Методы и приборы для тестирования линий связи

Тестирование линий связи (ЛС) подразумевает применение соответствующих методов и приборов. Два основных подхода — тестирование на постоянном и переменном токе. В свою очередь, тестирование на переменном токе выполняется двумя способами — путем измерения падающей волны или измерения отраженной волны (метод рефлектометрии).

Измерения на постоянном токе и измерения падающей волны используются для определения первичных и вторичных параметров линии. Оба метода могут быть реализованы как путем непосредственного измерения волны, так и с применением метода сравнения, частным случаем которого является мостовой метод. Основное достоинство метода сравнения — его высокая точность в широком диапазоне измеряемых значений.

Помимо названной существуют и другие классификации методов тестирования. Так, всю их совокупность можно представить в виде больших групп, одна из которых требует обязательного закрытия действующей системы связи на время измерения, а другая может выполняться в работающей системе. Более коротко: способ с закрытием связи и способ без закрытия связи.

Современная концепция тестирования сетей связи опирается на модель взаимодействия открытых систем OSI, в соответствии с которой все измерительные приборы для тестирования сетей связи подразделяются на две категории:

• анализаторы физического уровня (первый уровень OSI);
• анализаторы более высоких уровней (со второго по седьмой).

К анализаторам физического уровня относятся мультиметры, кабельные тестеры, рефлектометры для металлических и оптических кабелей, осциллографы, измерители уровня сигнала и анализаторы спектра. Другая группа анализаторов второго—седьмого уровней модели OSI измеряет параметры циклов и пакетов, проверяет целостность данных, сеансы связи, преобразование данных и приложения. Это могут быть карманные тестеры, анализаторы протоколов в виде универсальных приборов со специальными модулями для решения различных задач или пакеты программ для использования в комплексах тестирования и для управления сетевых узлов.

Тестирование кабельных линий связи осуществляется только посредством анализаторов физического уровня. В дальнейшем именно их мы рассмотрим более подробно.

За несколько последних десятилетий рынок анализаторов физического уровня для тестирования симметричных линий претерпел революционные изменения. Причиной стало появление технологий xDSL и структурированных кабельных систем. Приборы этой группы позволяют оценить такие параметры линии связи, как ее длина, сопротивление, затухание, коэффициент отражения, переходное затухание между витыми парами медных кабелей и др. Они применяются и для локации электрического состояния кабельной линии (определения неоднородностей, параллельных отводов, мест повреждения линии и т. д.).

В «аналоговую эпоху» приборы предназначались для решения проблем традиционных телефонных сетей с их ориентацией на диапазон звуковых частот. Современные приборы для тестирования симметричных линий работают в диапазоне частот до нескольких сотен мегагерц. В дополнение к группе низкочастотных приборов сформировались две новые. Одна из них ориентирована на тестирование абонентских линий с поддержкой xDSL, другая — на тестирование СКС.

Цена широкополосных приборов значительно выше, поэтому дешевые устройства низкочастотного диапазона с рынка не исчезли. Более того, благодаря ряду эволюций, область их применения существенно расширилась. Например, реализация новых методов тестирования абонентских линий повысила качество диагностики, а автоматизация процесса измерений облегчила работу персонала. В результате низкочастотные приборы нового поколения обеспечивают диагностику и локализацию большей части дефектов кабельных линий связи и применяются к тому же для тестирования абонентских линий при развертывании xDSL. Еще один пример — группа простых приборов с набором вспомогательных функций для первоначального тестирования СКС.

Дальнейший материал по диагностике кабельных линий связи будет посвящен детальному рассмотрению приборов и методов тестирования симметричных линий их на основе. Некоторые из устройств будут лишь упомянуты, параметры других — подробно описаны. Итак, о каких приборах идет речь?

Мультиметры служат для измерения параметров линии по постоянному и переменному току (напряжение станционной батареи, сопротивление шлейфа абонентской линии и др.).

Мосты постоянного и переменного тока дополняют мультиметры, позволяя более точно оценивать первичные параметры линии связи.

Измерители уровня сигнала представляют большую группу приборов, используемых при настройке, эксплуатации и устранении повреждений в системах передачи по металлическим кабелям. С их помощью можно измерять затухание линии, переходное затухание, гармонические помехи и шумы. Измерители уровня работают в селективном или широкополосном режиме. Селективные измерители уровня позволяют оценивать уровни сигнала или шума только в определенной, достаточно узкой (100 Гц, 1 кГц, 3,1 кГц и т. д.) полосе частот. Благодаря этому свойству селективные измерители способны оценивать очень низкие уровни сигналов и помех. Широкополосные измерители уровня применяются, как правило, для измерения широкополосных помех (например, тепловых шумов регенераторов и усилителей). В принципе они пригодны и для измерения уровней моночастотных сигналов, если те значительно превышают уровень широкополосной помехи. Важное преимущество селективных измерителей по сравнению с широкополосными состоит также в том, что они позволяют производить тестирование работающей системы связи.

Тестеры коэффициентов битовых ошибок BER — основной инструмент для оценки линии цифровой связи как при ее первоначальной настройке, так и в процессе эксплуатации. В последнем случае работу системы связи требуется приостановить. Принцип действия прибора основан на использовании псевдослучайных последовательностей. Алгоритмы функционирования тестеров BER опираются на рекомендации ITU-T — G.821, G.826, V.53 и М.2100. Тестеры ошибок позволяют оценивать битовые и блочные ошибки, а также ошибки в секундных интервалах, включая долю таких интервалов без ошибок EFS, с ошибками ES и с многочисленными ошибками SES.

Результаты тестирования ошибок обычно представляют в виде числовых значений или гистограммы. Некоторые анализаторы протоколов высокого уровня имеют встроенные функции тестирования ошибок. В отличие от измерителей уровня, тестеры ошибок требуют обязательного закрытия системы связи.

Рефлектометры во временной области, TDR, позволяют оценить характерные точки линии связи, включая неоднородности, повреждения и т. д.

Из-за сложной природы повреждений витых пар отдельное тестирование во временной или частотной области не позволяет исчерпывающим образом идентифицировать причину повреждения и его местоположение.

К достоинствам рефлектометра относится тот факт, что измерения могут проводиться только содного конца. Однако такое подключение не всегда позволяет точно определить причину отражений (особенно в случае множественных дефектов). Например, рефлектометр не может отличить отражение вследствие присутствия пупиновской катушки от отражения из-за обрыва витой пары. Имея низкое выходное сопротивление, близкое к 100 Ом для узких испытательных импульсов, рефлектометр не в состоянии надежно обнаруживать отражения от мест повреждения с сопротивлением порядка 1000 Ом и более.

Кроме того, тестирование в частотной области имеет существенно больший набор функций, включая измерение первичных параметров — сопротивления, утечки и емкости, а также параметров передачи, влияния, шумов, асимметрии и др.

Поэтому разработчики измерительных приборов все чаще задумываются о необходимости объединения в одном устройстве функций тестирования во временной и частотной области. Сегодня подобные комплексные приборы уже существуют и позволяют добиться более высокой точности диагностики при одновременном сокращении временных затрат.

Осциллографы и анализаторы спектра обычно используются при идентификации сложных повреждений, когда требуется точное определение формы сигнала или его частотного состава. Например, большой коэффициент ошибок BER может быть вызван множеством причин: дефектной выходной ступенью передатчика, слишком большими значениями мощности шума или дрожания из-за включения электрического двигателя либо переходными влияниями со стороны систем передачи, работающих по тому же кабелю. Осциллограф предоставляет единственную возможность для исчерпывающей детализации параметров сигнала, включая его форму, частоту, время нарастания и спада.

Логические анализаторы используются для записи сигналов синхронизации. Они похожи на осциллографы с дополнительными функциями тестирования цифровых сигналов, контролируют одновременно несколько синхросигналов и снабжены возможностью автоматического запуска при определенном состоянии контролируемых сигналов.