3-5. Техническое обслуживание радиорелейного оборудования. Диагностика неисправностей оборудования.
3-5. Техническое обслуживание радиорелейного оборудования. Диагностика неисправностей оборудования. |
Для успешной эксплуатации радиорелейного оборудования необходимы средства измерения и контроля ряда основных параметров. Различаются несколько видов средств контроля параметров.
Современная аппаратура в своем составе имеет сложную систему, предназначенную для контроля параметров и поддержания работоспособности оборудования. Для этого применяются специальные датчики (индикаторы) и система программного обеспечения (менеджер сети) для управления всей структурой.
Характеристики мониторинга должны соответствовать рекомендациям ITU-T
К основным параметрам, которые контролируются встроенными средствами, относятся уровни мощности передающих устройств, уровни сигналов на входах приемников, некоторые качественные показатели, аварийные ситуации и пр. Для локализации возникающих проблем при эксплуатации оборудования широко применяются различные варианты шлейфов, которые могут организовываться дистанционно. Шлейфы позволяют подать испытательный сигнал на вход оборудования и проконтролировать его прохождение на выходе обратного канала. При этом можно контролировать прохождение сигналов как внутри конкретной радиорелейной станции, или ее блоков, так и по пролету системы связи и по нескольким пролетам. Для примера. на рис. 3-5-1 показаны возможные способы организации шлейфов в различном оборудовании..
Рис. 3-5-1
На примере аппаратуры синхронной иерархии рассмотрим некоторые возможные варианты организации шлейфов.
При шлейфных испытаниях применяются испытательные цифровые сигналы, которые формируются во многих типах радиорелейного оборудования. При отсутствии таких сигналов измерения проводятся при помощи специальных приборов - анализаторов цифровых потоков, измерителей достоверности или измерителей коэффициентов ошибок. Для плезиохронных систем малой емкости возможно применение компактных приборов типа BERcut-E1, ТИС-Е1,Е2,Е3, для более скоростных систем - анализаторов транспортных сетей типа BERcut-SDH, CMA3000 или аналогичных устройств. Подобные устройства позволяют проводить измерение большинства параметров цифровых сигналов, включая коэффициенты ошибок, качественные показатели и структуры заголовков.
Рис. 3-5-2
Общий принцип измерения коэффициентов ошибок и качественных показателей представлен на рис. 3-5-2. В каскаде совпадения сравниваются сигналы псевдослучайной последовательности, формируемые генератором ГПСП и прошедшие через исследуемое оборудование, с опорным сигналом, Появляющиеся ошибки подсчитываются в счетчике и поступают на индикатор. Проводя подсчет ошибок за определенные промежутки времени, задаваемые таймером, можно оценивать качественные показатели.
Важный параметр, позволяющий ответить на многие вопросы при диагностике неисправностей оборудования, это характеристика спектра сигнала, излучаемого передатчиком. Для измерения спектра применяются спетроанализаторы. Полные линейки анализаторов спектра на разные диапазоны частот выпускаются фирмами Agilent и Rohde-Schwarz.
Спектроанализаторы подключаются к контрольному выходу передатчика, который присутствует в большинстве конструкций радиорелейного оборудования. Измерения проводятся без отключения трафика, причем, измеренный спектр сигнала должен укладываться в пределы маски спектра, которая определена фирмой - производителем оборудоваия и приводится в технической документации. Примеры масок спектров радиорелейной аппаратуры, рассчитанной на разные скорости работы, приведены на рис. 3-5а-3. Если измеренные спектры выходят за пределы масок, то проводится анализ причин. Как правило, расширение спектра связано с изменениями формы символов цифрового сигнала или с изменением коэффициента скругления. Одна из причин этого - изменение характеристики пассивных предмодуляционных фильтров из-за старения электронных компонентов. Увеличение "плеч" спектра сигнала характеризует наличие искажений по третьей гармонике при нелинейности амплитудной характеристики усилителя СВЧ передатчика.
Рис. 3-5-3
Для диагностики причин ухудшения работы цифровой радиорелейной системы связи можно воспользоваться методом измерения по глаз-диаграммам. Существуют специальные приборы, позволяющие не только наблюдать глаз-диаграммы, но и проводить по ним измерения. На рис. 3-5-4 показана глаз-диаграмма, полученная при помощи прибора Agilent JF-1000. На этой диаграмме наблюдается фазовое дрожание (джиттер) символов цифрового сигнала. Увеличение размаха и характера фазовых дрожаний приводит к возрастанию коэффициентов ошибок в системе связи. В этом случае необходимо провести анализ результатов. При рассмотрении осциллограммы можно заметить, что характер распределения величины джиттера соответствует гистограмме TIE (time interval error – ошибки временных интервалов), приведенной внизу рисунка. Это распределение показывает, что существует две составляющие джиттера – случайный джиттер и детерминированный.
Рис. 3-5-4
Случайный джиттер объясняется наличием тепловых шумов с системе связи, а детерминированный джиттер – межсимвольными искажениями, связанными с изменением формы (длительности и амплитуды) и местоположения (фазы) символов. Случайный джиттер имеет гауссовское распределение и показан на гистограмме белой линией, а составляющие детерминированного джиттера располагаются выше этой линии. Наблюдая распределение джиттера во времени и соотнося его изменения с изменениями коэффициентов ошибок в системе связи можно получить некоторые данные для диагностики причин ухудшения работы. На рис. 3-5-5 и 3-5-6 показаны глаз-диаграммы в одной из которых присутствует только случайный джиттер, а в другой - только детерминированный с соответствующими вероятностями распределения (W).
Рис. 3-5-5
Рис. 3-5-6
Если основные изменения величины джиттера связаны со случайной составляющей, то это означает случайные изменения запаса на замирания. Причиной этого может быть нестабильность положения антенн на опорах, недостаточная жесткость антенной опоры или сотрясения грунта на котором установлена опора. Кроме того, возможно влияние помех случайного характера от каких либо источников.
Если основные изменения величины джиттера связаны с детерминированной составляющей, то, скорей всего, причиной являются замирания, приводящие к межсимвольной интерференции. Возможная неисправность – неправильная работа или отказ адаптивных эквалайзеров, которые предназначены для коррекции формы символов при замираниях. В ряде случаев увеличение детерминированной составляющей джиттера может наблюдаться при нарушении юстировки антенн. Однако, при этом будет увеличена и случайная составляющая.
Пользуясь такими методами можно определить основные факторы, приводящие к ухудшению работы системы связи.
********************************************************************************************
В процессе эксплуатации сети связи возникает целый ряд проблем, которые невозможно решить при помощи менеджера сети или стандартной измерительной аппаратуры . К примеру, возможно увеличение коэффициентов ошибок, приводящих к превышению норм на показатели неготовности и качества. Анализ причин должен быть комплексным, учитывающим взаимосвязь структурных элементов системы связи. Прежде всего, анализируется характер увеличения коэффициентов ошибок, который может быть постоянным, периодическим или случайным.
Рассмотрим, к примеру, случай, когда коэффициентов ошибок увеличился и постоянно держится на этом уровне (рис. 3-5-7).
Рис. 3-5-7
Прежде всего, необходимо проверить запас на замирания. Для этого измеряются уровни сигналов на входах приемников и сравниваются с проектными данными. Необходимо отметить, что измерения нужно проводить в дневные часы при ясной и стабильной погоде, наиболее характерной. для данного климатического района.
В случае уменьшенного значения уровней сигналов на входах приемников причиной может быть аппаратурная неисправность радиомодуля. При возможности, локализацию неисправностей проще всего осуществить путем замены наружного блока на заведомо исправный.
Уменьшение запаса на замирания при исправном оборудовании, может быть связано с системной неисправностью, которая чаще всего определяется нарушением юстировки антенн. Юстировка антенн может быть нарушена как за счет ослабления крепления оборудования к антенной опоре и смещения оборудования под воздействием ветровых нагрузок, так и за счет деформации самой антенной опоры или нестабильности ее фундамента. Для упрощения диагностики неисправностей антенные опоры необходимо оснащать устройствами контроля их положения. В простейшем случае, это может быть обычный плотничный отвес, ватерпас или более точная и удобная лазерная система. Юстировка антенн -достаточно сложная и длительная операция. Как показывает практика, большой процент радиорелейных пролетов в России работает при неоптимальной настройке. Это происходит и из-за небрежности при юстировке и, часто, без учета физических процессов, проходящих на интервалах радиорелейной связи. Необходимые условия для юстировки антенн и примерный алгоритм проведения процедуры описан ниже.
Перед процессом юстировки желательно убедиться в ее необходимости. Ведь малый уровень сигнала на входе приемника может быть и в результате неисправностей антенно-фидерного тракта на ближнем или дальнем концах радиорелейного пролета. Эти неисправности не определяются встроенными системами контроля, но облегчить их поиск можно следующим образом. В период нормальной работы оборудования нужно провести контроль уровня излучения антенн каждого передатчика. Для этого можно воспользоваться индикатором электромагнитного поля СВЧ. Простейший пассивный индикатор поля состоит из волноводной детекторной головки и чувствительного микроамперметра (с током полного отклонения 50-100 мкА). Существуют подобные индикаторы промышленного изготовления, но проще и дешевле собрать такой индикатор из подручных материалов. Детекторная головка состоит из короткозамкнутого отрезка волновода, рассчитанного на диапазон частот радиорелейного оборудования с диодом СВЧ, расположенным на расстоянии равным четверти длины волны рабочего диапазона от короткозамкнутого конца (рис. 3-5-8). В крайнем случае, отрезок волновода можно спаять из листовой меди, латуни или жести. Типовые размеры волновода для рабочего диапазона частот можно определить из таблицы, приведенной на сайте http://npp-elmika.ru/info/index.php?id=216. Например, для диапазона частот 15 ГГц размеры волновода А х Б = 16 х 8 мм.
Рис. 3-5-8
Индикатор поля нужно поместить в зону излучения антенны, записать ток отклонения прибора и координаты точки, в которую помещен индикатор. Такую работу нужно провести на всех станциях системы связи и полученные данные в дальнейшем можно будет использовать при диагностике неисправностей.
Еще одной причиной уменьшения запаса на замирания может быть явление, называемое "деградация порога". Значение пороговых уровней сигнала на входах приемников приводится в технических параметрах оборудования, и эти данные используются при расчетах трасс. Однако, помехи, как внутрисистемные, так и внешние, проявляются в цифровой связи в виде ухудшения порога. На рис. 3-5-9 показана зависимость деградации порога от отношения сигнал-помеха для оборудования фирмы Nokia. Отсюда следует, что если отношение С/П равен 17 дБ - деградация порога составляет 3 дБ и, значит, на эту величину уменьшится и запас на замирания.
Рис. 3-5-9
Измерениями и исследованиями в области радиопомех занимаются специальные группы, в частности, радиочастотная служба, оснащенная панорамными приемниками, локаторами радиоизлучений и пр.
Повышенное значение коэффициента ошибок может быть из-за изменения параметров профиля интервала. К примеру, на трассе могут появиться строения, вырублен лес, образовано водохранилище и т.д. Еще одна возможная причина ухудшения связи - загрязнение крышек антенн, которыми часто закрыт параболический отражатель. В условиях плохой экологии на крышках антенн возможно появление налета, состоящего из копоти, сажи, окислов металлов и других веществ, существенно уменьшающих радиопрозрачность материала крышек. Это может уменьшить уровни сигналов на несколько децибелл.
Иногда причиной уменьшения уровней сигналов является сдавливание и деформация коаксиального кабеля, соединяющего внутренний и наружный модули радиорелейного оборудования. Это может произойти при монтаже на антенной опоре оборудования других служб - сотовой связи, метеорологии, телевещания и т.д. Как правило, при деформации оболочки кабеля искажается его амплитудно-частотная характеристика и на частоте, соответствующей промежуточной частоте передачи возникают провалы.
Помимо случая постоянно повышенного коэффициента ошибок могут быть случаи периодического изменения этой величины (рис. 3-5-10). Существуют сезонные изменения сигнала за счет естественных причин. В частности, уровни сигналов различны зимой и летом из-за изменений параметров профиля и характеристик атмосферной рефракции. Эти различия учитываются при расчетах системы связи. Если же отклонения уровней выходят за расчетные пределы, возможной причиной может быть сезонное нарушение юстировки антенн из-за нестабильности фундамента антенной опоры или температурной деформации антенной опоры. Суточные изменения коэффициентов ошибок происходят за счет разной атмосферной рефракции в разное время суток и температурной деформации антенной опоры. Причиной более частых колебаний чаще всего является периодическая помеха от радиолокаторов, генераторов и других радиотехнических средств, вызывающая деградацию порога приемников радиорелейного оборудования.
Рис. 3-5-10
При работе системы связи случайные изменения коэффициентов ошибок присутствуют всегда, но эти изменения не должны выходить за расчетные пределы. При этом будут выполняться нормы на показатели неготовности и показатели качества по ошибкам. Если нормы не выполняются необходимо провести анализ причин (рис. 3-5-11).
Рис. 3-5-11
Прежде всего, периоды ухудшения качества связи случайного характера могут происходить из-за нестабильности положения или деформации антенной опоры при порывах ветра, резкого изменения окружающей температуры или механического воздействия. Если корреляции изменения коэффициентов ошибок с этими явлениями не наблюдается, то возможно, на пролетах увеличилась глубина замираний. В этом случае необходимо провести мониторинг качества связи. При возросшей глубине медленных замираний, которые не связаны с гидрометеорами (дождями, снегопадами, туманами и пр.), а происходят при быстром изменении погоды, возможной причиной может быть закрытие трассы при субрефракции в атмосфере. Вероятность закрытия трассы возрастает при уменьшении величин просветов на интервалах за счет изменений продольных профилей в результате хозяйственной деятельности или природных явлений.
Если пределы изменения медленных замираний увеличились за счет влияния дождей, то скорее всего, изменился химический состав осадков из-за экологических факторов. Для повышения устойчивости связи в этих условиях необходимо повысить энергетические потенциалы на пролетах системы связи. Другими словами - увеличить запас на замирания. Если обратиться к формуле, определяющей уровень сигнала на входе приемника, то видно, что повысить запас на замирания можно увеличив мощность передатчиков или коэффициенты усиления антенн. Необходимо иметь в виду, что повышение мощности передатчиков ухудшает помеховую ситуацию как внутри системы, так и для внешних радиоустройств. Увеличение коэффициентов усиления антенн связано с увеличением их размеров, а значит с увеличением ветровой нагрузки и жесткость антенной опоры должна противостоять дополнительным нагрузкам.
Возрастание количества и глубины быстрых замираний определяется изменением условий появления отраженных волн. Изменение параметров продольного профиля интервала (уничтожение лесных массивов, заболачивание отражающей поверхности, наводнение, строительство достаточно крупных поселений на линии трассы) может привести к увеличению отраженной волны от земной поверхности. Причиной увеличения отражений от слоистых неоднородностей атмосферы могут быть изменения климата в регионе.
Рис. 3-5-12
Для уменьшения влияния отраженных волн можно повернуть диаграмму направленности в вертикальной плоскости на небольшой угол (не больше 0.5 - 0.7 градусов) в вертикальной плоскости. Если существует отраженная волна от поверхности земли, разворот производится вверх, с тем, чтобы отраженная волна попадала на скат диаграммы направленности (рис. 3-5-12-б). Уровень прямой волны при этом уменьшится незначительно. Чтобы уменьшить влияния отраженных волн от слоистых неоднородностей атмосферы диаграмму направленности можно развернуть вниз (рис. 3-5-12-в).
Для проведения юстировки антенн необходимы следующие данные и оборудование:
Предварительно необходимо проверить исправность оборудования на ближнем и дальнем концах, исправность системы заземления антенной опоры и оборудования, проверить соответствие рабочих частот приемников и передатчиков, величины питающих напряжений, уровни выходных мощностей передатчиков. Убедиться в надежности крепления оборудования к антенной опоре. Важно отметить, что юстировку необходимо проводить в дневные часы при устойчивой, сухой погоде, которая обеспечивает нормальное прохождение радиоволн.
Порядок проведения юстировки
Рис. 3-5-10
Основная сложность в процессе юстировки состоит в том, что операция проводится в условиях случайности параметров атмосферы. Существует вероятность того, что условия прохождения сигнала за время проведения операции могут значительно измениться и появятся ошибки при юстировке. На рис. 3-5-11 показано практическое семейство юстировочных кривых, сделанное в течении дня в разное время. Если характер кривых, изображенных синей, зеленой и красной линиями одинаков, то черная линия имеет совсем другой вид.
Рис. 3-5-11
Очевидно, что в тот момент, когда антенна разворачивалась в районе азимута 32 - 33 градуса улучшилось прохождение сигнала и на юстировочной кривой появился ложный максимум, который дает ошибку 1.4 градуса. Если упустить этот момент, то настройка антенны получится на первый боковой лепесток и большую часть времени работы системы связи будут потери в запасе на замирания, в ряде случаев, до 10-15 дБ.
