Либацкая ОН. Автореферат. Исследование взаимосвязей как причин возникновения джиттера.

С каждым годом наблюдается более активный переход от аналоговых к цифровым методам передачи и коммутации, что помимо несомненных преимуществ обусловило появление новых проблем, связанных с принципами передачи сигналов в цифровом виде. Важным классом задач являются задачи дискретизации и восстановления сигналов, синхронизации сети и ее стабильности. Одной из причин розсинхронизации и нарушения структуры сигнала является джиттер. В свою очередь появление джиттера обусловлено рядом причин, одной из которых являются межпарные наводки в кабеле и как частный случай наводки на ближний конец кабеля (near-end crosstalk NEXT). Исследование NEXT и затухания для различных типов кабелей позволяет сделать выводы о пригодности их использования (для определенных частот устанавливается максимально допустимая длина исследуемого кабеля, при которой соотношение сигнал\шум является приемлемым). Также характеристики NEXT, полученные в ходе экспериментов, позволяют оценить возможность появления джиттера.

В данном автореферате рассматривается задача разработки методики оценивания возможности использования исследуемого кабеля в цифровых системах. Оценивание основывается на том, что на основе экспериментально полученных данных (затухания и взаимовлияний) по данной методике рассчитывается соотношение сигнал\шум (частота фиксированная) для разных длин. На основе полученного соотношения сигнал\шум, которое указывает на уровень достоверности передачи, делаем вывод о возможности использования данного кабеля выбранной длины в цифровых системах.

Основная задача работы оценивание влияния межпарных наводок на появление джиттера.

Джиттер как одно из ограничений использования цифровых методов передачи существующими ГТС.
Понятие джиттера, его классификация и влияние на параметры качества цифрового канала.

Джиттером или фазовым дрожанием называется явление фазовой модуляции принимаемого сигнала (как аналогового, так и цифрового). На практике получили распространение два основных подхода к определению джиттера - в терминах фазы и в терминах частоты (джиттер как фазовое дрожание, джиттер как вариация частоты принимаемого сигнала).

Рассмотрим функцию нестабильности частоты принимаемого цифрового сигнала.

Рис.1-Нестабильность частоты принимаемого сигнала.
Как известно, частота принимаемого сигнала характеризуется своим средним значением f и девиацией f. Предположим, что имеет место модуляция, при которой изменение частоты происходит периодически с периодом Т. Тогда, связав частоту модуляции с периодом изменения частоты fd ~ 1/Т, различают два типа изменений частоты:

быстрые колебания частоты, характеризующиеся fd > 10 Гц и получившие название собственно джиттера (в отечественной терминологии фазового дрожания);

медленные колебания частоты с fd > 10 Гц, получившие название вандера (в отечественной терминологии дрейфа фазы).

Рассматривая влияние джиттера на параметры качества сигналов современных телекоммуникаций, необходимо отметить, что это влияние проявляется в двух направлениях.

В случае передачи оцифрованного аналогового сигнала наличие джиттера приводит к тому, что восстановленный сигнал оказывается неравномерно дискретизированным, что может привести к значительным нарушениям в структуре аналогового сигнала. В основном такое влияние джиттер оказывает на параметры систем с частотным разделением и аналоговые каналы сетей IDN. Учет влияния джиттера в этом случае зависит от его структуры: регулярный или нерегулярный джиттер. В случае постоянного (регулярного) джиттера, обусловленного обычно процессами мультиплексирования и регенерации, его влияние предсказуемо, носит аддитивный характер и компенсируется регенераторами и мультиплексорами. Нерегулярный (случайный) джиттер не может быть скомпенсирован и рассматривается как аддитивный шум. Исследования показали его связь с параметрами теплового шума и возможность накопления по мощности в составном цифровом канале. Наиболее существенным считается процесс накопления регулярного джиттера, поскольку регулярный джиттер аккумулируется быстрее нерегулярного.

При передаче данных в цифровой форме джиттер, непосредственно связанный с нарушениями в синхронизации цифрового потока, приводит к двум эффектам:

- в процессе регенерации, нарушения в синхронизации приводят к отклонению точек считывания дискретов от центра глазковой диаграммы. В результате, снижается пороговый уровень работы по шумам, что приводит к появлению битовых ошибок;
- на выходе асинхронных мультиплексоров (т.е. на входе в коммутационную станцию) наличие джиттера в системе синхронизации может привести к переполнениям эластичных буферов и проскальзываниям с потерями цикловой синхронизации, что приводит к значительной деградации качества связи. Обычно проскальзывания вызываются вандером.
Причины возникновения джиттера. Типы джиттера.
Существует несколько основных причин возникновения джиттера, которые влияют на его структуру и воздействуют на параметры качества систем связи. В частности, возникновение в системе регулярного и нерегулярного джиттера обусловлено различными причинами его возникновения.

Регулярный (системный) джиттер обычно коррелирован с передаваемыми последовательностями битов. Поскольку задержки при передаче сигналов в скремблерах и кодерах обычно зависят от типа принимаемой/передаваемой последовательности, процессы в мультиплексорах и регенераторах могут вызывать регулярный джиттер. Второй причиной возникновения регулярного джиттера могут быть нарушения в канале передачи, в частности связанные с наличием перекрестных помех, которые также вносят регулярный, коррелированный с последовательностями битов джиттер. Обычно регулярный джиттер в этом случае возникает при неправильной работе эквалайзеров или нарушениях в настройке цепей восстановления данных и характерен в большей степени для радиочастотных систем передачи.

Нерегулярный джиттер обычно обусловлен электромагнитным воздействием и интерференцией с внешними источниками сигнала, такими как шум, отражения, перекрестные помехи или интерференция с цепями питания и другими источниками ЭМП. В этом случае обычно спектр сигнала дает информацию об источнике интерферирующего сигнала. Интерференция с цепями питания 50 Гц и другими низкочастотными сигналами обычно легко идентифицируется, тогда как поиск интерференции от компьютерных и вычислительных систем связан с анализом в диапазоне порядка 60 МГц и представляет определенные сложности.[3]

Способы измерения джиттера.
http://www.unitest.com/theory/jitter-pr.html
Существует много способов наблюдения и измерения воздействующего на прибор джиттера, каждый из которых способен прояснить его происхождение. Мысленно объединяя различные способы можно получить более полную картину происходящего, которая поможет Вам найти причины джиттера и определить пути для его уменьшения или устранения.

Способы определения джиттера простираются от глазковых диаграмм и гистограмм во временной области до анализа его частотных характеристик, и представлений, позволяющих разделить случайную и детерминированную составляющие полного амплитудного джиттера.

Самым легким и интуитивно понятным способом является оценка джиттера по глазковой диаграмме. Глазковая диаграмма – это суммарный вид всех битовых периодов измеряемого сигнала, наложенных друг на друга. Другими словами, изображение сигнала от начала периода 2 до начала периода 3 накладывается на изображение сигнала от начала периода 1 до начала периода 2, и так далее для всех битовых периодов. На рисунке 1 показана типичная глазковая диаграмма, достаточно ровная и симметричная с плавными переходами (правая и левая точки пересечения), большим широко открытым "глазом", предоставляющим место для точной идентификации бита. Если пробная точка расположена в центре глаза, где сигнал достигает своего максимума или минимума, то очень маловероятно возникновение битовой ошибки. Расстояние между левой и правой точками пересечения называют единичным интервалом (unit interval).

Рис.1-Глазковая диаграмма.
Вид глазковой диаграммы дает много информации о джиттере сигнала, так же, как и о многих других его параметрах. Например, множество отдельных фронтов и спадов говорит о вероятном присутствии джиттера, зависящего от данных.

Глазковая диаграмма не просто предоставляет множество информации, она удобна простотой применения и тем, что может применяться для измерений в любой цепи с реальными данными. Для глазковой диаграммы не требуется наличие особого тестового сигнала, хотя, при желании, можно использовать измерительный сигнал импульсного генератора. Она может эффективно применяться при исследовании случайных и псевдослучайных данных, и относится к диапазонным измерениям.

Другим способом оценки джиттера является гистограмма. Гистограмма представляет собой распределение набора значений, предоставляемых измеряемым параметром (обычно, время или величина, которые отмечаются по оси Х), в зависимости от частоты их появления (ось Y).

Гистограмма обеспечивает уровень понимания, который глазковой диаграмме не доступен. При поиске неисправности характеристики сигнала, такие как время нарастания и спада, период и коэффициент заполнения могут быть отображены на гистограмме. Эти гистограммы иллюстрируют распределение производительности для разных режимов работы, которое может быть соотнесено с условиями функционирования цепи, например, видом передаваемой последовательности.

Ключевым применением гистограмм является распределение частоты значений ошибки временного интервала (Time Interval Error – TIE) для всех битовых переходов измеряемого сигнала. TIE – это разница во времени между действительной и ожидаемой точками пересечения на глазковой диаграмме. Гистограмма значений TIE – это основной набор данных для процедур выделения джиттера, требуемых различными стандартами цифровых шин.

На рисунке 2 показана глазковая диаграмма и связанная с ней гистограмма TIE. Глазковая диаграмма смещена так, чтобы в центре была видна область перехода (точка пересечения) между двумя "глазами". На диаграмме прослеживаются две отдельные линии фронтов и спадов, что говорит о наличии детерминированного джиттера. Но, линии эти размытые, что свидетельствует также о присутствии случайного джиттера. Гистограмма точек перехода на глазковой диаграмме имеет два максимума, что искажает кривую Гаусса. Это говорит о том, что сигнал имеет как детерминированную, так и случайную составляющие джиттера.

Рис.2 - Глазковая диаграмма и связанная с ней гистограмма TIE.
Следующий способ оценки джиттера заключается в построении U-образной кривой (bathtub curve). Она представляет собой график зависимости частоты ошибок по битам (BER) от положения пробной точки на единичном интервале (UI). Обычно график представляют в логарифмическом масштабе, чтобы уменьшить наклон кривой.

Рис.3 - U-образная кривая, bathtub curve.
Когда пробная точка находится возле точки перехода, то BER=0,5 (равная вероятность правильного или не правильного определения бита). В этой области кривая довольно плоская и здесь преобладает механизм детерминированного джиттера. По мере продвижения пробной точки к центру единичного интервала BER стремительно уменьшается. В этой области преобладает механизм случайного джиттера и BER определяется среднеквадратическим отклонением гауссовских процессов, определяющих случайный джиттер. Ожидается, что оптимальным положением пробной точки будет центр единичного интервала.

Стороны U-образной кривой легко покажут границы безошибочной передачи при выбранном допустимом уровне BER. Чем дальше находится левая сторона кривой от правой стороны при определенном BER, тем больше запас устойчивости к джиттеру у разработанной системы. Соответственно, чем ближе становятся края, тем меньше запас устойчивости. Эти края прямым образом соотносятся с "хвостами" функции Гаусса, построенной на основе гистограммы TIE. U-образная кривая также может использоваться для разделения случайного и детерминированного джиттера и определения среднеквадратического отклонения случайной компоненты.

Измерение частотных характеристик джиттера.
Рассмотрение джиттера в частотной области – это еще один способ определения его причин. Источники детерминированного джиттера в частотной области проявляются в виде линейчатого (дискретного) спектра. При частотном рассмотрении проводится анализ фазового шума или спектра джиттера, и фазовый шум или джиттер соотносится со сдвигом частоты относительно несущей или синхронизации.

Измерения фазового шума обеспечивают наиболее точную оценку джиттера благодаря заведомо большой частоте дискретизации сигнала и управлению полосой частот. С их помощью можно разобраться в процессах, происходящих в разрабатываемом приборе, в частности, при использовании кварцевых генераторов и фазовой автоподстройки частоты, и легко определить детерминированный джиттер по пикам на спектре. Они полезны при оптимизации цепей восстановления синхросигнала и обнаружении внутренних источников помех и шума.

Еще одним методом рассмотрения джиттера в частотной области является применение быстрого преобразования Фурье (FFT) к значениям ошибки временного интервала TIE. Метод БПФ не так точен, чтобы измерять слабый фазовый шум, но не заменим при необходимости быстрого и простого просмотра явных процессов.

На рисунке 4 показан ряд представлений одного и того же сигнала – синхронизирующих импульсов с частотой 456 МГц, которые показаны на верхней осциллограмме. На второй линии показана гистограмма точки перехода. Очевидно, что гистограмма отличается от функции Гаусса, что свидетельствует о присутствии как детерминированного, так и случайного джиттера сигнала. Третья линия вычерчивает поведение ошибки временного интервала TIE во времени; при отсутствии джиттера это была бы прямая линия.

Рис.4 - Представления сигнала.
И, наконец, внизу мы можем видеть спектр джиттера, полученный с помощью быстрого преобразования Фурье последовательности значений TIE. Пик в центре говорит о наличии в цепи синхронизации джиттера на частоте субгармоники 114 МГц (одна четвертая от частоты тактовой последовательности). Такая форма спектра вызывается детерминированным джиттером. Даже при бесконечной тактовой последовательности амплитуда пика на графике не вырастет с течением времени. Этот же пик несет ответственность за асимметрию гистограммы и периодичность графика TIE.

Гораздо менее очевиден маленький "горб" с левой стороны, на частотах от 0 до 10 МГц. С течением времени он будет расти и, в конечном счете, превысит величину центрального пика, что характеризует его природу как случайный шум.

Разделение случайного и детерминированного джиттера.
Строго говоря, разделение джиттера на составляющие не является одним из способов его измерения, но очень важно на практике – как для нахождения причин неисправностей, так и для оценки надежности разработки. Если Вы сможете отделить детерминированный джиттер и затем просчитать поведение среднеквадратического отклонения случайного джиттера, то Вы сможете быстро оценить частоту ошибок по битам (BER) и определить границы работоспособности конструкции, не прибегая к длительным измерениям, которые требуются при определении BER с порядком 10-12 и 95% достоверностью.

На рисунке 5 показана гистограмма области перехода глазковой диаграммы. Случайный джиттер можно анализировать по краям диаграммы, в то время как в центре преобладают компоненты детерминированного джиттера. Задача состоит в том, чтобы определить характеристики функции Гаусса (среднее значение и среднеквадратическое отклонение) на каждой из сторон. Для этого по краям гистограммы надо "вписать" графики функции Гаусса и по ним посчитать средние значения и среднеквадратические отклонения.

Рис.5 - Гистограмма области перехода глазковой диаграммы.
U-образная кривая дает еще один способ разделения случайного и детерминированного джиттера. Верхняя часть кривой (где преобладает детерминированный джиттер) опускается вниз при BER порядка 9-10. По точкам на наклонном участке можно сделать аппроксимацию кривой и оценить характеризующие ее параметры. Одним из этих параметров будет среднеквадратическое отклонение функции Гаусса.

Третий способ разделения компонент джиттера – применение БПФ к TIE. Из полученного спектра удаляются линии, обусловленные детерминированным джиттером, после чего производится обратное преобразование Фурье. В результате мы получим случайный джиттер без детерминированной компоненты.[8]

Существующие методы и методики измерения межпарных наводок.

Параметры передачи, взаимное влияния между цепями кабелей ГТС в ВЧ диапазоне.

Качество и дальность связи на линиях ГТС определяются электрическими характеристиками элементов тракта передачи: параметрами передачи, взаимными влияниями и шумами в линии. К первичным параметрам передачи цепей кабелей связи относятся сопротивление, электрическая емкость, индуктивность, проводимость. Вторичные параметры передачи - это коэффициент распространения γ и волновое сопротивление Zв. Коэффициент распространения зависит от первичных параметров цепи R, С, L, G и, являясь комплексной величиной, состоит из двух составляющих: α -коэффициента затухания цепи, определяющего уменьшение напряжения, тока или мощности на одном километре цепи, и коэффициента фазы β, учитывающего километрическое изменение фазы, тока или напряжения.

Коэффициент распространения определяется выражением

Затухание однородной цепи, дБ, можно выразить отношением токов, напряжений и мощностей в начале и в конце цепи:

Изменение по фазе, рад, можно представить в виде:

В предыдущих выражениях Uн, Iн, Uк, Iк - комплексные значения напряжения и тока в начале и конце цепи; φ,ψ - фазы напряжения и тока в конце и начале цепи.

Рис.1 - Параметры влияния между цепями кабельных линий ГТС.
Параметры влияния между цепями кабельных линий ГТС определяют степень переходных внятных разговоров и шумов в телефонных цепях от соседних цепей (рис.1). Различают два перехода электромагнитной энергии: на ближний и дальний концы. Влияние, проявляющееся на конце цепи, где расположен генератор, определяется переходным затуханием, дБ, на ближний конец:

где Р10 - мощность генератора на ближнем конце влияющей цепи; Р20 - мощность помех на ближнем конце цепи, подверженной влиянию. В случае одинаковых цепей (Zв1=Zв2) величина переходного затухания на ближний конец, дБ, может быть выражена через соответствующие напряжения и токи:

Влияние на противоположный, удаленный от генератора, конец определяется переходным затуханием на дальний конец, дБ:

где Р10 - мощность генератора, включенного во влияющую цепь на ближайшем конце; Р2l -мощность в цепи, подверженной влиянию на дальнем конце.

Для одинаковых цепей переходное затухание на дальний конец, дБ, определяется так:

В технике связи чаще используется параметр влияния - защищенность, определяющаяся разностью уровней мощности полезного сигнала и помех: Аз = рc-pn. Для цепей с одинаковыми параметрами защищенность Аз на дальнем конце численно равна разности между переходным затуханием на дальнем конце и собственным затуханием цепи:

Защищенность между цепями на дальнем конце, дБ, может быть найдена из выражения:

Для линий с одинаковыми параметрами передачи защищенность, дБ:
Фрагмент теории взаимных влияний кабелей.
Причиной возникновения влияния между цепями является поперечное электромагнитное поле, т.е. поле, силовые линии которого расположены в плоскости, перпендикулярной направлению передачи сигналов по линии. Электрическое и магнитное поля являются составляющими электромагнитного поля, результатом которого является суммарное действие электрических и магнитных влияний - электромагнитное влияние. Рассмотрим механизм взаимного влияния между двумя двухпроводными цепями.

Электрическая связь определяется отношением тока помех в цепи, подверженной влиянию I2, к разности потенциалов в начале влияющей цепи U1:

Магнитная связь определяется отношением ЭДС помех в подверженной влиянию цепи Е2, взятой с обратным знаком, к току во влияющей цепи I1:

В общем случае величины С12 и M12, представляющие отношение комплексных величин токов и напряжений, являются величинами комплексными:

где g12 - активная составляющая электрической связи, Сим; С12 - реактивная (емкостная) составляющая электрической связи, Ф; г12 - активная составляющая магнитной связи, Ом; m12 - реактивная (индуктивная) составляющая магнитной связи, Гн.

Приводя к единой размерности (Ом, Сим) путем деления на произведение волновых сопротивлений цепей, получим общепринятые выражения:

для электрической связи

для магнитной связи

В технике связи влияние, проявляющееся на том конце, на котором включен генератор, называют влиянием на ближний конец, а влияние, проявляющееся на противоположном конце - влиянием на дальний конец.

Из рис.2 следует, что поступающие на ближний конец токи, вызванные электрической и магнитной связями, имеют одинаковое направление и складываются; эти же токи, поступающие к дальнему концу, имеют противоположное направление и вычитаются. Таким образом, на ближнем конце действие магнитной и электрической связи суммируется, а на дальнем конце действует их разность.

Рис.2 - Эквивалентная схема электромагнитной связи.
Коэффициент электромагнитной связи на ближний и дальний конец определяется соответственно выражениями:

Степень взаимных влияний между цепями определяется переходным затуханием при влиянии на ближний и дальний концы. Взаимосвязь между величинами переходного затухания и электромагнитных связей на ближнем и дальнем концах.[4]

Кабели, используемые в эксперименте.
Кабели 5 категории.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. На этом кабеле работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с - FDDI (с физическим стандартом ТP-PMD), Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, а также более скоростные протоколы - ATM на скорости 155 Мбит/с, и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с. Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3, и сегодня все новые кабельные системы крупных зданий строятся именно на этом типе кабеля (в сочетании с волоконно-оптическим).

Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля категорий 5 имеют следующие значения:

полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом;

величина перекрестных наводок NEXT в зависимости от частоты сигнала должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц;

затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц);

активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м;

емкость кабеля не должна превышать 5,6 нф на 100м.

Все кабели UТР независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две — для передачи голоса. [6]

Кабели ГТС с полиэтиленовой изоляцией жил в пластмассовой оболочке.
Городские телефонные кабели с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке до 1.07.2000 г. изготовлялись по ГОСТ 22498-77 и предназначались для распределительных и магистральных линий ГТС, эксплуатирующихся при температуре от -50 до +50°С для кабелей в полиэтиленовой оболочке и от -40 до +50°С для кабелей в поливинилхлоридной оболочке. Конструкция кабелей приведена на рис.1.

Рис.1-Поперечное сечение кабелей: а) марки ТПП 300x4x0,5; б) ТПП 600x2x0,5.
Кабели выпускались следующих марок:

ТПП - в полиэтиленовой оболочке для прокладки в телефонной канализации, по стенам зданий и подвески на опорах воздушных линий связи;

ТППэп - с влагонепроницаемым барьером из алюмополиэтиленовой пленки, в полиэтиленовой оболочке. Назначение кабелей то же, что и ТПП;

ТППБ - в полиэтиленовой оболочке, бронированный стальными плоскими лентами; для прокладки в грунтах всех категорий, не характеризующихся повышенной коррозийной опасностью по отношению к стальной броне;

ТППБГ - то же, что и ТППБ, но с противокоррозионным покрытием для прокладки в коллекторах, тоннелях и шахтах;

ТППБбШп - то же, что и ТППБ, с наружным защитным шлангом из полиэтилена;

TППз - в полиэтиленовой оболочке со встроенным тросом для подвески на опорах воздушных линий связи (рис.2);

Рис.2 - Поперечное сечение подвесного кабеля марки ТППт 100x2x0,7.

ТПВ - в поливинилхлоридной оболочке для прокладки по наружным и внутренним стенам здания и внутри помещения;

ТПВБГ - то же, что и ТПВ, бронированный плоскими стальными лентами с противокоррозийным покрытием;

ТППКШп - то же, что и ТПП, бронированный круглыми стальными, оцинкованными проволоками, с наружным защитным шлангом из полиэтилена для подводной прокладки (в стадии освоения).

Токопроводящие жилы кабелей изготавливаются из медной проволоки диаметром 0,32; 0,4; 0,5 и 0,7 мм (для кабеля марки ТППт - диаметром 0,5 и 0,7 мм) и изолируются сплошным полиэтиленом. Изолированные жилы могут быть скручены в пары или четверки с шагом не более 100 мм, причем в четверке две жилы, расположенные по диагонали, образуют рабочую пару.

Изолированные группы (пары или четверки) скручиваются в сердечник, который для кабелей с числом пар до 100 (50x4) включительно может скручиваться как по системе повивной, так и пучковой скрутки. Сердечники кабелей с числом пар выше 100 скручиваются из 50x2 или 100x2 (соответственно 25x4 или 50x4) главных пучков, состоящих соответственно из пяти или десяти элементарных (10x2 или 5x4) пучков (скрученных по системе пучковой скрутки).

В каждом повиве имеется одна счетная и одна направляющая пары, имеющие цвет жил, отличный от всех остальных пар в повиве. Кроме того, в каждом повиве сердечника имеется также один счетный и один направляющий элементарные пучки, отличающиеся от остальных пучков цветом скрепляющей нити. Счетный элементарный пучок обматывается скрепляющей нитью красного цвета, направляющий - скрепляющей нитью синего цвета. Накладываемая поверх скрученного сердечника поясная изоляция может быть изготовлена из полиэтиленовых, поливинилхлоридных, полиамидных или полиэтилентерефталатных лент, наложенных с перекрытием 20-25%. Поверх поясной изоляции накладывается продольно или спирально с перекрытием не менее 10% экран из алюминиевой ленты или из алюминиевой ленты с полиэтиленовым подслоем. Толщина алюминиевой ленты 0,1 ...0,2 мм.

На экран накладываются оболочка и защитные покровы, соответствующие марке кабеля. Под оболочкой прокладывается мерная лента или нить присвоенного предприятию-изготовителю цвета. Кроме того, на оболочку может быть нанесена маркировка предприятия-изготовителя.

Максимальные наружные диаметры кабелей зависят от конструкции и категории качества, присвоенного изделию. Так, например, для кабелей с гофрированным экраном наружные размеры увеличиваются на 15%, а для кабелей, выпускаемых со знаком качества, наружные размеры уменьшаются на 5%. Кабели остальных марок в основе своей содержат сердечник кабеля ТПП и отличаются только типом и конструкцией защитных покровов.

Кабели марки ТППэп в отличие от кабелей ТПП имеют поверх поясной изоляции вместо экрана из алюминиевой лепты экран из алюминиевой ленты с полиэтиленовым подслоем (металлом внутрь).

Кабели марки ТППт содержат помимо рабочих пар пары (или жилы), предназначенные для контроля за состоянием кабеля в процессе эксплуатации. Эти контрольные пары расположены между пучками под оболочкой. Жилы такой пары покрыты либо бумажной, либо прерывистой полиэтиленовой изоляцией.[5]

Экспериментальные исследования.
Так как расчетные формулы не учитывают факторы, влияющие на работу кабеля в нестандартных условиях, проводить моделирование на основе теоретических данных нецелесообразно, в виду наличия значительных погрешностей, которые являются причиной неточной оценки его свойств. Эта погрешность затем будет перенесена в методику определения пригодности определенного типа кабеля для использования в КС, а также определения максимально используемой строительной длины для выбранной технологии основе соотношения сигнал/ шум. В связи с этим было принято решение провести экспериментальное исследование. Данные, полученные таким путем, будут содержать инструментальную погрешность, но такая погрешность будет контролируемой и может быть учтена, а следовательно быть сделана меньше погрешности, связанной с теоретическими моделями.

Была выбрана методика измерения затухания и влияния на дальний конец NEXT (near end crosstalk) с использованием анализатора HP 8753C. Данный анализатор цепей позволяет измерять S- параметры. Для данных исследований необходимо измерение параметра S21 (коэффициент прямой передачи). Измерения необходимого параметра в данном анализаторе можно проводить в диапазоне частот от 300 кГц до 6 ГГц. Выбор диапазона частот для исследований составил полосу частот от 300кГц (минимальная граница возможности анализатора) до 70 МГЦ.

Измерения затуханий и взаимовлияний проводились для двух типов кабелей: кабель категории 5 (неэкранированная витая пара) и телефонный ТПП длинами 21,5м и 25м соответственно. Данные кабели имеют структуру симметричных витых пар и волновое сопротивление равное 100 Ом, в то время как анализатор имеет несимметричные входы, сопротивление 50 Ом. В связи с этим была поставлена задача создания согласующего и симметрирующего устройства. Для согласования сопротивлений в 50 и 100 Ом необходимо соотношение 1:1,41 (корень 2).
Данное соотношение было выбрано на основе следующих рассуждений и расчетов. Анализатор цепей с подключенным к нему кабелем и нагрузкой можно представить в виде следующей эквивалентной схемы.

Где Zн ,Zi -комплексные значения. Условие согласования в данном случае представлено нижеприведенными условиями:

Если xi<
Условие согласования принимает следующий вид после принятых упрощений. (Ri=Rн)

Условие согласования:

Согласующее устройство представляет собой терроидальный трансформатор, работающий в этом диапазоне частот как линия с распределенными параметрами. Данное согласующее устройство выполнено на основе терроидальных ферритовых сердечников 30ВЧ К 7*5*2 (рабочий диапазон частот до 120 МГЦ). На ферритовое кольцо намотано 20 витков провода, который представляет собой 5 плотно свитых друг с другом проводов ПЭЛШО- 0,1, такая плотная свивка обеспечивает взаимодействие между отдельными проводами, как в линии с распределенными параметрами. В силу конструктивных особенностей (количество свитых проводов ограничено 5) точное обеспечение необходимого коэффициента трансформации 1:1,41 не представляется возможным. Согласующее устройство, выполненное по схеме, приведенной ниже, обеспечивает соотношение 1:1,5 , не соответствующее оптимальному, что является причиной погрешности. Несоответствие необходимого и полученного соотношения дает основание для предположения, что полученные результаты будут содержать периодичность, характерную для рассогласования в линиях с распределенными параметрами.

где К1-К5- концы одной стороны свитого провода; Н1-Н5- соответствующие концы другой стороны свитого провода.

Перед тем как согласующие устройства были использованы в исследовании, оценили их трансформирующие свойства в заданном диапазоне частот. В частности исследовали затухание, вносимое парой одинаковых согласующих устройств.

Исследования проводили по нижеприведенной схеме. В результате получена следующая зависимость.

Используя анализатор цепей HP 8753C, полученное согласующее устройство, отрезки исследуемых кабелей, проводили измерения, выполненные по следующей, приведенной схеме.

В результате получены следующие зависимости от частоты: затухание, вносимое согласующими устройствами; затухание кабеля; наводки одной пары на другую. Как было указано выше, в следствие использования согласующего устройства с характеристиками отличными от необходимых, в полученных результатах видна периодичность, что указывает на наличие небольшого рассогласования.

Далее представлены графики с учетом затухания, вносимого согласующими устройствами.

Рассмотрим графики затуханий в кабеле. Для каждого найдем усредненное значение с определенной степенью достоверности. Через максимальные точки отклонения от полученной усредненной кривой проходят максимально допустимые уровни отклонения. Заметим, что на частотах свыше 60 МГц, уровни отклонения велики, и ссылаться на эти данные не следует.

После того, как определено усредненное затухание в кабеле, длина которого 21,5 м. Необходимо определить затухание в кабеле той же марки длиной 1м, что в дальнейшем позволит определять затухание в данном кабеле для любых строительных длин. Затухание для 1м, в 21,5 раз меньше полученного результата, переводим данное значение в логарифмический Масштаб, получаем искомое затухание.

Аналогичные расчеты и графики выполняем для кабеля ТПП.

Рассмотрим графики взаимного влияния одной пары на другую для двух различных кабелей. Далее выполняем действия, описанные выше для нахождения взаимного влияния одной пары на другую для 1м кабеля, что в дальнейшем позволит выполнять пересчет на любую, ограниченную технологией, длину этого типа кабеля.

Следующим этапом расчетов является нахождение необходимых данных, для определения соотношения сигнал/шум, что позволит определить максимальную строительную длину кабеля (при определенном диапазоне частот его использования). Выберем частоту равную 20 МГц. Для данной фиксированной частоты, используя график затуханий в кабеле, полученный для 1м, построим кривую, которая представляет собой зависимость затухания в кабеле от длины кабеля.

Аналогичную кривую получим и для определения зависимости взаимовлияний в кабеле от его длины.

На основе полученных данных возможно получить соотношение сигнал/шум по нижеприведенным формулам. Данное соотношение позволит определить: какую максимальную длину кабеля категории 5 на частоте 20 МГц возможно использовать.
где D(l)- затухание в кабеле определенной длины l; D1(l) - взаимное влияние в кабеле определенной длины l.
Данная величина позволяет оценить пригодность использования кабеля длины l в КС. Для каждого исследуемого кабеля для определенной частоты можно рассчитать предел используемых длин, кабели больших длин будут иметь недопутимое соотношение сигнал/шум и следовательно будут не пригодными для использования.

Аналогичные графики получаем для кабеля ТПП.[1]

Выводы.
Для решения поставленной задачи были проведены экспериментальные исследования, в результате которых были получены следующие данные: затухание и межпарные наводки для выбраных кабелей. На основе полученных данных по приведенной методике данные характеристики были рассчитаны для 1м каждого кабеля.

Полученные данные дали возможность для фиксированной частоты рассчитать те же характеристики, но для различных длин кабеля. На основе этих данных можно рассчитать соотношение сигнал\шум, сделать вывод о пригодности кабеля выбранной длины для использования в каналах связи. Полученная методика дает возможность нахождения максимально допустимой длины кабеля для определенной частоты, при которой соотношение сигнал\шум будет приемлемым.

Литература.

Либацкая О.Н. Разработка методики определения пригодности использования кабеля в каналах связи.

Vaibhavkumar. J. Shah Bachelor of Engineering, University of Bombay Reliable measurement of clock jitter in Token Ring local area networks. May, 1995
http://www.iol.unh.edu/training/tokenring/

Бакланов И.Г. Методы измерений в системах святи. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1999, c.65-66.

Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. Последняя миля на медных кабелях. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001, с.26-29,59-60.

Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. Последняя миля на медных кабелях. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001, с.20-24.

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологи, протоколы.– СПб.: Питер, 2001, с.126.

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологи, протоколы.– СПб.: Питер, 2001, с.124-125.

Измерение джиттера в цифровых системах.ЮНИТЕСТ, 2003г.
http://www.unitest.com/theory/jitter-pr.html

Проблемы межкабельных наводок. Александр Воловодов.
http://www.ecolan.ru/alien.htm

Теория витой пары. ГрандСервис, 2002-2004г.
http://www.gsc.com.ua/pages/?pid=ttwpair

Автобиография Автореферат Библиотека Ссылки Результаты поиска Публикации Индивидуальное задание

|| Сайт ДонНТУ || Магистратура ДонНТУ || Поисковый сайт ДонНТУ ||