Лібацька О.М.
Донецький національний технічний університет, м. Донецьк кафедра автоматики и телекомунікацій
Abstract
Libatska O.M. Development of a technique that can estimate a potential opportunity of using a cable in digital systems of transfer. Article is devoted to a problem of attenuations and crosstalk in cables and as a result the limited use of cables on length. The method of finding possible allowable length is offered on the basis of calculation a signal/handicap ratio using experimentally received data. The results received during experiment are given.
Загальна постановка проблеми. Кабелі складають основу міської телефонної мережі. З кожним роком спостерігається більш активний перехід від аналогових до цифрових систем передачі, при цьому використовуються вже існуючі мережі. Перехід до цифрової передачі значно підвищує вимоги до мережі, які обмежують можливість використання вже існуючих кабелів. Насамперед постає проблема розрахунку максимальної довжини кабелю, при якій вимоги будуть ще задовільними.
Постановка задач дослідження. Для вирішення поставленої проблеми розглянуто наступні задачі:
Вирішення задач та результати дослідження. Існує декілька можливостей розрахунку згасань та взаємовпливів:
Розрахункові формули не враховують фактори, що впливають на роботу кабелю в нестандартних умовах, проводити моделювання на основі теоретичних даних недоцільно, так як це може стати причиною наявності значних похибок, які в свою чергу є причиною неточної оцінки властивостей кабелю. Ця похибка потім буде перенесена у методику визначення придатності обраного типу кабелю для використання у каналах з’язку (КЗ), а також визначення максимально використовуваної довжини для обраної технології на основі співвідношення сигнал/ шум. У зв'язку з цим було прийняте рішення провести експериментальне дослідження. Отримані таким шляхом дані містять інструментальну похибку, але така похибка може бути зроблена менше заданої похибки.
Обрано методику вимірювання згасання і впливів на ближній кінець NEXT (near end crosstalk) з використанням аналізатора HP 8753C, яка згадана вище. Вибір технології обумовлен тільки типом кабелю, що досліджується Даний аналізатор ланцюгів дозволяє вимірювати S-параметри. Для даних досліджень необхідний вимір параметра S21 (коефіцієнт прямої передачі). Вимірювання необхідного параметра в даному аналізаторі можна проводити в діапазоні частот від 300 кГц до 6 ГГц. Діапазон частот для досліджень склав смугу частот від 300кГц (мінімальна границя можливості аналізатора) до 70 МГЦ.
Вимірювання згасань і взаємовпливів проводилися для двох типів кабелів: кабель категорії 5 (неекранована кручена пара) і телефонний ТПП довжиною 21,5м і 25м відповідно. Дані кабелі мають структуру симетричних кручених пар і хвильовий опір рівний 100 Ом, у той час як аналізатор має несиметричні входи, опір 50 Ом. У зв'язку з цим поставлено задачу створення пристрою, що погоджує і симетрує. Для узгодження опорів у 50 і 100 Ом необхідно співвідношення 1:1,41 (корень 2).
Дане співвідношення було обрано на основі таких міркувань і розрахунків. Аналізатор ланцюгів з підключеним до нього кабелем і навантаженням можна представити у виді наступної еквівалентної схеми.
Де Zн , Zi-комплексні значення навантаження та внутрішнього опору відповідно. Умова узгодження в даному випадку представлена нижчеподаними умовами:
За умов, якщо xi< Условие согласования принимает следующий вид после принятых упрощений. (Ri=Rн) де Ri, Rн -активні значення. Умова узгодження після прийнятих спрощень приймає наступний вигляд.
Умова узгодження:
Пристрій узгодження являє собою трансформатор, що працює у вище вказаному діапазоні частот як лінія з розподіленими параметрами. Даний узгоджуючий пристрій виконано на основі терроідальних ферритових осердів 30ВЧК 7*5*2 (робочий діапазон частот до 120 МГЦ). На ферритове кільце намотане 20 витків дроту, що являє собою 5 щільно звитих один з одним дротів ПЕЛШО- 0,1, така щільна свівка забезпечує взаємодію між окремими проводами, як у лінії з розподіленими параметрами. У силу конструктивних особливостей точне забезпечення необхідного коефіцієнта трансформації 1:1,41 не можливе, так як співвідношення m/n – це співвідношення цілих чисел, найближче значення до - 3/2 (5 звитих проводів). Узгоджуючий пристрій виконано за схемою рис.3. забезпечує співвідношення 1:1,5, не відповідне оптимальному, що є причиною додаткової похибки. Невідповідність необхідного й отриманого співвідношення дало підставу для припущення, що отримані результати будуть містити періодичність, характерну для неузгодженості в лініях з розподіленими параметрами. де К1-К5- кінці однієї сторони звитого проводу;
Н1-Н5- відповідні кінці іншої сторони звитого проводу. Перед тим як узгоджуючі пристрої були використані в дослідженні, оцінено їхні трансформуючі властивості у заданому діапазоні частот. Зокрема досліджено згасання, внесене парою однакових узгоджуючи пристроїв Дослідження проведено за нижчеподаною схемою. Використовуючи аналізатор ланцюгів HP 8753C, узгоджуючий пристрій, відрізки досліджуваних кабелів, проведено виміри, виконані по наступній схемі рис.6.
У результаті отримано наступні залежності від частоти: згасання, внесене узгоджуючи ми пристроями; згасання кабелю; взаємовпливи однієї пари на іншу. Як було зазначено вище, у наслідок використання узгоджуючого пристрою з характеристиками відмінними від необхідних, в отриманих результатах помітна періодичність, яка вказує на наявність невеликої неузгодженості. Далі наведено графіки з урахуванням згасання, внесеного узгоджуючими пристроями. Для кожного графіка згасань у кабелі знайдено усереднене значення з визначеним ступенем вірогідності. Через максимальні крапки відхилення від отриманої усередненої кривої проходять максимально припустимі рівні відхилення. Визначено, що на частотах понад 60 МГц, рівні відхилення великі, посилатися і використовувати ці дані не треба, так як вони містять значні похибки. Визначено усереднене згасання в кабелі, довжина якого 21,5 м. Визначено згасання в кабелі тієї ж марки довжиною 1м, що надалі дозволяє визначати згасання в даному кабелі для довжин, обмежених топологією. Згасання для 1м у 21,5 разів менше отриманого результату, дане значення передено в логарифмічний масштаб, одержано потрібне згасання. Аналогічні розрахунки і графіки виконано для кабелю ТПП. Розглянуто графіки взаємного впливу однієї пари на іншу для двох різних кабелів. Виконано дії, описані вище, для знаходження взаємного впливу однієї пари на іншу для 1м кабелю, що надалі дозволило виконувати перерахування на обмежені технологією довжини. Наступним етапом розрахунків є знаходження необхідних даних, для визначення співвідношення сигнал/шум, що дозволить визначити максимальну довжину кабелю (при визначеному діапазоні частот). Обрано частоту рівну 20 Мгц. Для даної фіксованої частоти, використовуючи графік згасань у кабелі, отриманий для 1м, побудовано криву, що являє собою залежність згасання в кабелі від довжини кабелю.
Аналогічну криву одержано і для визначення залежності взаємовпливів у кабелі від його довжини.
На основі отриманих даних можливо одержати співвідношення сигнал/шум по нижчеподаних формулах. Дане співвідношення дозволяє визначити: яку максимальну довжину кабелю категорії 5 на частоті 20 МГц можливо використовувати. Дана величина дозволяє оцінити придатність використання кабелю довжини l у КЗ. Для кожного досліджуваного кабелю (частота визначена) можна розрахувати межу довжини, кабелі великої довжини будуть мати неприпустиме співвідношення сигнал/шум і отже будуть не придатними для використання. Аналогічні графіки одержуємо для кабелю ТПП. Висновки.
Вище наведені матеріали у повному обсязі вирішують поставлені задачі:
