Горохов В.М., Д.В. Сергеев, В.С. Столяров, Скаковский В.А.
Локализация
разбалансировки пары рефлектометром
При подготовке выделенной линии для широкополосного xDSL-доступа измеритель может
столкнуться с ситуацией, когда резкое снижение скоростного потенциала линии
вызвано наличием в линии сильных помех. В этом случае в [1] рекомендовано
проверить балансировку пары по затуханию асимметрии (в западной терминологии LONGITUDINAL BALANCE – сокращенно 
). Разбалансировка пары приводит к потере
защищенности от помех в линии. Что
может служить причиной нарушения симметричности пары? В [1, 2] указаны
возможные варианты: элементы защиты и некачественные соединения на
кроссе; некачественные муфты и скрутки; дефекты изоляции (в частности, возникновение
«сообщения» с соседней парой), разбитость пары. Некачественные соединения
приводят к омической асимметрии пары 
. Нарушения изоляции сопровождаются снижением сопротивления
по отношению к земле или соседним жилам 
. Характерная двукратная разбитость пары, как правило, слабо
влияет на параметры пары, снимаемыми на постоянно токе или при измерении
емкости, и может быть выявлена только измерением .
Все вышесказанное относится не только к линии ADSL, но и магистралям ИКМ, SHDSL (системы НАТЕКС и др.). При обнаружении разбалансировки пары по LB и указанным параметрам перед измерителем встает проблема устранения причины разбаланса пары, то есть локализации дефекта. Обычный комментарий в этой ситуации: «Поиск причины затруднителен. Не использовать» [3] . В [1] рекомендовано проверить пару на разбитость рефлектометром. Во всяком случае, остается довольно широкий спектр причин, локализация которых на сегодняшний день затруднительна.
В данной статье описывается новый способ, позволяющий локализовать место нарушения симметрии пары. Для этого авторы предлагают в рефлектометрических измерениях использовать схему измерения затухания асимметрии, с помощью которой собственно и выявляется нарушение баланса и защищенности пары от помех. Эта схема реализована и апробирована авторами в конструкции уникального вейвлет-рефлектометра ИРК-ПРО Гамма [4].
Примечание: Схема симметричного рефлектометра реализована также в Дельта-ПРО DSL, но с меньшей чувствительностью. Поэтому предлагаемый метод работает и для Дельта-ПРО DSL, однако параметры локализации несколько ниже.
Ограничения разрешающей способности рефлектометров
Рефлектометры определяют места дефектов линии связи по
неоднородности волнового сопротивления, приводящего к отражению зондирующего
импульса. Коэффициент отражения 
[дБ] определяется
выражением:
,
- модуль амплитуды
отраженной от дефекта волны; 
- амплитуда
зондирующего импульса, дошедшего до дефекта кабеля; 
- собственное волновое сопротивление линии связи, 
- волновое сопротивление
в месте дефекта. Рассмотрим пределы разрешающей способности для
некоторых типов повреждений.
Утечка
Рис. 1
В месте утечки волновое сопротивление 
представляет собой
параллельное соединение собственного волнового сопротивления линии и сопротивления утечки
:
В этом случае для коэффициента отражения можно записать:
Коэффициент отражения уменьшается с ростом сопротивления
утечки. На соответствующей рефлектограмме величина отраженного импульса также
уменьшается с ростом сопротивления утечки и при некотором критическом значении
становится неразличимой на фоне собственных неоднородностей кабеля. Собственные
неоднородности кабеля определяются величиной структурных возвратных потерь 
[дБ] и нормируются соответствующими стандартами. Так для
кабелей категории 3 структурные потери не должны превышать -12 дБ в частотном
диапазоне от 1 МГц до 10 МГц. Для категории 4 допускается -21 дБ, для категории
5 -23 дБ [5]. Будем считать что утечка будет различима, если она изменяет
волновое сопротивление не менее уровня собственных структурных возвратных
потерь. Для типичного кабеля связи с волновым сопротивлением 100 Ом (для частот
больше 100 кГц) можно построить зависимость величины отражения от сопротивления
утечки:
Рис. 2
Можно отметить, что для кабеля категории 3 удается регистрировать утечки от 0 до 110 Ом. Для категории 4 диапазон несколько расширяется, но все равно составляет лишь 130 Ом. Ситуация еще более ухудшается для старых кабелей.
Опытные измерители могут по рефлектограмме определять утечки в несколько килоом, однако такие способности следует отнести скорее к области мастерства, где уже нет места количественной оценке.
Муфта с омической асимметрией
Для муфты только с активной составляющей асимметрии можно нарисовать схему замещения:
Рис. 3
В муфте волновое сопротивление представляет собой
последовательное соединение собственного волнового сопротивления линии и сопротивления
асимметрии скрутки :
Соответствующий коэффициент отражения [дБ] сигнала определяется выражением:
На следующем рисунке показана зависимость величины отражения от муфты:
Рис. 4
Для кабеля категории 3 возможно обнаружение плохих контактов в муфте начиная с величины 70 Ом, для категории 4 эта величина имеет порядок 20 Ом. Ниже таких сопротивлений импульсы от муфты на рефлектограмме совпадают по величине с импульсами от собственной неоднородности кабеля.
Подводя итог краткому анализу, можно утверждать, что обычное включение рефлектометра позволяет надежно обнаруживать только утечки близкие к короткому замыканию в диапазоне 0¸130 Ом и некачественные скрутки (муфты) с сопротивлением больше 20 Ом.
Новый способ обнаружения места нарушения балансировки пар
Предлагается использовать рефлектометр с симметричными входом и выходом.
Рис. 5
Выход генератора зондирующих импульсов подключается к витой
паре имеющей локальный дефект. При этом распространяющаяся по симметричной паре
волна лишь в слабой степени наводит отклик в оболочке или другой паре кабеля.
Степень такой наводки определяется так называемым затуханием асимметрии (в
зарубежной литературе – продольный баланс - Longitudinal balance). Для типичных линий
связи значение не должно превышать
уровня -40 дБ. Практически на эту величину уменьшаются наводки, вызванные
собственной неоднородностью кабеля, что позволяет увеличить предельную величину
обнаруживаемого дефекта на 2 порядка.
Утечка
Ожидаемый предел определения утечки возрастает в новом способе для кабеля категории 3 с величины порядка 110 Ом до 11 кОм, а для более хорошего кабеля категории 4 до 40-50 кОм.
Рис. 6
Муфта с омической асимметрией
Для кабеля категории 3 возможна локализация плохих контактов в муфте начиная с величины 0,7 Ом (вместо 70 Ом в обычной схеме измерения), для кабеля категории 4 эта величина имеет порядок 0,1 Ом.
Рис. 7
Результаты испытаний
В испытаниях использовался прибор ИРК-ПРО Гамма в режиме вейвлет-рефлектометра со схемой включения приведенной на следующем рисунке:
Рис. 8
Утечка
При усилении в 36 дБ на кабеле длиной в
Рис. 9
Видно, что утечка в 13 кОм уверенно обнаруживается и вызывает даже больший отклик, чем открытый конец кабеля. Это естественно, т.к. открытый конец не вносит асимметрии в кабель и сигнал от него успешно ослабляется за счет симметрии самой пары. Аналогично ослабляется и сам зондирующий импульс до такой степени что его идентификация начинает вызывать затруднение. Для четкого позиционирования первого измерительного курсора на зондирующем импульсе приходится временно переключать прибор в режим совмещенного входа-выхода. Полярность отражений определяется как подключением рефлектометра, так и знаком асимметрии пары.
Муфта с омической асимметрией
При усилении в 39 дБ на кабеле длиной в
Рис. 10
Муфта с асимметрией 1 Ом уверенно обнаруживается на фоне собственных неоднородностей кабеля.
Заключение
Предложенный способ позволяет уверенно находить места нарушения балансировки пар и тем самым локализовать утечки и плохие муфты с диапазоном сопротивлений на 2 порядка выше, чем это было возможно при обычном подходе. Это дает возможность вместо смены выделенной пары провести работы по устранению дефекта, что становится все более востребованным с увеличением плотности выделенных пар ADSL. Актуально это и для магистралей ИКМ, SHDSL (системы НАТЕКС и др.), где смена пары, как правило, вообще невозможна.
Кроме локализации сосредоточенного разбаланса пары метод может быть использован для экспертной оценки линии в рефлектометрической технологии SELT. Отсутствие отражений по новой схеме в тестируемой линии свидетельствует о ее помехозащищенности, что позволяет оценить скоростной потенциал линии на уровне обычных шумов.
Новый метод превращает симметричную рефлектометрию – как импульсную, так и вейвлет – в мощный инструмент, помогающий измерителю при тестировании и поиске повреждений линий и магистралей ADSL/SHDSL.
Литература
- Бучинский А.Г. Подготовка выделенной линии ADSL. «Техника связи» №4, 2007.
- Горохов В.М. Измерения в сетях ADSL. «Техника связи» №1, 2007.
- Кочеров А.В. Как организовать подготовку кабеля для ADSL2+. «Телемультимедиа». №6, 2005.
- Горохов В.М., Сергеев Д.В. Вейвлет-рефлектометрия. «Вестник связи» №2, 2007.
- Власов В.Е., Парфенов Ю.А., Рысин Л.Г., Кайзер Л.И. Кабели СКС на сетях электросвязи: теория, конструирование, применение. –М.:Эко-Трендз, 2006. -280с.