DSL на 100 процентов

В марте 2009 г. стараниями ЗАО "Экспо-Телеком" был проведен 3-ий семинар-совещание "Развитие широкополосного доступа на сетях электросвязи России - ШПД-2009". Существенное внимание на нем было уделено системам PON, ETTH, РоЕ. Но неотклонимым условием развития доступа на базе этих технологий является создание спец кабельной инфраструктуры и проведение существенного размера монтажных работ, что, естественно, дорого и хлопотно.

Операторы связи показывают тенденцию к освоению Triple Play, рассматривая эту суть не столько как новейшую телекоммуникационную технологию, сколько как метод предоставления доп услуг, к примеру, распространения ТВ-программ средством сетей ШПД. А сети ШПД, уже сделанные и основанные на технологии ADSL, могут быть развиты переходом на ADSL2+ и VDSL2.

Расширение сетей доступа, рост скорости и развитие диапазона услуг при сохранении наиболее доступного метода построения сети по технологиям DSL безизбежно приводят к необходимости выработки технической политики, направленной на обеспечение эксплуатационной надежности сетей ШПД DSL при заполнении парной емкости кабелей связи на 100%.

Нормы и теория

Техно политика реализуется разработкой и принятием соответственных нормативных документов. Примером является проект ГОСТ Р "Многопарные кабели с медными жилами для цепей широкополосного доступа", разработанный ЛОНИИС. Эталон учитывает технические свойства современного оконечного оборудования (премопередатчики DSL), топологию российских абонентских кабельных сетей, способности кабельных заводов России.

Продвинутые компании кабельной индустрии (КП) выпускают кабели связи по личным ТУ, переходные воздействия в каких нормируются самыми различными методами, что находит отражение в материалах, представляемых на промышленных веб-сайтах. Все же, приводимые сведения разрешают оценить защищенность от переходных помех на далеком конце на соответствующей для ADSL измерительной частоте равной 300 кГц в границах:

• ЕLFЕХТ_КП (300 кГц, 1 км) > > 50...70 дБ.

Новейший ГОСТ Р может дозволить компаниям кабельной индустрии выпускать конкурентоспособную продукцию по ясным техническим спецификациям, а проектным организациям и операторам связи производить проектирование сетей доступа и планировать высокоскоростной ресурс сетей, построенных с применением ШПД-кабелей, исходя из предложенной в проекте ГОСТ Р нормы защищенности от переходных помех на далеком конце равной 40 дБ для частоты 2 МГц, что после приведения к частоте 300 кГц составит:

• ELFEXT_ГОСТ (300 кГц, 1 км) > > 40-20 x lg (300 кГц/2 МГц) = 56 дБ.

Находящиеся в эксплуатации кабельные сети были построены с внедрением телефонных кабелей, требования к электрическим чертам которых соответствуют ранее действовавшим нормам, представленным в ОСТ 45.36-97 "Полосы кабельные, воздушные и смешанные городских телефонных сетей. Нормы электрические эксплуатационные" и в ГОСТ Р 51311-99. Согласно ОСТ 45.36-97 переходное затухание на частоте 1 кГц обязано быть более 69,5 дБ, что приведением к 300 кГц даст норму:

• NEXT_OCT(300 кГц)> 69,5-15 x lg (300 кГц/1 кГц) = 32 дБ.

Можно считать, что и норма для защищенности от переходных помех на далеком конце в данном случае тоже составит:

• ELFEXT_OCT (300 кГц, 1 км) > 32 дБ.

Системные исследования критерий электромагнитной сопоставимости цифровых линий DSL, организуемых на российских кабельных сетях без выполнения их модернизации, к огорчению, так и не были произведены. Все же, данные проведенного создателями анкетирования профессионалов отрасли проявили, что на находящихся в эксплуатации телефонных кабелях защищенность от переходных помех может понижаться до 20 дБ, т.е.:

• ELFEXT_сеть(300 кГц, 1 к.ч) > 20 дБ.

Располагая моделью цифровых линий, несложно получить скоростные свойства современных линий xDSL. He обременяя читателя необходимостью анализа семейств таковых черт, ограничимся представлением лишь идеализированного варианта. Тут поперечник жил и наибольшая длина полосы соответствуют фактическому состоянию российских абонентских сетей (0,4 мм и 6 км), а идеализировано конкретно качество линий, охарактеризованное нормой защищенности - не ужаснее 50 дБ, что фактически соответствует Советы МСЭ-Т L.19:

• ELFEXT_L. 19(300 кГц, 1 км) > 48 дБ.

Все же, даже в настолько абстрактных критериях при размещении DSLAM конкретно на станции скорость доступа не быть может обеспечена выше 6 -9 Мбит/с (загрузка пар на 100 %, линия средней длины 2,6 км). Другими словами оператор фактически лишен маневра, потому что скорость ограничена рабочим затуханием и фактически не зависит от выбора типа полосы - ADSL/ADSL2+/VDSL2.

Установка DSLAM, к примеру, вместо распределительного шкафа (РШ) уменьшает среднюю длину медножильной полосы до 300 м, что дозволяет получить скорость доступа, определяемую применяемой технологией DSL.

Результат 1. Результаты детализированных расчетов скорости при установке DSLAM вместо РШ при различном качестве кабеля представлены в табл. 1 и показывают последующие способности сети применительно к ADSL/ADSL2+/VDSL2 соответственно:

• 8/23/82 Мбит/с - на кабелях, соответственных высшим достижениям КП;


• 8/22/63 Мбит/с - на кабелях, соответственных проекту ГОСТ Р;


• 8/18/44 Мбит/с - на кабелях, соответственных Советы МСЭ-Т L19;


• 6/12/23 Мбит/с - на мало "ухоженных" кабельных сетях;


• 4/5/8 Мбит/с - на кабелях, формально соответственных ОСТ 45.36-97;


• 1/1/1 Мбит/с - на кабелях с разбитыми парами либо замокших.

Переходные проблемы на практике

Обозначенные соотношения относятся к стационарному режиму и не учитывают динамики установления соединения в процессе активации линий, т. е. при изменении процента загрузки многопарного кабеля с 0 до 100 %. Динамика загрузки кабеля очень трудно моделируется, и ее свойства значительно проще получить в опытнейшей зоне.

Предсказуемое течение процесса загрузки кабеля цифровыми линиями наблюдается на "ухоженных" сетях (ELFEXT(300 кГц, 1 км) > 40...50 дБ). На практике существенное число композиций пар телефонных кабелей, в лучшем случае удовлетворяя требованиям ОСТ 45.36-97, характеризуется недостаточной защищенностью. Доп нехорошим обстоятельством является разброс значений фактической защищенности, который составляет около 20 дБ и в границах которого можно разглядывать протекание частотной свойства (ЧХ) переходного воздействия как случайный процесс.

Разглядим эпизод в процессе заполнения кабеля цифровыми линиями. Пусть в итоге ранее сделанных установок достигнуто равновесие в том смысле, что скоростные притязания оконечного оборудования каждой і-ой полосы ADSL/ADSL2+ ограничены фактическими помехами, создаваемыми примыкающими линиями.

Попытка установления соединения (HandShake) по вновь включаемой полосы ADSL/ADSL2+ начинается с подачи опросных сигналов, которые понижают защищенность примыкающих, ранее удачно функционирующих линий. Рассматривая процесс установки как случайный, т. е. выполняемый без отбора пар (а какой быть может отбор, ежели начально заявлено уплотнение на 100 %), следует иметь в виду, что в силу случайного нрава ЧХ ELFEXT защищенность работающих линий может значительно понизиться - на 20 дБ.

Обычный линейный профиль имеет припас по помехозащищенности SNR margin равный 6 дБ, которого в этом случае оказывается недостаточно. Конкретно по данной причине на сетях, характеризуемых нормой защищенности ELFEXT(300 кГц, 1км) > 30 дБ следует подымать припас помехозащищенности с 6 до 18 дБ.

Через две секунды фиксируется трагедия по ошибкам и начинается новенькая процедура установления соединения по і-ой полосы. Так как процедуры установления соединений по различным парам идут сразу и асинхронно, то измерение спектральной плотности помех в подканалах (бинах), нужное для вычисления скорости передачи, осуществляется на разных шагах HandShake, a не для установившихся режимов передачи. В итоге количество неудачных попыток установления соединений, а означает и время установления (восстановления) соединений по данным парам может резко возрости.

Результаты тестов проявили, что при установки 30 линий ADSL/ADSL2+ в 100-парном кабеле ТП диапазон помех в задействованных парах приближается к модели "AWGN-110", но для 10 % пар - к трагической "AWGN-80". При одновременной активации всех 30 линий общее время установления работоспособного состояния составляет порядка 15 мин., а следующая активация каждой новейшей полосы может приводить к появлению аварийных перезапусков в пары ранее установленных соединениях.

Результат 2. Экспериментально показано, что на кабелях с ненормированными переходными воздействиями установка линий с припасом помехозащищенности 6 дБ приводит к повышению частоты переустановки соединения, каков процесс может спровоцировать цепочку переустановок, что значительно понижает надежность сети доступа. В данном случае целенаправлено прирастить припас помехозащищенности до 12 - 18 дБ.

Продольные индивидуальности

Опыт развертывания сетей ШПД ADSL/ADSL2+ указывает, что на работоспособность сети, кроме переходных воздействий меж парами, существенное воздействие оказывают продольные помехи, возникающие в цепях заземления оборудования сетевого узла либо юзера.

Механизм образования и измерения продольных помех изложен в советы МСЭ-Т К.24. Продольная помеха формируется за счет токов, протекающих по цепям заземления оборудования сетевого узла, и преобразуется в поперечную помеху вследствие асимметрии пар, также из-за асимметрии линейных портов оборудования. Магистральные проводники, соединяющие стойки DSLAM и другого оборудования с конструктивом кросса, общей точкой заземления и фактически конструкцией заземления, традиционно имеют довольно огромную длину, в особенности при размещении оборудования на верхних этажах спостроек. В итоге импеданс цепи заземления на верхней границе спектра частот ADSL уже существенен (около 3 Ом/м), становится значимым для ADSL2+ (6 Ом/м) и фактически разрывает цепь в спектре VDSL2 (30 Ом/м). Другими словами заземление не делает собственной роли по шунтированию помех.

Норма затухания асимметрии каждого линейного порта DSLAM, также каждой пары кабеля, составляет 40 дБ. Соответственно, часть линейного сигнала каждой DSL-линии протекает по цепи заземления, "коллективизирующей" помехи. Эта составляющая отсутствует на окончании пары, когда пара еще не подключена к оборудованию, потому что продольная цепь разорвана.

На одной из телефонных станций были проведены измерения в критериях, когда сразу были активированы около 400 ADSL-линий из 1200 присоединенных. Измерения, выполненные после выявления и устранения источников помех от сети электроснабжения, проявили, что продольный ток помехи преобразуется в поперечную помеху со диапазоном, подходящим модели "AWGN-120", ежели величины затухания асимметрии пары и линейного порта соответствуют норме 40 дБ. Таковая помеха повлияет на все кабели данного сетевого узла независимо от загрузки каждого кабеля.

В описанном случае защищенность приемника ADSL Ann.A Upstream (26...138 кГц) составит:

• SNR _US="ADSL-40" - "AWGN-120" - IL = -40 + 120 - 29 = 51 дБ.

Тут IL = (11 дБ/км) х(2,6 км) = = 29 дБ - внесенное затухание, рассчитанное по коэффициенту затухания для кабеля ТП-0,4 на верхней границе спектра частот Upstream и при длине полосы равной 2,6 км.

Величины защищенности в 51 дБ довольно для устойчивой работы приемника Upstream с показателем загрузки DMT-каналов (51 дБ - 16дБ)/(3дБ/бит) = 12 бит/бин, что значительно перекрывает требования советов МСЭ-Т G.992.1 (более 6 бит/бин) и G.992.3/G.992.5 (более 9 бит/бин).

Но напомним, что выставленные данные были получены после поиска и устранения источников помех и дефектов, а начальное состояние можно было бы найти как неустойчивое и охарактеризовать разбросом скорости Upstream в границах 200 - 800 кбит/с. Обратный расчет даст защищенность в наихудшем случае:

• SNK_US = (200 кбит/с)/(138 кГц - 26 кГц) х (3 дБ/бит) + 16 дБ = 21 дБ.

Тогда эквивалентная спектральная модель помех на станционном окончании пары "неопрятной" сети быть может определена как "AWGN-90", потому что:

• "ADSL-40" - SNR_US = - 40 -21 - 29 = -90 дБм/Гц.

Результат 3. Фактически определены спектральные модели помех для "ухоженной" "AWGN-120" и "неопрятной" "AWGN-90" сетей, что дозволяет квалифицированно делать контроль спектров помех на окончаниях пар.

Импульсные проблемы

Доп. воздействие оказывают составляющие продольных помех, возникающие при работе аналоговых АТС. Эти помехи содержат импульсную составляющую, которая может превосходить значения среднего уровня помех на 30 дБ и поболее. Воздействие импульсных помех на работоспособность ADSL/ADSL2+ определяется необходимостью выполнения требований помехозащищенности сигнала (SNR) в каждом передаваемом кадре сигнала. Измерительные приборы, обычно, определяют усредненные значения уровней сигналов и помех (традиционно за 1 с). Действие значимой одиночной импульсной помехи (продолжительностью, обычно, наименее 1 мс) приводит к искажению пары знаков линейного сигнала ADSL (продолжительность знака равна 250 мкс) и, соответственно, к фиксации одной секунды, пораженной ошибками. Наличие 2-ух секунд, пораженных ошибками, воспринимается приемопередатчиками как трагедия, после этого следуют разрыв соединения и процедура перезапуска (Retrain).

Для выявления импульсных помех нужно применять приборы, имеющие особые режимы измерения. Обыкновенными измерениями спектральной мощности шума импульсные помехи не выявляются, так как воздействие одиночного импульса малой продолжительности на среднее значение измеряемого сигнала несущественно (обычно, наименее 0,1 дБ). Контрольные измерения демонстрируют, что импульсные помехи почаще проявляют себя на абонентской стороне линий и на линиях большенный длины, но могут наблюдаться и на станционной стороне чисто цифровых АТС.

Существенную опасность представляют также составляющие продольных помех, наводимых от сети электроснабжения оборудования. В ГОСТ 13109-97 требования по уровню помех в спектре частот ADSL практически ограничиваются последующей нормой: "на вводе в здание амплитуда импульса в течение 90 % времени не обязана превосходить 6 кВ". Контрольные измерения демонстрируют, что составляющая продольной помехи в полосе ADSL зависит от режимов работы сети электроснабжения и непостоянность уровня помех может достигать 30 дБ.

Результат 4. Главные способы борьбы с помехами от сети электроснабжения сводятся к ограничению и фильтрации помех на вводе в здание, на вводе в помещение сетевого узла, также к повторяющемуся контролю режимов работы цепей электропитания и заземления оборудования. Кроме выполнения "разовых измерений" показан мониторинг всплесков помех в полосе частот DSL.

Итого

Сформулируем советы, направленные на обеспечение подабающей эксплуатационной надежности сети ШПД ADSL/ADSL2+/VDSL2 в критериях рвения к предоставлению услуг для 100 % абонентов сети:

• использовать кабели, спец для сетей ШПД xDSL и не уступающие требованиям;


• располагать DSLAM как можно поближе к абонентам;


• проектировать сети на базе высокоскоростных черт, соответственных нормативным требованиям к линейно-кабельным сооружениям;


• планировать загрузку линий с ограничением по скорости в согласовании с реально тарифицируемым трафиком (сложившаяся практика такая, что линейная скорость не подвергается ограничению на DSLAM после установки полосы, что делает необоснованно высшую загрузку кабеля уровнем мощности линейных сигналов);


• планировать режим линий с увеличением припаса помехозащищенности с 6 дБ (установка по умолчанию) до 12 - 18 дБ (увеличение припаса сбавляет скорость - см. табл. 1, но обеспечит устойчивость);


• применять частотный менеджмент конфигурирование частотных планов наиболее взаимовлияющих пар, при котором эти частотные планы не пересекаются (п. 8.5.1 Советы МСЭ-Т G.992.3);


• использовать функцию автоматического понижения мощности Power cut-back (п. 8.5.1, 8.5.2, 8.6.4 Советы МСЭ-Т G.992.3);
• расширить перечень параметров и критерий сопоставимости модемов и DSLAM, проверяемых при сертификации оконечного оборудования, последующими параметрами затухание асимметрии линейных портов, эффективность управления припасом помехозащищенности, ограничения линейной скорости, частотного менеджмента и функции Power cut-back;


• делать массовую установку цифровых линий сетей ШПД xDSL без выполнения обученных измерительных работ (хороший результат обеспечивается за счет планирования и ограничения линейной скорости), ограничиваясь контролем сопротивления изоляции и шлейфа, емкостной и омической асимметрии в согласовании с классическими нормами;


• создавать квалифицированные измерения при появлении затруднений в процессе установки либо в процессе эксплуатации сети.

Доп приз

Перенос DSLAM поближе к абоненту понижает воздействие рабочего затухания и кроме существенного выигрыша по скорости дозволяет совсем обоснованно применять для обученных измерений единственный измерительный устройство. Таковой подход уже издавна получил заглавие SELT (Single Ended Loop Testing), но пробы перенести его на российскую почву не приносили существенного эффекта, потому что до недавнешнего времени длина полосы значительно превосходила диагностические способности способа.

Укорочение полосы обеспечивает приемлемую точность способа SELT, сочетаемую с простотой организации измерительных работ и малыми затратами времени. Так, к примеру, измерительная разработка "xDSL/ГодностьПары" дозволяет автоматом за 2 мин. локализовать неоднородности и квалифицировать соответствие:

• значений электрической длины по емкости, сопротивлению, затуханию, задержке и скорости передачи физической (учетной) длине кабеля;


• помех на окончании пары спектральным шаблонам;


• затухания асимметрии и отражения нормам частотных черт.

Сравнение высокоскоростных черт DSL указывает, что ежели "архаичные" технологии - ADSL.lite/ADSL - имели очень протяженный (2 - 4 км) участок с неизменной скоростью передачи, то современные системы - ADSL2+/VDSL2 - показывают понижение скорости фактически с первых 10-ов метров дистанции.

Близкая к обратно пропорциональной зависимость скорости ADSL2+/VDSL2 от длины доказывает возможность рассмотрения скорости передачи в качестве того же электрического параметра полосы как сопротивление либо емкость. Конкретно на необходимость детализированного учета высокоскоростных черт DSL и возможность их настолько же детализированного контроля охото направить особенное внимание читателя, который ставит собственной задачей обеспечение эксплуатационной надежности сетей доступа при стремящейся к 100 % загрузке кабеля.