книги / Техническая эксплуатация систем телекоммуникаций

19

шенствованию сетевых технологий и отлично оснащена не только для сетей сегодняшнего дня, но и для сетей дня завтрашнего.

8. Открытая архитектура.

–Интегрирование в системы поддержки управления (СПУ). Интерфейс для определенных функций, таких как тестирование волокон по требованию клиента или направление сигналов тревоги в СПУ клиентов, доступен через протоколы SNMP. Система FiberVisor может быть встроена

всистемы сетевого управления заказчика.

–Простота интегрирования геоинформационной системы (ГИС). Открытая архитектура FiberVisor совместима со стандартами TMN (telecommunications management network). Такие современные технологии,

как реляционные базы данных и ГИС, легко интегрируются и согласуются с уже существующими системами клиентов.

Мобильные лаборатории для эксплуатации ВОЛС

Технология измерений ВОЛС является одной из немногих технологий современных систем связи, где использование мобильных лабораторий является традиционным. Такие лаборатории представляют собой специализированные машины, шасси которых специально переработано под задачи диагностики и устранения неисправностей в оптических кабелях в полевых условиях. В каждом конкретном случае шасси выбирается на основании требований заказчика. Помимо шасси, для диагностики и устранения неисправностей в ВОЛС в состав лаборатории включается измерительное, трассопоисковое и сварочное оборудование.

Контрольные вопросы

1.Назовите, в каких системах связи используется волоконно-оптический кабель (ВОК).

2.Охарактеризуйте виды измерений волоконно-оптического кабеля на основных этапах его «жизни».

3.Укажите принципы рефлектометрии при измерениях ВОК.

4.Каким образом измеряется затухание в ВОЛС.

5.Каково назначение стрессового тестирования ВОСП.

6.Укажите характерные виды измерений для ВОСП с использованием технологий WDM.

7.Охарактеризуйте структуру и функции основных элементов системы

FiberVisor.

8.Назовите основные характеристики системы FiberVisor.

1

4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ РАДИОЧАСТОТНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

4.1. Радиочастотные системы передачи. Основные технические решения

К радиочастотным системам передачи относятся все средства связи, использующие в качестве среды передачи радиоэфир [1,4]. Радиочастотные системы передачи включают в себя два основных типа: радиорелейные (РРЛ) и спутниковые системы передачи (ССС).

Поскольку структурные схемы обоих типов систем передачи – ССС

и РРЛ – аналогичны, измерительные технологии для обоих типов практически одинаковы, однако имеются некоторые различия, обусловленные диапазонами измерений и условиями распространения сигнала. Так, например, технологии радиоизмерений радиорелейных систем передачи существенно отличаются от технологий измерений спутниковых систем. Для радиоизмерений радиорелейных систем передачи существенным фактором является оценка параметра затухания, связанного с отражением от земли (затухание при многолучевом прохождении сигнала), в то время как для систем спутниковой связи большее значение имеет задержка распространения сигнала. Оценка влияния доплеровского сдвига по частоте оказывается существенной для систем спутниковой радиосвязи, но не существенна для радиорелейных систем передачи и т.д.

Структурная схема цифровой первичной сети, использующей радиочастотные средства, представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Структурная схема организации радиочастотных измерений на первичной сети

2

Согласно предлагаемой схеме радиочастотные измерения входят составной частью в комплекс измерений на первичной сети. В технологию радиочастотных измерений включаются измерения параметров цифровых трактов системы передачи, так как они связаны с анализом цифровой первичной сети.

Основу радиочастотных измерений составляют измерения радиоэфира, которые связаны с анализом электромагнитной обстановки во всем используемом системой передачи спектре. В настоящее время с развитием систем радиосвязи радиочастотный спектр рассматривается как достояние государства, поэтому особенно важными становятся измерения по оценке эффективности использования радиоэфира.

В основе радиочастотных систем передачи лежит использование ретрансляторов, для систем спутниковой связи это спутниковый ретранслятор, для радиорелейных систем передачи это ретрансляторы РРЛ. Анализ работы узловых радиочастотных устройств – ретрансляторов – является существенной частью проведения радиочастотных измерений и составляет следующий уровень радиочастотных измерений.

После анализа ретрансляторов обычно производится анализ радиочастотных трактов систем передачи в целом.

Результирующими измерениями для радиочастотных систем передачи являются измерения первичной сети. В зависимости от уровня создаваемого канала эти измерения могут касаться как иерархии PDH, так и иерархии SDH. В некоторых случаях (например для ССС) сюда будут относиться измерения каналов передачи данных.

Из перечисленных двух типов радиочастотных систем передачи РРЛ чаще используются в отечественной практике по причине большей гибкости и более высокой пропускной способности. Сдерживающим фактором развития ССС долгое время выступало отсутствие ресурса бортовых ретрансляторов с зоной покрытия территории России. В последнее время с запуском КА серий «Экспресс» и «Ямал» кризис был преодолен, однако существенное отставание технологии ССС по сравнению с РРЛ будет ощущаться еще долго. В обстановке хронического дефицита ресурса ретранслятора операторы ССС ориентировали свои решения не на классическое применение ССС для формирования стандартных каналов, а на предоставление услуг связи в труднодоступных районах. Только в последнее время наметилась тенденция к «вростанию» ССС в общую структуру ВСС РФ. Таким образом, типовые решения, предложенные в настоящем разделе, в большей степени будут ориентироваться на РРЛ.

4.2. Особенности технических решений для РРЛ

Группы технических решений. При формировании технических решений для эксплуатации РРЛ необходимо учитывать специфику развер-

3

тывания и эксплуатации последних. Радиорелейные системы передачи представляют собой очень широкий класс оборудования, предлагаемый различными компаниями-производителями. Гибкость РРЛ заключается

вследующих параметрах:

•частотный диапазон;

•уровень иерархии формируемого канала.

В части частотного диапазона каждая компания-производитель предлагает определенную линию оборудования с заданными границами частотного диапазона. В результате для формирования типовых решений необходимо для каждой компании-производителя готовить типовые решения с учетом частотного диапазона предлагаемых им систем. Такая детализация оказывается удобной, прежде всего заказчикам систем эксплуатации.

По уровню иерархии формируемых каналов РРЛ можно условно разделить на три категории:

•малоканальные РРЛ, формирующие канал уровня Е1 или ниже;

•РРЛ потоков PDH (Е1, Е2, ЕЗ);

•многоканальные РРЛ уровня STM-1.

Три перечисленные категории имеют спектр своего применения

иопределенные нюансы в эксплуатации.

Кмалоканальным РРЛ можно отнести радиочастотные системы передачи для формирования стандартных потоков 2048 кбит/с, любые решения WLL и т. д. Особенностью этой категории систем является то, что они внедряются «по случаю», при необходимости решения определенной частной технической задачи в кратчайший срок и с наименьшими затратами. Маловероятно, что какой-либо оператор будет строить свою первичную сеть на этом классе оборудования. В большинстве случаев системы этого

класса заказываются компанией-потребителем первичного канала Е1 у компании-инсталлятора. Последняя, вероятно, осуществляет затем полную поддержку канала. Поэтому о продуманной политике в области эксплуатации таких систем говорить нельзя. Можно лишь сформировать техническое решение для групп инсталляции такого рода оборудования (довольно многочисленных) и наиболее простые комплекты по контролю работоспособности такой системы со стороны заказчика.

РРЛ потоков PDH внедряются в отечественной практике системно. Например, такие системы развернуты у таких корпоративных операторов, как «Газпром», «Транснефть» и т.д. Необходимость применения такого класса оборудования определяется часто недостатком средств, не позволяющим внедрять системы большей пропускной способности. В этой ситуации оборудование для эксплуатации должно быть минимальным и недорогим. Второй особенностью рассматриваемого класса РРЛ является то, что они внедряются системно. Это означает, что РРЛ устанавливаются специализированными компаниями (как правило, производителями оборудования), а затем сдаются в эксплуатацию. Таким образом, в данном кон-

4

тексте имеет смысл говорить только о пакетных решениях для эксплуатации, поскольку производители обычно имеют уже достаточный парк измерительных средств.

Наконец, наиболее широкий класс оборудования ведущих фирмпроизводителей – это многоканальные РРЛ уровня до STM-1 и выше. Это, как правило, модульные системы с возможностью наращивания пропускной способности. РРЛ этого типа стоят довольно дорого, так что оператор может использовать полнофункциональные технические решения для эксплуатации, не выходя за предел 5–10 % от стоимости оборудования, что является нормой. Для таких систем представляется целесообразным формирование пакетных решений, привязанных к конкретным фирмампроизводителям оборудования, тем более что таких компаний на отечественном рынке не много. Поскольку оборудование данного уровня сложности внедряется только системно, как и в предыдущем случае, мы будем ориентироваться на эксплуатационные решения.

Таким образом, ниже мы рассмотрим следующие технические реше-

ния:

1)типовые решения для линий оборудования наиболее распространенных компаний-производителей;

2)типовые решения по эксплуатации РРЛ PDH;

3)типовые решения для инсталляции малоканальных РРЛ;

4)типовые решения по контролю работоспособности малоканальных

РРЛ.

Рассмотрим теперь основные измерения, которые будут входить в той или иной степени в типовые технические решения.

Спектральный контроль радиочастотного ресурса. Наиболее фундаментальным измерением, целесообразным для всех радиочастотных систем передачи, является спектральный анализ радиоэфира. Целесообразность этого класса измерений определяется самой структурой радиочастотных систем передачи. В основу таких систем положен принцип использования радиоэфира для передачи сигналов. РРЛ настроена на определенный рабочий диапазон, который теоретически должен быть свободен от посторонних сигналов. В случае возникновения последних для РРЛ это означает появление шумов в рабочем диапазоне, что должно влиять негативно на работу системы. Поэтому наблюдение за спектром в рабочей полосе частот позволяет:

1)выявить радиочастотные сигналы, интерферирующие с рабочими сигналами РРЛ;

2)определить влияние РРЛ за пределами рабочего диапазона;

3)по анализу рабочего сигнала РРЛ проверить правильность настройки последней на рабочий диапазон.

5

Эти три основные задачи решаются путем контроля в реальном времени состояния радиоэфира. Для этой цели могут использоваться анализаторы спектра или сканирующие приемники-анализаторы поля. Последние для реальной практики измерений в РРЛ используются редко, поскольку не позволяют с достаточно высокой степенью точности анализировать состояние как рабочего сигнала РРЛ, так и других сигналов в рабочем или близком к рабочему диапазоне. Связано это с резким уменьшением быстродействия сканирующих приемников на частотах выше 1–3 ГГц. По этой причине сканирующие приемники еще используются в сетях подвижной радиосвязи, а в технологии измерений РРЛ практически вытеснены анализаторами спектра.

Для проведения измерений анализатор спектра может быть подключен к тракту ПЧ, тракту РЧ или через тестовую антенну непосредственно поставлен для измерения мощности поля в заданной точке. Из перечисленных схем наиболее часто используются первые две, т.е. включение анализатора спектра в тракт ПЧ или РЧ на передающей/принимающей станции. С точки зрения практики это оказывается удобным, поскольку не требует использования дополнительных калиброванных измерительных антенн и вывода формулы пересчета данных анализатора спектра в параметры поля передаваемого или принимаемого сигнала. Все описанные нюансы измерений решаются в рамках технологии измерений ЭМС, но в реальной практике измерений на РРЛ не выполняются. Гораздо эффективнее оказывается включать анализатор в тестовые гнезда трактов ПЧ или РЧ на оборудовании и проводить измерения непосредственно в реально работающей системе. Следует отметить, что не все модификации РРЛ имеют тестовые гнезда и даже доступ к тракту ПЧ. В случае, когда это оказывается возможным, типовое решение может быть значительно оптимизировано, поскольку стоимость анализаторов спектра напрямую зависит от рабочего диапазона (стоимость повышается приблизительно на 10–15 % за каждый ГГц рабочей полосы). Следует, однако, указать, что такая оптимизация может сказаться на качестве измерений и удобстве применения методик, так что измерения РРЛ по ПЧ могут рассматриваться только как частный случай. В типовых решениях изначально предполагается возможность организации измерений по РЧ.

Измерения частоты и мощности сигнала РЧ. Вторым важным ти-

пом измерений являются измерения таких параметров РЧ-сигнала, как частота его несущей и мощность. В некотором смысле эти измерения дублируют спектральный анализ, однако, если спектральный анализ позволяет измерять относительную мощность, прямые измерения мощности позволяют измерять абсолютную величину передаваемой/принимаемой мощности сигнала.

Аналогично измерения частоты передаваемого/принимаемого сигнала дают возможность оценки качества настойки задающего генерато-

6

ра/фильтра на приеме. Прямые измерения с использованием частотомеров в этом случае намного точнее оценочных методов маркерных измерений при спектральном анализе.

Вто же время недостатком прямых измерений мощности и частоты передаваемого/принимаемого сигнала является то, что такими методами невозможно в полной мере оценить всю картину загруженности рабочего диапазона. Оценить эту картину можно, проходя измерительным прибором по диапазону и делая соответствующие измерения. Однако такое решение представляется неэффективным.

Таким образом, спектральный анализ и прямые измерения частоты

имощности взаимно дополняют друг друга и несут много полезной эксплуатационной информации.

Существенно, что в последнее время с развитием измерительной техники оказывается возможным объединить функции измерения частоты

имощности в одном универсальном приборе. В качестве такого прибора используется универсальный частотомер/измеритель мощности СРМ.

Комплексные измерения тракта РРЛ. При эксплуатации РРЛ су-

ществует группа специфических измерений, по результатам которых можно точно настраивать параметры системы передачи и рассматривать влияние тех или иных факторов на качество формируемого канала первичной сети.

Вкачестве таких измерений можно привести:

•измерения тракта РРЛ в целом и его параметров: АЧХ, ГВЗ, отношения сигнал/шум, DADE и т.д.

•измерения компонентов тракта РРЛ (модемов, антенного тракта, усилительного тракта, конвертерных цепей по линии вверх и вниз и т.д.).

Полное описание методик перечисленных измерений довольно обширно, поэтому не включено в настоящую работу. Здесь лишь приведем наиболее важные нюансы измерений.

Измерения тракта РРЛ в целом. Комплексные измерения тракта РРЛ включают в себя анализ характеристик «прозрачности» тракта, т.е. группы характеристик, описывающих радиочастотный канал как среду для передачи РЧ-сигналов. К таким характеристикам относятся характеристики неравномерности АЧХ канала, неравномерности фазочастотной характеристики (ГВЗ) и характеристики шумов, которые обычно сводятся к общей мощности шумов, характеристике спектральной плотности шумов

иотношению сигнал/шум.

Все эти характеристики показывают, насколько сформированный РЧ-оборудованием канал РРЛ пригоден для качественной передачи сигналов. Нормирование перечисленных характеристик не делается в рамках национальных и ведомственных стандартов, поскольку связано с параметрами качества образуемого первичного канала опосредованно. Обычно для оценки, насколько данные параметры соответствуют норме, специалисты

7

базируются на рекомендациях производителя оборудования РРЛ или на своем практическом опыте инсталляции и эксплуатации определенного класса оборудования.

Рис. 4.2. Принципы измерения параметров РРЛ

Метод измерения всех перечисленных параметров достаточно прост (рис. 4.2). Для измерений используются два прибора, подключаемые с разных сторон измеряемого тракта. Генератор на передающей стороне обеспечивает генерацию тестового сигнала (им может быть сканирующий, гармонический или композитный сигнал сложной структуры). На приемной стороне устанавливается тестовый приемник, в роли которого обычно выступает анализатор спектра со специальным программным обеспечением. Тестовый приемник принимает из канала сигнал, обеспечивает его обработку и отображение измеряемых величин в скалярной или векторной форме.

Измерения участков радиочастотного тракта. В случае выявления несоответствия параметров «прозрачности» РЧ-канала заявленным для нормальной эксплуатации РРЛ возникает необходимость «пошагового» измерения параметров РЧ-тракта. Для этой цели оператор рассматривает РЧ-тракт уже не как единый канал, а как составную РЧ-систему передачи, в состав которой входят различные компоненты (гетеродины, фильтры, конвертеры по линии вверх и вниз, модуляторы, демодуляторы, кодеры, антенные системы и т. д.).

На рис. 4.3. представлено схематическое изображение тракта РРЛ с входящими в его состав компонентами и указанием основных факторов, влияющих на работу тех или иных участков. В состав тракта входят следующие компоненты: кодер, модулятор, фильтр ПЧ, конвертор по линии вверх, фильтр РЧ, антенное устройство, ретранслятор и среда распространения сигнала, фильтр РЧ-приемника, конвертер по линии вниз, фильтр ПЧ, демодулятор и декодер. Все перечисленные составные части радиочастотного тракта можно разделить с точки зрения организации измерений на следующие типовые устройства: усилитель, фильтр и модулятор/демодулятор.

8

Рис. 4.3. Схема типичного радиочастотного тракта передачи и факторов, влияющих па параметры тракта

Следует отметить, что «пошаговые» измерения радиочастотных трактов, в отличие от измерений характеристик «прозрачности», включают

всебя не только анализ параметров аппаратуры тракта, но и параметров прохождения рабочего сигнала по нему. Поскольку сам РЧ-канал входит

врадиочастотный тракт как его составная часть, все перечисленные выше методы и параметры сохраняют свою актуальность при измерениях параметров радиочастотных трактов. Однако помимо приведенных параметров,

впроцесс измерений в радиочастотных трактах включаются специфические параметры, связанные с другими устройствами, входящими в состав тракта, а также параметры распространения рабочего сигнала по тракту.

Существенно различаются методики измерений параметров участков радиочастотного тракта и комплексные измерения радиочастотных трактов, которые выполняются вместе с измерениями канального уровня систем передачи (измерения по параметру ошибки – BER). На рисунке также показаны основные факторы, влияющие на параметры радиочастотного

9

тракта и на результирующий параметр функционирования радиочастотных систем передачи – параметр ошибки (BER).

Рассматривая эти параметры, можно выделить соответствующие им группы измерений участков радиочастотного тракта:

•контроль возможных нарушений работы модемов приводит к необходимости измерений параметров модуляции;

•учет возможной нелинейности в усилительных элементах приводит к необходимости контроля усилителей и измерения характеристик усиления этих элементов;

•определение вероятности межсимвольной интерференции требует анализа фильтров ПЧ и РЧ;

•определение уровня ухудшения качества связи в радиочастотных системах передачи, которые могут быть вызваны фазовыми шумами передающего тракта и тепловым шумом приемника. Влияние этих факторов настолько велико, что измерения шумов обычно выделяются в отдельный класс измерений.

Следует отметить, что комплексные измерения участков радиочастотного тракта производятся в полном объеме при заводских испытаниях аппаратуры. При эксплуатации обычно выполняется только часть описываемых измерений, которые сводятся только к диагностике различных устройств и локализации причины снижения параметров качества работы системы передачи.

Технология специфических измерений в системах РРЛ. Совре-

менная технология упомянутых выше измерений связана с повсеместным использованием универсальных измерительных систем для анализа РРЛ. Как правило, эти системы устроены по принципу векторного или скалярного анализатора цепей, т.е. включают в себя синхронизированный генератор и анализатор спектра. Дополнительно такие системы имеют специальные программно-аппаратные опции, позволяющие проводить специфические измерения для РРЛ. Тенденция к миниатюризации и высокой научнотехнической насыщенности в измерительной технике, которая наблюдается в последнее десятилетие, привела к тому, что программно-аппаратные комплексы для измерений параметров РРЛ стали недорогими и относительно портативными.

Дополнительные измерения радиочастотного сигнала. Кроме пе-

речисленных выше измерений РЧ-сигналов, на передающих и принимающих станциях целесообразно иметь несколько приборов общеизмерительного плана. Эти приборы могут успешно использоваться для настройки, оперативной диагностики и ремонта различных узлов РРЛ или кабельной системы внутри узла приемопередачи.

Таким минимальным набором может служить цифровой осциллограф и портативный мультиметр. Оба этих прибора часто оказываются необходимы для первичной диагностики широкого класса неисправностей