Ассиметричные линии. Цифровые абонентские линии. Цифровая связь с абонентом и цифровые модемы

Наиболее надежные несимметричные линии связи выполняются с использованием коаксиального кабеля, но они дороги. Другой недостаток несимметричных линии - высокий уровень помех, имеющихся в общем проводнике. Эти недостатки практически отсутствуют у симметричных линий связи.

Симметричные линии - это два проводника изолированные от общего проводника. Как на входе, так и на выходе симметричная линия нагружается на характеристическое сопротивление, причем нагрузка подключается симметрично относительно общего проводника.

Обычно симметричные линии выполняются в виде витой пары (см. рис.114), характеристическое (волновое) сопротивление которой обычно около 130 омов.

Рис.114. Симметричная линия связи.

Симметричная линия имеет повышенную помехоустойчивость за счет того, что оба проводника линии подключены к общему проводнику схемы через одинаковые сопротивления. Для организации нормальной работы линии необходимо в обоих проводниках линии сигнал передавать в противофазе, это означает, что если на входе одного проводника линии сигнал имеет высокий уровень, то на входе другого проводника сигнал должен иметь низкий уровень.

Это можно осуществить с использованием двух инверторов при передаче и соответственно RS триггера при приеме (рис.115).

Рис.115. Симметричная линия связи с ТТЛ элементами.

Логические элементы, используемые в качестве передатчиков должны иметь повышенную нагрузочную способность, например 155ЛА6 или транзисторные каскады, построенные на базе микросхемы 155ЛП7 (рис.116).

Рис.116. Передатчик на микросхеме 155ЛП7.

На рисунке приняты обозначения: D - вход данных, С - вход синхронизации, А - вход линии связи. Так как для нормальной работы симметричной линии связи на проводники линии сигналы должны подаваться в парафазном коде, в левой схеме транзисторы включены эмиттерными повторителями, а инверсия осуществляется нижним элементом 2И-НЕ. В правой схеме один транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя (инверсия отсутствует), а другой включен ключом (инверсия присутствует). Для согласования в качестве нагрузок в обеих схемах используют резисторы равные половине волнового сопротивления .

В качестве приемников симметричных линий связи необходимо использовать устройства, рассчитанные на парафазное представление информации и с гистерезисом на входе.

Лекция 35.

1. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Электронные устройства предназначенные для изменения формы представления значений переменных. Существуют аналоговая и цифровая формы представления информации. Аналоговая форма представления состоит в том, что любая переменная представляется непрерывно изменяющейся величиной. Примером может служить электрическое напряжение или ток в любой электрической цепи. Действительно, ток в электрической цепи может принимать значение определяемое параметрами цепи, но количество этих значений бесконечно большое. Цифровая форма представления состоит в том, что значение переменной представляется многоразрядным числом позиционной системы счисления. Количество значений переменной при этом определяется погрешностью представления переменной. Так если переменная представляется четырехразрядным десятичным целым числом, то погрешность представления - единица младшего разряда, а количество значений переменной 10000.

→ Асимметрия омическая и емкостная
Электрическая ёмкость. Поиск обрывов и разбитости
Измерение переходного затухания на ближнем конце
Импульсный метод измерения кабеля

Асимметрия

Что бы ни пугало непонятное слово придётся вникнуть в его логический смысл. Всем привычно понятие симметрия. Это когда с двух сторон одинаково - как колёса или фары в машине или глаза на лице, то есть когда правое такое же как и левое. Соответственно асимметрия это когда несимметрично: правое больше левого или наоборот.

Теперь вернёмся к кабелям и линиям. В подавляющем большинстве случаев в кабелях и проводах связи с металлическими жилами используются парные (симметричные) линии, то есть все параметры одного провода пары такие же, как параметры второго провода этой же пары. Параметры эти: сопротивление жил, изоляция, электрическая ёмкость к экрану (земле) и индуктивность. Соответственно разницу в них называют асимметрией. При этом различают асимметрию:

→ по сопротивлению жил - омическая асимметрия
→ по ёмкости к земле (экрану) - емкостная асимметрия
→ по изоляции к земле (экрану) - асимметрия по изоляции
→ по индуктивности - асимметрия индуктивности шлейфа

Асимметрия индуктивности шлейфа не измеряется. Асимметрия по изоляции в случае понижения изоляции одного провода ниже нормы называют "землёй" или повреждением, а в остальных случаях не измеряют.

При плановых и приёмо-сдаточных измерениях измеряется омическая асимметрия. И относительно недавно и в связи с активным использованием DSL-модемов стала измеряться асимметрия емкостная.

Асимметрия омическая

Омическая асимметрия – разница в сопротивлении двух жил пары постоянному току .

Мерить сопротивление одной жилы в проложенном кабеле проблематично. Гораздо проще сравнить сразу две. Для этого в приборах ПКП, ИРК-ПРО и др. предусмотрена соответствующая мостовая схема. Шнуры включаются так же, как при измерении шлейфа , только закороченная пара на другом конце заземляется или присоединяется к экрану кабеля. Выбирается соответствующий режим измерений, получается ответ в Омах. Остаётся сравнить с шлейфом пары и нормой 0,5% (СТС) или 1,0% (ГТС).
↓ Официально ↓

Как правило, небольшая асимметрия (1-2%) получается из-за разности диаметров жил в кабельной паре. Что в свою очередь, происходит из-за изношенности фильер при вытяжке жил на кабельном заводе. Или проще, из-за недостаточного контроля технологии изготовления.

Существует представление о том, что асимметрия в смонтированной длине кабеля возникает из-за некачественной скрутки муфт и плохого контакта в плинтах. Сопротивление вносимое контактами плинтов и соединителей в муфтах очень мало и не способно внести существенную разбежку.
Норма на это сопротивление есть в приложениях к
ОСТ 45.36-97 → Характеристики соединителей токопроводящих жил кабелей
ОСТ 45.62-97 страницы: → Характеристики соединителей жил кабелей и → Характеристики модулей подключения плинтов

Выполняя входной контроль кабеля приходящего с завода можно убедиться, что асимметрия есть уже до монтажа муфт. И, как правило, плохая скрутка при монтаже имеет гораздо бо́льшее сопротивление и очень быстро переходит в обрыв. Так что основной «поставщик» ненормальной асимметрии кабельный завод.
__________

P.S. 12.02.14 . Любопытно, что в ГОСТ Р 54429-2011 Кабели связи симметричные для цифровых систем передачи. Общие технические условия требования по омической асимметрии не столь строгие ↓

5.2.2 Требования к электрическим параметрам
5.2.2.1 Электрическое сопротивление жилы постоянному току, пересчитанное на длину 1000 м и температуру 20°С, должно быть:
- не более 95 Ом -для кабелей для СКС с однопроволочной жилой;
- не более 145 Ом - для кабелей для СКС с многопроволочной жилой;
- не более значения, указанного в технических условиях на кабели конкретных марок для ШПД.
5.2.2.2 Oмичecкaя acимметрия жил в рабочей паре должна быть не более 3% для кабелей категорий 3 и 5 и не более 2% - для кабелей категорий 5е, 6, 6А, 7 и 7А.

Так как речь в этом документе идёт о сопротивлении одной жилы, а не о шлейфе , то для пересчёта процента омической асимметрии к сопротивлению шлейфа следует значения 3% и 2% делить на два. То есть получиться 1,5% и 1% и именно эти цифры сравнимы с нормой 0,5% из ОСТ 45.83-96 или 1% из ОСТ 45.36-97

Асимметрия емкостная

Емкостная асимметрия это разница в ёмкости к земле (экрану) двух жил пары . Например, ёмкость жилы "а" к "земле" 36 nF, а ёмкость жилы "б" 35 nF. Отнимаем большее от меньшего (чтобы не выкидывать получившийся минус) и получаем емкостную асимметрию абсолютную в нанофарадах (nF)

A c =|С а -С б |, (nF)

здесь
A c - aсимметрия емкостная
С а - ёмкость жилы "а" к экрану
С б - ёмкость жилы "б" к экрану

Расчёт: А с =36-35=1(nF)

Чтобы вычислить относительную асимметрию (А со) надо разделить получившееся значение на ёмкость одной жилы и умножить результат на 100%, то есть

А со =А с /С а *100%,

Расчёт: А со =1/36*100%≈2,8%

Норма "не более 5 %"

Так же как и асимметрия омическая при нормальной изоляции линии не исправляется ремонтом кабеля, а только его заменой.

Проблемы, связанные с асиметрией в кабелях связи. Измерение линий связи. Ассиметрия.

Зачем измеряют асимметрию и на какие параметры линии она оказывает влияние.

Телефонный провод, передающий какой-либо сигнал, окружает себя электромагнитным полем. Второй провод пары, учитывая, что ток течёт в нём в противоположном направлении, полностью уравновешивает это, создающее помехи поле. Если же пара с большой асимметрией, то уравновешивания не происходит. Сигнал на такой паре создаёт помехи в кабеле, и наоборот любая помеха проникает в эту линию. То есть асимметрия влияет на защищённость линии.

Для обычного телефона проблем от небольшой асимметрии, как правило, нет. Проблемы возникают у модемов и факсов, а их в свою очередь, становится на наших линиях всё больше и больше.

Помимо параметров передачи огромное влияние на электрические характеристики симметричных кабелей оказывают также параметры влияния.

ПАРАМЕТРЫ ВЛИЯНИЯ

Основным методом уменьшения таких влияний служит скрутка жил медной пары. Наиболее жесткие требования в этом отношении предъявляются в структурированных кабельных системах (СКС) с широким диапазоном рабочих частот: отсутствие скрутки жил допускается на расстоянии не более 1/2 дюйма от точки соединения двух отрезков кабеля.

Мерой оценки переходных влияний являются переходное затухание на ближнем конце (Near End Crosstalk, NEXT) и переходное затухание на дальнем конце (Far End Crosstalk, FEXT). Указанные параметры позволяют оценить пригодность пар симметричных кабелей для высокоскоростной передачи данных. Переходные затухания NEXT и FEXT могут выражаться через логарифм отношения мощности генератора P 1 , питающего влияющую цепь, к мощности помех Р 2 в цепи, подверженной влиянию, т. е. как 10lg (P 1 /Р 2) дБ или как разность уровней в указанных точках p 1 - p 2 .

Стоит напомнить, что уровень сигнала или помехи в произвольной точке Х линии связи оцениваются как px = 10lg (P х /1мВт) дБ. Здесь P х представляет собой мощность сигнала в точке X. Иногда вместо обозначения дБ используют обозначение дБм с целью подчеркнуть тот факт, что в качестве опорной мощности выбрана мощность сигнала, равная 1 мВт. Ниже будет использоваться краткое обозначение дБ.

Величина NEXT оценивается разностью уровней сигнала на выходе передатчика одной пары и созданной им помехи на входе приемника другой, измеренных в одном и том же пункте, т. е. NEXT = p 10 - p 20 .

Параметр NEXT является определяющим при однокабельном режиме работы линии связи, когда сигналы противоположных направлений передачи транспортируются по парам одного кабеля. Он играет ключевую роль и в тех случаях, когда для разделения сигналов противоположных направлений, передаваемых по одной паре, применяется метод эхокомпенсации. Как известно, спектры сигналов противоположных направлений передачи полностью (например, у HDSL) или частично (у ADSL) совпадают. Ранее в отечественной технической литературе для параметра NEXT использовалось обозначение A 0 .

Величина FEXT оценивается разностью уровней сигнала на выходе передатчика одной пары и созданной им помехи на входе приемника другой. Однако, в отличие от NEXT, при измерении FEXT передатчик влияющей пары и приемник подверженной влиянию пары расположены в противоположных пунктах линии передачи.

FEXT - это определяющий параметр при двухкабельном режиме работы линии связи, когда сигналы противоположных направлений передачи транспортируются по парам разных кабелей. Он имеет ключевое значение, и когда для разделения сигналов противоположных направлений, передаваемых по одной паре, используется метод частотного разделения сигналов FDM (например, в системах ADSL или VDSL). Тогда спектры сигналов противоположных направлений передачи не перекрываются, и переходное влияние на ближнем конце отсутствует. Ранее параметр FEXT обычно обозначался как A L .

При прочих равных условиях величина FEXT существенно больше NEXT, поскольку в первом случае влияющий сигнал претерпевает затухание в линии связи, а во втором - непосредственно воздействует на подверженную влиянию пару.

Параметр NEXT с увеличением длины линии L сначала уменьшается, а затем стабилизируется: начиная с определенной длины токи помех с удаленных участков приходят настолько ослабленными, что практически не влияют на величину NEXT. Иная ситуация в случае сложения токов взаимных влияний на дальнем конце - с увеличением длины линии все ее участки вносят одинаковые значения помех. Переходное затухание уменьшается с ростом частоты, причем NEXT уменьшается с частотой со скоростью 15 дБ на декаду, а FEXT - со скоростью 20 дБ на декаду. Меньшая крутизна частотной зависимости FEXT объясняется тем, что с ростом частоты возрастает затухание переходных мешающих токов, поступающих на ближний конец с удаленных участков линии.

Кроме рассмотренных параметров NEXT и FEXT, в практике оценки структурированных кабельных систем широко используются два новых - ACR и ELFEXT, на которых мы остановимся более подробно.

Параметр Attenuation to Crosstalk Ratio (ACR) эквивалентен параметру сигнал/шум применительно к переходному влиянию на ближнем конце NEXT, т. е. он служит оценкой на входе приемника для претерпевшего затухание линии сигнала и для помехи от переходного влияния на ближнем конце. Количественно ACR выражается как логарифмическая мера разности NEXT и затухания кабеля. Если, например, значение ACR составляет 10 дБ, это означает, что мощность помехи NEXT на входе приемника будет в 10 раз меньше мощности полезного сигнала, т. е. отношение сигнал/шум будет равно 10.

Пусть система связи работает в однокабельном режиме, причем уровни сигналов на выходах передатчиков в точках А и В одинаковы и равны 0 дБ. Если затухание линии на частоте f обозначить через a k , то при переходном затухании NEXT на той же частоте уровни сигнала p с и переходной помехи p p на входе приемника А будут, соответственно, равны a k и NEXT.

Тогда ACR = p с - p p = NEXT - a k .

Практический смысл параметра ACR становится понятнее, если частотные характеристики затухания симметричной пары (а), переходной помехи (NEXT) и параметра (ACR) представить на одном графике. Частота, на которой величины затухания и NEXT одинаковы (в данном случае она равна 100 МГц), определяет верхнюю границу рабочего диапазона частот. На частотах выше граничного показателя мощность помехи NEXT превышает мощность сигнала.

Параметр Equal Level Far End Crosstalk (ELFEXT) имеет тот же физический смысл, что и ACR. Разница между ними только в том, что ACR связан с NEXT, а ELFEXT - с FEXT. Параметр ELFEXT становится критичным для случаев, когда несколькими передатчиками одной системы ведется передача в одну сторону по парам, расположенным в одном кабеле.

При этом ELFEXT = FEXT - a k .

Стоит отметить, что ранее в отечественной технической литературе для параметра ELFEXT, который называли защищенностью от переходного влияния на дальнем конце, использовалось обозначение A з.

Кроме параметров ACR и FEXT применяются два дополнительных параметра - PS-ACR (Power Sum ACR) и PS-ELFEXT (Power Sum ELFEXT), учитывающих суммарное влияние на данную пару всех остальных пар кабеля.

АСИММЕТРИЯ ЛИНИИ

Асимметрия является одновременно параметром передачи, поскольку она определяется параметрами пары и влияет на ее пропускную способность, и параметром влияния, так как она воздействует на переходы между другими парами.

Каждая симметричная линия должна быть сбалансирована относительно земли определенным образом. В зависимости от тока - постоянного или переменного - различают два вида асимметрии.

Асимметрия по постоянному току оценивается относительной величиной разности сопротивлений жил симметричной линии и не должна превышать 1%. Наличие резистивной разбалансировки линии, равной разности сопротивлений ее жил, измеренных при переменном токе, можно интерпретировать как включение в нее дополнительного фильтра нижних частот с сопротивлением продольного плеча dR. Кроме резистивной составляющей продольная разбалансировка линии в общем случае содержит и емкостную составляющую; она может возникать, например, из-за случайного скрещивания жил разных пар в местах соединения кабелей. Эту составляющую можно интерпретировать как поперечную емкость того дополнительного фильтра нижних частот, о котором сказано выше.

Степень продольной асимметрии по переменному току оценивается величиной затухания продольной асимметрии (Longitudinal Conversion Loss, LCL). Причинами продольной разбалансировки жил витой пары могут быть неплотный контакт в местах соединения жил кабелей (точках скрутки или спайки, распределительных шкафах и т. п.). Проблему продольной разбалансировки нельзя считать решенной, даже если продольная асимметрия рассматриваемой пары приведена к норме. Этот факт - необходимое, но еще не достаточное условие решения проблемы продольной асимметрии в конкретном кабеле. Условие достаточности требует обязательной проверки всех пар пучка или повива на соответствие нормам продольной асимметрии. Дело в том, что любая разбалансировка даже нерабочей пары является источником помех для всех работающих пар, следствием чего является уменьшение их пропускной способности.