Zakład Dostępowych Sieci Przewodowych (Z-16)

Transkrypt

1 Zakład Dostępowych Sieci Przewodowych (Z-16) Opracowanie i wykonanie zestawu badaniowego dla urządzeń szerokopasmowych ADSL. Procedura badawcza stanowiska badaniowego dla urządzeń szerokopasmowych ADSL. Praca nr Warszawa, grudzień 005

2 Opracowanie i wykonanie zestawu badaniowego dla urządzeń szerokopasmowych ADSL. Procedura badawcza stanowiska badaniowego dla urządzeń szerokopasmowych ADSL. Praca nr Słowa kluczowe (maksimum 5 słów): procedury badawcze, ADSL, zestawy badaniowe Kierownik pracy: Wykonawcy pracy: Kierownik Zakładu P-16 mgr inż. Włodzimierz Zalewski mgr inż. Tomasz Kolecki dr inż. Ryszard Krajewski techn. Sylwester Nowak mgr inż. Dariusz Gacoń Copyright by Instytut Łączności, Warszawa 005

3 Spis treści CZĘŚĆ I... 1 Wprowadzenie Tworzenie podstaw społeczeństwa informacyjnego Szybki i bezpieczny Internet Inwestowanie w umiejętności Stymulowanie korzystania z Internetu Dostęp do Internetu w gospodarstwach domowych i przedsiębiorstwach w krajach Unii Europejskiej Metoda projektowania linii sztucznych Metoda projektowania linii sztucznej wg wersji Układy symulujące krótkie odcinki linii przy zastosowaniu wariantu Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,4 mm Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,3 mm Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,63 mm Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,9 mm Układ dopasowujący i filtry Układ dołączający źródło zakłóceń do linii Filtr kształtujący charakterystykę gęstości widmowej mocy źródła zakłóceń typu A Filtr kształtujący charakterystykę gęstości widmowej mocy źródła zakłóceń typu B Realizacja praktyczna pracy Podsumowanie CZĘŚĆ II Wstęp Dokumenty stanowiące podstawę do opracowania procedury badaniowej Specyfikacja techniczna podstawowych parametrów systemów ADSL (wersja klasyczna) Modele zakłóceń Zalecane pętle testowe Przygotowanie procedury badawczej Badania i pomiary parametrów elektrycznych rozgałęźnika Struktura rozgałęźnika Mierzone parametry Badania parametrów elektrycznych liniowego interfejsu centralowego w paśmie od 5 khz do 1104 khz (transmisja downstream) i liniowego interfejsu abonenckiego w paśmie od 5 khz do 138 khz (transmisja upstream) Testy jakościowe i funkcjonalne systemów ADSL Konfiguracja badaniowa Zastosowana metoda badaniowa LITERATURA... 6 ZAŁĄCZNIK strona 1

4 CZĘŚĆ I

5 1 Wprowadzenie Zapotrzebowanie na szerokopasmowy dostęp do Internetu w Polsce, podobnie jak w Europie i na świecie, nie słabnie, przy czym po wstąpieniu Polski do Unii Europejskiej nabrało ono większego znaczenia. W sieciach dostępowych oznacza to zwiększenie zapotrzebowania na instalację systemów xdsl (Digital Subscriber Line), w szczególności systemów ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), które jak się przewiduje w poniższym dokumencie [] - dominującą formą dostępu do szybkiego Internetu w najbliższych latach w Europie i w Polsce będzie technologia ADSL. Wynika to z realizacji celów Strategii Lizbońskiej, której jeden z podstawowych zakłada rozwój gospodarki opartej na wiedzy. Należy bowiem wspomnieć, że w Unii Europejskiej realizowany jest Plan Działań eeurope 005 Społeczeństwo Informacyjne dla Wszystkich, w którym duże znaczenie przywiązuje się do problemu zapewnienia bezpiecznej infrastruktury dostępu szerokopasmowego do Internetu dla wszystkich obywateli i przedsiębiorców, administracji publicznej, szkół i nauki. Dlatego Rząd Rzeczpospolitej Polskiej w ostatnich latach nie mógł pozostać obojętny wobec rosnącego znaczenia społeczeństwa informacyjnego i komunikacji elektronicznej, o czym mogą świadczyć m.in. opracowane i opublikowane następujące dokumenty oraz podjęte działania w zakresie upowszechnienia dostępu szerokopasmowego do Internetu. Spośród tych dokumentów należy wymienić w szczególności: 1. Strategia Informatyzacji Rzeczpospolitej Polskiej epolska na lata ; MI; grudzień 003r.. Narodowa Strategia Rozwoju Dostępu Szerokopasmowego do Internetu na lata ; Ministerstwo Infrastruktury, Ministerstwo Nauki i Informatyzacji; przyjęta przez Radę Ministrów w dniu r. 3. Program Upowszechnienie szerokopasmowego dostępu do Internetu na lata ", Ministerstwo Infrastruktury, przyjęty przez Radę Ministrów w dniu r. Należy wspomnieć, że Komisja Europejska [], uznając wagę rozbudowy infrastruktury transportowej, telekomunikacyjnej oraz wsparcie rozwoju technologicznego, przedstawiła program Europejskiej inicjatywy dla wzrostu. W ramach tego programu planuje się uruchomienie trzech tzw. projektów szybkiego startu. Pierwszy z tych projektów (Digital Divide) dotyczy zapewnienia w przeciągu najbliższych lat przyłączeń szerokopasmowych opartych na różnych technologiach do wiejskich i odległych regionów kraju, przy czym potrzeby krajów członkowskich UE powinny być zgodne z celami zawartymi w narodowych strategiach rozwoju dostępu do szerokopasmowego Internetu. Dla wsparcia tych projektów UE przeznaczyła 7 miliardów Euro z Europejskiego Banku Inwestycyjnego. Pozostałe dwa projekty dotyczą: Mobile communication and technologies (związany z wsparciem wprowadzenia telefonii 3G oraz badań naukowych dotyczących innych perspektywicznych systemów telefonii ruchomej); ICT-based research network infrastrukture (ukierunkowany na unowocześnienie akademicko-naukowej sieci informatycznej Geant). strona 3

6 Zgodnie z przyjętą przez rząd strategią, wyrażoną w dokumencie [], Polska najbardziej zainteresowana jest projektami z zakresu Digital Divide, których realizacja na szczeblu lokalnym może w znacznym stopniu wspomóc budowę infrastruktury w regionach wiejskich i osiągnięcie celów określonych w strategii [] oraz w programie epolska. Jako przykład, związany z realizacją założeń przyjętych w dokumencie 1, można wymienić działania zmierzające do usprawnienia załatwiania spraw w relacjach obywatel - urząd, np. dotyczących rozliczeń obywateli i podmiotów gospodarczych z Urzędem Skarbowym. Ofertę taką zamierza się wprowadzić już w roku 006. Jednak wdrożenie nawet najlepszych programów, związanych z realizacją podstawowych celów Strategii Lizbońskiej, będzie uzależnione m.in. od takich czynników jak: istnienie infrastruktury, od stopnia edukacji społeczeństwa i jego zamożności (związane z zakupem odpowiedniego wyposażenia oraz z wysokością opłat za abonament internetowy), motywacji itp. Problematyka związana z dalszym upowszechnieniem szerokopasmowego dostępu do Internetu w Polsce jest zagadnieniem dosyć złożonym i zależy od wielu czynników. Wydaje się, że odpowiedzi na wiele pytań dot. tej problematyki znajdziemy po zapoznaniu się ze stanem aktualnym w zakresie wykorzystania technologii informacyjno-telekomunikacyjnych w przedsiębiorstwach i gospodarstwach domowych w Polsce. Posłużymy się w związku z tym niektórymi danymi opublikowanymi przez GUS w dokumencie [], które zostały przeprowadzone w roku 004, a więc są dosyć aktualne. W badaniach tych posłużono się następującym podziałem przedsiębiorstw w zależności od liczby zatrudnionych pracowników: przedsiębiorstwa małe: pracowników, przedsiębiorstwa średnie: pracowników, przedsiębiorstwa duże: 50 i więcej pracowników. Ponadto wyniki badań odnoszące się do gospodarstw domowych przedstawiono w następujących płaszczyznach: typ gospodarstwa domowego w zależności od składu osobowego rodziny, grupy dochodowe zależne od przeciętnego miesięcznego dochodu gospodarstwa domowego, lokalizacja gospodarstwa domowego - miasto lub wieś. Dane dotyczące wykorzystania technologii informacyjno-telekomunikacyjnych (ICT) w przedsiębiorstwach i gospodarstwach domowych przeprowadzono wg priorytetów programu eeurope+ (program ten został przyjęty w roku 001 przez 10 krajów kandydujących wtedy do UE, jako odpowiadający planowi eeuropa realizowanemu przez członków "starej Unii"), który obejmował: 1. Tworzenie podstaw społeczeństwa informacyjnego,. Szybki i bezpieczny Internet, 3. Inwestowanie w umiejętności, 4. Stymulowanie korzystania z Internetu. strona 4

7 1.1 Tworzenie podstaw społeczeństwa informacyjnego Rys 1. Gospodarstwa domowe wyposażone w komputer osobisty w podziale wg miejsca zamieszkania, miesięcznego dochodu netto oraz typu gospodarstwa domowego (lipiec 004r.) Jak widać z rys.1 tylko co szóste gospodarstwo domowe o dochodach miesięcznych nie przekraczających 1440 zł netto wyposażone jest w komputer PC. Niewiele lepiej przedstawia się pod tym względem sytuacja w rodzinach, gdzie znajdują się osoby dorosłe. Z rys. widać, że jeśli chodzi o dostęp do Internetu, w zależności od miejsca zamieszkania, to na wsiach jest on dwa razy mniejszy niż w miastach. Zwraca również uwagę duża zależność dostępu do Internetu od tego czy w gospodarstwach domowych znajdują się dzieci czy też nie i jaka jest ich liczba. Natomiast nie wymaga komentarzy zależność dostępu do Internetu od łącznych dochodów osiąganych przez osoby znajdujących się w tym samym gospodarstwie domowym. Rys. Gospodarstwa domowe z dostępem do Internetu w zależności od miejsca zamieszkania, grup dochodowych i typu gospodarstwa domowego (lipiec 004 r.) strona 5

8 Rys 3. Główne powody nieposiadania dostępu do Internetu w domu (lipiec 004 r.) Z rys.3 można wyciągnąć wnioski, że brak dostępu do Internetu w Polsce jest w dużym stopniu podyktowany względami ekonomicznymi oraz niechęcią do Internetu i brakiem odpowiednich umiejętności. Na dwa ostatnie czynniki można starać się wpływać, natomiast wpływ na czynniki ekonomiczne jest ograniczony i może być stymulowany poprzez obniżanie kosztów sprzętu i abonamentu lub wspieranie tych procesów poprzez wykorzystanie subwencji rządowych lub unijnych. Rys 4 pokazuje, że przedsiębiorstwa w Polsce doceniają problem wykorzystania komputerów i Internetu w swojej działalności a stopień wykorzystania tych środków jest duży, zależny jednak od ich wielkości. Rys 4. Przedsiębiorstwa wykorzystujące komputery i posiadające dostęp do Internetu w zależności od ich wielkości (styczeń 004r.) strona 6

9 Rys 5. Przedsiębiorstwa wykorzystujące komputery i posiadające dostęp do Internetu wg rodzaju działalności (styczeń 004) Na podstawie rys.5 można wyciągnąć podobne wnioski jak w poprzednim przypadku, niezależnie od rodzaju prowadzonej działalności gospodarczej, przy czym najbardziej zainteresowane są dostępem do Internetu przedsiębiorstwa działające w takiej sferze, jak: informatyka, działalność filmowa, radiowa i telewizyjna oraz obsługa nieruchomości i nauka. Na podstawie rys.6 można wnioskować, że jedna trzecia pracowników wykorzystuje do swojej działalności zawodowej komputer, z czego 1% z nich korzysta z Internetu. Zjawisko to jest niezależne od wielkości przedsiębiorstwa. Rys 6. Odsetek osób pracujących wykorzystujących komputer w tym z dostępem do Internetu w zależności od wielkości tych przedsiębiorstw (styczeń 004 r.) strona 7

10 Rys 7. Odsetek pracowników wykorzystujących w pracy komputer w tym z dostępem do Internetu według rodzaju działalności (w styczniu 004r.) Z rys.7 widać, że w największym stopniu wykorzystywane są komputery w przedsiębiorstwach związanych z działalnością informatyczną oraz filmową, radiową i telewizyjną. Przedsiębiorstwa te wykorzystują również w wysokim stopniu Internet. 1. Szybki i bezpieczny Internet Ze względu na powszechność dostępu do Internetu problemem, który muszą uwzględniać użytkownicy tej usługi i stosować odpowiednie środki zabezpieczające przed ingerencją tzw. hakerów do lokalnych sieci komputerowych. Wg danych GUS - w okresie od lipca 003 r. do czerwca 004 r. problemy związane z bezpieczeństwem sieci napotkało 45% osób korzystających z Internetu. Najczęściej było to otrzymywanie niechcianych wiadomości (spam) lub ataki wirusów komputerowych powodujących utratę danych i czasu. Problemy te dotknęły odpowiednio 35% i 9% respondentów. Nielegalnego wykorzystania swoich danych osobowych wysłanych przez tą sieć doświadczyło % internautów, a 0,3% padło ofiarą wyłudzenia płatności na skutek wykorzystania karty płatniczej. Rys 8. Rodzaj połączenia z Internetem w zależności od miejsca zamieszkania i dochodów gospodarstw domowych (lipiec 004) strona 8

11 Jak wynika z danych uzyskanych przez GUS duże przedsiębiorstwa dysponowały szerokopasmowym dostępem do Internetu w 79% a poprzez modemy analogowe - w 60%. Odpowiednie dane wynosiły: 47% i 60% dla średnich przedsiębiorstw oraz 1% i 50% dla małych przedsiębiorstw. Rys 9. Szerokopasmowy dostęp do Internetu w przedsiębiorstwach w zależności od ich wielkości (styczeń 004 r.) Rys 10. Szerokopasmowy dostęp do Internetu w przedsiębiorstwach wg rodzaju działalności (styczeń 004 r.) strona 9

12 Rys 11. Problemy związane z bezpieczeństwem korzystania z Internetu Z rys.10 widać, że na początku roku 004 w Polsce najbardziej wykorzystywały łącza szerokopasmowe przedsiębiorstwa z dziedziny informatyki oraz zajmujące się działalnością filmową, radiową i telewizyjną. W pozostałym przedsiębiorstwach, które były przedmiotem ankietyzacji, dominowały połączenia wąskopasmowe (za pomocą modemów abonenckich). 1.3 Inwestowanie w umiejętności Spośród osób w wieku od 16 do 74 lat, które korzystały z komputera, uczestnikami kursów komputerowych było 54% kobiet i 46% mężczyzn. Rys 1. Odsetek osób, które uczestniczyły w kursach komputerowych wg płci (lipiec 004r.) strona 10

13 Rys 13. Odsetek przedsiębiorstw mających problemy związane z utrzymaniem bezpieczeństwa sieci lub danych w ciągu ostatnich 1 miesięcy (według wielkości; maj 004r.) Rys 14. Przedsiębiorstwa wykorzystujące Internet w celach szkoleniowych według rodzaju działalności (styczeń 004 r.) 1.4 Stymulowanie korzystania z Internetu Rys 15. Osoby używające Internetu w sprawach prywatnych w ciągu ostatnich 3 miesięcy w zależności od celu korzystania (lipiec 004) strona 11

14 Rys 16. Osoby używające Internetu w ciągu ostatnich 3 miesięcy do kontaktów z administracją publiczną według miejsca zamieszkania (lipiec 004 r.) Rys 17. Osoby używające Internetu w sprawach dotyczących zdrowia w okresie 1 miesięcy (lipiec 004) Rys 18. Rodzaje produktów zamawianych przez Internet w ciągu 1 miesięcy (lipiec 004) strona 1

15 Rys 19. Przyczyny nie korzystania z handlu elektronicznego przez osoby indywidualne z dostępem do Internetu (lipiec 004) Rys 0. Przedsiębiorstwa dokonujące zakupów przez Internet, w tym płacące za zamówienia w trybie on-line z podziałem według wielkości (styczeń 003 r.) Rys 1. Przedsiębiorstwa dokonujące sprzedaży przez Internet, w tym otrzymujące płatności w trybie on-line według wielkości (styczeń 003 r.) Z ostatnich 4 rysunków widać, że wykorzystanie Internetu dla potrzeb handlowych jest niewielkie i dotyczy raczej obrotu takimi artykułami, jak: książki, czasopisma, materiały do strona 13

16 nauki prowadzonej za pośrednictwem Internetu, filmów, płyt, kaset lub odzieży. Wynika to z faktu, że internauci nie widzieli potrzeby korzystania z handlu za pośrednictwem Internetu lub dominowała w nich chęć dokonywania zakupów osobiście. Dużą rolę w niechęci do korzystania z handlu internetowego odgrywały takie czynniki, jak: przyzwyczajenie, lojalność w stosunku do sprzedawców, problem bezpieczeństwa związany z udostępnieniem informacji dotyczących kart kredytowych przez Internet, problem wiarygodności oraz obawa związana z otrzymywaniem lub zwracaniem towarów. 1.5 Dostęp do Internetu w gospodarstwach domowych i przedsiębiorstwach w krajach Unii Europejskiej Na zakończenie prezentacji danych statystycznych uzyskanych przez GUS, interesujące będzie przedstawienie miejsca jakie zajmowała Polska wśród krajów należących do Unii Europejskiej, w dziedzinie dostępu do Internetu w gospodarstwach domowych i przedsiębiorstwach oraz wykorzystania Internetu dla potrzeb szkoleniowych (w przedsiębiorstwach) i zdobycia wykształcenia w ramach systemu edukacji (szkoły, uniwersytety). Z rysunków do 5 widać, że w Polsce najgorzej przedstawia się sytuacja w zakresie wykorzystania Internetu w ramach systemu edukacji oraz z dostępem do Internetu w gospodarstwach domowych. Natomiast jeśli chodzi o dostęp do Internetu przez przedsiębiorstwa sytuacja Polski na tle innych krajów UE przedstawia się dobrze a w dziedzinie wykorzystania przez nie Internetu dla celów szkoleniowych - nawet bardzo dobrze. Rys. Odsetek gospodarstw domowych z dostępem do Internetu w domu w 004 r. (w %) strona 14

17 Rys 3. Odsetek przedsiębiorstw z dostępem do Internetu w 004 r. wyrażony w procentach Rys 4. Odsetek osób korzystających z Internetu w celu zdobycia wykształcenia w ramach systemu edukacji (szkoły, uniwersytety) w ciągu 3 miesięcy poprzedzających badanie (%) strona 15

18 Rys 5. Odsetek przedsiębiorstw, wyrażony w procentach, wykorzystujących Internet w celach szkoleniowych w 004 r. Z danych uzyskanych podczas badań prowadzonych przez GUS w roku 004 wynika, że w dziedzinie upowszechnienia dostępu do szerokopasmowego Internetu w Polsce jest jeszcze sporo do zrobienia. Dotychczasowy stan w zakresie dostępu do Internetu nie przedstawia się najgorzej, w porównaniu do innych krajów europejskich, szczególnie jeśli chodzi o przedsiębiorstwa, tym niemniej korzystają one w dużym stopniu z połączeń wąskopasmowych, uzyskiwanych za pomocą modemów analogowych. Niektóre dziedziny, związane z wykorzystaniem Internetu (np. handel internetowy, załatwianie spraw w relacji obywatel - urząd itp.) będą musiały być stymulowane przez odpowiednie organa rządowe i samorządowe. Jednak poważną przeszkodę w upowszechnianiu dostępu szerokopasmowego do Internetu, jeśli chodzi o gospodarstwa domowe, stanowi zamożność obywateli i w tej dziedzinie nie można spodziewać się szybkiego postępu bez ewentualnego wsparcia ze strony rządu i Unii Europejskiej. Jest sprawą oczywistą, że problem upowszechnienia szerokopasmowego dostępu do Internetu, przy zróżnicowanej ofercie handlowej na rynku w zakresie modemów szerokopasmowych xdsl, wymaga wyposażenia służb eksploatacyjnych i serwisowych w odpowiednie narzędzia sprzętowe i programowe. Wskazane jest, żeby w świetle zaprezentowanych wyżej danych statystycznych GUS, narzędzia te spełniały odpowiednie wymagania międzynarodowe i były przy tym konkurencyjne cenowo. Takie założenia przyjęto podczas realizacji prac statutowych związanych z opracowaniem stanowiska badaniowego do testowania modemów ADSL. strona 16

19 Metoda projektowania linii sztucznych.1 Metoda projektowania linii sztucznej wg wersji 1 Czwórnikiem, umożliwiającym zaprojektowanie linii sztucznej wg wersji 1 jest układ zastępczy linii długiej o bardzo małej długości Δx km, w kształcie T, jak pokazano to na rys.6. Występujące na rys.6 wielkości R, L, G i C są jednostkowymi parametrami pierwotnymi symulowanej linii, określonymi dla długości 1 km linii. RΔx/4 LΔx/4 LΔx/4 RΔx/4 Z ct GΔx CΔx Z ct RΔx/4 LΔx/4 LΔx/4 RΔx/4 Rys 6. Układ zastępczy odcinka linii długiej w kształcie T o długości Δx km Obliczając impedancje wejściowe czwórnika z rys.6 w stanie zwarcia Z o i rozwarcia Z, które pozwalają wyznaczyć wszystkie 4 parametry wtórne odwzorowywanego odcinka linii rzeczywistej o długości Δx km, otrzymamy [3]: a) Impedancja wejściowa układu z rys.6 w stanie zwarcia jest równa: Δx 1 Δx Z0 = (R + jωl) + = (R + jωl) + 1 (G + jωc) Δx + Δx (R + jωl) Δx ( Δx) (R + jωl) 1+ (R + jωl)(g + jωc) + = Δx(R + jωl) 4 ( Δx) ( Δx) 1+ (R + jωl)(g + jωc) 1+ (R + jωl)(g + jωc) b) Impedancja wejściowa układu z rys.6 w stanie rozwarcia jest równa: (1) ( Δx) 1+ (R + jωl)(g + jωc) Δx 1 Z (R j L) = + ω + = () (G + jωc) Δx (G + jωc) Δx W oparciu o zależności (1) i (), można obliczyć impedancję falową Z T czwórnika z rys.6. strona 17

20 Z T R + jωl ( Δx) Δx = ZoZ = 1 + (R + jωl)(g + jωc) = Zc 1+ γ (3) G + jωc 4 gdzie: Z c R + jωl = (4) G + jωc jest impedancją falową symulowanej linii ω = πf - pulsacją, a γ = ( R + jωl)(g + jωc) (5) jest tamownością jednostkową linii, przy założeniu, że parametry: R, L, G i C są pierwotnymi parametrami jednostkowymi symulowanej linii (odniesionymi do długości 1 km), będącymi odpowiednio: opornością, indukcyjnością, upływnością i pojemnością. Czwórnik bierny i oporowo-symetryczny, jak ma to miejsce dla układu z rys.7, możemy opisać za pomocą następujących równań: U1 = U cosh Γ + I Zc sinh Γ (6a) sinh Γ 1 = U + I cosh Γ (6b) Z I c gdzie: Z c jest impedancją falową tego czwórnika a Γ - jego tamownością falową. I 1 Z 1 /4 Z 1 /4 I U 1 U Z Z 1 /4 Z 1 /4 Rys 7. Czwórnik bierny i oporowo-symetryczny w kształcie H Na podstawie układu równań (6), możemy obliczyć dla czwórnika z rys.7, wyrażenie coshγ z następującej zależności: U 0,5Z + Z 1 1 cosh Γ = I 0 1 = = = + U Z Z1 Z skąd następnie można wyznaczyć: strona 18

21 Γ cosh Γ 1 sinh = = Z1 4Z (7) Porównując rysunki 6 i 7, można z zależności (7) obliczyć: Γ sinh = Rozwijając funkcję 1 γδx Δx(R + jωl) Δx(G + jωc) = 4 sinh Γ w szereg Maclaurina, można otrzymać: 3 5 n+ 1 sinh Γ Γ 1 Γ 1 Γ 1 Γ = = 3! 5! n= 0 (n + 1) (9) Wprowadźmy następujące oznaczenia: oraz gdzie: A tłumienność falowa czwórnika z rys.6, (8) Γ = A + jb (10) γδx = (α + jβ)δx = αδx + jβδx (11) B przesuwność falowa czwórnika z rys.6, γ - jednostkowa tamowność falowa symulowanego odcinka linii, przypadająca na 1 km linii, przy czym γ = α + jβ, α - jednostkowa tłumienność symulowanej linii (przypadająca na 1 km), β - jednostkowa przesuwność symulowanej linii (przypadająca na 1 km), Δx długość odwzorowywanego odcinka linii za pomocą czwórnika z rys.6. Z wyrażeń (11) i (13) widać, że dokładność odwzorowania linii o długości Δx km zależy od tego, na ile dokładne jest przybliżenie Γ sinh Γ (1) strona 19

22 i w efekcie, po uwzględnieniu, że: A αδx oraz B βδx, można napisać: Γ A + jb A sinh = sinh = sinh A B A = sinh cos + jcosh sin cosh j A = B B ) η + A B + cosh sinh j = B j μ (13) gdzie: η - jest współczynnikiem niedokładności tłumienności falowej A, μ - jest współczynnikiem niedokładności przesuwności falowej B. Rozwijając w szereg Maclaurina funkcje hiperboliczne i trygonometryczne, występujące w równaniu (13), można napisać: A sinh k A A 1 A 1 A = = (14) k= 0 (k + 1)! 3! 5! 5 A cosh = = k 0 k 1 A (k)! = 1+ 1 A! + 1 4! 4 A +... (15) k+ 1 B k 1 B B 1 B 1 B sin = ( 1) = +... (16) k= 0 (k + 1)! 3! 5! 3 5 B cos = ( 1) = k 0 k k 1 B (k)! = 1 1 B! + 1 4! 4 B... (17) Po uwzględnieniu w zależności (13) wyrażeń od (14) do (17) i ograniczeniu się do pierwszych dwóch wyrazów rozwinięcia, można otrzymać dwa równania, odpowiednio dla składowej rzeczywistej i składowej urojonej: A A B A = 4 8 A B B B = 8 4 η μ (18) (19) Z równań (18) i (19), po pewnych przekształceniach i ograniczeniu się do zachowania wyrazów drugiego rzędu, można otrzymać: 61 η Δ x = (0a) 3β α strona 0

23 oraz 61 μ Δ x = (0b) β 3α Wzory (0) pozwalają obliczyć długość elementarnego odcinka Δx linii, jaki można zasymulować za pomocą linii sztucznej przedstawionej na rys.6, zależnie od założonej niedokładności symulacji (1-η) tłumienności falowej A lub niedokładności symulacji (1-μ) przesuwności falowej B. Jeśli założymy, że maksymalna niedokładność symulacji A wynosi 1 - η = 0,05 czyli nie przekracza 5%, wówczas z wyrażenia (0) otrzymamy: 6 0,05 1, Δ x = = (1) 3β α 3β α Podobnie dla założonej niedokładności (1-μ) symulacji przesuwności falowej B o wielkości 5%, można napisać: 6 0,05 1, Δ x = = () β 3α β 3α Uwaga 1: Wartość Δx, obliczamy z zależności (1) lub () dla najwyższej częstotliwości z pasma użytecznego, gdyż odpowiada to najbardziej niekorzystnemu przypadkowi. Uwaga : Warunek (1) lub () jest równoznaczny innemu wymaganiu, aby odcinek linii długiej o długości Δx km, odpowiadający ogniwu elementarnemu linii sztucznej z rys.6, można było traktować jako układ o stałych skupionych. W przypadku modułu impedancji falowej i jego argumentu dokładność odwzorowania jest zależna od wyrażenia (γδx/), co wynika z wyrażenia (3). R + jωl Δx Δx Z T = 1+ ( α β ) + j αβ (3) G + jωc Natomiast argument impedancji falowej linii sztucznej, jak wynika z wzoru (3), jest ω ω Δ αβ równy: Φ = 0 L C ( x) T,5 ar ctg ar ctg + ar ctg (4a) R G 4 + ( Δx) ( α β ) jeżeli wyrazimy go w radianach lub Φ T 90 = π o ωl ωc ( Δx) αβ ar ctg ar ctg + ar ctg R G 4 + ( Δx) ( α β jeżeli ma być obliczony w stopniach. ) (4b) W tym przypadku, jak widać z zależności (4), odchyłka ΔΦ T argumentu impedancji falowej linii sztucznej rośnie szybko wraz ze wzrostem długości symulowanego odcinka linii (z kwadratem długości) oraz jednostkowej tłumienności falowej α i przesuwności falowej β. strona 1

24 Wielkość δ, zdefiniowana jako iloraz modułu impedancji falowej symulowanego odcinka linii o długości Δx (za pomocą czwórnika z rys6) do modułu impedancji falowej symulowanej linii, jak wynika z zależności (3), jest równy: 4 Δx Δx δ = 4 1+ ( α β ) + 4 α β (5) Z porównania zależności (3), (3) i (5) widać, że wielkość δ zależy od pierwiastka 4 stopnia z modułu wyrażenia 1+0,5(γΔx), podczas gdy argument impedancji falowej jest zależny tylko od pierwiastka stopnia drugiego. Zostało to zilustrowane na rys.8. W rezultacie, jeżeli zostaną spełnione następujące warunki: h 0,5(Δx) (β -α ) << 1 h 0,5(Δx) αβ << 1, co w praktyce ma miejsce, jeżeli symulowany odcinek linii jest dostatecznie krótki, wówczas niedokładność symulacji argumentu fazowego impedancji falowej będzie w przybliżeniu dwa razy większa od niedokładności odwzorowania modułu impedancji falowej. jy 1+(γΔx) /4 jαβ(δx) / Δφ (α -β )(Δx) /4 x Rys 8. Wykres wektorowy wielkości zespolonej 1 + 0,5 (γδx) Zakładając dopuszczalną wartość δ (np. δ=0,95) modułu impedancji falowej czwórnika z rys6, znormalizowanej względem impedancji falowej symulowanej linii, wtedy z wzoru (5) można wyznaczyć dopuszczalną długość odcinka elementarnego Δx: Natomiast argument impedancji falowej Ψ, symulowanego odcinka linii Δx za pomocą czwórnika z rys.iv-1, odniesiony do wartości nominalnej dla linii rzeczywistej, jak wynika z wyrażenia (4a), może być przedstawiony następującą zależnością: ( Δx) αβ ( Δx) αβ ar ctg ar ctg 4 + ( Δx) ( α β ) 4 ( Δx) ( β α ) Ψ = 1+ = 1 (7) ωl ωc ω(rc LG) ar ctg ar ctg ar ctg R G ω LC + RG gdzie wyrażenie strona

25 ωl ωc ω(lg RC) ϕ c = 0,5 ar ctg ar ctg = 0,5ar ctg (8) R G ω LC + RG jest argumentem impedancji falowej symulowanej linii. Z wyrażenia (7), po pewnych przekształceniach, można obliczyć długość elementarnego odcinka linii w zależności od założonego błędu symulacji argumentu impedancji falowej linii Ψ (np. błędowi -5% odpowiada wartość Ψ=0,95): Δx = β α ω(rc LG) + αβ ctg (1 Ψ)ar ctg ω LC + RG W podsumowaniu rozważań dotyczących wyboru długości elementarnego odcinka Δx linii, w zależności od dopuszczalnego błędu symulacji, można stwierdzić co następuje: Zależności (0a) i (0b) pozwalają określić maksymalną długość Δx elementarnego odcinka linii, odpowiednio dla założonych niedokładności tłumienności falowej 1-η i przesuwności falowej 1-μ. Zależności (6) i (9) pozwalają obliczyć błędy powstałe przy symulacji pozostałych dwóch parametrów wtórnych symulowanej linii, odpowiednio ze względu na moduł i argument impedancji falowej linii, a w konsekwencji wyznaczyć dopuszczalną długość Δx symulowanego odcinka linii. W powyższych rozważaniach założono milcząco, że parametry linii odpowiadają rzeczywistym wartościom linii dla poszczególnych częstotliwości, co wymaga wcześniejszego odwzorowania zależności częstotliwościowej tych parametrów (chodzi o oporność jednostkową R oraz indukcyjność jednostkową L). W wymaganiach międzynarodowych ITU-T (Zalecenie G.996.1) i ETSI (ETR 38) przyjmuje się, że tylko te dwa parametry zależą od częstotliwości, pojemność jednostkowa jest niezależna od częstotliwości a upływność jest do pominięcia. Uwzględnienie zależności częstotliwościowej parametrów R i L prowadzi w praktyce do zwiększenia i tak bardzo dużej liczby cewek. Liczbę rdzeni można jednak kilkakrotnie zmniejszyć stosując tzw. wersję, która została zaprezentowana w pracy [4]. Zilustrowano to przykładowo w końcowej części tego rozdziału, gdzie przedstawiono metodę umożliwiającą redukcję liczby rdzeni z 600 do 67 przy symulacji stałych odcinków linii typu PE09 (o średnicy przewodów miedzianych 0,9 mm) o długościach 0,5 km i 3,5 km (a po zsumowaniu również 4 km), przewidzianych w wyżej cytowanych normach międzynarodowych ITU-T i ETSI do zestawiania pętli badaniowych #5 i #7. Przy kosztach rdzenia (wraz z osprzętem, ale bez robocizny) ok. 1 zł/szt. stanowi to zmniejszenie kosztów z 700 zł do 804 zł. Na zakończenie powyższych rozważań celowym będzie podanie wyników obliczeń długości symulowanego odcinka linii Δx w zależności od założonego błędu odwzorowania parametrów wtórnych: A, B, Z c i φ c, którymi są odpowiednio następujące parametry wtórne czwórnika z rys.6: tłumienność i przesuwność falowa, moduł impedancji falowej oraz jej argument. Wyniki obliczeń zostały dokonane dla najwyższej częstotliwości i zestawione, dla poszczególnych średnic przewodów symulowanych linii, w tabelach od 1 do 5. (9) strona 3

26 Tab 1. Wyniki obliczeń długości symulowanego odcinka linii typu PE03 dla systemu ADSL w zależności od założonego błędu odwzorowania parametrów wtórnych B Δx f [khz] α [Np/km] β [rad/km] φ c [rad] Δx A [km] Δx [km] Z [km] Δx φ [km] η=0,95 μ=0,98 δ=0,95 Ψ=0, , , , ,007 0,0635 0, ,0011 5% % 5% 11% Tab. Wyniki obliczeń długości symulowanego odcinka linii typu PE04 dla systemu ADSL w zależności od założonego błędu odwzorowania parametrów wtórnych f [khz] α [Np/km] β [rad/km] φ c [rad] Δx A [km] Δx b [km] Δx Z [km] Δx φ [km] η=0,94 μ=0,98 δ=0,94 Ψ=0, , , , ,009 0, , ,0003 6% % 6% 13,3% Tab 3. Wyniki obliczeń długości symulowanego odcinka linii typu PE05 dla systemu ADSL w zależności od założonego błędu odwzorowania parametrów wtórnych B Δx f [khz] α [Np/km] β [rad/km] φ c [rad] Δx A [km] Δx [km] Z [km] Δx φ [km] η=0,93 μ=0,976 δ=0,97 Ψ=0, , , , ,000 0,0041 0, ,0001 7%,4% 7,3% 16,3% Tab 4. Wyniki obliczeń długości symulowanego odcinka linii typu PE063 dla systemu ADSL w zależności od założonego błędu odwzorowania parametrów wtórnych B Δx f [khz] α [Np/km] β [rad/km] φ c [rad] Δx A [km] Δx [km] Z [km] Δx φ [km] η=0,944 μ=0,98 δ=0,943 Ψ=0, , , , ,0007 0, ,0000 0,0000 5,6% % 5,7% 1,5% Tab 5. Wyniki obliczeń długości symulowanego odcinka linii typu PE09 dla systemu ADSL w zależności od założonego błędu odwzorowania parametrów wtórnych B Δx f [khz] α [Np/km] β [rad/km] φ c [rad] Δx A [km] Δx [km] Z [km] Δx φ [km] η=0,945 μ=0,98 δ=0,945 Ψ=0, , , , ,0053 0, ,0063 0,005 5,5% % 5,5% 1% strona 4

27 Uwaga: Oznaczenia stosowane w tabelach od 1 do 5 o symbolach: Δx A, Δx B, Δx Z i Δx φ odnoszą się do obliczonej granicznej długości odcinka symulacji linii (3 wiersz) w zależności od założonej niedokładności symulacji, wyrażonej w procentach, odpowiednio dla: tłumienności falowej, przesuwności falowej, modułu impedancji falowej i jej argumentu.. Układy symulujące krótkie odcinki linii przy zastosowaniu wariantu 1 Za pomocą układu zastępczego krótkiego odcinka linii długiej w kształcie H o długości Δx km, przedstawionego na rys.6, można zrealizować linie sztuczne potrzebne do tworzenia pętli służących do badania urządzeń ADSL. Należy przy tym zaznaczyć, że nie zmienia to w znaczący sposób wartości jednostkowych parametrów wtórnych, które dla krótkich odcinków symulowanych linii typu PE03, PE04, PE05, PE063 oraz PE09 zostały obliczone i zestawione w tabelach zamieszczonych w pracy [9]...1 Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,4 mm Dla wszystkich pięciu układów zastępczych krótkich odcinków symulowanych linii typu PE, które zostały przedstawione w pracy [9], można podać układy równoważne o strukturach niebudzących obawy jeśli chodzi o zachowanie czystości patentowej [10]. Układy te zostaną zaprezentowane w dalszej części niniejszego paragrafu.,8 Ω 87,9 kω 3,664 Ω sr 0 / sr 1 / sr / sc/ L 1 sc/ 0,5 nf 9,34 μh 1,944μH 0,5 nf sr 0 / sr 1 / sr / L,8 Ω 87,9 kω 3,664 Ω Rys 9. Schemat elektryczny obliczonej sekcji linii sztucznej dla linii PE04 (linia kablowa o przewodach miedzianych i średnicy żył 0,4 mm) dla długości sekcji s=0,0 km Czwórnik z rys.9 można zastąpić czwórnikiem, przedstawionym na rys.30, w którym pominięto duże oporności 87,9 kω, co nie ma wpływu na parametry elektryczne układu. Łatwo można wykazać, że czwórnik z rys.30 daje się zastąpić równoważnym czwórnikiem, którego schemat elektryczny jest podany na rys.31 (w kształcie O) lub na rys3 (w kształcie H). strona 5

28 ,8 Ω 3,664 Ω sr 0 / sr / sc/ L 1 L sc/ 0,5 nf 9,34 μh sr 0 / sr / 1,944μH 0,5 nf,8 Ω 3,664 Ω Rys 30. Schemat elektryczny zrealizowanych sekcji linii sztucznej dla linii PE04 i długości sekcji s=0,0 km dla systemu ADSL,8 Ω 13,45 Ω sr 0 / sr a / Z cπ sc/ L a L b sc/ Z cπ 0,5 nf 54,1 μh sr 0 / sr a / 11,8μH 0,5 nf,8 Ω 13,45 Ω Rys 31. Schemat elektryczny czwórnika równoważnego czwórnikowi z rys.30 w kształcie Ο dla długości linii s = 0,0 km km 1,4 Ω 61,73 Ω 61,73 Ω 1,4 Ω sr 0 /4 sr a /4 sr a /4 sr 0 /4 5,64μH Z ct L a / L b / L b / L a / sc 7,11 μh 7,11μH 1 nf sr 0 /4 sr a /4 5,64μΗ sr a /4 sr o /4 Z cτ 1,4 Ω 61,73 Ω 61,73 Ω 1,4 Ω Rys 3. Schemat elektryczny czwórnika równoważnego czwórnikowi z rys.30 w kształcie Η dla długości linii typu PE04, równej s = 0,0 km W podobny sposób można znaleźć układy zastępcze dla linii o średnicach: 0,3 mm, 0,5 mm, 0,63 mm i 0,9 mm. strona 6

29 .. Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,3 mm 4,09 Ω 105,0 kω 4,635 Ω sr 0 / sr 1 / sr / sc/ L 1 L sc/ 0,4 nf 9,58 μh sr 0 / sr 1 / sr /,59μH 0,4 nf 4,09 Ω 105,0 kω 4,635 Ω Rys 33. Schemat elektryczny obliczonej sekcji linii sztucznej dla linii PE03 (linia kablowa o przewodach miedzianych i średnicy żył 0,3 mm) dla długości sekcji s=0,0 km Podobnie jak dla linii PE04 można w tym przypadku pominąć oporności 105 kω i czwórnik z rys.33 zastąpić czwórnikiem przedstawionym na rys.34. 4,09 Ω 4,635 Ω sr 0 / sr / sc/ L 1 L sc/ 0,4 nf 9,58 μh sr 0 / sr /,59μH 0,4 nf 4,09 Ω 4,635 Ω Rys 34. Schemat elektryczny skorygowanej sekcji linii sztucznej dla linii PE03 i długości sekcji s=0,0 km dla systemu ADSL Natomiast czwórnik z rys.3 można zastąpić równoważnym czwórnikiem w kształcie O, takim jak na rys.31 lub w kształcie H pokazanym na rys.35. strona 7

30 ,045 Ω 51,1 Ω 51,1 Ω,045 Ω sr 0 /4 sr a /4 Z ct La / L b / L b /,5 μh sr 0 /4 sr a /4 sr a /4 sr 0 /4 6,086μH L a / sc,5μh 6,086μΗ 0,8 nf sr a /4 sr o /4 Z cτ,045 Ω 51,1 Ω 51,1 Ω,045 Ω Rys 35. Schemat elektryczny czwórnika równoważnego czwórnikowi z rys.iv-9 w kształcie Η dla długości linii typu PE03, równej s = 0,0 km Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,5 mm W tym przypadku uproszczenie czwórnika zastępczego dla krótkiego odcinka linii (długość sekcji s=0,0 km) nie jest możliwe ze względu na niezbyt duże wartości oporności dołączonych równolegle do uzwojeń indukcyjności sprzężonych, tak jak to widać z rys.36. Tym niemniej zastosowana poprzednio metodyka może być również stosowana i w tym przypadku a układ równoważny czwórnikowi z rys.36, odwzorowującemu krótki odcinek linii (s = 0 m), w kształcie H przyjmie postać pokazaną na rys.37. 1,79 Ω 183,8Ω,381 Ω sr 0 / sr 1 / sr / sc/ L 1 L sc/ 0,5 nf 11,544 μh sr 0 / sr 1 / sr /,064μH 0,5 nf 1,79 Ω 183,8 Ω,381 Ω Rys 36. Schemat elektryczny obliczonej sekcji linii sztucznej dla linii PE05 (linia kablowa o przewodach miedzianych i średnicy żył 0,5 mm) dla długości sekcji s=0,0 km Wystarczy teraz w układzie z rys.36 parę oporności 1,79 Ω zastąpić dwiema parami oporności połączonych szeregowo (podział ten może w zasadzie być dokonany w sposób dowolny pod warunkiem, żeby suma tych oporności wynosiła 1,79 Ω), tak jak to pokazano na rys.37, aby następnie czwórnik z rys.37 zastąpić równoważnym czwórnikiem przedstawionym na rys.38. strona 8

31 0,465 Ω 183,8 Ω 1,35 Ω,381 Ω sr 1 / sr / sc/ L 1 sr 0 / L sc/ 0,5 nf 11,544 μh sr 1 / sr /,064μH 0,5 nf 0,465 Ω 1,35 Ω,381 Ω Rys 37. Schemat elektryczny skorygowanej sekcji linii sztucznej dla linii PE05 i długości sekcji s=0,0 km dla systemu ADSL. Rb/4 916,6 Ω Rd/4 1,853 Ω Rd/4 1,853 Ω Rb/4 916,6 Ω Z ct 0,33 Ω Ra/4 5,775 μh 0,33 Ω La/ Ra/4 Lb/,5μΗ 1,03 Ω 1,03 Ω Rc/4 sc Rc/4 1 nf Rc/4 Rc/4 1,03 Ω 1,03 Ω Lb/,5 μh La/ Ra/4 0,33 Ω Ra/4 5,775 μh 0,33 Ω Z cτ Rb/4 916,6 Ω Rd/4 1,853 Ω Rd/4 1,853 Ω Rb/4 916,6 Ω. Rys 38. Schemat elektryczny czwórnika w kształcie H, równoważnego czwórnikowi z rys.36, dla długości linii typu PE05, równej s = 0,0 km Czwórnik równoważny (rys38) dla układu wyjściowego pokazanego na rys.36, ma kształt H. Z rys.38 można łatwo wywnioskować jaki będzie schemat ideowy i jakie będą wartości elementów układu w kształcie O. Uwaga 1: Czwórniki w kształcie O i H są równoważne w takim sensie, że posiadają taką samą tamowność falową Γ=A+jB, gdzie A i B są odpowiednio tłumiennością i przesuwnością falową. Natomiast impedancja falowa jest transformowana z typu Π na typ T, przy czym: Z ct = Z c Δxγ 1+ Z cπ = Z c Δxγ 1+ gdzie: Z c impedancja falowa linii, γ - tamowność jednostkowa linii, Δx długość symulowanego odcinka. strona 9

32 Dla bardzo krótkich odcinków symulacji Δx, tak jak ma to miejsce w praktyce, jak widać z powyższych zależności impedancje Zc T i Z cπ są praktycznie takie same i równe impedancji falowej Z c. Uwaga : Z porównania rys.31 i rys.3 widać, że w drugim przypadku liczba rdzeni ferrytowych wzrasta wprawdzie z dwóch do czterech, jednak przy łańcuchowym łączeniu wielu sekcji, których długość wynosi 0 m, nie ma to większego znaczenia i dotyczy tylko ogniw zewnętrznych. Widać to wyraźnie z rys.39. Rb/4 916,6 Ω Rd/4 1,853 Ω Rd/ 3,706 Ω Rb/ 1833, Ω n sekcji Z ct 0,33 Ω Ra/4 5,775 μh 0,33 Ω La/ Ra/4 Lb/,5μΗ 1,03 Ω,06 Ω Rc/4 sc Rc/ 1 nf Rc/4 Rc/ 1,03 Ω,06 Ω Lb 5 μh La Ra/ 0,466 Ω Ra/ 11,55 μh 0,466 Ω sc 1 nf Rb/4 916,6 Ω Rd/4 1,853 Ω Rd/ 3,706 Ω Rb/ 1833, Ω Rys 39. Schemat elektryczny czwórnika powstałego z łańcuchowego łączenia czwórników z rys.38 (długość sekcji s = 0,0 km), równoważnego czwórnikowi z rys Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,63 mm Schemat elektryczny czwórnika symulującego krótki odcinek linii typu PE063 o długości Δx km, który został zaprojektowany w pracy [9], jest pokazany na rys.40. 1,13 Ω 1116,Ω 3,806 Ω sr 0 / sr 1 / sr / sc/ sl 1 sl sc/ 0,45 nf 10,436 μh sr 0 / sr 1 / sr /,33μH 0,45 nf 1,13 Ω 1116, Ω 3,806 Ω Rys 40. Schemat elektryczny obliczonej sekcji linii sztucznej dla linii PE063 (linia kablowa o przewodach miedzianych i średnicy żył 0,63 mm) dla długości sekcji s=0,0 km Przypadek ten jest identyczny jak poprzedni dla linii PE05 i w wyniku transformacji, po uprzednim podziale oporności 1,13 Ω (rys.41), otrzymujemy czwórnik symulujący krótki odcinek linii PE063 (o długości 0 m), przedstawiony na rys.4. strona 30

33 0,5 Ω 1116, Ω 0,63 Ω 3,806 Ω sr 1 / sr / sc/ sl 1 sr 0 / sl sc/ 0,45 nf 10,436 μh sr 1 / sr /,33μH 0,45 nf 0,5 Ω 1116, Ω 0,63 Ω 3,806 Ω Rys 41. Schemat elektryczny skorygowanej sekcji linii sztucznej dla linii PE063 i długości sekcji s=0,0 km dla systemu ADSL Rb/4 558,35 Ω Rd/4,18 Ω Rd/4,18 Ω Rb/4 558,35 Ω Z ct 0,5 Ω Ra/4 5,5 μh 0,5 Ω La/ Ra/4 Lb/ 1,58μΗ 0,367Ω 0,367Ω Rc/4 sc Rc/4 0,9 nf Rc/4 Rc/4 0,367Ω 0,367Ω Lb/ 1,58 μh La/ Ra/4 0,5 Ω Ra/4 5,5 μh 0,5 Ω Z cτ Rb/4 558,35 Ω Rd/4,18 Ω Rd/4,18 Ω Rb/4 558,35 Ω Rys 4. Schemat elektryczny czwórnika w kształcie H, równoważnego czwórnikowi z rys.40, dla długości linii typu PE063, równej s = 0,0 km..4 Schematy elektryczne czwórnika symulującego krótki odcinek linii rzeczywistej dla systemu ADSL i średnicy przewodów 0,9 mm 0,55 Ω 0,448Ω 1,714 Ω 6 kω sr 0 / sr 1 / sr / sr 3 / sc/ sl 1 sl sl 3 sc/ 0,4 nf,64 μh sr 0 / sr 1 / 1,495μH sr / sr 3 / 10,8 μh 0,4 nf 0,55 Ω 0,448 Ω 1,714 Ω 6 kω Rys 43. Schemat elektryczny obliczonej sekcji linii sztucznej dla linii PE09 (linia kablowa o przewodach miedzianych i średnicy żył 0,9 mm) dla długości sekcji s=0,0 km Symulacja krótkiego odcinka linii typu PE09 o długości 0,0 km jest bardziej kosztowna, gdyż wymaga zastosowania większej liczby rdzeni (3 zamiast jak w poprzednich czterech przypadkach). Odpowiedni układ symulujący odcinek s=0m linii PE09 podano na rys.43. strona 31

34 W układzie z rys.43 można, podobnie jak to miało miejsce dla sekcji symulujących krótkie odcinki linii typu PE03 i PE04, pominąć rezystancje 6 kω, które są ponad 1000 razy większe od reaktancji cewki sl 3 dla najwyższej częstotliwości 1100 khz. W rezultacie czwórnik z rys.43 przyjmie postać jak na rys.44. 0,55 Ω 0,448Ω 1,714 Ω sr 0 / sr 1 / sr / sc/ sl 1 sl sl 3 sc/ 0,4 nf,64 μh sr 0 / sr 1 / 1,495μH sr / 10,8 μh 0,4 nf 0,55 Ω 0,448 Ω 1,714 Ω A B Rys 44. Schemat elektryczny czwórnika symulującego krótki odcinek linii (o długości s=0m) typu PE09 dla systemu ADSL Stosując dwójniki równoważne odpowiednio dla segmentów B 1 A z rys.44, dochodzimy do czwórnika w kształcie symetrycznego Γ (o impedancjach falowych typu Z ct i Z cπ ), tak jak to pokazano na rys.45. Rb/4 0,5 Ω 58,0 Ω Z ct 0,613 Ω Ra/4 5,6 μh 0,613 Ω La/ Ra/4 Lc/ Rc/4 Lb/ Rc/4 sc/ 6,148μH 0,4 nf Z cπ Rb/4 0,5 Ω 44,41 μh 58,0 Ω Rys 45. Czwórnik symulujący odcinek linii PE09 typu symetryczne Γ i długości s/ = 10 m Ze względu na dużą liczbę rdzeni, potrzebnych do symulacji linii typu PE09 w Wersji I, w porównaniu z innymi liniami typu PE dla systemu ADSL (o 50% więcej) wskazane jest zaprojektowanie w tym przypadku linii sztucznych wg Wersji II i dodatkowe zastosowanie korektorów fazowych. Za takim rozwiązaniem przemawiają ponadto następujące względy: strona 3

35 1 ) LINIE SZTUCZNE, WYSTĘPUJĄCE W PĘTLACH #5 I #7 UKŁADU BADANIOWEGO WG WYMAGAŃ ETSI (ETR 38) I ITU-T (ZAL. G.996.1), SYMULUJĄ STAŁE ODCINKI LINII PE09 O DŁUGOŚCIACH ODPOWIEDNIO 0,5 KM I 4 KM A DO ICH WYKONANIA POTRZEBA 600 RDZENI (KOSZT RDZENI WRAZ Z OSPRZĘTEM, ALE BEZ ROBOCIZNY WYNOSI 700 ZŁ - PRZY CENIE JEDNOSTKOWEJ BRUTTO 1 ZŁ/SZT.). ) NATOMIAST REALIZACJA LINII SZTUCZNYCH JW. ALE W WERSJI II, WRAZ Z KOREKTORAMI FAZOWYMI, WYMAGA ZASTOSOWANIA TYLKO 67 RDZENI, KTÓRYCH KOSZT WYNIESIE 804 ZŁ. 3 ) PONADTO W PRZYPADKU ) TŁUMIENNOŚĆ NIEDOPASOWANIA IMPEDANCJI FALOWEJ SYMULOWANEJ LINII ZC, WZGLĘDEM REZYSTANCJI R RÓWNEJ MODUŁOWI IMPEDANCJI ZC DLA CZĘSTOTLIWOŚCI 300 KHZ, JEST CO NAJMNIEJ DOBRA, JAK TO JEST WIDOCZNE Z RYS 46. W rezultacie linia sztuczna, zaprojektowana przy zastosowaniu Wersji z użyciem korektorów fazowych, więcej niż dobrze symuluje następujące parametry linii PE09: Charakterystykę częstotliwościową impedancji falowej w paśmie ADSL (jak widać z rys45), Charakterystykę częstotliwościową: tłumienności wtrąceniowej i przesuwności fazowej oraz zniekształceń opóźnieniowych grupowego czasu przejścia, Oporność dla prądu stałego związaną z wtrącanymi odcinkami linii. strona 33

36 A nd [db] AndR Andgab f [khz] Rys 46. Charakterystyka częstotliwościowa tłumienności niedopasowania impedancji falowej linii PE09, względem rezystancji R= Zc dla 300 khz: Ten ostatni parametr realizuje się, jeśli zachodzi taka potrzeba (dotyczy tylko Wersji ), poprzez łańcuchowe połączenie czwórników, jak na rys.47, w którym dwójniki Z w zapewniają odpowiednią rezystancję dla prądu stałego w poszczególnych ogniwach linii sztucznej, natomiast praktycznie nie wprowadzają dodatkowej tłumienności wtrąceniowej w zakresie częstotliwości użytecznych. Z w / Korektor tłumieniowy Z c = R Korektor fazowy Z z = R Z w / Pojedyńcze ogniwo linii sztucznej Rys 47. Układ umożliwiający zapewnienie odpowiedniej rezystancji dla prądu stałego w ogniwach linii sztucznej realizowanych wg Wersji Modyfikacja tzw. Wersji 1, umożliwiającej projektowanie linii sztucznych za pomocą łańcuchowego łączenia identycznych czwórników zbudowanych z elementów R, L i C, była spowodowana wątpliwościami związanymi z ewentualnym zapewnieniem czystości patentowej w stosunku do układu opatentowanego przez firmę Siemens. Schemat ideowy tego patentu jest przedstawiony na rys.48. strona 34

37 A B C B A R1 R L 1 R0-1 C1 L C3-1 C3- C R3 R4 R0- Rys 48. Schemat elektryczny sekcji linii sztucznej wg patentu Siemensa dla systemów ISDN i HDSL Jednocześnie stanowiło to inspirację do zgłoszenia przez nas wniosku patentowego do Urzędu Patentowego R.P. [11]. strona 35

38 3 Układ dopasowujący i filtry. 3.1 Układ dołączający źródło zakłóceń do linii Zalecenie G996.1 ITU-T (06/99) określa metody służące do oceny marginesu odporności systemu DSL na zakłócenia wtrącane do systemu. Zakłócenia te pochodzą z następujących źródeł: Przesłuchy pochodzące od innych systemów, a mianowicie od systemów: DSL, HDSL, ADSL oraz T1, a także przesłuchy określone jako sygnały ETSI-A, ETSI-B i EURO-K; Szum tła; Szum impulsowy; Zakłócenia powodowane sygnalizacją i pochodzące od systemów telefonicznych, W zaleceniu tym przyjmuje się, że bada się niezależnie kanał downstream oraz upstream. Przyjmuje się również, że zakłócenia dołącza się do jednego z końców linii testowej, w zależności od badanego kanału, przy pomocy układu o wysokiej impedancji. Na rys.49 pokazano opracowany i wykonany w ramach pracy (zrealizowanej w roku 004) układ dołączający zakłócenia wraz z generatorem szumu i filtrem kształtującym oraz źródłem 10 częstotliwości zakłócających (dla modelu a). Sygnał przesłuchu typu next lub fext jest generowany przez generator szumu białego i kształtowany przez filtr, tak, aby uzyskać charakterystykę gęstości widmowej mocy taką, jak to pokazano na rys.50 dla modelu A lub na rys.51 dla modelu B. Generator szumu białego Pasmo: 1 KHz-,08 MHz 15 dbm, 50 Ω Filtr kształtujący Źródło zakłóceń Tłumik Transformator 00 Ω/150Ω,0 kω 1,8 kω,0 kω Rys 49. Układ dołączający zakłócenia do pętli testowej Układ sprzęgający z rys.49 obciążono rezystancją 50 Ω i pomierzono tłumienie wnoszone przez ten układ. Pasmo 3 db transformatora sprzęgającego, wraz z tłumikiem, jest szersze od wymaganego pasma, które powinno zamykać się w przedziale od 1 khz do 1,5 MHz. 3. Filtr kształtujący charakterystykę gęstości widmowej mocy źródła zakłóceń typu A Filtr W ramach pracy nr zostało opracowane źródło zakłóceń typu A, którego charakterystyka gęstości widmowej jest pokazana na rys.50. Źródło zakłóceń typu B nie było przedmiotem opracowania w pracy i dlatego zostało opracowane i wykonane w ramach niniejszej pracy. Jednak doświadczenia zdobyte podczas opracowania modelu strona 36

39 zakłóceń typu A, a w szczególności filtru kształtującego charakterystykę gęstości widmowej mocy dla tego modelu, zostały wykorzystane przy opracowaniu i wykonaniu źródła zakłóceń dla modelu B. Na rys.51 pokazano charakterystykę gęstości widmowej mocy źródła zakłóceń dla modelu typu B. W (dbm/hz) częstotliwości Nachylenie -40 db/dekadę -140 f [khz] Rys 50. Charakterystyka gęstości widmowej mocy źródła zakłóceń dla modelu A Wartości współrzędnych dla źródła zakłóceń typu A, którego charakterystyka gęstości widmowej mocy jest pokazana na rys.50. są zestawione w tab.6. Tab 6. Wartości współrzędnych dla charakterystyki z rys.50 Częstotliwość [khz] W [dbm/hz) W [V/ Hz] ,16 79, , , ,03 W tab.7 podano wartości 10 częstotliwości zakłócających o charakterze dyskretnym i odpowiadające im poziomy mocy. Tab 7. Częstotliwości zakłócające oraz poziomy mocy dla modelu szumu A f [khz] W [dbm] Dla ukształtowania charakterystyki gęstości widmowej mocy dla szumu gaussowskiego, w taki sposób jak pokazano to na rys.50, należało opracować filtr o charakterystyce przenoszenia w formie prostokątnego trapezu. W pracy nr wybrano rozwiązanie hardware owe i opracowany układ wykonany jest przy zastosowaniu elementów biernych R, L i C. Na rys.51 pokazano schemat blokowy tego układu, który posiada następujące właściwości: a) Impedancja falowa w zakresie częstotliwości od 0 do 1100 khz jest rzeczywista i równa 50 Ω. strona 37

40 b) W pierwszym bloku układu z rys.51 formowana jest główna charakterystyka tłumieniowa filtru (rys.5), umożliwiająca uzyskanie wymaganej funkcji przenoszenia wg gabarytu z rys.5. c) W drugim i trzecim bloku korygowany jest kształt charakterystyki tłumieniowej, tak, aby uzyskać odpowiednio ostre przejście od niskiej wartości tłumienia do zmiennej wartości 40dB/dekadę a następnie ostre przejście do dużej wartości stałej tłumienia (rys.5c). Układ formujący charakterystykę Układ formujący charakterystykę Układ formujący charakterystykę Rys 51. Schemat blokowy filtru kształtującego charakterystykę gęstości widmowej mocy (model A) W rezultacie wypadkowa charakterystyka zaprojektowanego i wykonanego filtru, przeznaczonego do kształtowania wymaganej charakterystyki z rys.5, przedstawia się tak jak to pokazano na rys.53. Na rysunku tym pokazano ponadto pomierzoną i wymaganą charakterystykę (gabaryty) filtru. Z rys.53 widoczna jest bardzo dobra zgodność wyników obliczeń z wynikami pomiarów i charakterystyką wymaganą (gabarytami). Zaletą układu jest prostota wykonania, małe gabaryty i niewielki koszt oraz okoliczność, że do jego realizacji użyto elementów biernych R, L i C. strona 38

41 50 a) A [db] 0 10 b) c) f [khz] Rys 5. Kształtowanie charakterystyki tłumieniowej filtru w źródle zakłóceń dla modelu A: a) wymagane gabaryty, b) tłumienność ogniwa podstawowego, c) krzywa korekcyjna A [db] Ako'+Akw [db] Akp'+Akwp [db] Ag [db] f [khz] Rys 53. Charakterystyka tłumieniowa filtru dla źródła zakłóceń model A: charakterystyka obliczona, wyniki pomiarów gabaryty, strona 39