Тестирование электрических линий и каналов структурированной кабельной системы

Тестирование электрических  линий и каналов

      структурированной  кабельной системы.

 Общие сведения  о тестировании

        структурированной кабельной системы

Высокие требования к современной СКС привели к тому, что сегодня недостаточно просто проложить кабели и показать правильную карту соединений. Кабельной системы нет до тех пор, пока не проведено ее тестирование. Процесс тестирования инсталлированной СКС является самым ответственным и финальным моментом ее создания. Он требует сложных и дорогостоящих «полевых» измерительных приборов и предъявляет высокие требования к квалификации персонала, осуществляющего тестирование.

 Требования к процедурам  тестирования СКС изложены в  нормативном Приложении B к стандарту  ISO/IEC 11801:2002(E). Ниже кратко рассмотрены  эти требования.

 Прежде всего, стандарт ISO/IEC 11801:2002(E) требует, чтобы в инсталлированной  СКС тестовые процедуры и оборудование  для каналов, стационарных линий и линий точки консолидации соответствовали стандарту IEC 61935-1. Кроме того, тестовые процедуры должны соответствовать:

• для шнуров — стандарту IEC 61935-2;
• для кабелей — стандарту IEC 61156-1;
• для соединительного оборудования — соответствующим частям стандарта IEC  60603-7.

Тестирование СКС определено стандартом ISO/IEC 11801:2002(E) в трех видах:

• приемочное тестирование (англ. acceptance testing) — как средство объявить готовой и годной кабельную систему, про которую заранее известно, что она сделана в соответствии с рекомендациями стандарта по структуре, топологии и изготовлению, а также состоит из компонентов, соответствующих требованиям к характеристикам компонентов соответствующих категорий;
• тестирование на соответствие (англ. compliance testing) — как средство объявить готовой, годной и соответствующей стандарту ISO/IEC 11801:2002(E) кабельную систему, которая содержит не только известные по характеристикам компоненты, но и такие, характеристики которых заранее неизвестны;
• эталонное тестирование (англ. reference testing) — как средство тестирования моделей каналов и линий в лабораторных условиях с помощью лабораторного оборудования, а также как средство для сравнения результатов измерений, полученных с помощью лабораторного оборудования, с результатами, полученными «полевым» измерительным оборудованием. Эталонное тестирование моделей каналов и линий в лабораторных условиях используется также для проверки тех параметров, которые не могут быть протестированы в полевых условиях.

  Заметим, что при создании и эксплуатации СКС проводятся разнообразные измерения, необходимость которых вызывается различными причинами: потеря связи, контроль выполненной работы, сомнения в исправности и т. п. При про ведении такого рода измерений персонал может использовать любое оборудование и методики, которыми он располагает и которым он доверяет. Но при тестировании СКС одного из указанных видов должно использоваться оборудование и процедуры, как сказано выше, только соответствующие стандарту IEC 61935-1.Именно такое тестирование мы здесь и обсуждаем.

На практике вид тестирования, состав тестирующего оборудования, критерии тестирования и набор измеряемых характеристик должен быть оговорен в техническом задании на СКС.

  Параметры, измеряющиеся при  трех указанных выше видах  тестирования в соответствии  со стандартом ISO/IEC 11801:2002(E), приведены  в табл. 4.8.

Таблица 4.8. Параметры электрических  каналов и линий, измеряемые в  трех видах тестирования СКС в  соответствии со стандартом ISO/IEC 11801:2002(E)

Параметры могут быть:

• информативными. Они обозначены буквами «Информ» и могут измеряться в процессе приемочного тестирования по согласованию с Заказчиком СКС;
• расчетными. Они рассчитываются по измеренным параметрам и обозначены буквами «Расч»;
• обязательными. Они обозначены буквами «Обяз» и обязательно должны измеряться при тестировании любого из трех видов.

Из данных табл. 4.8 следует, что при  приемочном тестировании обязательными параметрами для измерений являются только карта соединений и непрерывность проводников. Из этого, однако, не следует, что остальные параметры не нужно измерять при приемке СКС. Поскольку многие из них определяются только монтажом, их измерение - это единственная возможность убедиться в его качестве.

Кстати, и Заказчик, который не хотел  бы убедиться, что его СКС соответствует стандарту, вряд ли найдется. В связи с этим при приемке СКС чаще всего производится не «приемочное тестирование», а «тестирование на соответствие», даже если соблюдены условия приемочного тестирования.

Оборудование для тестирования кабельной системы в «полевых» условиях

Современная элементная база радиоэлектроники позволила создать  эффективные измерительные приборы для тестирования СКС в «полевых» условиях, т. е. в месте ее инсталляции на конкретном объекте. К приборам такого типа предъявляются серьезные требования как со стороны эксплуатационных условий, так и со стороны стабильности и точности измерений. Кроме того, необходимо проводить многочисленные и разнородные измерения, в том числе и косвенные, требующие от прибора и достаточных вычислительных возможностей. В последнее время эти требования еще более усложнились в связи с необходимостью проводить измерения на частотах вплоть до 600 МГц и выше. Прибор для тестирования СКС должен, как и всякий современный прибор, обладать и сервисными функциями, связанными с хранением, представлением и распечаткой результатов измерений.

Перечисленные обстоятельства приводят к тому, что парк таких  приборов ограничен по численности, а цена одного прибора в полном комплекте доходит до 10 тысяч долларов США. Добавим также, что, к сожалению, отечественная промышленность на сегодняшний день не выпускает полевых приборов для тестирования СКС на соответствие стандарту ISO/IEC 11801:2002(E).

Приборы и методики для  тестирования СКС должны удовлетворять требованиям стандарта IEC 61935-1 (см. Приложение I.1), который был принят в 2000 г. и исправлен дополнением 1, вышедшем в 2002 г. после выхода в свет стандарта ISO/IEC 11801:2002(E). Заявлено, что стандарт останется неизменным до 2006 г., после чего он может быть изменен и дополнен. Кратко остановимся на требованиях указанного стандарта.

Прежде всего, в стандарте  указано, что измерения на линиях и каналах классов D и E могут проводиться полевыми тестерами, в то время как для класса F в диапазоне частот от 300 до 600 МГц — только с помощью сетевых анализаторов или анализаторов спектра. Характеристики (в основном, точность) полевого тестирующего оборудования и сами приборы классифицируются по уровням (англ. level) и сегодня в телекоммуникационной промышленности используются полевые измерительные приборы уровней I, II, IIE и III. Полевые приборы, используемые для сертификации линий и каналов классов D и E, определяются как приборы уровня IIE и уровня III, соответственно. Стандарт определяет требования только к электрическим характеристикам приборов и методов и их точности; требования к сервисным функциям, размерам, надежности, стойкости к климатическим и механическим воздействиям и т. п. не охватываются данным стандартом. В связи с этим, производители таких приборов не ограничены данным стандартом в выборе конструктивных и сервисных возможностей разрабатываемых устройств.

Стандартом IEC 61935-1 специфицированы  требования к методикам и при борам, измеряющим в полевых условиях 11 параметров, а именно: карту соединений с их непрерывностью, задержку, перекос задержек, длину, потери ввода, NEXT, PSNEXT, ELFEXT, PSELFEXT, возвратные потери, сопротивление петли постоянному току. Измерения должны проводиться в конфигурациях «канал» и «стационарная линия». Конкретный набор параметров, как было сказано выше, определяется видом тестирования и техническим заданием на СКС, а сами параметры должны удовлетворять стандарту ISO/IEC 11801:2002(E). Требования к методикам измерений параметров ACR и PSACR стандартом IEC 61935-1 отдельно не специфицируются, но нужно помнить, что эти параметры входят в число параметров, нужных при тестировании на соответствие (см. табл. 4.8).

Требования к погрешностям тестирующих приборов уровней IIE и III при измерениях предельных критериальных значений параметров ( критерий теста - «прошел/не прошел», предел параметра - по стандарту ISO/IEC 11801:2002(E)) представлены в таблице 4.9.

Очень важной характеристикой  полевого прибора является его динамический диапазон по напряжению. Связано это с тем, что при измерении параметров NEXT и FEXT нужно измерить большое напряжение исходного сигнала и маленькое напряжение наведенного или ослабленного сигнала, а потом сравнить их. По стандарту IEC 61935-1 требуется, чтобы этот динамический диапазон был не менее 63 дБ для приборов уровня IIE и не менее 65 дБ для приборов уровня III.

Порядок проведения тестовых измерений параметров СКС в полевых  условиях также имеет свои особенности. Стандарт требует, чтобы владелец полевого измерительного прибора обязательно создал «эталонную» линию (англ. reference link) Изготовление структурированной кабельной системы и регулярно с помощью своего прибора проводил ее тестирование. Эта линия будет исполнять роль меры. Повторяющиеся на ней измерения должны давать одни и те же результаты с величиной погрешности, определенной в паспорте прибора.

Это требование необходимо выполнять, поскольку при многократном использовании  полевого прибора изнашиваются его  коннекторы и тестовые шнуры и  нужно быть всегда уверенным в  исправности и годности такого прибора.

Таблица 4.9. Допустимые погрешности  тестирующих приборов уровней IIE и III при измерениях предельных критериальных значений параметров ( критерий теста «прошел/не прошел», предел параметра — по стандарту ISO/IEC 11801:2002(E))

Каждая линия должна быть измерена «в двух направлениях»: после  первого измерения основной и  удаленный блоки прибора меняются местами и проводится второе измерение. При этом все наихудшие значения параметров (за исключением NEXT и Return Loss) должны оставаться теми же самыми в пределах удвоенной погрешности прибора. «Ближние» значения NEXT и RL, полученные в первом измерении, необходимо сравнить с «удаленными» значениями NEXT и RL, полученными во втором измерении. Также и «удаленные» значения в первом измерении необходимо сравнить с «ближними» второго. В обоих случаях разница между значениями не должна превышать удвоенной погрешности прибора.

Полевых приборов, выпускающихся  сегодня и способных проводить  тестирование на соответствие линий  и каналов классов D (уровень IIE) и E (уровень III) не много. В таблице 4.10, взятой из [29], приведен их перечень. Там же проведено сравнение их измерительных и сервисных возможностей.

Таблица 4.10. Перечень полевых  приборов для тестирования СКС

Практические рекомендации по тестированию СКС

Правила использования полевых  тестеров определены их подробными инструкциями. Здесь необходимо лишь обратить внимание на три главных момента при проведении тестирования.

Во-первых, при проведении тестирования необходимо ясно представлять, по каким критериям проводится тестирование. Как правило, полевые тестеры имеют режим «Автотест», в котором могут использоваться американский, международный или другие стандарты, поэтому необходимо однозначно выбрать стандарт и набор параметров, подлежащих измерению.

Во-вторых, необходимо точно  знать скорость распространения  сигнала в том кабеле, из которого сделана линия, на которой проводятся измерения. Для кабелей скорость распространения сигнала обязательно указывается в спецификации, а полевые тестеры, как правило, хранят библиотеку этих значений для конкретных типов изделий. Скорость распространения сигнала по кабелю принято характеризовать параметром NVP (англ. Nominal Velocity of Propagation), который указывается в долях или процентах от скорости света, с. В 4-х парных кабелях значения NVP лежат обычно в пределах от 0,6 с до 0,8 с. Тестеры обычно имеют функцию калибровки NVP, которая позволяет на образце данного кабеля известной длины определить этот параметр. Минимальная длина образца при этом должна быть не менее 15 м и чем она будет больше, тем лучше, поскольку точность в значении NVP будет определять точность измерения длины полевым тестером.

И, наконец, в третьих, необходимо прокалибровать прибор именно при выбранных  критериях перед началом измерений.

В остальном - нужно тщательно соблюдать требования инструкции по эксплуатации прибора, которая должна быть изучена досконально. Тут же нужно еще раз напомнить о том, что тестовые шнуры и измерительные адаптеры изнашиваются в процессе эксплуатации и погрешности прибора возрастают. Поэтому рекомендация стандарта IEC 61935-1 владельцу тестера создать для себя «эталонную» линию и периодически проверять свой прибор по ней должна, несомненно, быть выполнена.

Тестирование оптоволоконных линий и каналов СКС

Процедуры тестирования оптоволоконных линий и каналов СКС, построенной в соответствии с международным стандартом ISO/IEC 11801:2002(E), определены международным техническим документом ISO/IEC TR 14763-3.

При тестировании СКС подлежат определению следующие характеристики:

• длина линий и каналов (а также, если необходимо, длины  оптоволокон между соединительными устройствами);

• целостность оптоволокон (англ. continuity – непрерывность);

• задержка сигналов (англ. propagation delay);

• ослабление (англ. attenuation);

• возвратные потери (англ. return loss).

Определения параметров и  конкретные требования к ним будут  указаны ниже при рассмотрении требований стандарта ISO/IEC 11801:2002(E) к волоконно оптической части СКС. Здесь отметим только следующие важные для тестирования моменты.

Целостность оптоволокон разрешается определять любым прибором, начиная от любого простого источника света и заканчивая оптическими рефлектометрами.

В СКС, где длины внутриобъектовых кабелей не превышают десяти - ста метров, для этой цели удобно использовать недорогие (около 250 долларов) определители обрывов (англ. Visual Fault Locator, VFL) [46]. Длина линий определяется по длине компонентов или рефлектометром. Задержка оптических сигналов определяется расчетным путем по известным значениям длины и группового показателя преломления оптоволокна, обычно указываемого производителем кабеля. Для практических целей полезно запомнить, что задержка сигналов в оптоволокне составляет 5 нс/м.

Ослабление при наладочных измерениях можно измерять относительно недорогими оптическими тестерами, содержащими источник света и  измеритель мощности. При ответственных  измерениях, имеющих целью установить соответствие инсталлированной СКС стандарту ISO/IEC 11801:2002(E), необходимо применять лишь достаточно дорогие приборы, отличающиеся от простых оптических тестеров гарантированной спектральной шириной источника излучения, его стабильностью и точностью прибора.

Заметим также, что в соответствии с документом ISO/IEC TR 14763-3 при тестировании СКС запрещено использование  иммерсионного геля в разъемных  соединителях, который часто используется на практике для снижения потерь ввода и потерь на отражение.