ADSL线路维护故障分析

lcw410

ADSL线路维护故障分析\r\n\r\nADSL接入技术的应用大大提高了用户的上网速度，解决了过去存在的网络瓶颈问题。但是随着ADSL用户的迅猛增加，用户故障申诉也有大幅度的提高，在这些用户故障申诉中线路故障占了相当大的比例。 \r\n\r\n　　产生这种现象的主要原因在于ADSL直接利用了原有PSTN的用户接入网络开展宽带接入业务，原有线路上存在的一些不适宜高频信号传输的问题导致了ADSL用户线路故障频繁发生，困扰着广大网民和线路维护人员。 \r\n\r\n　　导致ADSL用户故障的线路原因主要可以分为两大类：第一类是衰减类线路故障；第二类是干扰类线路故障。衰减类线路故障主要表现有：用户线路过长、线路材质传输性能差、线路发生短路和断路、接头氧化、接触不良、桥接抽头过多、线路上存在加感线圈等。干扰类线路故障主要表现有：局端或用户端设备本底噪声较高、广播干扰、电缆中不同线对之间的信号串扰、家用电器的电磁干扰、电机或电力机车引起的电磁干扰、天气原因引起的干扰（如雷电）等。而用户故障往往是以上所列举的若干项因素共同作用造成的。下面针对一些ADSL日常维护的故障安全进行进一步的分析。 \r\n\r\n　　故障安全一：接触不良、接头氧化 \r\n\r\n　　〔现象〕某ADSL用户打电话正常，但是无法上网，Modem的激活指示灯一直处于闪烁状态，用户只有将电话置于摘机状态才能使Modem激活指示灯正常。 \r\n\r\n　　〔测试〕在局端测量室将用户线路混线（即将用户A、B线短接），在用户端测量线路的环阻为4653Ω，在用户楼外分线盒处测量线路的环阻为673Ω。 \r\n\r\n　　〔分析〕从用户可以正常打电话断定用户外线不存在断路、短路现象。在分线盒处的环阻测试结果正常，但是在用户端测试到的环阻指标不正常，经过巡线发现用户的下户线是由三段线路串接在一起的，接头处氧化严重，更换用户的下户线后故障消失，用户打电话和上网均正常，且没有发生掉线的现象。 \r\n\r\n　　〔总结〕用户环阻测试是维护ADSL线路的一项重要测试，适宜开通ADSL业务的线路环阻指标应当小于900Ω，如果根据测试到的用户线路环阻值推算出来的线路长度（用环阻值除以线路单位长度上的直流电阻）与用户实际线路长度偏差较大则说明线路上存在有接触不良、接头氧化等高阻故障。需要说明的一点是，使用112测量台自动测试用户外线环阻值的时候，由于其测试时在线路上施加的直流电流会击穿某些不很严重氧化片的氧化膜从而得到正常的测试结果，这也是本例中为什么用户将电话置于摘机状态时Modem可以激活的原因（PSTN用户摘机后线路中的电流增加）。 \r\n\r\n　　故障安全二：用户引入线衰减过大 \r\n\r\n　　〔现象〕某ADSL用户申请了2Mbit/s的下行带宽，但是与其他2Mbit/s带宽的用户比较速度较慢。 \r\n\r\n　　〔测试〕使用仪表在用户端进行测试，测试结果显示用户下行方向最大可开通速率为1.3Mbit/s，环阻值820Ω；在用户室外分线盒处测试该用户端口下行方向上最大可开通速率为2.9Mbit/s，环阻值795Ω，用户下户线长100m，无接头。 \r\n\r\n　　〔分析〕从测试结果看，用户开通速率较低的主要原因是用户下户线的信号衰减过大造成的，将下户线更换为铜质的双绞线后在用户端测量到的下行最大可开通速率为2.6Mbit/s，用户上网速率提高。 \r\n\r\n　　〔总结〕目前的用户引入线（俗称“下户线”）大多采用平行单股线，材质也多为铁合金材料，其传输高频信号的性能和抗干扰性能远低于铜材质的双绞线，所以会导致线路衰减过大引起用户开通速率低或者激活困难。建议采用铜材质的双绞线，并且长度不宜超过100m。 \r\n\r\n　　故障安全三：下户线布线不合理导致信号干扰严重。 \r\n\r\n　　〔现象〕某ADSL用户反映上网速度慢，下载速度仅有7kbit/s，并且经常掉线。 \r\n\r\n　　〔测试〕使用仪表在用户端进行测试，其下行方向上的最大可开通速率为232kbit/s，实际开通速率仅有96kbit/s。该用户的下户线长度为150m，采用的是平行线对，并且为了固定线路，在室外的线杆、室　内的暖气管等多个地方进行缠绕。将用户下户线更换为双绞线并尽量将长度减小到100m，同时不在其他地方缠绕，用户故障消失，下行最大可开通速率达到2.6Mbit/s，实际开通的下行速率为512kbit/s，下载速率也提高到了60kbit/s。 \r\n\r\n　　〔分析〕适宜开通ADSL业务的用户线路在ADSL频带内（10kHz至1.1MHz）的背景噪声功率谱密度应当小于-94dBm/Hz。在用户端测试到的背景噪声过高，而在分线盒处甩开下户线后测试到的结果正常，从而断定该用户故障的主要原因在于下户线过长以及布线不合理，引入了过多的干扰信号，从而导致用户开通速率低和经常掉线。 \r\n\r\n　　〔总结〕下户线过长并过多地缠绕会导致其像天线那样引入外界的电磁干扰信号，而平行线的抗干扰能力差，进一步加重了这一故障。 \r\n\r\n　　故障案例四：设备端口本底噪声高 \r\n\r\n　　〔现象〕接入某型号ADSL局端设备的用户普遍开通速率较低，线路环阻超过500Ω的用户就很难激活。\r\n　　〔测试〕从该故障普遍存在的特性上可以判断问题可能是出在局端设备上，在测量台断开用户外线直接测试局端设备端口，发现在此位置上测到的下行方向上的最大可开通速率仅有3.4Mbit/s，进一步测试背景噪声的功率谱密度和ADSL频带内的宽带噪声指标。 \r\n\r\n　　〔分析〕在测量台测试到的用户端口的下行最大可开通速率仅达到了3.4Mbit/s，而测试点距离设备端口很近，线路衰减可以忽略，所以导致这一故障现象的主要原因是信号干扰。选择在测量台断开用户外线进行测试可以排队外线上受到的干扰，从而用来验证局端设备端口的噪声泄漏。适宜开通ADSL业务的用户线路在ADSL频带内的宽带噪声指标参考值为：上行方向小于-50.23dBm；下行方向小于-40.23dBm。本例中端口本底噪声的功率谱密度虽然没有超过给定点的参考值-94dBm/Hz，但是在整个ADSL频带内特别是下行方向上的噪声功率偏高，导致下行方向上的宽带噪声指标不合格。 \r\n\r\n　　〔总结〕采取G.DMT方式工作的ADSL用户线路在测量台断开用户外线后进行测试得到的下行最大可开通速率应当大于7Mbit/s，当测试到的数据小于此值时说明局端设备用户端口本底噪声较高或局内配线衰减较大。所以在对ADSL故障用户进行维护时应当首先确保在测量台测试到的各项指标是正常的，从而避免了盲目的外线测试。 \r\n\r\n　　综上所述，为了保证ADSL用户的正常使用，降低故障申诉率，在用户初装时应当注意用户布线的合理性，避免一些会导致用户日后发生故障的布线方式。 \r\n\r\n　　另一方面，随着ADSL业务的大规模开展，过去PSTN线路维护的手段和测试方法已经不足以发现宽带用户的故障原因，需要引入一些新的测试方法，例如，背景噪声的功率谱密度测试、宽带噪声测试、线路纵向平衡性能测试、电缆串扰指标测试等。只有通过全面的测试才能够发现ADSL用户障碍的真正原因。\r\n\r\nADSL线路维护故障分析 　　 \r\n  摘要：本文具体分析了现有铜缆线路影响ADSL应用的几个问题，讲述了铜缆线路的测试原理、方法以及测试内容，最后介绍了ADSL测试仪表。\r\n　　关键词：不对称数字用户线 线路问题 测试 \r\n　　1 ADSL的地位愈显突出 \r\n　　用户对宽带的接入随着互联网的发展而迅猛增加，ADSL作为一种成熟的宽带接入手段，可提供下行8Mbit/s的带宽，具有服务质量的保证、永远在线等明显的优势，只要资费在可接受范围内，其规模发展当在情理之中。对中国电信而言，其1.8亿电话用户全都是通过双绞铜线接入网络的，这一庞大的线路网络基础正是发挥ADSL优势的最佳平台，实施ADSL接入方案无须对线路进行改造，节省出大量的经费。在目前国内的电话网络上，每条ADSL线路的开通成本基本上是ADSL设备费加上少量运营费用。而采Cable Modem技术落后，开通成本远高于ADSL方案，从经济的角度上讲，ADSL无疑是国内现有网络的一种现实的接入解决方案。 \r\n　　2 ADSL的线路分析 \r\n　　理想的ADSL线路应该没有感应线圈，线路规模无变化，无桥接抽头，绝缘良好，并且传输距离不太长。实际上线路的端到端性能受到下列因素的影响环路长度、感应线圈、桥接抽头、线路端到端拼接质量线路规模的复杂变化、家庭布线、时间、腐蚀、束群以及串音干扰。此外，家庭装修、腐蚀和老化的绝缘体使电话线受损伤，这些或多或少影响ADSL线路的质量。 \r\n　　虽然ADSL采用了大量保证数据传送质量的技术落后，但它的数据传送距离和质量极大地依赖电话线路采用的标准和质量。我国的电话网多种线路标准并存，而且由于不同地区建设发展程度不同和时间上的差异，大量不同标准的线路混合使用，对ADSL的推广是个难以解决的复杂问题。 \r\n　　下面将根据音频电缆的各种特性进行具体分析。 \r\n　　2.1 衰耗 \r\n　　ADSL系统中，信号的衰耗跟传输距离、线径以及信号所在频点有密切关系。 \r\n　　在传输系统中，发射端发出的信号经过一定距离的传输后，其信号强度会减弱。而ADSL信号的高频分量通过用户线时衰减更为严重，如一个2.5V的发送信号到达ADSL接收机时，幅度仅能达到毫伏级。这种微弱信号很难保证可靠接收所需的信噪比，因此有必要进行附加编码。 \r\n　　频率越高，其衰耗越大。ADSL使用的频率在20KHz到1.1MHz之间，所以其衰耗比纯话音传输时大。双绞线在用于普通电话业务时，如果线路过长，为了保证在3KHz带宽内线路频谱的平坦度，往往接上一个或多个加感线圈。而加感线圈对高频信号有很大的衰减，因此在开通ADSL业务时应去除加感线圈。 \r\n　　线径粗细是影响衰耗的另一因素。在相同的频率上，选用线径较粗的线缆可以传输更远的距离。但线缆越粗，投资也就越大。 \r\n　　衰耗在所难免，但是又不能一味增加发射功率来保证收端信号的强度。因为随着功率的增加，串音等其它干扰对传输质量的影响也会加大，而且还有可能干扰邻近无线电通信工程。 \r\n　　在ADSL实际应用中，衰耗值已经成为必须测试的内容，同时也是衡量线路质量好坏的重要因素。用户端设备与局端设备距离的增加而引起的衰耗加大，将直接导致传输速率的下降。在实际测量中，线间环阻无疑是衡量传输距离远近的重要参数。例如，在同等情况下，实际测得：线间环阻为245Ω，其衰耗值为18dB，而线间环阻为556Ω时，其衰耗值将增大到33dB。 \r\n　　2.2 串音干扰 \r\n　　串音干扰发生于缠绕在一个束群中的线对间干扰。由于电容和电感的耦合，处于同一主干电缆中的双绞线发送器的发送信号可能会串入其它发送器或接收器，造成串音。一般分为近端串音和远端串音。 \r\n　　对于ADSL线路来说，远端串音一般不会产生很大的影响，这是因为随着距离增大，远端串音经过传输将产生较大的衰减，对线路影响较小，而近端串音一开始就干扰发送端，对线路影响较大。但距离过短，远端串音造成的失真也很大，特别是当一条电缆内的许多用户均传输这种高速信号时，干扰尤其显著，而且会限制这种系统的回声消除设备的作用范围，对采用回声消除技术的DMT方式的ADSL设备，这种串音干扰尤为严重。此外，串音干扰作为频率的函数，随着频率升高增长很快，由于话音属于一种相对低频的业务，串音干扰不会很严重，但是ADSL使用的是高频，会产生严重后颗，因而在同一个主干最好不要有多条ADSL线路或频率差不多的线路。 \r\n　　据测算在大对数电缆中，只有10%-20%可以开通全速率ADSL。因此如果采用低速率ADSL，将大大减低对线路的要求，线路的利用率将有很大提高。 \r\n　　2.3 反射干扰 \r\n　　桥接抽头是跨接在铜线上未用的支路线路，非终接的抽头发射能量，降低信号的强度，并成为一个噪音源。从局端设备到用户，至少有三个接头（桥接点），每个接头的线径可能会相应改变，桥接头造成阻抗的突变会引起功率反射或反射波损耗。在话音通信工程中其表现是回声，而在ADSL中复杂的调制方式很容易受到反射信号的干扰。现在还没有能在300KHz或更高的频率下测定用户分配电缆中反射源的测试设备。目前大多数都采用回声抵消技术，虽然消除来自一个源头的回声效果很好，但是当信号经过多处的反射后，回声抵消就变得几乎无效了。 \r\n　　ADSL要求线路上桥接抽头的总长度小于800m，单个桥接抽头小于650m。测试表明靠近两端的桥接抽头对传输的影响最为明显。 \r\n　　2.4噪声干扰 \r\n　　电路线路可能受到若干形式噪声及干扰的影响，为达到有效数据传输，应确保接收信号的强度、动态范围、信噪比在可接受的范围之内。 \r\n　　噪声产生的原因很多，可能是家用电器的开关、电话摘机和挂机、电动设备的运转等，这些突发的电磁波将会耦合到ADSL线路中，引起信号突发错误。由于ADSL是在普通电话线的低频音上叠加高频数字信号，因而从交换机到ADSL分离器这段连接中，加入任何设备都将影响数据的正常传输，故在ADSL分离器这段连接中，加入任何设备都将影响数据的正常传输，故在ADSL分离器之间不要并电话、电话防盗器等设备。 \r\n　　2.5码间干扰 \r\n　　ISI（码间干扰）与加性的噪声干扰不同，是一种乘性的干扰。造成ISI的原因很多，信道的衰减和群时延失真都可能导致信号波形失真，产生信道间干扰（ICI）和ISI。实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会不可避免地造成一定的ＩＳＩ。以一定速度传送的波形序列受到非理想信道的影响表现为各码元波形持续时间拖长，从而使相邻码元波形产生重叠，造成判决错误。而当线性失真严重时，ＩＳＩ就会比较严重。为了消除码间干扰，通常有两条途径：一，传输系统具有均匀且无穷宽的频带，这样传输信号将不产生任何失真，但实际上是不可能的。二、只保证信号在取样时无码间干扰，而对非取样点的取样值不做要求。 \r\n　　2.6小结 \r\n　　线路系统中，衰耗与串音是ＡＤＳＬ技术的两大致命伤。由于数据传输速率越高，对信号的影响也就越大，因此ＡＤＳＬ技术的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短，而有效传输距离却直接决定着ＡＤＳＬ潜在用户群体的数量，如ＡＤＳＬ接入网线路长度可达5.5km，是可覆盖八成以上的现有电话用户。而若线路长度减为3.6km，则仅能覆盖半数以上的现有用户。虽然ADSL的串音噪声通常是稳定的，比较容易对其进行研究并加以克服，但冲击噪声在频率、周期、相位等方面都是随机的，难以建模与研究，因此解决起来尚有一定难度。 \r\n　　3.ADSL线路测试 \r\n　　3.1用户线测试的原因 \r\n　　原有铜缆线路的施工甚至相关技术规范，均是围绕话音业务的开通展开的，没有考虑要在双绞线上传输高速信号，以致现有线路质量影响ADSL业务的开通。 \r\n　　因此，在ADSL设备安装或业务提供之前，应对双绞线进行测试，检测线路本身质量，若不能正常开通ADSL，则需确认是否能对线路进行改进。为此，我们必须了解双绞线本身的质量指标，以便检测线路能否适应ADSL业务的开通。 \r\n　　3.2用户线测试的目标 \r\n　　用户线测试主要目标在于检验铜线对高频信号的传输能力，只有在符合一定指标的用户线上开展ADSL业务，才能保障ADSL业务质量。用户线测试的另一个目标是确定ADSL业务最终能提供给　客户的服务质量，通常是指最高的上行/下行速率。最后，测试还应能够对某些造成线路质量不好的故障进行定位，以便排除。 \r\n　　3.3测试原理与方法 \r\n　　ADSL的测试首先是进行不中断服务（in service）和中断服务（out of service）性能测试。不中断服务测试指一帧内的字速率、奇偶性、循环冗余检验误差。测试仪可模拟（仿真）数字用户线的各种测试条件和环境，同时进行误码率或信元差错率的测试。测试仪能模拟用户线不同长度，并注入噪声和干扰作为近端串扰和远端串扰，还可在公共交换电话网的各种条件（如带不同负载）下进行振铃、振铃切断和摘机测试。 \r\n　　普通电话业务使用双绞线传输差分信号。然而，大多数信号发生器、频谱分析仪和示波器都只有50Ω的输入和输出。通常，不兼容的电路接口最好是采用平衡变换器。平衡变换器能变换阻抗，使得只有50Ω输出阻抗的发生器很容易驱动普通电话的600Ω系统阻抗。同样，也需要平衡变换器来驱动ADSL所采用的更高频带的ADSL系统阻抗。 \r\n　　衰减随距离变化而变化的。在ADSL最高频点，从3.6km增加到5.5km将增加40dB的损耗。对工作在400KHz的G.lite，相应的损耗只有20dB。由于ADSL有这样大的衰减，因此工作在高频的调制解调器必须要有很高的增益、这意味着串扰和噪声的幅度与有用信号近似时，就成了必须加以限制的因素。近端串扰（NEXT）测试能确定邻近铜线传输强信号时的影响。当使用两个平衡转器来模拟近端串扰时，它们应通过一个金属板来加以屏蔽，否则，两个平衡变换器间的耦合可能大于两对铜线之间的耦合。 \r\n　　远端串扰测试通常在敷设好的电缆上进行，并且远端话务员离中心局很远，因此需要两台测试仪。在理论上，两根双绞线相互交织在一起能确保接收的一致性，两根铜线感应的噪声被称为共模噪声，ADSL接收机的输入电路能抑制共模噪声，从而不会对传输的信号造成干扰。但实际上，一对电缆不可能始终保持两根线之间的平衡。电缆上的水、不均匀的对续、时间长了保护层的退化都会导致不平衡。由于两根线之间的不平衡，共模噪声变成了差分噪声。在这种情况下，ADSL接收机无法区别信号和噪声，于是就产生了数据误差。 \r\n　　3.4线路测试项目 \r\n　　ADSL测试仪器应具有线路质量测试和业务质量测试两方面功能。ADSL业务质量测试是指在ADSL局端设备安装完成后，测试仪器作为一个仿真终端测试实际业务最高的上行/下行速率，因此ADSL业务质量测试与具体的ADSL设备相关，不过，大多厂商的ATU-C都与ALCATEL兼容。 \r\n　　线路质量测试包括以下项目：频率响应测试；噪音测试；故障定位；负载线圈和桥接抽头的检测；金属特性回环测试等。 \r\n　　4　ADSL测试仪器 \r\n　　4.1商用ADSL测试仪 \r\n　　目前，安捷伦、GenRad、Netcom systems、Tektronix、Consultronics、Fluke、WWG和Telebyte公司已推出大批用于生产、研究的ADSL测试仪。预计未来几年，ADSL测试仪市场将以较快的速率增长，尤其是用于现场测试的便携式测试仪。 \r\n　　GenRad公司的GENEVA4000型功能/参数测试仪采用丰富的话音和ADSL频率测试库来测试分路器的完整性以及普通电话业务和ADSL频率的传输性能。在ADSL测试方面，它能测试回损、纵向变换损耗。纵向输出电压、功率频谱密度和总功率。在普通电话业务测试方面，它能测试振铃、直流回路特性、群延迟、信道噪声和失真。该测试仪可同时测试多个信道。 \r\n　　Consultronics公司的ColT-250型手持式ADSL测试仪它主要用于ADSL线路的安装与维护，提供上下行参数，用户只需按下一个按钮就能完成对ADSL的分析，并能检测本地交换机与用户之间的各点以及服务质量。 \r\n　　4.2　测试仪器发展存在的问题 \r\n　　（1）测试规范缺乏明细的条款 \r\n　　目前各测试仪生产商在测试参数的上限方面尚未达成一致，一般只规定了线缆的最低测试要求。 \r\n　　（2）产品的升级能力 \r\n　　网络技术发展快，各种传输媒介的融合、宽带网的发展对线缆测试仪生产商提出了新要求。这就是仪器生产商必须设计出易于升级、采用开放式结构的仪器，以适应变化的测试需求。 \r\n　　（3）产品的智能化 \r\n　　由于技术熟练的技术人员工资高，也很难找到。因此，一些公司聘用技术熟练程度较低的人来做测试工作。这就要求测试仪器智能化，使仪器在这些人的手中成为有用的工具，因而，这类仪器广泛采用专家系统，可对故障进行定位，并可向操作人员提供具体的操作步骤。 \r\n　　电缆测试仪的主要技术发展趋势是智能化、小型化、多功能。