Тестирование и диагностика в инфокоммуникационных системах и сетях

131

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 линейных испытаний в различных участках сети. Использование измерительной техники позволяет значительно оптимизировать этот процесс.

Как показано на рис. 3.15 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 доступа.

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 лабораторных условиях устойчиво работает на имитируемом кабеле. Для этого оборудования проводятся линейные испытания на различных участках сети, в результате по данным практического 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. 3.16 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-

132

го стенда может обеспечить сокращение как количества необходимых линейных испытаний,

так и измерительного оборудования в десятки раз.

Рис. 3.16. Выбор оборудования методом линейных испытаний и методом с имитацией параметров

Последним этапом организации измерений является анализ влияния уже установленного в опытной зоне оборудования на параметры телефонной сети (как отмечалось выше, наличие специфических перекрестных помех, нарушение работы сети абонентского радиовещания,

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.

133

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. 3.2.

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 кабеля. 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. 3.17.

Рис. 3.17. Схема тонального тестирования с использованием двух анализаторов параметров ТЧ

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.

Рис. 3.18. Схема тонального тестирования с использованием анализатора параметров ТЧ и удаленного респондера.

134

В этой схеме необходимо использовать два анализатора с полными возможностями. Для оптимизации схемы и устранения упомянутого недостатка используются удаленные респондеры - приборы с неполными возможностями анализаторов. В частности в схеме,

представленной на рис. 3.18, используется удаленный респондер TX-1D, представляющий собой широкополосный генераторный модуль анализатора и управляемый анализатором.

В заключении можно сказать что на сегодняшний день метрология кабельных сетей передач данных (а более конкретно – медных кабельных сетей) пережила второе рождение.

Сейчас во главу угла ставится измерение параметров таких сетей и линий с точки зрения передачи высокоскоростных цифровых потоков на небольшие расстояния. Т.к. медные линии уже полностью вытеснены из сегмента магистральных линий волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС), то они используются, в основном, для подвода линии к конечному потребителю. Подходы измерительной технологии сегодня являются достаточно адаптивными – как бы адекватными задачам и областям измерений, что является несомненным их плюсом.

ГЛАВА 4. ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СОВРЕМЕННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ Системное и эксплуатационное измерительное оборудование

Измерительную технику современных телекоммуникаций можно условно разделить на два основных класса: системное и эксплуатационное измерительное оборудование.

К системному оборудованию относится измерительное оборудование, обеспечивающее настройку сети в целом и ее отдельных узлов, а также последующий мониторинг состояния всей сети.

Данный класс оборудования называется системным, потому что имеет широкие возможности интеграции в измерительные комплексы, сети измерительных приборов и вхо-

дить в качество подсистем в автоматизированные системы управления связью (TMN - Telecommunications Management Networks).

Эксплуатационное измерительное оборудование должно обеспечивать качественную эксплуатацию отдельных узлов сети, сопровождение монтажных работ и оперативный поиск неисправностей.

135

Основным требованием для системного оборудования является максимальная функциональность прибора: его спецификация тестов должна удовлетворять всем сущест-

вующим и большинству перспективных стандартов и методологий. В противном случае прибор не обеспечит полной настройки и оценки параметров сети или тестируемого устройства.

Таблица 4.1. Требования к измерительному оборудованию

Возможность интеграции в системы измерительного оборудования и интеграции с вычислительными средствами и сетями передачи данных также существенно в условиях создания TMN, куда должны быть включены и измерительные устройства.

Требование модернизируемости важно в силу быстрого развития технологии и принятия новых стандартов.

Удобство работы занимает лишь 4-е место. Имеется ряд многофункционального системного оборудования с «недружественными» интерфейсами. Это требует от специалиста долгого изучения средства измерения, что далеко не всегда эффективно.

Стоимость для системного оборудования не является первичным критерием выбора,

поскольку для приборов этого класса стоимость находится в прямой зависимости от функциональности. Портативность для этого класса оборудования не требуется.

Эксплуатационное оборудование должно быть в первую очередь портативным и дешевым, затем надежным и уже после этого многофункциональным.

136

Также необходимо отметить, что, учитывая общую тенденцию к миниатюризации в современной электронной промышленности, системное оборудование становится все более портативным, а эксплуатационное - все более функциональным.

Измерения в различных частях современной системы электросвязи

В основе системы электросвязи лежит первичная сеть, включающая в себя направляющую системы распространения сигнала (электрический кабель связи (ЭКС),

оптическое волокно (ОВ), радиоэфир или радиочастотный ресурс) и аппаратуру передачи сигнала, обеспечивающую создание типовых каналов и трактов первичной сети, которые используются для передачи информации.

Рис. 4.1. Структурная схема цифровой системы электросвязи Среда распространения сигнала используется доля создания типовых трактов первичной

сети. Так, например, цифровая первичная сеть может строиться на основе принципов PDH

или SDH.

Типовые каналы и тракты первичной сети используются различными вторичными сетями: сетями цифровой телефонии, цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN - Integrated Service Digital Networks), сетями на основе асинхронного режима передачи данных

(ATM), сетями передачи данных (ПД) на основе использования таких протоколов, как Frame

137

Relay, Х.25 и т.д., сетями сотовой радиосвязи и транкинга, а также сетями специального назначения: сеть диспетчерской связи, оперативного и технологического управления,

селекторных совещаний и т.д.

Группы измерений, характерные для вторичных сетей связи

Большое значение протокола ОКС7 как современной концепции сигнализации сети общего пользования требует отдельного рассмотрения в плане технологии измерений.

Технология ATM отличается тем, что она охватывает не только вторичную сеть, но и частично первичную.

В соответствии с представленной структурой может быть рассмотрена следующая классификация измерительных решений.

Первый уровень измерений - измерение параметров и характеристик направляющей системы передачи сигнала.

Второй уровень измерений - измерения цифровых трактов первичной сети.

Третий уровень - измерения на вторичных сетях связи.

Рис. 4.2. Основные группы измерений на вторичных сетях связи

Группа измерений канального уровня включает в себя измерения интерфейсов с первичной сетью, характеристик каналов вторичных сетей и пакетной структуры переда-

ваемой информации. Как правило, эта группа измерений относится к измерениям на первичной сети.

Группа измерений, связанная с анализом протоколов едина для всех вторичных сетей с учетом, что для организации взаимодействия устройств сети используются различные

138

протоколы сигнализации. Поэтому для анализа корректной работы устройств и выявления возможных противоречий в их работе необходим логический протокол - анализ работы узлов сети.

Отдельно от группы измерений протокол-анализа стоят измерения, связанные с имитацией трафика. Эти измерения необходимы для анализа способности сети связи пере-

давать и коммутировать заданную нагрузку трафика.

Изменения параметров качества предоставляемых услуг являются довольно разнородными для разных вторичных сетей. Часто эти измерения рассматриваются в случае,

когда предоставляемая услуга связана непосредственно с системой связи (например,

создание аналоговых абонентских линий сетью цифровой телефонии).

Все перечисленные измерения реализуются с использованием системного или эксплуатационного оборудования, применение которого зависит от задачи измерений,

полноты спецификаций тестов и условий измерений.

МЕТОД ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ

Назначение и область применения

•Контроль состояния оптических волокон (ОВ), выявление, определение характера и поиск дефектов ОВ.

•Измерение затухания ОВ на строительных длинах оптических кабелей (ОК), на отдельных участках волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), на длине регене-

рационного участка (РУ), на стыках ОВ.

•Измерение коэффициента затухания ОВ.

•Измерение расстояний до мест соединений ОВ и оценки качества стыков.

•Измерение характеристики обратного рассеяния ОВ и привязки ее к трассе прокладки ОК при паспортизации РУ ВОЛП.

Метод обратного рассеяния применяется на всех этапах строительства и эксплуатации

ВОЛП:

•При входном контроле.

•В процессе монтажа муфт ОК.

•При приемо-сдаточных измерениях и паспортизации РУ ВОЛП.

•Для непрерывного контроля состояния ОВ в процессе эксплуатации ВОЛП.

•При выполнении измерений в процессе аварийновосстановительных работ (АВР).

•Для поиска мест повреждений.

139

Основные положения

В основе метода лежит явление обратного Рэлеевского рассеяния.

Основные факторы формирования потока обратного Рэлеевского рассеяния:

•флуктуации показателя преломления сердцевины вдоль волокна;

•отражения от рассеянных и локальных неоднородностей.

Рис. 4.3. Формирование потока обратного рассеяния

Мощность обратно рассеянного потока PS (t), измеренная в точке ввода оптических импульсов в ОВ с некоторой задержкой t относительно момента посылки зондирующего импульса, определяется мощностью обратного рассеяния в точке ОВ, расположенной на расстоянии от места измерения, равном:

где vg - групповая скорость распространения оптического импульса.

c - скорость света;

ng - групповой показатель преломления.

В первом приближении мощность обратно рассеянного потока PS(t) равна

где P0 - максимальное (пиковое) значение амплитуды зондирующего импульса в точке ввода;

t - длительность зондирующего импульса;

S, ad - параметры Рэлеевского рассеяния.

- коэффициент затухания оптического волокна дБ/км; vg - групповая скорость.

S - параметр обратного Рэлеевского рассеяния, равный отношению обратно рассеянной мощности в некоторой точке ОВ ко всей рассеянной мощности в этой точке:

140

Параметр S определяется свойствами ОВ (форма профиля, апертура и пр.).

Рис. 4.4. Ступенчатый профиль показателя преломления

Параметр Рэлеевского рассеяния ad, равный отношению мощности, рассеянной в некоторой точке ОВ, к падающей оптической мощности в эту же точку:

Мощность обратного рассеяния прямо пропорциональна параметрам зондирующего импульса на вводе ОВ P0 и t , параметрам ОВ ad и S и экспоненциально зависит от зату-

хания а и групповой скорости vg ОВ. В свою очередь, vg обратно пропорциональна групповому показателю преломления ОВ.

Часто используется понятие коэффициент обратного рассеяния k:

Тогда мощность потока обратного рассеяния определяется по формуле:

и разность уровней обратно рассеянной мощности, измеренных на ближнем конце в моменты времени и , есть затухание ОВ на соответствующем участке линии.

где

Коэффициент обратного рассеяния k изменяется вдоль волокна случайным образом: