Экология среды передачи, или что нужно для работы HDSL

Работа линии HDSL основывается на применении эхокомпенсаторов, использующих методы цифровой обработки сигнала. Однако несмотря на большую корректирующую способность эхокомпенсаторов, их возможности не безграничны.

Физическая цепь линии HDSL, как правило, неоднородна и представляет собой совокупность последовательно включённых отрезков витой пары различной длины и различного диаметра. Как правило, диаметр витой пары увеличивается по мере удаления от коммутационной станции, что диктуется экономическими и конструктивными соображениями. Кроме того, типовая абонентская линия имеет достаточно большое количество паяных соединений, поскольку строительная длина многопарных низкочастотных абонентских кабелей сравнительно невелика. Так, например, многопарные кабели телефонной сети имеют строительные длины 150 м; таким образом, при средней длине абонентской линии 3 км она может содержать примерно 10 сростков. С учётом различия диаметра провода на отдельных участках типовая абонентская линия является очень неоднородной средой передачи.

Кроме того, абонентские линии могут содержать параллельные отводы (bridged taps). Вышеуказанные факторы отклонения реальной абонентской линии от идеальной однородной симметричной пары увеличивают число и уровень отражённых сигналов и, таким образом, требуют значительного увеличения корректирующих возможностей эхо-компенсатора, что практически недостижимо. Поэтому реально наличие неоднородностей реальной абонентской линии сокращает величину перекрываемого затухания.

Соединительные линии местных сетей являются более однородной средой передачи по сравнению с абонентскими линиями, поскольку на них используется, как правило, кабель одного типа или, по крайней мере, кабель с жилами одного диаметра. Кроме того, эти линии не имеют пупинизации и параллельных отводов.

Требования к параметрам витых пар симметричных кабелей местных сетей США и Западной Европы, определяющие условия применения на этих линиях технологий xDSL, регламентированы соответственно стандартами ANSI и ETSI.

Практически эти минимальные условия состоят в следующем:

- абонентская линия не должна содержать пупиновских катушек;

- должна использоваться только витая пара или пара кабеля четверочной скрутки;

- дополнительное экранирование отдельных абонентских пар не является необходимым;

- количество параллельных отводов не должно быть более двух, а длина каждого из них не должна превышать 500 метров.

В отличие от абонентских линий, соединительные линии местных сетей представляют собой многопарные низкочастотные кабели, как правило, одного типа, т.е., имеют более однородные характеристики, чем абонентские линии. Поэтому требования к среде передачи линий HDSL определяются абонентскими линиями.

Сигнал HDSL при передаче по абонентской линии подвергается амплитудно-частотным и фазо-частотным искажениям, многократным отражениям, воздействию переходных влияний от соседних пар кабеля и импульсных помех.

Мерой искажений линии являются частотные характеристики затухания и группового времени распространения.

Особенно важным для достижения нормальной синхронизации подсистем HDSL, работающих по отдельным парам, является разброс группового времени распространения (ГВР) отдельных физических пар системы HDSL. В соответствии со стандартом ETSI допустимая разность значений ГВР симметричных пар линии HDSL не должна превышать 50 мкс. на частоте 150 кГц.

Это различие параметров отдельных пар компенсируется в блоке C оборудования LTU и NTU, где предусмотрен специальный буфер, рассчитанный на компенсацию разности группового времени распространения (ГВР) отдельных пар в 60 мкс.

Основным показателем качества линии HDSL является коэффициент ошибок. В соответствии с требованиями стандарта ETSI ETR-152 допустимая вероятность ошибок линии HDSL должна быть не более 10—7. Эта величина совпадает с допустимой вероятностью ошибок абонентской линии сети связи России.

Величина коэффициента ошибок однозначно определяется отношением сигнал/шум приёмника HDSL. Мощность шумов линии HDSL определяется внутренними и внешними источниками помех. К внутренним источникам относятся тепловой шум абонентской линии и собственный шум аппаратуры HDSL, обусловленный эхокомпенсатором. Внешними источниками помех системы HDSL являются переходные влияния со стороны систем передачи, работающих в том же кабеле, а также импульсные шумы коммутационной станции, электростатические разряды и др.

Исходной идеальной моделью шумов линии HDSL является модель, при которой линия является однородной и не имеет отводов, переходные влияния от соседних пар кабеля пренебрежимо малы а определяющими помехами являются собственные шумы линии и аппаратуры. Вторая, реальная модель шумов линии HDSL учитывает все источники помех и называется моделью шумов ETSI. На основе статистической оценки как параметров реальной аппаратуры, так и имеющегося опыта испытаний и эксплуатации линий HDSL в основополагающем стандарте ETSI ETR-152 рекомендованы максимально допустимые затухания регенерационного участка на частоте 150 кГц как для идеальной, так и для реальной модели шумов ETSI, представленные в нижеследующей таблице.

Таблица Допустимое затухание кабеля (дБ) на частоте 150 кГц
(ETR 152, с. 71)

* соответствует переходному затуханию на ближнем конце NEХT, равному 53 дБ на частоте 150 кГц

** соответствует переходному затуханию на ближнем конце NEХT, равному 41 дБ на частоте 150 кГц

Из представленной таблицы следует, что возможны три режима работы линии HDSL:

- режим 1, когда определяющими являются собственные шумы линии и функциональные шумы аппаратуры (например, шумы эхокомпенсатора);

- некоторый промежуточный режим 2, которому соответствуют умеренное переходное влияние на ближнем конце;

- наконец, режим 3, при котором переходные влияния особенно сильны.

Первому режиму соответствует применительно к сети связи России использование аппаратуры HDSL на высокочастотных симметричных кабелях, например, при реконструкции соединительных линий ГТС с аппаратурой КРР на кабелях типа МКС или соединительных линий СТС на кабелях типа КСПП. В этом режиме усилительная способность аппаратуры HDSL может быть использована полностью.

Второй режим работы это режим работы аппаратуры HDSL на соединительных линиях ГТС и СТС, использующих многопарные низкочастотные кабели типа Т, где более значительные переходные влияния по сравнению с первым режимом обусловлены как меньшим переходным затуханием самого кабеля, так и наличием большего числа влияющих пар по сравнению со случаем высокочастотного кабеля.

Наконец, третий режим линии HDSL наиболее вероятен при использовании аппаратуры HDSL непосредственно на абонентской линии, где количество источников влияния на магистральном участке абонентской сети вблизи АТС может исчисляться сотнями.

Обычно параметры реальной аппаратуры HDSL имеют запас в 2—3 дБ по сравнению со значениями, приведенными в представленной выше таблице. Этот режим позволяет при значениях затухания регенерационного участка, соответствующих стандарту ETSI, реально обеспечить коэффициент ошибок порядка 10—10, т.е., получить на линии HDSL качество передачи оптической линии или увеличить протяжённость линии HDSL при нормированном коэффициенте ошибок, равном 10—7.

Одним из главных отличий низкочастотных и высокочастотных симметричных кабелей является нормирование переходного затухания на ближнем конце:

в низкочастотных симметричных кабелях регламентирована минимально допустимая величина переходного затухания на частоте 800 Гц; ориентировочная величина переходного затухания на других частотах определяется известным соотношением 15lg (f/800), где f — измерительная частота в Гц;

в высокочастотных симметричных кабелях величина переходного затухания на ближнем конце регламентирована на нескольких высоких частотах, вплоть до частоты 550 кГц; такая регламентация определяется тем, что изначально высокочастотные симметричные кабели разрабатывались и предназначались для аналоговых систем передачи, верхней граничной частотой которых была частота 550 кГц ( именно в таком диапазоне частот работают аналоговые системы передачи КРР и Кама в однокабельном двухполосном режиме, когда в одном направлении передачи используется диапазон частот 12 - 252 кГц, а в другом направлении — диапазон частот 312 — 552 кГц). В двух нижеследующих таблицах представлены расчётные значения минимально допустимого переходного затухания кабеля нескольких типов низкочастотных и высокочастотных симметричных кабелей отечественного производства на частоте 150 кГц, принятой в качестве опорной расчётной частоты в ETR-152.

Таблица Значения переходного затухания между соседними парами кабелей отечественного производства, дБ 

Данные приведенной таблицы наглядно показывают большие возможности использования аппаратуры HDSL на существующих высокочастотных кабелях типа МКС, ЗК и КСПП местных, внутризоновых и магистральных линий передачи отечественной телекоммуникационной сети

В нижеследующей таблице представлены значения километрического затухания отечественных высокочастотных кабелей на опорной измерительной частоте 150 кГц, принятой в ETR-152.

Данные двух последних таблиц позволяют оценить возможности аппаратуры HDSL по сравнению с типовой аппаратурой ИКМ-30.

При использовании аппаратуры HDSL на одночетвёрочных высокочастотных кабелях типа ЗК и КСПП величина переходного затухания на ближнем конце такова, что длина линии HDSL практически ограничивается только усилительной способностью реальной аппаратуры HDSL, которая, как мы уже говорили, обычно превышает минимально допустимые значения, приведенные в ETR-152.

Например, аппаратура HDSL фирмы Orc k it, работающая по двум симметричным парам, перекрывает затухание участка кабеля, равное 40 дБ, на частоте 150 кГц. Если воспользоваться предыдущей таблицей, то длина линии HDSL с кабелем КСПП с диаметром жил 1,2 мм составит 11,5 км. Для сравнения укажем, что длина регенерационного участка типовой аппаратуры ИКМ-30, работающей по кабелю того же типа, составляет всего 5,1 км.

Таким образом, аппаратура HDSL может оказаться очень перспективной для применения на высокочастотных симметричных кабелях телекоммуникационной сети России.

Конечно, представленная достаточно грубая оценка возможностей аппаратуры HDSL на симметричных кабелях телекоммуникационной сети России носит скорее качественный характер. Могут потребоваться, разумеется, существенные уточнения в процессе конкретного проектирования. Однако это не может изменить общий вывод относительно эффективности применения аппаратуры HDSL на симметричных кабелях телекоммуникационных сетей России.