг-
нал/шум (С/N). Если рассмотреть теорети-
ческую и практические зависимости
BER = f(C/N), то можно убедится (рис.
10.23), что последние отличаются от теоре-
тической зависимости тем, что для заданно-
го значения BER требуется большее значе-
ние С/N. Это связано с различными причи-
нами ухудшения параметра в трактах ПЧ и
РЧ (см. пример 10.2). Необходимо отме-
тить, что для практических зависимостей
BER = f(C/N) характерен остаточный
Отношение С/N в дБ
Рис. 10.23. Типичные зависимости
BER = f(C!N)
BER, связанный с неидеальностью параметров устройств, входящих в тракт передачи.
На основе BER можно определить необходимое отношение сигнал/шум, гарантирующее
заданное качество радиочастотной системы передачи.
Пример 10.2
Различные участки радиочастотного тракта могут вносить разный вклад в ухудшение харак-
теристики BER относительно ее теоретического значения. Вклады, вносимые промежуточной и ра-
диочастотой, сравнимы между собой. В качестве примера рассмотрим распределение фактора ухуд-
шения (энергетический бюджет деградации) типичной радиочастотной системы передачи со скоро-
стью 90 Мбит/с
Причины ухудшения параметра BER = f(C / N) Уровень ухудшения,
дБ
ТРАКТ ПЧ:
Ошибки по фазе и амплитуде модулятора 0,1
Межсимвольная интерференция, связанная с работой фильтров 1,0
Присутствие фазовых шумов 0,1
Процедуры дифференциального кодирования/декодирования 0,3
Джиттер 0,1
Избыток полосы шумов демодулятора 0,5
Другие причины (температурная нестабильность, эффекты старения и т.д.) 0,4
Итого в тракте ПЧ 2,5
244
ГЛАВА 10
ТРАКТ РЧ:
Эффекты нелинейности и преобразования АМ/ФМ 1,5
Ухудшения, связанные с ограничением полосы пропускания канала и ГВЗ 0,3
Интерференция в смежных каналах 1,0
Ухудшения, связанные с эффектами затухания и появлением эхо-сигналов 0Д
Итого в тракте РЧ 3,0
ВСЕГО В СИСТЕМЕ ПЕРЕДА ЧИ
В современной практике существует несколько методов измерения зависимости
BER = f(C/N), из которых следует выделить два основных метода: более традиционный,
связанный с внесением дополнительного затухания в тракт РЧ, и более современный, связан-
ный с точным внесением шумов в тракт приема.
Традиционный метод измерения параметра BER представлен на рис. 10.24 и основан на
использовании в РЧ тракте приемника перестраиваемого аттенюатора, посредством которого
вносится дополнительное затухание, а стабильность сигнала приема принимается постоян-
ной в течении времени измерений.
Уровень сигнала и шума измеряют измерителем мощности, и поскольку измерение
шумов в тракте ПЧ без фильтрации дает значение, большее реальной мощности шумов в
рабочей полосе тракта, при измерениях мощности используются дополнительные фильтры,
настроенные на рабочую полосу частот. Параметр ошибки измеряется анализатором циф-
ровых каналов. В реальных условиях постоянной мощности рабочего сигнала в течении
всего периода измерений достичь практически невозможно. Нестабильности принимаемого
сигнала могут быть связаны с природными явлениями, такими как дождь, нагревание атмо-
сферы и т.д. Такие природные явления приводят к значительным вариациям параметров
среды передачи - радиоэфира. Как следствие, мощность рабочего сигнала может изменять-
ся на 1-2 дБ даже в течении дня со стабильной погодой. Анализ зависимости BER от уров-
ня принимаемого сигнала в современных цифровых системах передачи показывает, что
данная характеристика имеет высокую крутизну, поэтому уменьшение уровня принимае-
мого сигнала даже на 1 дБ может привести к увеличению уровня BER, вносимого системой
передачи, на порядок.
Рис. 10.24. Использование перестраиваемого аттенюатора
для измерения характеристики BER = f(C/N)
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
245
В результате вариации параметра С естественно ухудшается и отношение С/N, что
уменьшает точность измерений характеристики BER = f (С/N) , в течение длительного про-
межутка времени. Долговременные измерения BER = f(C/N) вполне естественны в прак-
тике, особенно при измерениях малого значения параметра BER (например, при измерении
характеристики остаточного BER). Таким образом, метод с использованием перестраиваемо-
го аттенюатора не обеспечивает необходимой точности измерений при малых значениях па-
раметра BER. Современная практика предъявляет все более строгие требования к трактам
системы передачи, поэтому измерения малых значений BER становятся все более сущест-
венными. Для выполнения измерений малых значений параметра BER был разработан ин-
терференционный метод, представленный на рис. 10.25.
Анализатор/имитатор
C/N
Анализатор BER
Рис. 10.25. Интерференционный метод измерения характеристики BER
В основе метода лежит использова-
ние специального прибора - анализатора
и имитатора параметра С/N (рис. 10.26).
Этот прибор измеряет уровень мощности
принимаемого сигнала при внесении за-
данного уровня шумов, обеспечивающих
точное значение параметра С/N. В отли-
чие от метода, описанного в случае ва- Рис. 10.26. Анализатор/имитатор параметра
риации параметра мощности принимае- C/N - HP 3708А
мого сигнала, прибор автоматически ре-
гулирует уровень вносимых шумов, в связи с чем данный метод обеспечивает высокую точ-
ность измерений характеристики BER = f(CIN) вплоть до уровня BER = 10'12.
Измерение параметров неравномерности ФЧХ
и группового времени задержки (ГВЗ)
Неравномерность фазово-частотной характеристики тракта, определяемая групповым
временем задержки (ГВЗ), является важным параметром, непосредственно влияющим на
уровень искажений при передаче широкополосных радиочастотных сигналов, например, пе-
редаваемых по РРЛ.
Анализ по параметру ГВЗ ретранслятора и радиочастотного тракта представляют собой
равнозначные задачи и решаются одинаковыми методами. Поэтому все рассмотренные выше
схемы измерений, измерительное оборудование и методы верны и для них.
246
ГЛАВА 10
Групповое время задержки измеряется при проведении приемосдаточных испытаний
спутниковых каналов и РРЛ и учитывает возможные отклонения в работе передатчика, при-
емника, антенных устройств и условий распространения сигнала.
На практике наибольшее распространение получил метод измерения по промежуточной
частоте (ПЧ), однако для анализа работы спутниковых средств связи, когда необходимо исклю-
чить влияние модемного оборудования, производят аналогичные измерения на радиочастоте.
Современные методики, реализованные в приборах ведущих фирм-производителей,
обеспечивают проведение измерений как на ПЧ, так и на РЧ, а также возможность проведе-
ния измерений в системах с переносом сигнала по спектру, таких как спутниковые системы
связи. В этом случае методика инвариантна относительно частотного диапазона работы пе-
редатчика и приемника.
Анализ работы эквалайзеров.
Радиочастотные системы передачи по сравнению с кабельными не имеют точных харак-
теристик среды передачи сигнала. В то время как характеристики металлического или опти-
ческого кабелей со временем меняются незначительно, параметры радиоэфира меняются по-
стоянно. В результате описать полностью условия распространения сигнала по радиоканалу
можно только статистическими методами. Учитывая, что в последнее время к стабильности
параметров каналов цифровых систем передачи предъявляются довольно жесткие требова-
ния, в практике разработки современных радиочастотных систем передачи получили широ-
кое распространение различные устройства и методы выравнивания и автоподстройки сигна-
ла в зависимости от изменений условий его распространения по радиочастотному тракту.
Эти устройства получили название эквалайзеров.
В связи с широким внедрением методов цифровой модуляции высоких порядков, таких
как 64 QAM, разработчики столкнулись с трудностями точной настройки модуляторов/де-
модуляторов и других устройств в составе радиочастотного тракта. Поэтому эквалайзеры
выступают и как элементы компенсации возможных нелинейностей в устройствах радиочас-
тотного тракта передачи.
В практике современных радиочастотных систем передачи встречаются два основных
вида затухания, связанного с факторами распространения сигнала по радиочастотному трак-
ту: линейное затухание и затухание, связанное с многолучевым прохождением сигнала. Не-
линейности в структуре сигнала, связанные с этими двумя типами затухания, равно как и
любые другие нелинейности, компенсируются эквалайзерами.
ш о
s'
110
Q.
£20
СО
f 30
£
40
-10 0 10
Без эквалайзера
С эквалайзером
Относительная частота, МГц
Рис. 10.27. Кривая М канала с эквалайзером
и без эквалайзера
В основе работы любого эква-
лайзера лежит использование узкопо-
лосного режекторного фильтра для
устранения нелинейности рабочего
сигнала, в связи с чем анализ работы
эквалайзера связан с измерениями
параметров именно этого фильтра.
В качестве основного парамет-
ра измерений выступает зависи-
мость глубины фильтрации от час-
тоты при заданном параметре BER,
получившая в различных обзорах
название кривой М или кривой W
(рис. 10.27).
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
247
Для получения кривой М обычно имитируются различные условия прохождения сигна-
ла, которые компенсируются эквалайзером, и в процессе компенсации строится кривая М.
Развитие измерительных технологий привело к выбору сценария имитации, наиболее просто
реализуемого в приборе, а именно имитацию многолучевого прохождения сигнала. Все ос-
тальные методы создания неравномерности в структуре рабочего сигнала были либо дорого-
стоящими, либо недостаточно точными. Схема измерений представлена на рис. 10.28.
В результате измерений получают-
ся диаграммы в виде двусторонних кри-
вых М (рис. 10.29). На рисунке пред-
ставлены два типа кривых М: безгисте-
резисная кривая М (слева) и кривая М с
гистерезисом (справа).
Безгистерезисная кривая характе-
ризует способность фильтра эквалайзе-
ра обеспечивать глубину фильтрации
на заданной частоте, достаточную для
выравнивания структуры сигнала. Кри-
вая с гистерезисом показывает произ-
водительность фильтра при его реаль-
ной работе в случае необходимости
сначала увеличения, а затем уменьше-
ния параметра глубины фильтрации.
На практике оба типа кривых
существенны для анализа работы эк-
валайзера
Fade Margin: 411 dB
Sig Type: Static
Рис. 10.29. Пример измеренных кривых М
Рис. 10.28. Использование ими-
татора многолучево-
го прохождения сиг-
нала для анализа ра-
боты эквалайзера
OFM-Beilcore 42.9 dB
Sig Type: Hysteresis
Измерения параметров устойчивости к линейному затуханию
и затуханию, связанному с многолучевым прохождением сигнала
Линейное затухание представляет собой частотно независимое равномерное умень-
шение амплитуды сигнала от факторов распределения сигнала. Уменьшение сигнала при-
водит к уменьшению отношения сигнал/шум (рис. 10.30), и как следствие, к увеличению
параметра ошибки в цифровой системе передачи. При проведении заводских испытаний
говорят даже о возможном критическом затухании, которое обычно не превышает 50 дБ
для параметра ошибки 10‘3. Линейное затухание обычно обусловлено природными факто-
рами распространения радиочастотного сигнала, такими как дождь и снег, и проявляется
обычно на высоких частотах. Для компенсации линейного затухания используют эквалай-
248
ГЛАВА 10
Рис. 10.30. Пример линейного
затухания
зеры в составе передатчика/приемника. Ра-
боту эквалайзера, компенсирующего линей-
ное затухание, можно измерить, используя
перестраиваемые аттенюаторы согласно
схеме, представленной на рис. 10.24.
Затухание, связанное с многолучевым
прохождением сигнала, относится только к
радиорелейным системам передачи и схема-
тично представлено на рис. 10.31.
В радиорелейной системе передачи по-
мимо основного (прямого луча) возникают
еще два вторичных. Один луч возникает
вследствие переменного коэффициента реф-
ракции в атмосфере, и, как правило, имеет
Вторичный луч
(рефракция)
Рис. 10.31. Явление многолучевого
прохождения сигнала
место летом при высокой температуре. Другой вторичный луч возникает вследствие отра-
жения сигнала от поверхности земли и обусловлен широкой диаграммой направленности
антенны передатчика. Если в первом случае в результате интерференции вторичного луча
рефракции и основного луча возникает затухание, зависящее от частоты, то во втором слу-
чае в результате интерференции с
основным лучом возникает устой-
чивая картина биений, и, как след-
ствие, затухание и появление не-
равномерностей в структуре сигна-
ла (рис. 10.32).
Так как явление многолучевого
прохождения существенно зависит
от длины приемо-передающего уча-
стка и частоты рабочего сигнала, то
при проектировании РРЛ с больши-
ми участками приемо-передачи
обычно используют частотный диа-
пазон ниже 15 ГГц, в то время как для более высокого диапазона обычно проектируют участ-
ки малой длины. При этом снижается влияние многолучевого прохождения сигнала и линей-
ного затухания, связанного с изменением погодных условий.
Проблема оценки влияния многолучевого прохождения сигнала заключается в его нере-
гулярности и непредсказуемости. Основным эффектом, связанным с многолучевым прохож-
дением сигнала, является возникновение вследствие интерференции картины биений с ха-
рактерными узлами и пучностями. В случае попадания узла на центральную частоту рабоче-
го сигнала значительно ухудшаются параметры радиочастотной системы передачи. Структу-
ра биений связана с факторами распространения рабочего сигнала (такими как состав атмо-
сферы, коэффициент рефракции, температура и т.д.), в результате чего биения обычно возни-
кают нерегулярно, а картина биений имеет нестабильную форму.
В большинстве случаев радиочастотная система передачи не подвержена воздействию
фактора многолучевого прохождения сигнала, однако в случае возникновения последнего,
значительно ухудшаются параметры радиочастотной системы передачи, появляется межсим-
вольная интерференция, в результате увеличивается параметр BER.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
249
Рис. 10.32. Примеры неравномерностей в структуре рабочего сигнала,
вызванных явлением многолучевого прохождения
В связи с повышением требований к параметрам стабильности работы радиочастотных
систем передачи возникла необходимость учета многолучевого прохождения сигнала при
приемо-сдаточных испытаниях системы передачи, а также при проектировании последней.
Методология измерений явлений, связанных с многолучевым прохождением сигналов,
является довольно новой отраслью измерительных технологий. Практические измерения па-
раметров многолучевого прохождения начали внедряться только в конце 80 - начале 90 годов.
На диаграмме состояний явления затухания, связанные с многолучевым прохождением сиг-
нала, видны в виде эллипсов, отображающих перекрестные помехи сигналов / и Q (рис. 10.33). На
глазковой диаграмме явление многолучевого прохождения сигнала отражается смещением цен-
тров “глаз” от центра к краям.
Рис. 10.33. Диаграмма состоя-
ний и глазковая диа-
грамма при многолу-
чевом прохождении
сигнала
250
ГЛАВА 10
Диаграмма состояний и глазковая диаграмма не обеспечивают всей необходимой спе-
цификации измерений. Для проведения практических измерений эффективности компенса-
ции явления многолучевого прохождения сигналов используют методы, которые согласуют-
ся с методами компенсации.
Так как прогнозировать появле-
ние многолучевого прохождения
сигнала практически невозможно, то
учет воздействия этого фактора
обычно выполняют методами стрес-
сового воздействия, т.е. путем ими-
тации многолучевого прохождения
сигнала.
В связи с высокой важностью
учета влияния многолучевого прохож-
дения сигнала на цифровые радиочас-
тотные системы передачи в конце 70-х
годов были выполнены изыскания в
области возможных методов модели-
рования явления. В результате в нача-
ле 80-х годов сформировались две ос-
новные модели имитации многолуче-
вого прохождения сигнала: модель
двухлучевого прохождения и модель
трехлучевого прохождения.
Принцип двухлучевой модели
сводится к теоретически обоснованно-
му предположению, что затухание свя-
зано с двухлучевой интерференцией,
причем интерферирующий луч имеет
задержку по распространению сигнала
(это верно как для луча рефракции, так
и для луча отражения). В результате
возможны два случая: основной луч
имеет большую амплитуду и интерфе-
рирующий луч превосходит по ампли-
туде основной. Второй случай назван
явлением многолучевого прохождения с неминимальной фазой. В результате применения
простой двухлучевой модели можно измерить характеристики АЧХ и ГВЗ радиочастотного
канала при минимальной (рис. 10.34а) и неминимальной фазе (рис. 10.346).
Двухлучевая модель оказалась не совсем точной, поскольку не описывает явления ам-
плитудной модуляции и возникновения слабых картин биений в пределах рабочего диапазона.
В результате таких явлений амплитуда сигнала отклоняется в пределах рабочего диапазона
даже, если узел биений находится вне диапазона. Была создана трехлучевая модель, более
точно описывающая реальные эффекты многолучевого прохождения сигнала. Трехлучевая
модель позволила учесть эффект смещения амплитуды (рис. 10.35), однако сама по себе ока-
залась довольно сложной. Поэтому в современной практике измерений используются обе мо-
дели: двухлучевая модель для проведения качественных измерений и трехлучевая модель для
5
5
15,
30
МНЫЧ1IUUL Kiln Htu
70
75
90
20
10
0
10
20
60 65
‘50 55
80 85
GROUP DELRY (NSEC) WITH FREQ (MHZ)
30
3-PRTH FRDE Tau-6.31 NSEC R-1.00 В-1.30
б)
Рис. 10.34. Характеристики неравномерности
АЧХ и ГВЗ для двухлучевого про-
хождения сигнала
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
251
проведения точных измерений. Следует
отметить, что двухлучевая модель с вы-
сокой степенью точности применима к
50% радиочастотных систем передачи.
Имитация многолучевого прохож-
дения сигнала широко применяется в
современных технологиях радиочастот-
ных измерений, поскольку оказалась
очень простой в реализации. В резуль-
тате методы имитации многолучевого
прохождения сигнала используются не
только для оценки устойчивости радио-
частотной системы передачи к этому
явлению, но и для стрессового тестиро-
вания различных устройств в составе
радиочастотного тракта, в частности,
эквалайзеров.
3-PRTH FRDE Таи-Б.31 NSEC R-.10 В-.90
3-PRTH FRDE Tau-6.31 NSEC R-1.00 В- .90
АЧХ и ГВЗ для трехлучевого прохо-
ждения сигнала
Тестирование систем резервирования в трактах, переключателей
и систем DADE
Существует два основных метода исключения влияния многолучевого прохождения
сигнала на параметры качества систем передачи. Один метод - это поиск оптимального пути
распространения сигнала, для чего осуществляют адаптирование приемника к сигналу ан-
тенны (рис. 10.36). На антенны приемника приходят в этом случае два сигнала - искаженный
из-за многолучевого прохождения и неискаженный. Выбор сигнала (адаптация) осуществля-
ется методом максимальной амплитуды. Второй путь исключения влияния многолучевого
прохождения - это метод компенсации с использованием эквалайзеров. Для проведения из-
мерений эффективности компенсации многолучевого прохождения за счет пространственно
разнесенных антенн используют специальные анализаторы затухания со встроенным эква-
лайзером (DADE). Схема такого измерения представлена на рис. 10.37.
Помимо схемы с использованием специального анализатора параметров DADE, переклю-
чатель DADE, равно как и другие радиосистемы, удобно тестировать при помощи имитатора
многолучевого прохождения сигнала, описанного в предыдущем разделе. В этом случае имита-
тор выступает как устройство, вносящее определенные параметры нестабильности в основной
или интерферирующий луч, и затем проверяется система переключения (например, с одного
луча на другой, если мощность интерферирующего луча больше мощности основного).
252
ГЛАВА 10
Мачта РРЛ
Мачта РРЛ
Рис. 10.36. Резервирование антенных устройств приемника для поиска
наилучшего пути распространения сигнала
Генератор
Рис. 10.37. Измерения DADE
Схема использования имитатора представлена на рис. 10.38.
Рис. 10.38. Имитация многолучевого прохождения сигнала и анализ работы
переключателя (Ф - фильтр, Г - генератор несущей, Ус - усилитель)
В результате проведения измерений анализируется матрица функционирования системы
передачи в зависимости от характера внешнего воздействия (рис. 10.39). В качестве внешних
воздействий выступают глубина возникающего узла и его расположение. Если нарушения в
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
253
матрице функционирования при стрессовом воздействии находились в пределах допустимых
норм штатной эксплуатации, то это говорит о нарушении работы переключателей.
со
х
S
Система работает Система работает Система работает Система работает
Система работает Система работает Система работает Система работает
Система работает 77777777А / Система не / / работает / ////////Z 77777777 7. 7 Система не у работает / Система работает
Система работает 777777777; / Система не / / работает / ZZ-Z z,z,z.zz Z 7 Система не / / работает / zzzzzzzz/ Система работает
Нижний
предел
Центральная
частота
Верхний
предел
Расположение узла
Рис- 10.39. Матрица функционирования при проведении стрессовых измерений
В связи с тем, что в современных РРЛ для компенсации многолучевого прохождения
сигналов в основном используются эквалайзеры, имитаторы многолучевого прохождения
получили широкое распространение и выпускаются основными фирмами-производителями
измерительной техники либо в качестве специальных программ к системам для анализа РРЛ,
либо как отдельные приборы.
Анализ интермодуляционных помех
Наконец, последней важной группой комплексных радиочастотных измерений трактов
систем передач является анализ интермодуляционных сигналов в канале. Данный вид интер-
модуляции связан с процессами мультиплексирования и демультиплексирования, а также с
нелинейностью устройств в составе тракта. Обычно интермодуляционные искажения имеют
относительно малый уровень - менее 40 дБ - относительно рабочего сигнала. Тем не менее
контроль интермодуляционных искажений и устранение их причин обеспечивает в ряде слу-
чаев решение проблемы интерференции в смежных каналах.
Для анализа интермодуляций используют анализаторы спектра (рис. 10.40).
Рис. 10.40. Пример анализа интермодуля-
ционных искажений на выходе усилителя
254
ГЛАВА 10
10.6. Комплексная имитация радиочастотного канала
В связи с усложнением систем передачи появился новый класс задач, связанных с ис-
пользованием имитаторов радиоканала. Один из таких имитаторов для спутникового канала
(система SLE-250/SLE-500) представлен на рис. 10.41.
Рис. 10.41. Схема имитатора спутникового канала SLE-250/SLE-500
Согласно рис. 10.41 комплексная имитация спутникового канала выполняется следую-
щим образом: дуплексный сигнал (Duplex) смешивается с дополнительным сигналом LO1;
затем этот сигнал проходит через понижающий конвертер LPF (имитация бортового прием-
ника); к сигналу подмешивается частота LO2, сигнал ПЧ проходит через имитатор задержки
(Delay Line) и имитатор допплеровского сдвига сигнала при движении спутника на орбите
(Doppler LO). Полученный сигнал проходит через повышающий конвертер BPF с эквалайзе-
ром EQU; снова подмешивается частота LO1, сигнал проходит через переменный аттенюа-
тор, который может имитировать различные условия распространения сигнала в атмосфере
(возможно установление АЧХ аттенюатора и временные параметры изменения затухания в
линии); наконец, к сигналу добавляются шумы от внешнего источника (Inject Noise), за счет
этого достигается возможность изучения влияния на параметры связи различных распреде-
лений шума. Таким образом, полностью имитируются все параметры спутникового канала по
линии вверх. Аналогично имитируются параметры по линии вниз. Имитация параметров ка-
нала по линии вверх и вниз выполняется независимо, для обеспечения максимального соот-
ветствия реальным параметрам спутникового канала, когда в общем случае параметры по
линии вверх и вниз различные.
Комплексные имитаторы параметров радиочастотного канала обычно используются для
проведения комплексных измерений системы передачи по радиоканалу с имитацией различ-
ных условий прохождения сигналов.
Такие имитаторы используются разработчиками систем передачи для анализа парамет-
ров создаваемых систем, но могут также с успехом использоваться крупными операторами
сетей электросвязи для измерения реальных характеристик закупаемого оборудования и для
имитации различных вариантов его использования.
Для проведения комплексных измерений параметров радиочастотных систем передачи
используются специализированные измерительные системы и анализаторы спектра. Харак-
теристики анализаторов спектра представлены в табл. 10.2.
Характеристики систем для измерения параметров радиочастотных систем передачи
представлены в табл. 10.5.
РАДИОЧАСТОТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
255
Таблица 10.5- Характеристики систем для измерения параметров
радиочастотных систем передачи
Модель 11758V 6200B
Производитель Agilent Tech IFR
Внешний вид Р I i’ll.31 HU Id. !O.V| Pll- * 918 '< ' HI I ' * Mi I I i ! KiKdiM^ „ „мм** '
Характеристики www.agilent.com www. ifrintemational. com
AM
AMTC
AOH
АТС
АЦП
АЧМХ
АЧХ
ВОСП
ВСК
ДВО
ГАТС
ГВЗ
ГВП
ИКМ
ИКМ-30
ИКМ-31
ицс
ЛЕВ
ЛВС
мвв
МДЧР
МККТТ
МККР
мс
МСЭ
меэ-т
МСЭ-Р
ПЧ
СВЧ
СКС
оке
ОКС 7
ОЦК
ОД
псп
РТР
РЧ
ТЧ
УВЧ
УПАТС
Список русских сокращений
Амплитудная модуляция
Автоматическая междугородняя АТС
Автоматическое определение номера
Автоматическая телефонная станция
Аналого-цифровое преобразование
Амплитудно-частотная модуляционная характеристика
Амплитудно-частотная характеристика
Волоконно-оптические системы передачи
Выделенный сигнальный канал
Дополнительные виды обслуживания
Городская АТС
Групповое время задержки
Групповое время прохождения
Имульсно-кодовая модуляция
Сокращение, используемое для обозначения потока Е1 с цикловой
и сверхцикловой структурой
Сокращение, используемое для обозначения потока Е1 с цикловой структурой
Интегральная цифровая сеть (IDN)
Лампа бегущей волны
Локальная вычислительная сеть
Мультиплексор ввода/вывода
Многостанционный доступ с частотным разделением
Международный комитет по телефонии и телеграфии (новое назв. - МСЭ-Т)
Международный консультативный комитет по радио (новое назв. - МСЭ-Р)
Мобильная станция
Международный союз электросвязи
Международный союз электросвязи (сектор телекоммуникаций)
Международный союз электросвязи (сектор радиосвязи)
Промежуточная частота (наиболее распространены ПЧ 70 и 140 МГц)
Сверхвысокая частота (диапазон миллиметровых волн и выше)
Структурированные кабельные системы
Общий канал сигнализации
Система сигнализации по ОКС № 7
Общий цифровой канал (канал 64 кбит/с)
Передана данных
Псевдослучайная двоичная последовательность
Ретранслятор
Радиочастота (применяется в системах радиосвязи для разделения ВЧ-тракта
и ПЧ-тракта)
Канал тональной частоты
Ультравысокая частота
Учрежденческая производственная АТС
257
ФМ Фазовая модуляция
ЦСИС Цифровая сеть с интеграцией служб (ISDN)
ЧМ Частотная модуляция
Ш-ЦСИС Широкополосная цифровая сеть с интеграцией служб
ЭМИ Электромагнитное излучение
ЭМО Электромагнитная обстановка
Список иностранных сокращений
АСР Adjacent Channel Power Уровень интерференции в смежном канале
ACR Attenuation-to-Crosstalk Ratio Отношение затухания к перекрестному затуханию
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Асимметричная цифровая абонентская линия - один из вариантов технологии цифрового абонент- ского доступа
AF Amplitude Flatness Неравномерность АЧХ
ANSI American National Standard Institute Американский национальный институт стандартов
AS Availability Seconds Время готовности канала
ATM Asynchronous Transfer Mode Режим асинхронной передачи
ВСАР Bearer Capability Тип вызова, устанавливает режим коммутации ка- налов или коммутации пакетов, скорость передачи данных
ВВЕ Background Block Error Блок с фоновой ошибкой
BBER Background Block Error Rate Коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками
BER Bit Error Rate Параметр ошибки по битам, равен отношению ко- личества ошибочных битов к общему количеству переданных
BERT Bit Error Rate Testing Тестирование по параметру BER
B-ISDN Broadband Integrated Service Digital Networks Широкополосная цифровая сеть с интеграцией служб (Ш-ЦСИС)
BLER Block Error Rate Параметр ошибки по блокам, равен отношению количества ошибочных блоков к общему количест- ву переданных, зависит от размера блока
BRI Basic Rate Interface Интерфейс базового доступа ISDN (2B+D)
BPSK Bi-Phase Shift Keying Цифровая модуляция с фазовым сдвигом и двумя состояниями
CAS Common Associated Signalling Сигнализация, связанная с разговорными каналами
CCS Common Channel Signalling Сигнализация по выделенному сигнальному каналу
CKSLIP Clock Slips Число тактовых проскальзываний
CLK Clock Сигнал синхронизации
CRC Cyclic Redundancy Check Циклическая проверка по избыточности
CRC ERR CRC Errors Число ошибок CRC
258
DADE
DCE
DEMUX
DGRM
DMM
DQPSK
DSL
DTE
EDZ
EFS
EIA
ES
ESR
ETSI
FAS
FCS
FEXT
GMSK
GPS
HDSL
HRDP
HRX
IDN
ISDN
ISI
ITU
ITU-T
ITU-R
Diversity Antenna Delay
Equalization
Data Circuit-terminating
Equipment
Demultiplexer
Degraded Minutes
Digital Multimeter
Differential Quadrature
Phase Shift Keying
Digital Subscriber Line
Data Terminal Equipment
Event Dead Zone
Error Free Seconds
Electronic Industry
Association
Errors Seconds
Error Seconds Rate
European Telecommunica-
tion Standard Institute
Frame Alignment Signal
Frame Check Sequence
Far End Crosstalk
Global Mobil Shift Key
Global Position System
High-bit-rate Digital
Subscriber Line
Hypothetical Reference
Digital Path
Hypothetical Reference
Connection
Integrated Digital Networks
Integrated Service Digital
Networks
Intersimbol Interference
International Telecommuni-
cation Union
International Telecommuni-
cation Union - Telephony
Group
International Telecommuni-
cation Union - Radio Group
Выравнивание вариации задержки от различных
антенн
Устройство передачи данных с внешней
синхронизацией
Демультиплексор
Минуты деградации качества, также DM
Цифровой мультиметр
Дифференциальная цифровая модуляция с фазо-
вым сдвигом и четырьмя состояниями
Цифровая абонентская линия, технология цифро-
вого абонентского доступа
Устройство передачи данных с внутренней
синхронизацией
Мертвая зона (рефлектометрия)
Время, свободное от ошибок
Ассоциация производителей электронного обору-
дования (США)
Количество секунд с ошибками
Коэффициент ошибок по секундам с ошибками
Европейский Институт Стандартизации в Теле-
коммуникациях, протокол ISDN, стандартизиро-
ванный ETSI
Сигнал цикловой структуры ИКМ
Цикловый код для поиска ошибок (аналог CRC)
Перекрестные помехи на удаленном конце
Тип модуляции, принятый для систем GSM
Глобальная навигационная система на основе
спутников NAVSTAR
Высокоскоростная цифровая абонентская линия -
один из вариантов технологии цифрового абонент-
ского доступа
Гипотетическая модель цифровой системы переда-
чи, условный эталонный цифровой тракт
Эталонное коммутируемое соединение
Цифровая интегральная сеть (ИЦС)
Цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС)
Межсимвольная интерференция
Международный Союз Электросвязи
Международный Союз Электросвязи - подразделе-
ние телефонии
Международный Союз Электросвязи - подразделе-
ние систем радиосвязи
259
JTF Jitter Transfer Function Передаточная характеристика джиттера
LED Light Emitting Diode Светодиод
LL Local Loop Локальный шлейф
LOSS Loss of Signal Seconds Длительность потери сигнала
MFAS Multi Frame Alignment Signal Сигнал сверхцикловой структуры
MSC Mobile Services Switching Center Центр коммутации
MSN Multiple Subsciber Number Мультиплексирование номера абонента
MTJ Maximum tolerable Jitter Максимально допустимый джиттер
MUX Multiplexer Мультиплексор
NEXT Near End Crosstalk Перекрестные помехи на ближнем конце
NVP Nominal Velocity of Propagation Номинальная скорость распространения
OBW Occupied bandwidth Занимаемая полоса
OLTS Optical Loss Test Set Анализатор потерь оптической мощности
OPM Optical Power Meter Оптический измеритель мощности
ORL Optical Return Loss Возвратные потери в оптическом кабеле
OSI Open System Interconnection Модель взаимодействия открытых систем, также может использоваться как название одного из про- токолов передачи данных
OTDR Optical Time Domain Reflectometer Оптический рефлектометер
PATL Pattern Loss Количество потерь тестовой последовательности
PATLS Pattern Loss Seconds Количество секунд с потерей тестовой последова- тельности
PCS Personal Communication System Глобальная сеть персональной связи
PDL Polarization Dependent Loss Потери, связанные с поляризацией
PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Плезиохронная цифровая иерархия
PRBS Pseudorandom Binary Sequence Псевдослучайная двоичная последовательность (ПСП)
QAM Quadrature Amplitude Modulation Квадратурная амплитудная модуляция
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Цифровая модуляция с фазовым сдвигом и четырь- мя состояниями
ScTP Screened Twisted Pan- Экранированная витая пара
SDH Synchronous Digital Hierarchy Синхронная цифровая иерархия
SDSL Symmetric Digital Subscriber Line Симметричная цифровая абонентская линия - один из вариантов технологии цифрового абонентского доступа
SES Severally Errors Seconds Количество секунд, пораженных ошибками
SESR Severally Errors Seconds Rate Коэффициент ошибок по секундам, пораженным ошибками
Signal Noise and Distortion
Stabilized Light Source
Signal-to-Noise Ratio
Synchronous Transport
Module
Time Domain Reflectometer
Telecommunications Indus-
try Association
Transmission Impairment
Test Set
T elecommunications
Management Network
Time Slot
Transistor-Transistor Logic
Very high-bit-rate Digital
Subscriber Line
Very-High Frequency
Velocity of Propagation
Wavelength Division
Multiplexing
Unavailability Seconds
Ultra-High Frequency
Unit Interval
Unshielded Twisted Pair
Суммарные нелинейные искажения и шум
Стабилизированный источник оптического сигнала
Отношение сигнал/шум
Синхронный транспортный модуль - стандартный
цифровой канал в системе SDH
Рефлектометр для металлических кабелей
Ассоциация производителей телекоммуникацион-
ного оборудования (США)
Тестер аналоговых телефонных каналов
Автоматизированная система управления связью
Канальный интервал (технология ИКМ)
Сигнальная или временная диаграмма
Сверхвысокоскоростная цифровая абонентская
линия -один из вариантов технологии цифрового
абонентского доступа
Сверхвысокая частота - СВЧ
Скорость распространения сигнала
Система передачи с частотным разделением в во-
локонно-оптических кабелях
Время неготовности канала
Ультравысокая частота-УВЧ
Единичный интервал, единица измерений джиттера
и времени, равна времени, необходимому для пе-
редачи одного бита
Неэкранированная витая пара
Сокращенные названия фирм
HP Hewlett-Packard
GN Great Nordic
R&S Rohde & Schwarz
W&G Wandel & Goltermann
Литература
1. Бакланов И.Г. Технологии измерений в современных телекоммуникациях. - М.: Эко-
Трендз, 1997.
2. Бакланов И.Г. Методы измерений в системах связи. - М.: Эко-Трендз, 1999.
3. Бакланов И.Г. ISDN и FRAME RELAY, технология и практика измерений. - М.: Эко-
Трендз, 1998.
4 Бакланов И.Г. Технология измерений первичной сети, т. 1. Системы El, PDH, SDH. -
М. Эко-Трендз, 2000.
5. Бакланов И.Г. Технологии измерений первичной сети, т. 2. Системы синхронизации,
В-ISDN, ATM. - М.: Эко-Трендз, 2000.
6. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи, т. 1. - М. Радио и связь, 1998.
7. Гольдштейн Б.С. Протоколы сети доступа, т. 2. - М.: Радио и связь, 1999.
8. Гольдштейн Б.С., Ехриель И.М., Рерле Р.Д. Интеллектуальные сети. - М.: Радио и
связь, 2000.
9. Росляков А.В. Общеканальная сигнализация №7. - М.: Эко-Трендз, 1999.
10 Лихтциндер Б.Я., Кузякин М.А., Росляков А.В., Фомичев С.М. Интеллектуальные
сети связи. - М.: Эко-Трендз, 2000.
И. David Е. McDysan, Darren L. Spohn. ATM. Theory and Application, 1995.
12 Allan Sturgeon. Optimizing SDH Network Performance / A Seminar on Understanding SDH
Networks and How to Test Them. Queensferry Telecom Operation. Hewlett-Packard Ltd.,
1994.
13. Бакланов И.Г. Измерительное звено системной интеграции. Сети и системы связи, №2,
1997.
14. Бакланов И.Г. Измерительная техника современных телекоммуникаций Контрольно-
измерительные приборы и системы связи, апрель, 1997.
15. Huckett Р., Thow G. Error Performance Analysis of Digital Transmission Systems. Tele-
communications Measurements, Analysis and Instrumentation. Prentice-Hall, 1987.
16. David R. Smith. Digital Transmission Systems. ITP, 1993.
17. Digital Radio Theory and Measurements. Application Note 355A. Hewlett-Packard, 1992.
18. Красносельский И.Н. Анализ глазковых диаграмм и выбор формы импульса для циф-
ровой передачи сигналов. Электросвязь, №6, 1997.
19. Dack D., Coackley В. Digital Signal Processing in Telephone Channel Measurements and
Instrumentation. Telecommunications Measurements, Analysis and Instrumentation. Prentice-
Hall, 1987.
20. Crawford T., Thow G., Scott P. Limits and Measurement of Jitter Tolerance in Digital
Transmission Systems. Telecommunications Measurements, Analysis and Instrumentation.
Prentice-Hall, 1987
262
ЛИТЕРАТУРА
21. «Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистраль-
ной и внутризоновой первичных сетей» / Приказ Министерства связи РФ № 92 от
10.08.96.
22. IEEE Standard Р743. IEEE Standard Methods and Equipment for Measuring the Transmis-
sion Characteristics of Analog Voice Frequency Circuits. New York, 1980.
23. CCITT. Specifications of Measuring Equipment. Yellow Book, v.4 Recommendations of the
О senes. Geneva, Switzerland, 1981.
24. Кочеров A.B., Белоголовкнн Е.Ю. Проблемы передачи данных по телефонным лини-
ям. Сети и системы связи, №2, 1997
25 Кочеров А.В. Проблемы измерений параметров телефонных каналов для передачи дан-
ных Контрольно-измерительные приборы, №2, 1997.
26. A. Strange, S.L. Arambepola etc. Carnage of SDH Over Satellite Systems. International
Journal of Satellite Communications, v.12, 1994, p.239-247.
27 R. Kiefer. Test Solutions For Digital Networks. Hunting Verlag Heidelberg, 1998.
28. Оптические системы передачи. Учебник для ВУЗов / под ред Иванова В.И. - М.: Ра-
дио и связь, 1994.
29 Волоконно-оптические системы передачи и кабели. Справочник/ И.И. Гроднев,
АГ Мурадян, Р.М Шарафутдинов и др -М.: Радио и связь, 1994.
30. Гроднев И.И., Ишкин В.Х. Волоконно-оптическая связь вдоль линий электропередачи.
Электросвязь, №3, 1996.
31. Александровский М.И. и др. Одноволоконные оптические системы передачи. Методы
построения и характеристики. Электросвязь, №9, 1996.
32. Макаров Т.В. Динамика и структура изломов волоконных световодов. Электросвязь,
№9, 1996.
33. Алексеев Е.Б. и др. Концепция развития высокоскоростных ВОСП на взаимоувязанной
сети связи России Электросвязь, №9, 1996
34 Horvitz. How То Select Fiber-Optic Test Equipment. RIFOCS Application Note AN-101,
1996.
35 Freeman, Roger L. Reference Manual For Telecommunications Engineenng, 2-nd Edition,
John Wiley & Sons Inc New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, 1993.
36. NBWDM Testing and the New FTB-5200 OSA. EXFO NEWSLETTER, v.2, No.3, 1996.
37. Ермишин Д.А. BOJIC в зданиях и между ними. Сети, №2, 1995.
38. G.F. Engen. Microwave Circuit Theory and Foundations of Microwave Metrology. IEEE
Measurement, Series 9, 1992
39. IQ-200. System description. EXFO, 1996.
40. Бакланов И.Г. ВОЛС: измерительное оборудование. Вестник связи, № 3, 1997.
41. Hayes J. Fiber Optics. Technician’s Manuals. Delmar Publishers, 1996.
42. Бакланов И.Г. Эксплуатационные измерения на ВОЛС. Вестник связи, № 8, 1997.
43 Иванов А.Б. Сравнительный анализ контрольно-измерительного оборудования ВОЛС.
Вестник связи, № 1, 1998.
263
44. Дж. Пампинелла. Тестеры кабелей для высокоскоростных сетей. Сети, №8, 1995.
45. Гальперович Д.Я. Кабельные системы категории 5. Сети, №6, 1995.
46. Дж. Ньюман. Основы построения структурированной кабельной системы. Сети и сис-
темы связи, №7, 1996.
47. ЗМ. Communication. Product Catalog, 1996
48 Time Domain Reflectometry. Hewlett-Packard, AN 62, 1964
49. Cable Testing With Time Domain Reflectometry. Hewlett-Packard, AN 67, 1968.
50 Lee R. Moffitt. Time Domain Reflectometry. Theory and Applications. Hewlett-Packard, AN 75.
51. Carl G. Sontheimer. Some Uses of TDR in The Design of Broadband UHF Components.
Hewlett-Packard, AN 75.
52. D.B. Martin, Otter A.J. Thermocouple Fault Location By Time Domain Reflectometry
Hewlett-Packard, AN 75.
53. Connectors Design Employing TDR Techniques. Hewlett-Packard, AN 94.
54. Blonder H.H., Evans R.T. The Electromechanical Design of a Matched Impedance Connec-
tor. Hewlett-Packard, AN 94.
55. Permeability, Permittivity and Conductivity Measurements with Time Domain Reflec-
tometry. Hewlett-Packard, AN 153, 1972.
56. RiserBond Instruments. Product Catalog and Applications Guide. RiserBond Instruments,
1996.
57 Analog Datacommunications and Transmission Testing. Application Note, Consultronics,
1997
58. Смирнов И.Г. Структурированные кабельные системы. - М.: Эко-Трендз, 1998.
59. MAPcat 1100. Technical description. Datacom Technologies, 1997.
60. Guide to the Selection of a Category 5 Cable Tester. Application Note. Rev.C, Datacom
Technologies, 1997.
61 Certifying Category 5 Links Using Power Sum NEXT. Application Note. Datacom Tech-
nologies, 1997.
62. Digital Radio Theory and Measurements. Application Note 355A. Hewlett-Packard, 1992.
63. E4900. Technical description Hewlett-Packard, 1995.
64 Гетманов В.А., Безрученок И.П., Альтер Л.Ш., Каганер М.Б. Обеспечение ЭМС при
частотно-территориальном планировании системы сотовой связи Республики Беларусь
Электросвязь, №5, 1996
65. Бакланов И.Г., Палкин Е.А. Выбор методики измерения группового времени задерж-
ки. Материалы конференции ICSC’96, т.2, 1996.
66. Бакланов И.Г., Ипатов Е.А., Крюковский А.С., Палкин Е.А., Растягаев Д.В. Мате-
матическая модель нелинейного усилителя мощности и высокочастотных трактов
ретранслятора. Материалы конференции ICSC’96, т. 2, 1996.
67. Rummler, Courts, Liniger. Multipath Fading Channel Models for Microwave Digital Radio.
IEEE Communication Magazine Nov. 1986, Vol.24, No 2, pp. 30-41.
264
ЛИТЕРАТУРА
68. HP 11758V option H95. Operating manual, 1996.
69 SLE-250/SLE-500. Satellite channel emulator. Noise/Com, 1996.
70 Корпоративные системы спутниковой и КВ связи / под ред. Смирнова А. А. - М :
Эко-Трендз, 1997.
71. Калинин А.И. Влияние частотной селективности интерференционных замираний на
трассах с пересеченными профилями на устойчивость работы цифровых РРЛ. Электро-
связь, № 10, 1996.
ТЕСТОВОЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СЕТЕЙ .
мобильной связи JEXJK?
НА РЫНКЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ С 1992 ГОДА
Мы предлагаем Вам весь спектр
средств измерений на сетях
мобильной связи
Тестирование радио подсистем
(до центра коммутации)
Измерители проходящей
мощности и КСВ
Измерители параметров
цифровых систем передачи
Осцилло графы
Мультиметры
Токоизмерительные клещи
Тестирование оборудования
центра коммутации
---------------- Анализатоы протоколов
Частотомеры
Комплект средств для
централизованных служб
эксплуатации
Мониторинг и тестирование ------------------
параметров систем подвижной
связи
Анализаторы спектра
Генераторы сигналов
Частотомеры с функцией
измерения мощности
Измерительные системы
для оценки зоны покрытия
Системы мониторинга
Системы анализа
качества связи
Системы генерации
звонков
предлагаем Вам ядеь камплекс услуг
консультация, разработка конфигурации, поставка,
инсталляция, поддержка, организация общения
117330, г. Москва, ул. Дружбы, д. 10/32,
тел. (095) 796 9125 факс. (095) 933 2247
e-mail zab@scan.ru
связь^ОМПЛЕКТ ™
КАТАЛОГ
ДЛЯ связистов
товары с доставкой по России
В нашем каталоге:
инструменты и приборы
для тестирования и диагностики
систем связи
А так же более 1000
наименований оборудования
для учрежденческой
и производственной связи:
телефонные гарнитуры, оборудование для аудио и видео
конференц-связи,автосекретари/автоинформаторы, речевая почта,
модемы для выделенных линий,активные и пассивные
компоненты LAN/WAN, инструменты и наборы для связистов,
измерительный инструмент
Хотите заказать бесплатный каталог
"СвязьКомплект"?
Каталог распространяется бесплатно
Для заказа каталога сообщите Ваши ФИО,
полный почтовый адрес и название организации
Тел.: (095) 362-77-87 E-mail: mfo@skomplekt.com
Факс:(095) 362-76-99 http://www.skomplekt.com
ЭК^ТРЕНДЗ
Информационно-технический центр
ИНЖЕНЕРНАЯ энциклопедия
Книги издательства «Эко-Трендз» - Инженерная энциклопедия ТЭК
Технологии Электронных Коммуникаций
Готовятся к изданию:
Т.И. Иванова. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ТЕЛЕФОНИИ
Д.В. Моргачев, О.В. Бондаренко. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ И ЛИНИИ СВЯЗИ
А.Ю. Воробьев. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ
ЗДАНИЙ
В.Г. Карташевский и др. АТС ДЛЯ СЕЛЬСКОЙ СВЯЗИ
О.И. Лагутенко. СОВРЕМЕННЫЕ МОДЕМЫ
Л.М. Невдяев. ТЕХНОЛОГИЯ CDMA
Н.П. Резникова. МАРКЕТИНГ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ
А.В. Росляков и др. ОПЕРАТОРСКИЕ ЦЕНТРЫ
Р.Р. Убайдуллаев. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
От фирм, организаций, авторов и авторских коллективов
принимаются предложения на издание новых книг по указанной тематике
Вы можете сделать заявку на эти и другие книги издательства "Эко-Трендз",
направив в наш почтовый пли электронный адрес перечень необходимых книг
или связавшись с нами по телефону
Телефакс: (095) 978-48-36, 978-80-31
e-mail: eko-trendz@mtu-net.ru
http: //www.mis.ru/tforum/bookshop
ISI 103473, Москва, 2-й Щемиловский пер., д. 4/5,
Издательство «Эко-Трендз»
ЭК^ТРЕНДЗ
Информационно-технический центр
Книги издательства «Эко-Трендз» - Инженерная энциклопедия ТЭК
Технологии Электронных Коммуникаций
Вышли в свет:
И.Г. Бакланов. ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕРЕНИЙ ПЕРВИЧНОЙ СЕТИ
Часть 1. Системы El, PDH, SDH
Часть 2. Системы синхронизации В-ISDN, ATM
М.А. Баркун, О.Р. Ходасевич. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ СИНХРОННОЙ КОММУТАЦИИ
Т.И. Иванова. АБОНЕНТСКИЕ ТЕРМИНАЛЫ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕЛЕФОНИЯ
Т.И. Иванова. КОРПОРАТИВНЫЕ СЕТИ СВЯЗИ
В.Г. Карташевский, С.Н. Семенов, Т.В. Фирстова. СЕТИ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ
С.В. Клименко и др. ЭЛЕКТРОННЫЕ ДОКУМЕНТЫ В КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЯХ
Б.Я. Лихтциндер и др. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СЕТИ СВЯЗИ
Ю.А. Парфенов, Д.Г. Мирошников. "ПОСЛЕДНЯЯ МИЛЯ" НА МЕДНЫХ КАБЕЛЯХ
А.В. Росляков. ОБЩЕКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ №7
А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева. IP-ТЕЛЕФОНИЯ
А.А. Соловьев. ПЕЙДЖИНГОВАЯ СВЯЗЬ
Ю.А. Соловьев. СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ
Р.Р. Убайдуллаев. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ
А.В. Шмалько. ЦИФРОВЫЕ СЕТИ СВЯЗИ: ОСНОВЫ ПЛАНИРОВАНИЯ И
ПОСТРОЕНИЯ
От фирм, организаций, авторов и авторских коллективов
принимаются предложения на издание новых книг по указанной тематике
Вы можете сделать заявку на эти и другие книги издательства "Эко-Трендз",
направив в наш почтовый или электронный адрес перечень необходимых книг
или связавшись с нами по телефону
Телефакс: (095) 978-48-36, 978-80-31
e-mail: eko-trendz@mtu-uet.ru
http: //www.mis.ru/tforum/bookshop
ISI 103473, Москва, 2-й Щемиловский пер., д. 4/5,
Издательство «Эко-Треидз»
Издание для специалистов
Игорь Геннадиевич БАКЛАНОВ
ТЕСТИРОВАНИЕ И ДИАГНОСТИКА СИСТЕМ СВЯЗИ
ЛР № 065232 от 20.06.97
Подписано в печать с оригинал-макета 27.08.2001
Формат 70x100/16. Тираж 4000 экз.
Бумага офсетная № 1. Гарнитура тайме.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 22,1. Зак. № 4564
Информационно-технический центр "Эко-Трендз".
Отпечатано в ППП "Типография "Наука",
121099, Москва, Шубинский пер., 6
Налоговая льгота — общероссийский классификатор
продукции ОК-005-93, том 2; 953000 — книги, брошюры
Бакланов Игорь Геннадьевич окончил в
1995 г. кафедру распространения радио-
волн Московского физико-технического
института. С 1994 г. работает в отрасли
связи. С 1998 г. является техническим ди-
ректором компании PR-GROUP - моло-
дой динамичной компании на рынке из-
мерительной техники.
Автор более 40 печатных работ, 5
книг, посвященных современным пробле-
мам в телекоммуникациях.