Электрические характеристики симметричных кабелей: помехи

Все помехи, действующие на витую пару, можно разделить на две большие группы — внутренние и внешние.

Внутренние помехи витой пары — это помехи между ее жилами при отсутствии внешних помех. Часто их называют собственными шумами линии. При организации только традиционного телефонного доступа они измеряются в полосе частот телефонного канала широкополосным измерителем напряжения или уровня, для чего в цепь измерения включается специальный взвешивающий контур, учитывающий чувствительность человеческого уха. По сложившейся традиции взвешивающие контуры в странах Европы и Северной Америки различаются, правда, разница составляет всего 0,5 дБ.

Несмотря на выделение двух групп помех, при практических измерениях трудно полностью исключить воздействие на абонентскую линию, например, помех от сети переменного тока и его гармоник. Поэтому прибор для оценки собственных шумов абонентской линии (его называют псофометром) измеряет сумму тепловых шумов и помех от сети переменного тока. Следует отметить, что степень подавления самим симметричным кабелем помех от сети переменного тока зависит от тщательности монтажа экрана и заземления (подробнее о них речь пойдет немного ниже). Потенциальными источниками повышенных внутренних помех могут служить также некачественные контакты в сростках жил на стыках строительных длин.

В зарубежных спецификациях обычно приводятся три значения параметра: допустимое (acceptable), граничное (marginal) и недопустимое (unacceptable). Применительно к собственным помехам они равны 20 (–70), 20÷30 (–70÷– 60) и более 30 (–60) dbrnC (dBmp), соответственно. Здесь dbrnC — принятая в Северной Америке единица измерения уровней сигналов и помех относительно опорной мощности 1 пВт с учетом взвешивающего контура С. В скобках указан уровень тех же помех в принятой ITU-T системе отсчета уровней сигналов и помех относительно опорной мощности, равной 1 мВт, с учетом взвешивающего контура ITU-T.

Стоит отметить, что при использовании витой пары для работы систем xDSL уровень собственных помех измеряется в полосе частот до 400 кГц.

Внешние помехи витой пары создают не меньшее число проблем для устойчивой работы систем передачи. Основными видами внешних помех на абонентских телефонных сетях являются переходные влияния со стороны других абонентских линий, помехи от сети переменного тока, от радиостанций и импульсные помехи. Влияние внешних помех ощутимо даже при обычной телефонной связи — каждому наверняка приходилось сталкиваться с такими неприятными эффектами, как хорошо слышимый разговор двух (а иногда и нескольких) посторонних абонентов, гудение в трубке (так называемый фон переменного тока) или отчетливо звучащая радиопередача.

Присутствие на витой паре переменного напряжения стабильной величины в большинстве случаев объясняется воздействием со стороны расположенных рядом линий сети электропитания переменного тока. Обычно, говоря о таком воздействии, имеют в виду влияние линий сильного тока, подвешенных на тех же столбах или закопанных в непосредственной близости. Фактически же влияние могут оказывать и линии, удаленные от кабеля связи на сотни метров и даже километры.

Причинами повышенных шумов от сети переменного тока могут быть:

• резистивная или емкостная асимметрия витой пары;
• нарушение непрерывности экрана или его плохое заземление;
• аварии или повреждения элементов сетей переменного тока (трансформаторов, конденсаторных батарей, заземлителей и т. д.).

Асимметрия витых пар может быть определена с помощью измерительных приборов. Из следующих выпусков будет ясно, как именно можно установить величину асимметрии и ее природу и каким образом производится поиск дефектов экранов кабелей.

Экран кабеля играет существенную роль в подавлении высокочастотных помех, однако не стоит надеяться, что он сильно уменьшит помеху с частотой сети переменного тока. Степень подавления экраном кабеля помехи с частотой 50 Гц ничтожна и составляет всего 3%. Часть помех этой частоты подавляет непосредственно приемопередатчик систем xDSL. Поэтому принятые нормы помех частотой 50 Гц для ТфОП приемлемы и для xDSL.

Помеха со стороны сетей электропитания переменного тока, кроме сигнала основной частоты 50 Гц, обычно содержит и ее гармоники. Но эффективность подавления помех экраном кабеля растет с увеличением частоты гармоник. Так, подавление помехи с частотой 450 Гц (девятая гармоника основной частоты 50 Гц) составляет уже 50%, а помехи частотой 850 Гц (17-я гармоника) достигает 80%.

Необходимым условием высокой эффективности экрана кабеля является надежное сращивание и заземление его участков. Заметим, что коррозия в любой точке заземления, обычно невидимая невооруженным глазом, может превратить это заземление в параллельное соединение диода и резистора или добавить нежелательную емкость между экраном и землей.

Сложнее всего бороться с помехами от сетей переменного тока, которые возникают из-за повреждений сетевых элементов (конденсаторов, включаемых в сети переменного тока для улучшения cos φ, и др.) или нарушения баланса нагрузки трехфазных линий электропередачи. Очевидно, что борьба с влиянием токов промышленной частоты может быть успешной только при тесном взаимодействии с предприятием местных энергосетей.

Похожие проблемы вызывает излучение радиопередатчиков (в основном длинноволновых, работающих в диапазоне частот 140—300 кГц), которое повсеместно присутствует в земной атмосфере. Уровень таких помех в значительной степени зависит от качества сращивания и заземления экрана кабеля, наличия рядом радиопередающих центров, характеристик линии и почвы.

Импульсные помехи представляют собой непериодическую последовательность импульсов, возбуждаемых кратковременными ЭДС. Они имеют широкий спектральный состав и поэтому особенно опасны для линий xDSL. Возможными причинами импульсных помех могут быть процессы коммутации на электромеханических АТС, переходные процессы в цепях источников питания, электростатические разряды молнии, плохие контакты в сростках жил на стыках строительных длин, эксплуатационные переключения в кроссах АТС, распределительных шкафах и др.

Самые мощные импульсные помехи возникают при работе искателей декадно-шаговых АТС и номеронабирателей. Поэтому наиболее сильно они воздействуют на участки абонентских линий, прилегающие к АТС. Эти помехи обычно представляют собой импульсы с пиковым значением от 5 до 20 мВ, величина которых падает экспоненциально во времени, а длительность изменяется в пределах от 30 до 150 мкс.

Отдельные импульсные помехи могут группироваться в пакеты, длина которых изменяется в широких пределах и определяется интенсивностью действия и характеристиками источников их возникновения. Так, длительность групповых импульсов помех, вследствие работы номеронабирателей, может достигать 3 мс при максимальном значении до 5 мВ.

Исследования импульсных помех на отечественных абонентских линиях показывают, что их амплитуды уменьшаются с ростом частоты от значений 5 мВ в полосе частот 0—40 кГц до значений 1,5 мВ в диапазоне частот 40—300 кГц. Причем количество импульсных помех в абонентских линиях, нагруженных на волновые сопротивления, значительно меньше, чем в случае несогласованного включения.

Трудность обнаружения импульсных помех заключается в том, что большинство их источников активно в определенное время суток. Так, многие из них проявляют себя только в рабочие часы в обычные дни, а в выходные — в предобеденные и послеобеденные часы. Поэтому локализацию импульсных помех следует проводить в предопределенные интервалы времени, когда их появление наиболее вероятно.

Для измерения импульсных помех обычно применяются специализированные приборы, учитывающие их статистические параметры. Специальные измерительные установки существуют и для локализации повреждений линий передачи, включая определение источников импульсных помех.

Тестирование продольных импульсных помех (Longitudinal Impulse Noises) — еще один способ их оценки. Импульсные помехи измеряются между соединенными параллельно обеими жилами витой пары и землей. Поэтому такой способ называют также тестированием импульсных помех относительно земли (Impulse Noise To Ground). Величина импульсных помех в этом случае не должна быть более +7 дБм.

Около 20 лет назад проблема импульсных помех приобрела большую остроту при организации широкополосной передачи данных на отечественных аналоговых системах передачи по симметричным и коаксиальным кабелям. Как выяснилось, основным источником помех были плохие контакты в линейных усилителях магистральных линий связи. Старые аналоговые грехи не пускают в широкополосный рай.