xDSL: диагностика кабельных линий

Ю.А. Кравцов, A. Н. Сахаров, специалисты компании СвязьКомплект, («Вестник связи» 08.2002)

Тема тестирования абонентских кабельных линий (участка от АТС до оборудования пользователя) была актуальна с момента создания первой телефонной сети. При этом основные параметры, которые интересовали обслуживающий персонал телефонных сетей, практически не изменились - это емкость, сопротивление, индуктивность, длина линии, затухание, напряжение, ток в линии и т. д. В последнее время к ним добавились новые, связанные использованием более широкого частотного диапазона.

Для измерений основных параметров применяются мультиметры, измерительные мосты и рефлектометры. Опишем кратко принципы функционирования данных типов приборов.

Мультиметры помогают измерить первичные параметры линии: индуктивность, сопротивление, емкость. Для этого проводятся три измерения: «провод А»-«земля», «провод В» - «земля» и «провод А» - «провод Б». Полученные данные способны пролить свет на параметры кабеля и тип неисправности. В современных приборах измерения проводятся автоматически, а результаты выводятся на экран вместе с пояснительными записями, облегчающими окончательную диагностику.

Мостовой измеритель Elektronika EFL-10

При использовании мостового метода тестирования, тестируемый кабель подключается в качестве одного из плеч измерительного моста. Прибор подбирает параметры других плеч, добиваясь равновесного состояния. Таким образом, получаем искомые параметры кабеля: сопротивление, емкость и т. д. На основании первичных сведений о кабеле можно рассчитать, например, расстояние до места повреждения.

Среди мостовых приборов можно выделить российский прибор ИРК-ПРО и венгерский EFL-10.

Современные «мосты» компактны, удобны в использовании, автоматически вычисляют все необходимые параметры. Некоторые модели оборудованы интерфейсом для подключения к ПК. Это позволяет хранить большое количество результатов измерений и таким образом документировать все эксплуатирующиеся линии.

Рефлектометр Tempo TS 100

Основной принцип действия рефлектометра аналогичен работе радара. Прибор подключается к тестируемой линии и посылает в него зондирующие импульсы. Любые неоднородности импеданса, порожденные дефектами линии, отражают часть энергии импульса обратно к прибору. Причем величина отраженного сигнала пропорциональна отклонению импеданса, т. е. величине дефекта. На основе отраженных импульсов строится рефлектограмма линии. По характеру рефлектограммы можно определить тип повреждения в линии и расстояние до него.

Рефлектометры выпускаются множеством зарубежных и отечественных производителей. Среди иностранных производителей, представленных на российском рынке, следует отметить компании Tempo (модели ТS90и TS100, RiserBond(1270, 1205, 3300), а также Elektronika (ETDR-10). Российские рефлектометры РИ-10м и Рейс 105-Р предлагают лишь базовый набор функций и в общем случае стоят дешевле своих импортных собратьев.

Следует отметить, что в последнее время появилось множество универсальных приборов, объединяющих функции мультиметра, моста и рефлектометра. Это обусловлено тем, что иногда для локализации неисправности недостаточно какого-то одного прибора, а работать с тремя приборами одновременно - неудобно. Среди универсальных анализаторов ADSL / DSL выделим Tempo TS 200 и модель RiserBond 6000.

Путем навигации по системе меню в таких приборах можно достаточно быстро провести серию тестов, проанализировать и сравнить их результаты и сделать окончательный вывод о причинах и месте неисправности.

Особенности тестирования xDSL-линий

Сегодня все большую популярность получают технологии xDSL. Оборудование xDSL применяется повсеместно, от организации связи между офисами и абонентского доступа до построения сетей операторов связи и корпораций.

Однако, оборудование xDSL выдвигает более жесткие требования к качеству кабельных линий чем традиционная телефония. Далеко не каждая медная пара способна обеспечить высокоскоростную передачу данных. Соответственно ужесточаются требования по классическим параметрам, таким как сопротивление, емкость и т. д. Дополнительно вводятся «новые» контролируемые параметры, о которых мы поговорим ниже.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

Передача в системах xDSL ведется в широком диапазоне частот (обычно до 2 МГц), в то время как полоса частот телефонной связи от 300 Гц до 3,4 кГц. Затухания сигнала при передаче по витой паре проводов зависят от частоты этого сигнала. А именно, высокочастотные сигналы затухают сильнее, чем низкочастотные. Именно поэтому измерение затухания сигнала (и соответственно построение АЧХ) на определенных частотах так важно при развертывании систем xDSL.

В данном контексте можно отметить, что некоторые приборы способны автоматически интерпретировать результаты. Для этого в них заложены данные об используемом каждой DSL-технологией диапазоне частот и предельном уровне затухания. По результатам тестирования оператору предоставляется подробный отчет о том, на каких рабочих частотах уровень затухания превышает предельный и в чем может быть причина. Это позволяет быстро оценить пригодность линии для работы той или иной технологии и провести диагностику.

Шум и помехи

Шум - это любой нежелательный сигнал, который наводится на линию и мешает нормальному распознаванию полезного сигнала приемником. Наличие шумов в линии приводит к снижению скорости канала (иногда до ноля).

Витая пара сконструирована таким образом, чтобы минимизировать наводки на нее со стороны соседних пар, электрических линий, источников импульсных помех. Также конструкция способствует отсутствию излучения со стороны пары на соседние пары в пучке.

В симметричном кабеле провода свиты между собой - этим достигаются симметричные условия возбуждения помехи в проводах кабеля, т. е. баланс. В идеально симметричной паре помехи, наведенные в проводах пары, взаимоуничтожаются.

На практике полного баланса конечно не бывает и некая результирующая помеха остается. То же самое можно сказать и относительно излученной помехи: чем лучше баланс пары, тем меньше она излучает наружу, в окружающую среду.

Однако, ничего идеального в мире не существует. Изоляция кабеля может быть повреждена в процессе эксплуатации. Внутрь кабеля может попасть вода и т. д. Кроме того, электромагнитная защита пары не бесконечна и если имеют место сильные импульсные помехи, они оказывают ощутимое влияние, даже если пара исправна.

Для определения баланса пары необходимо провести измерения емкости и сопротивления кабеля по направлениям «провод А» - «земля» и «провод В» - «земля». Полученные значения должны быть одинаковыми. Различия в результатах указывают на нарушение баланса пары. Это может произойти вследствие наличия следующих неоднородностей в кабеле: утечки на землю и замыкания, разная длина двух жил, высокоомные отводы, частичные обрывы и т. д.

Нарушение ЭМ-защиты может произойти также из-за того, что пара разбита в качестве пары проводов для передачи данных используется по одному проводу из разных пар. Таким образом, эти два провода не свиты между собой. Это приводит к тому, что в паре наводится сильный паразитный сигнал от внешних источников. Также разбитая пара обладает повышенным излучением и негативно влияет на остальные пары в пучке. Отсюда мы можем сделать вывод о том, что неисправность одной пары может вызвать неработоспособность всего пучка.

Выявить разбитые пары позволяют сравнительные тесты перекрестных помех с несколькими соседними парами. Такие тесты в английской терминологии называются «Stressed Noise»

Катушки Пупина

Для улучшения качества телефонной связи на некоторых протяженных линиях были установлены катушки Пупина. Катушки повышают индуктивность линии и тем самым делают АЧХ в диапазоне ТЧ более пологой. То есть уменьшается затухание голосового сигнала в телефонной линии. Такое решение оказалось достаточно эффективным способом улучшения качества связи в телефонных сетях.

Но у всякой медали есть обратная сторона! Дело в том, что при наличии катушек на линии, ухудшается АЧХ на остальной части частотного диапазона (выше 4 кГц). А ведь технологии xDSL используют для передачи именно эту часть спектра. Таким образом, становится невозможной работа xDSL-оборудования на линиях с установленными катушками Пупина.

Поиск катушек можно осуществлять, анализируя вид АЧ Х. На этом основана функция некоторых приборов по подсчету катушек (как, например, в анализаторе Tempo TS200). Данный метод является оценочным и не годится для поиска места расположения катушек. В то же время часто бывает достаточно определить число катушек, так как они обычно распределены по длине линии неким стандартным образом (например, каждые 2 км).

Однако, наиболее эффективным способом поиска катушек на линии является использование рефлектометра. Он позволяет по форме рефлектограммы с достаточной точностью определить их местоположение.

К счастью, в России катушки Пупина встречаются довольно редко и, в основном, на сельских сетях.

Параллельные отводы

Параллельные отводы появляются, когда к одному кабелю нужно подключить несколько абонентов, из-за ошибок монтажа линии и т. п. Проблема состоит в том, что сигнал передатчика отражается от конца отвода и накладывается на исходный. В результате приемник не в состоянии распознать полезный сигнал на фоне отраженного.

Для диагностики параллельных отводов удобнее всего применять рефлектометры. Они позволяют определить точку начала отвода и его длину.

На этом список возможных контролируемых параметров не заканчивается. Более того, с появлением новых xDSL-технологий их список может значительно расшириться. Однако, мы постарались осветить самые важные из них.

Существующее диагностическое оборудование

Специалистами компании СвязьКомплект накоплен большой опыт внедрения различных технологий xDSL на российских сетях связи, и соответственно - опыт эксплуатации различного тестового оборудования.

Некоторые производители xDSL-модемов встраивают в свои устройства различные диагностические функции. Например, модемы семейства Watson производства Schmid Telecom позволяют определять уровень затухания сигнала, запас по шумам и даже измерить коэффициент битовых ошибок (BER). Для этого необходимо подключить модемы к линии, подключить к модему компьютер с установленной терминальной программой и с помощью специальных команд провести тестирование. Однако понятно, что при сколь угодно значительных масштабах внедрения оборудования xDSL данный метод оказывается неприемлемым из-за своей трудоемкости, функциональной ограниченности, сложности интерпретации и документирования результатов.

Здесь, на помощь приходят многочисленные приборы и измерительные комплексы для тестирования кабельных линий.

Современные приборы для тестирования xDSL условно можно разделить на два класса: специализированные и универсальные.

Универсальный анализатор xDSL Tempo TS 200

Универсальный анализатор xDSL Elektronika ELQ-2

Специализированные приборы обычно состоят из двух модулей и предлагают пользователю тестирование всех основных описанных выше параметров. Часто такие приборы предлагают результаты типа «прошел»/«не прошел» для каждой конкретной модификации xDSL (например, HDSL, SDSL, ADSL, VDSL, G. SHDSL и т. д.) с использованием заданных масок допустимых параметров.

Также предлагается широкий набор сервисных функций. Например, голосовая связь двух операторов по тестируемой линии или управление удаленным модулем, передача и архивирование данных на ПК.

В качестве примеров специализированных приборов можно привести LT2000 производства итальянской ATEN и наборы SLK 11, 12 и 22 производства Acterna (ранее WWG).

Все эти модели обладают существенным недостатком - отсутствием полноценного рефлектометра. Они оборудованы небольшим дисплеем для отображения цифровой информации. Даже достаточно простые модели рефлектометров (например, Tempo TS90) оборудованы большим графическим экраном с возможностью динамического отображения рефлектограммы и масштабирования.

Универсальные анализаторы xDSL также обычно состоят из двух модулей и совмещают в себе мост, рефлектометр, мультиметр с возможностью измерения сопротивления изоляции. И, безусловно, они позволяют измерять новые параметры линий, важные для работы xDSL-оборудования. Дополнительно, стоит отметить, что универсальные приборы обычно более функциональны, чем специализированные.

Среди универсальных анализаторов можно отметить модель RiserBond 6000DSL, Elektronika ELQ-2, ATEN ALT2000 в комплекте с LT2000.

Отдельно, среди универсальных анализаторов необходимо остановиться на модели TS 200 производства компании Tempo. В TS 200 входит мост, мультиметр, полноценный рефлектометр как и во все универсальные анализаторы. Также прибор позволяет исследовать шумы в линии, определять баланс пары, проводить поиск катушек Пупина и т. д.

Единственный недостаток TS 200 - отсутствие второго модуля. Поэтому, например, для построения АЧХ линии необходимо ко второму ее концу подключать дополнительный генератор с известными параметрами. В качестве генератора, в частности, можно использовать АТ С. Большинство моделей АТС способны генерировать тестовые сигналы с известными параметрами (частота, мощность).

Преимущество TS 200 заключается в значительно меньшей стоимости по сравнению с двухмодульными универсальными анализаторами.

В заключение стоит сказать, что иногда удается успешно провести поиск повреждения линии, применяя лишь классические рефлектометры и мосты. Например, такую очевидную неисправность как обрыв можно локализовать с помощью обычного рефлектометра. А установить сопротивления шлейфа поможет мост.

Однако, в любом случае, достоверно определить пригодность линии перед установкой xDSL-оборудования способны только современные анализаторы xDSL.