Файл: Конспект лекций по учебной дисциплине направляющие системы связи По специальности (направлению подготовки) 11. 03. 02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 240
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики
________________________________________________________________________
Кафедра ЛС и ИТС
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
Направляющие системы связи
По специальности (направлению подготовки): 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Самара
2017
УДК 621.395
Попов В.Б.
Направляющие системы связи. Конспект лекций. – Самара.: ПГУТИ, 2017. – 72 с.
В конспекте лекций приводится систематизированный материал по курсу
«Направляющие системы связи» для бакалавров направления подготовки 11.03.02 –
«Инфокоммуникационные технологии и системы связи».
Рецензент:
Васин Н.Н. – д.т.н., зав.каф. «Систем связи» ФГБОУ ВО ПГУТИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
© Попов В.Б., 2017
Содержание конспекта лекций
Содержание – перечень тем и разделов………………………………………….
Список сокращений и обозначений……………………………………...............
Введение……………………………………………………………………………..
Лекция 1
Тема 1. Современная электрическая связь. Построение сетей электросвязи
Раздел 1.1. Обобщённая структурная схема системы электросвязи.
Раздел 1.2. Характеристики радиоканалов.
Раздел 1.3 Направляющие системы электросвязи.
Раздел 1.4. Краткий обзор и этапы развития направляющих систем электросвязи
Раздел 1.5. Основные разновидности НСЭ. Рабочий частотный диапазон
Раздел 1.6 Принципы построения сетей электросвязи
Раздел 1.7 Первичная и вторичная сети:
Лекция 2
Тема 2. Конструкции и характеристики направляющих систем электросвязи
Раздел 2.1. . Общие положения
Раздел 2.2. Электрические кабели связи
Раздел 2.3.Оптические кабели связи
Лекция 3
Тема 3. Основы электродинамики направляющих систем электросвязи
Раздел 3.1. Исходные положения электродинамики. Основные характеристики сред распространения электромагнитного поля.
Раздел 3.2. Основные уравнения электродинамики в интегральной и дифференциальной форме
Раздел 3.3. Система уравнений Максвелла в цилиндрических координатах для проводников
Раздел 3.4. Граничные условия для векторов электромагнитного поля.
Раздел 3.5 Баланс мощностей, теорема Умова – Пойнтинга
Раздел 3.6 Режимы передачи по НСЭ. Классификация электромагнитных волн в
НСЭ.
Раздел 3.7 Классификация электромагнитных волн в НСЭ.
Лекция 4
Тема 4. Теория передачи по проводным направляющим системам электросвязи.
Раздел 4.1. Исходные принципы расчета НСЭ.
Раздел 4.2. Уравнение однородной двухпроводной линии.
Раздел 4.3.
4.3
Процессы в неоднородных линиях.
Лекция 5
Тема 5. Теория передачи по проводным направляющим системам электросвязи.
Раздел 5.1.
Электрические процессы в коаксиальных цепях
Раздел 5.2. Передача энергии по идеальной коаксиальной цепи.
Раздел 5.3. Передача энергии по коаксиальной цепи с потерями
Раздел 5.4. Емкость и проводимость изоляции коаксиальной цепи
Раздел 5.5 Первичные и вторичные параметры коаксиальной цепи.
Частотные зависимости параметров передачи.
Раздел 5.6 Электрические процессы в симметричных кабелях
Лекция 6
Тема 6 Теория передачи по проводным направляющим системам электросвязи
Раздел 6.1. Волоконные световоды. Принцип действия, параметры передачи.
Раздел 6.2.
Волновая теория света.
Раздел 6.3.
Затухание в оптических волокнах.
Раздел 6.4. Дисперсия оптических волокон
Раздел 6.5 Сравнение различных НСЭ.
Лекция 7
Тема 7.
Взаимные влияния в направляющих системах электросвязи
Раздел 7.1. Общие понятия об электромагнитных влияниях
Раздел 7.2. Основные определения и методы исследования взаимных влияний
Лекция 8
Тема 8.
Взаимные влияния в направляющих системах электросвязи
Раздел 8.1. Взаимные влияния в симметричных цепях связи .
Раздел 8.2. Взаимные влияния в коаксиальных цепях.
Раздел 8.3 Взаимные влияния в волоконно-оптических кабелях
Раздел 8.4 Нормирование параметров взаимных влияний
Лекция 9
Тема 9.
Внешние влияния на направляющие системы электросвязи и меры защиты
Раздел. 9.1 Источники внешних электромагнитных влияний. Опасные и мешающие влияния на цепи связи.
Раздел 9.2. Меры защиты от внешних влияний. Экранирование кабелей связи
Лекция 10
Тема 10.
Проектирование и строительство линейных сооружений связи
Раздел 10.1 Общие положения
Раздел 10.2 Задание на проектирование и исходные данные
Раздел 10.3 Технический надзор за строительством линейных сооружений связи.
Лекция 11
Тема 11.
Основы технической эксплуатации линейных сооружений связи
Раздел 11.1 Общие положения
Раздел
11.2
Планово-профилактическое обслуживание линейно-кабельных сооружений
Раздел 11.3 Измерения при технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений.
Список сокращений и обозначений
БСЭ – Большая Советская Энциклопедия
VAD – Vapor Axial Deposition
MCVD – modified chemical vapor deposition
MASER– Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation
DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing
ТАТ-N – трансатлантическая кабельная линия.
Введение
Целью преподавания дисциплины «Направляющие системы электросвязи» является получение знаний об основных научно-технических проблемах и перспективах развития направляющих систем электросвязи, их интеграции с международными сетями связи, о принципах построения направляющих систем электросвязи, о проблемах повышения эффективности направляющих систем электросвязи; умение рассчитывать основные параметры направляющих систем электросвязи; умение использовать полученные знания для выполнения проектирования, строительства и эксплуатации направляющих систем электросвязи
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
1. Физика.
2. Теория электрических цепей.
3. Электромагнитные поля и волны.
4. Метрология, стандартизация и сертификация
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:
1. Цифровые многоканальные телекоммуникационные системы.
2. Фиксированные сети широкополосного доступа .
3. Оптические транспортные сети .
4. Основы проектирования, строительство и эксплуатация ВОЛП .
Основные положения дисциплины НСЭ будут использованы в дальнейшем при выполнении выпускной работы бакалавра.
Лекция 1.
Современная электрическая связь. Построение сетей
электросвязи
1.1 Обобщённая структурная схема системы электросвязи.
Научно–технический прогресс не возможен без технических средств телекоммуникаций. Увеличение выпуска продукции в два раза требует увеличение объёма передаваемой информации в четыре раза. Причём основную роль в передаче информации играют средства связи. канал связи
1 2
3 9
5 3
4 1. Источник информационного сообщения (человек, ЭВМ, различные устройства телемеханики и управления).
2. Преобразователь информационного сообщения в электрический импульс или оптический сигнал.
3. Система передачи. (Многоканальные системы передачи преобразуют информационные электрические сигналы в единый линейный электрический или оптический сигнал).
4. Среда распространения линейного сигнала (в качестве такой среды может выступать свободное пространство или специальная система, конструктивно выполненная в виде направляющей системы электросвязи). На выходе среды распространения устанавливается
МСП, выполняющая роль демультиплексирующего устройства (демультиплексора), задачей которого является преобразование группового линейного сигнала в индивидуальный оптический или электрический сигнал.
5. Преобразователь электрического или оптического сигнала в информационное сообщение.
6. Получатель информационного сообщения.
1.2 Характеристики радиоканалов.
Если в качестве среды распространения линейного сигнала используется свободное пространство, то такой канал называется радиоканалом. Его дальность может составлять от нескольких метров до сотен миллионов
километров. Кроме возможности связи на огромные расстояния радиоканалы дают возможность установления связи между подвижными объектами.
Достоинства:
Высокая скорость установления связи, неограниченное число абонентов, слушателей и зрителей.
Единственный вариант связи с подвижными, а также удаленными и космическими объектами.
Возможность организовывать связь с неограниченным количеством абонентов, слушателей, зрителей.
Недостатки:
Зависимость качества связи от состояния распространения и сторонних электромагнитных полей, вызывающих помехи.
Недостаточно высокая электромагнитная совместимость радиоканалов в диапазоне метровых волн, т.е. создать большое число каналов в диапазоне длинных и средних волн почти не возможно.
Высокая цена и сложность аппаратуры, формирующей линейный сигнал. Сложность, высокая цена и большие размеры фидерного тракта.
С целью устранения данных недостатков в ходе развития радиосвязи осваивались более высокочастотные диапазоны дециметровых и сантиметровых волн. При этом уменьшались размеры антенн, канал меньше подвергался воздействию помех, обеспечивалась более устойчивая связь. Такие линии получили название радио–релейных линий (РРЛ). Тракт РРЛ – это сеть пунктов с установкой ретрансляционных станций на расстоянии 20 – 40 км.
Недостаток их в том, что с них очень легко считывается информация.
Спутниковые линии связи
РРЛ
РРЛ
Недостаток спутниковых линий связи в том, что они очень дорого стоят, имеют ограниченный ресурс (срок службы) и могут быть легко уничтожены противником.
1.3 Направляющие системы электросвязи
Если в качестве среды распространения используется граница раздела двух сред, обладающих различными физическими свойствами (удельной проводимостью и магнитной проницаемостью), то такие каналы называют проводными. Совокупность сред, вдоль которых передаётся электромагнитная энергия линейного сигнала, называют направляющей системой. В общем случае направляющей системой являются и провода ЛЭП, и энергетические кабели. Поэтому направляющие системы для электросвязи имеют обозначение
НСЭ.
В качестве простейших НСЭ используются двухпроводные металлические цепи. Вместе с дополнительными элементами и оконечными устройствами.
Совокупность НСЭ и оконечных устройств электрической связи образует линейное сооружение связи, которое соединяет абонентов между собой и представляет собой единый комплекс.
1.4 Краткий обзор и этапы развития направляющих систем электросвязи
Возникновение первых направляющих систем электросвязи связано с изобретением свыше 150 лет назад телеграфа. При этом был создан кабель с резиновой изоляцией и медными проводниками (Москва - Петербург), который обладал плохими электрическими свойствами и малым сроком эксплуатации.
Более удачной конструкцией НСЭ оказалась воздушная линия связи. В семидесятых годах девятнадцатого века со строительства ВЛС (Москва –
Петербург – Варшава) началось бурное развитие и внедрение ВЛС, однако они обладали рядом недостатков:
Громоздкость
Малое число цепей и узкий частотный диапазон
Существенная зависимость качества связи от погодных условий.
Поэтому в конце девятнадцатого века в Санкт – Петербурге начали использовать шведские кабели городской телефонной связи с бумажной изоляцией и свинцовой оболочкой. С изготовлением более качественных диэлектриков появились симметричные междугородные кабели, которые начали широко использоваться в России с середины сороковых годов.
Недостатки симметричных кабелей - низкая помехозащищенность на высоких частотах. В начале пятидесятых годов получили развитие коаксиальные кабели, обладающие более широким частотным диапазоном, и имеющие хорошую защиту от взаимных и внешних влияний. И, начиная с шестидесятых годов, коаксиальные кабели – это основа магистральной связи, причём по одной коаксиальной паре организовались до 10000 телефонных каналов междугородней связи. Недостатки коаксиальных кабелей:
Большая материалоёмкость, включая буферные цветные материалы.
Малая длина усилительных участков
Этих недостатков лишены волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП).
1.5 Основные разновидности НСЭ. Рабочий частотный диапазон
По конструкции все НСЭ можно разделить на два основных вида:
1.
Двухпроводные направляющие системы электросвязи, в которых для передачи сигнала требуется наличие двух проводников.
I
сигн
R
нагр
Ген
Линия
1 1
2 2
2.
Волноводные направляющие системы электросвязи.
Они представляют собой конструкцию в виде полой трубы, изготовляемой из цветных металлов, или трубы прямоугольного сечения, внутри которой распространяется электромагнитная волна. Труба может быть круглого и прямоугольного сечения.
Частным случаем волноводов являются линии поверхностной волны, которые представляют собой металлический проводник в изоляции, на который подаётся волна очень высокой частоты. Частный случай волновода – волоконный проводник света. Здесь из стекла выполнены и сердцевина и оболочка.
Каждый тип НСЭ обладает определённым диапазоном частот, числом возможно организуемых каналов связи и соответствующей областью применения.
Разновидности НСЭ
Тип НСЭ
Частотный
диапазон, Гц
Число
каналов
Виды применения
ВЛС
0 – 10 5
15
Село, город, область.
СК
0 – 10 6
До 1000
Отводы от магистрали, связь внутри области.
КК, ЛПВ
0 – 10 9
До 10 000
Магистрали, отводы от магистрали, связь внутри обл.
РЧК
0 – 10 10
До 10 000
Антенно – фидерные устройства. (АФУ)
Металлические
и
диэлектрические
волноводы
10 11
- 10 13
До 100 000
АФУ
Световоды,
оптические
кабели, ВОЛП
10 14
– 10 15
Свыше
1000 000
Все виды связи
Достоинства НСЭ по сравнению с радиоканалами
Высокое качество и скорость передачи информации.
Возможность обеспечения высокой электромагнитной защищённости каналов от взаимных и внешних помех.
Высокая скрытность связи.
Простота и низкая стоимость оконечных устройств.
Недостатки НСЭ
Более низкая скорость установления соединения и передачи информации, чем по радиоканалам.
Большие капитальные и эксплуатационные расходы по сравнению с радиоканалами. Однако более 70% всей сети электросвязи состоит из проводных каналов, и только 10%–15% составляют радиорелейные и спутниковые линии из–за существенных достоинств проводных каналов.
Таким образом, основой всей сети электросвязи являются НСЭ.
Различные типы каналов дополняют друг друга, работая совместно в определённых частотных диапазонах, которые разделены между различными средствами электросвязи, исходя из их электромагнитной совместимости.
Согласно рекомендациям международного комитета весь частотный диапазон средств электросвязи подразделяется на следующие поддиапазоны:
Сверхдлинные волны (3 – 10 кГц)
Длинные волны (30 – 300 кГц)
Средние волны (300 кГц – 3 мГц)
Короткие волны (3 – 30 мГц)
Ультракороткие (30 – 300 мГц)
Дециметровые (300 мГц – 3 ГГц)
Сантиметровые (3 –30 ГГц)
Миллиметровые (30 – 300ГГц)
Оптический диапазон (
13 15 3 10 Ãö
3 10 Ãö
)
Двухпроводные НСС – это воздушные кабельные линии, которые работают в диапазоне сверхдлинных, средних и коротких волн, а также частично захватывают диапазон УКВ. Магнитная совместимость должна выполняться для открытых направляющих систем, к которым относят СК и ВЛС. Они наиболее подвержены электромагнитным влияниям.
Линии связи
Свободное пространство
Радиолинии
Спутниковая связь
РРЛ
НСЭ
Воздушные линии связи
Кабельные линии связи
ВОЛП
1.6 Принципы построения сетей электросвязи
Для обеспечения комплексного использования средств передачи всех видов информации необходимо создать единую сеть трактов и каналов с
возможностью их коммутации в заданном направлении и в требуемом количестве. Эта сеть должна включать:
Оконечное устройство (телефонные, факсмодемные аппараты,
ПЭВМ).
Системы коммутации цепей и оконечных устройств, а также каналов и пакетов передаваемой информации.
Каналы электросвязи (МСП + среда распространения)
Таким образом, любая сеть электросвязи будет состоять из:
Узлов - пунктов коммутации цепей и каналов.
Рёбер - линий связи, соединяющие узлы между собой.
Наибольший удельный вес (до 70% и более) в структуре сети электросвязи занимают проводные каналы, требующие наибольших капитальных и эксплуатационных расходов. Это определяет важность задачи по оптимизации структуры сети и экономичности её построения. При этом важным требованием является обеспечение высокой надёжности функционирования сети. Эта задача решается за счёт создания резервных и обходных путей соединения абонентов между собой, а также использования различных типов связи на наиболее важных направлениях. Причём каждый узел связи, обычно имеет 2 или 3 независимых пути установления соединения с другими узлами.
Варианты построения сети электросвязи
По принципу «каждый узел с каждым» – это полносвязное соединение. В этом случае каждый узел имеет прямое соединение со всеми другими.
Достоинства:самая высокая надёжность за счёт большого числа обходных и резервных путей.
Недостатки:структура сети не выгодна в технико-экономическом отношении.
Узловой принцип – несколько узлов, наиболее важных в структуре сети соединяются по принципу «каждый с каждым», менее важные узлы соединяются только с ближайшими (количество кружков –важность узлов).
Достоинства: гибкая структура построения, большая экономичность построения.
Недостатки:уменьшается надёжность функционирования менее важных узлов.
Радиальный принцип
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики
________________________________________________________________________
Кафедра ЛС и ИТС
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
Направляющие системы связи
По специальности (направлению подготовки): 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Самара
2017
УДК 621.395
Попов В.Б.
Направляющие системы связи. Конспект лекций. – Самара.: ПГУТИ, 2017. – 72 с.
В конспекте лекций приводится систематизированный материал по курсу
«Направляющие системы связи» для бакалавров направления подготовки 11.03.02 –
«Инфокоммуникационные технологии и системы связи».
Рецензент:
Васин Н.Н. – д.т.н., зав.каф. «Систем связи» ФГБОУ ВО ПГУТИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
© Попов В.Б., 2017
Содержание конспекта лекций
Содержание – перечень тем и разделов………………………………………….
Список сокращений и обозначений……………………………………...............
Введение……………………………………………………………………………..
Лекция 1
Тема 1. Современная электрическая связь. Построение сетей электросвязи
Раздел 1.1. Обобщённая структурная схема системы электросвязи.
Раздел 1.2. Характеристики радиоканалов.
Раздел 1.3 Направляющие системы электросвязи.
Раздел 1.4. Краткий обзор и этапы развития направляющих систем электросвязи
Раздел 1.5. Основные разновидности НСЭ. Рабочий частотный диапазон
Раздел 1.6 Принципы построения сетей электросвязи
Раздел 1.7 Первичная и вторичная сети:
Лекция 2
Тема 2. Конструкции и характеристики направляющих систем электросвязи
Раздел 2.1. . Общие положения
Раздел 2.2. Электрические кабели связи
Раздел 2.3.Оптические кабели связи
Лекция 3
Тема 3. Основы электродинамики направляющих систем электросвязи
Раздел 3.1. Исходные положения электродинамики. Основные характеристики сред распространения электромагнитного поля.
Раздел 3.2. Основные уравнения электродинамики в интегральной и дифференциальной форме
Раздел 3.3. Система уравнений Максвелла в цилиндрических координатах для проводников
Раздел 3.4. Граничные условия для векторов электромагнитного поля.
Раздел 3.5 Баланс мощностей, теорема Умова – Пойнтинга
Раздел 3.6 Режимы передачи по НСЭ. Классификация электромагнитных волн в
НСЭ.
Раздел 3.7 Классификация электромагнитных волн в НСЭ.
Лекция 4
Тема 4. Теория передачи по проводным направляющим системам электросвязи.
Раздел 4.1. Исходные принципы расчета НСЭ.
Раздел 4.2. Уравнение однородной двухпроводной линии.
Раздел 4.3.
4.3
Процессы в неоднородных линиях.
Лекция 5
Тема 5. Теория передачи по проводным направляющим системам электросвязи.
Раздел 5.1.
Электрические процессы в коаксиальных цепях
Раздел 5.2. Передача энергии по идеальной коаксиальной цепи.
Раздел 5.3. Передача энергии по коаксиальной цепи с потерями
Раздел 5.4. Емкость и проводимость изоляции коаксиальной цепи
Раздел 5.5 Первичные и вторичные параметры коаксиальной цепи.
Частотные зависимости параметров передачи.
Раздел 5.6 Электрические процессы в симметричных кабелях
Лекция 6
Тема 6 Теория передачи по проводным направляющим системам электросвязи
Раздел 6.1. Волоконные световоды. Принцип действия, параметры передачи.
Раздел 6.2.
Волновая теория света.
Раздел 6.3.
Затухание в оптических волокнах.
Раздел 6.4. Дисперсия оптических волокон
Раздел 6.5 Сравнение различных НСЭ.
Лекция 7
Тема 7.
Взаимные влияния в направляющих системах электросвязи
Раздел 7.1. Общие понятия об электромагнитных влияниях
Раздел 7.2. Основные определения и методы исследования взаимных влияний
Лекция 8
Тема 8.
Взаимные влияния в направляющих системах электросвязи
Раздел 8.1. Взаимные влияния в симметричных цепях связи .
Раздел 8.2. Взаимные влияния в коаксиальных цепях.
Раздел 8.3 Взаимные влияния в волоконно-оптических кабелях
Раздел 8.4 Нормирование параметров взаимных влияний
Лекция 9
Тема 9.
Внешние влияния на направляющие системы электросвязи и меры защиты
Раздел. 9.1 Источники внешних электромагнитных влияний. Опасные и мешающие влияния на цепи связи.
Раздел 9.2. Меры защиты от внешних влияний. Экранирование кабелей связи
Лекция 10
Тема 10.
Проектирование и строительство линейных сооружений связи
Раздел 10.1 Общие положения
Раздел 10.2 Задание на проектирование и исходные данные
Раздел 10.3 Технический надзор за строительством линейных сооружений связи.
Лекция 11
Тема 11.
Основы технической эксплуатации линейных сооружений связи
Раздел 11.1 Общие положения
Раздел
11.2
Планово-профилактическое обслуживание линейно-кабельных сооружений
Раздел 11.3 Измерения при технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений.
Список сокращений и обозначений
БСЭ – Большая Советская Энциклопедия
VAD – Vapor Axial Deposition
MCVD – modified chemical vapor deposition
MASER– Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation
DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing
ТАТ-N – трансатлантическая кабельная линия.
Введение
Целью преподавания дисциплины «Направляющие системы электросвязи» является получение знаний об основных научно-технических проблемах и перспективах развития направляющих систем электросвязи, их интеграции с международными сетями связи, о принципах построения направляющих систем электросвязи, о проблемах повышения эффективности направляющих систем электросвязи; умение рассчитывать основные параметры направляющих систем электросвязи; умение использовать полученные знания для выполнения проектирования, строительства и эксплуатации направляющих систем электросвязи
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
1. Физика.
2. Теория электрических цепей.
3. Электромагнитные поля и волны.
4. Метрология, стандартизация и сертификация
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:
1. Цифровые многоканальные телекоммуникационные системы.
2. Фиксированные сети широкополосного доступа .
3. Оптические транспортные сети .
4. Основы проектирования, строительство и эксплуатация ВОЛП .
Основные положения дисциплины НСЭ будут использованы в дальнейшем при выполнении выпускной работы бакалавра.
Лекция 1.
Современная электрическая связь. Построение сетей
электросвязи
1.1 Обобщённая структурная схема системы электросвязи.
Научно–технический прогресс не возможен без технических средств телекоммуникаций. Увеличение выпуска продукции в два раза требует увеличение объёма передаваемой информации в четыре раза. Причём основную роль в передаче информации играют средства связи. канал связи
1 2
3 9
5 3
4 1. Источник информационного сообщения (человек, ЭВМ, различные устройства телемеханики и управления).
2. Преобразователь информационного сообщения в электрический импульс или оптический сигнал.
3. Система передачи. (Многоканальные системы передачи преобразуют информационные электрические сигналы в единый линейный электрический или оптический сигнал).
4. Среда распространения линейного сигнала (в качестве такой среды может выступать свободное пространство или специальная система, конструктивно выполненная в виде направляющей системы электросвязи). На выходе среды распространения устанавливается
МСП, выполняющая роль демультиплексирующего устройства (демультиплексора), задачей которого является преобразование группового линейного сигнала в индивидуальный оптический или электрический сигнал.
5. Преобразователь электрического или оптического сигнала в информационное сообщение.
6. Получатель информационного сообщения.
1.2 Характеристики радиоканалов.
Если в качестве среды распространения линейного сигнала используется свободное пространство, то такой канал называется радиоканалом. Его дальность может составлять от нескольких метров до сотен миллионов
Достоинства:
Высокая скорость установления связи, неограниченное число абонентов, слушателей и зрителей.
Единственный вариант связи с подвижными, а также удаленными и космическими объектами.
Возможность организовывать связь с неограниченным количеством абонентов, слушателей, зрителей.
Недостатки:
Зависимость качества связи от состояния распространения и сторонних электромагнитных полей, вызывающих помехи.
Недостаточно высокая электромагнитная совместимость радиоканалов в диапазоне метровых волн, т.е. создать большое число каналов в диапазоне длинных и средних волн почти не возможно.
Высокая цена и сложность аппаратуры, формирующей линейный сигнал. Сложность, высокая цена и большие размеры фидерного тракта.
С целью устранения данных недостатков в ходе развития радиосвязи осваивались более высокочастотные диапазоны дециметровых и сантиметровых волн. При этом уменьшались размеры антенн, канал меньше подвергался воздействию помех, обеспечивалась более устойчивая связь. Такие линии получили название радио–релейных линий (РРЛ). Тракт РРЛ – это сеть пунктов с установкой ретрансляционных станций на расстоянии 20 – 40 км.
Недостаток их в том, что с них очень легко считывается информация.
Спутниковые линии связи
РРЛ
РРЛ
Недостаток спутниковых линий связи в том, что они очень дорого стоят, имеют ограниченный ресурс (срок службы) и могут быть легко уничтожены противником.
1.3 Направляющие системы электросвязи
Если в качестве среды распространения используется граница раздела двух сред, обладающих различными физическими свойствами (удельной проводимостью и магнитной проницаемостью), то такие каналы называют проводными. Совокупность сред, вдоль которых передаётся электромагнитная энергия линейного сигнала, называют направляющей системой. В общем случае направляющей системой являются и провода ЛЭП, и энергетические кабели. Поэтому направляющие системы для электросвязи имеют обозначение
НСЭ.
В качестве простейших НСЭ используются двухпроводные металлические цепи. Вместе с дополнительными элементами и оконечными устройствами.
Совокупность НСЭ и оконечных устройств электрической связи образует линейное сооружение связи, которое соединяет абонентов между собой и представляет собой единый комплекс.
1.4 Краткий обзор и этапы развития направляющих систем электросвязи
Возникновение первых направляющих систем электросвязи связано с изобретением свыше 150 лет назад телеграфа. При этом был создан кабель с резиновой изоляцией и медными проводниками (Москва - Петербург), который обладал плохими электрическими свойствами и малым сроком эксплуатации.
Более удачной конструкцией НСЭ оказалась воздушная линия связи. В семидесятых годах девятнадцатого века со строительства ВЛС (Москва –
Петербург – Варшава) началось бурное развитие и внедрение ВЛС, однако они обладали рядом недостатков:
Громоздкость
Малое число цепей и узкий частотный диапазон
Существенная зависимость качества связи от погодных условий.
Поэтому в конце девятнадцатого века в Санкт – Петербурге начали использовать шведские кабели городской телефонной связи с бумажной изоляцией и свинцовой оболочкой. С изготовлением более качественных диэлектриков появились симметричные междугородные кабели, которые начали широко использоваться в России с середины сороковых годов.
Недостатки симметричных кабелей - низкая помехозащищенность на высоких частотах. В начале пятидесятых годов получили развитие коаксиальные кабели, обладающие более широким частотным диапазоном, и имеющие хорошую защиту от взаимных и внешних влияний. И, начиная с шестидесятых годов, коаксиальные кабели – это основа магистральной связи, причём по одной коаксиальной паре организовались до 10000 телефонных каналов междугородней связи. Недостатки коаксиальных кабелей:
Большая материалоёмкость, включая буферные цветные материалы.
Малая длина усилительных участков
Этих недостатков лишены волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП).
1.5 Основные разновидности НСЭ. Рабочий частотный диапазон
По конструкции все НСЭ можно разделить на два основных вида:
1.
Двухпроводные направляющие системы электросвязи, в которых для передачи сигнала требуется наличие двух проводников.
I
сигн
R
нагр
Ген
Линия
1 1
2 2
2.
Волноводные направляющие системы электросвязи.
Они представляют собой конструкцию в виде полой трубы, изготовляемой из цветных металлов, или трубы прямоугольного сечения, внутри которой распространяется электромагнитная волна. Труба может быть круглого и прямоугольного сечения.
Частным случаем волноводов являются линии поверхностной волны, которые представляют собой металлический проводник в изоляции, на который подаётся волна очень высокой частоты. Частный случай волновода – волоконный проводник света. Здесь из стекла выполнены и сердцевина и оболочка.
Каждый тип НСЭ обладает определённым диапазоном частот, числом возможно организуемых каналов связи и соответствующей областью применения.
Разновидности НСЭ
Тип НСЭ
Частотный
диапазон, Гц
Число
каналов
Виды применения
ВЛС
0 – 10 5
15
Село, город, область.
СК
0 – 10 6
До 1000
Отводы от магистрали, связь внутри области.
КК, ЛПВ
0 – 10 9
До 10 000
Магистрали, отводы от магистрали, связь внутри обл.
РЧК
0 – 10 10
До 10 000
Антенно – фидерные устройства. (АФУ)
Металлические
и
диэлектрические
волноводы
10 11
- 10 13
До 100 000
АФУ
Световоды,
оптические
кабели, ВОЛП
10 14
– 10 15
Свыше
1000 000
Все виды связи
Достоинства НСЭ по сравнению с радиоканалами
Высокое качество и скорость передачи информации.
Возможность обеспечения высокой электромагнитной защищённости каналов от взаимных и внешних помех.
Высокая скрытность связи.
Простота и низкая стоимость оконечных устройств.
Недостатки НСЭ
Более низкая скорость установления соединения и передачи информации, чем по радиоканалам.
Большие капитальные и эксплуатационные расходы по сравнению с радиоканалами. Однако более 70% всей сети электросвязи состоит из проводных каналов, и только 10%–15% составляют радиорелейные и спутниковые линии из–за существенных достоинств проводных каналов.
Таким образом, основой всей сети электросвязи являются НСЭ.
Различные типы каналов дополняют друг друга, работая совместно в определённых частотных диапазонах, которые разделены между различными средствами электросвязи, исходя из их электромагнитной совместимости.
Согласно рекомендациям международного комитета весь частотный диапазон средств электросвязи подразделяется на следующие поддиапазоны:
Сверхдлинные волны (3 – 10 кГц)
Длинные волны (30 – 300 кГц)
Средние волны (300 кГц – 3 мГц)
Короткие волны (3 – 30 мГц)
Ультракороткие (30 – 300 мГц)
Дециметровые (300 мГц – 3 ГГц)
Сантиметровые (3 –30 ГГц)
Миллиметровые (30 – 300ГГц)
Оптический диапазон (
13 15 3 10 Ãö
3 10 Ãö
)
Двухпроводные НСС – это воздушные кабельные линии, которые работают в диапазоне сверхдлинных, средних и коротких волн, а также частично захватывают диапазон УКВ. Магнитная совместимость должна выполняться для открытых направляющих систем, к которым относят СК и ВЛС. Они наиболее подвержены электромагнитным влияниям.
Линии связи
Свободное пространство
Радиолинии
Спутниковая связь
РРЛ
НСЭ
Воздушные линии связи
Кабельные линии связи
ВОЛП
1.6 Принципы построения сетей электросвязи
Для обеспечения комплексного использования средств передачи всех видов информации необходимо создать единую сеть трактов и каналов с
Оконечное устройство (телефонные, факсмодемные аппараты,
ПЭВМ).
Системы коммутации цепей и оконечных устройств, а также каналов и пакетов передаваемой информации.
Каналы электросвязи (МСП + среда распространения)
Таким образом, любая сеть электросвязи будет состоять из:
Узлов - пунктов коммутации цепей и каналов.
Рёбер - линий связи, соединяющие узлы между собой.
Наибольший удельный вес (до 70% и более) в структуре сети электросвязи занимают проводные каналы, требующие наибольших капитальных и эксплуатационных расходов. Это определяет важность задачи по оптимизации структуры сети и экономичности её построения. При этом важным требованием является обеспечение высокой надёжности функционирования сети. Эта задача решается за счёт создания резервных и обходных путей соединения абонентов между собой, а также использования различных типов связи на наиболее важных направлениях. Причём каждый узел связи, обычно имеет 2 или 3 независимых пути установления соединения с другими узлами.
Варианты построения сети электросвязи
По принципу «каждый узел с каждым» – это полносвязное соединение. В этом случае каждый узел имеет прямое соединение со всеми другими.
Достоинства:самая высокая надёжность за счёт большого числа обходных и резервных путей.
Недостатки:структура сети не выгодна в технико-экономическом отношении.
Узловой принцип – несколько узлов, наиболее важных в структуре сети соединяются по принципу «каждый с каждым», менее важные узлы соединяются только с ближайшими (количество кружков –важность узлов).
Достоинства: гибкая структура построения, большая экономичность построения.
Недостатки:уменьшается надёжность функционирования менее важных узлов.
Радиальный принцип
– важный узел связан с менее важными одной линией.
Достоинства: самая высокая экономичность.
Недостатки: самая низкая надёжность.
Кольцевая структура.
Достоинства:высокая надёжность за счёт большого количества обходных путей.
Недостатки:при кольцевом построении сети рёбра должны обеспечивать передачу мощных потоков информации с высокой достоверностью и надёжность, что присуще только волоконно-оптическим кабелям.
Реальные сети электросвязистроятся по комбинированному принципу с использованием всех методов на различных участках сети электросвязи. В основном реализуется радиально-узловой принцип построения сети с жёстким выделением иерархии узлов. В структуре сети выделяется главный узел. Для главного узла выполняются условия построения сети «каждый с каждым».
Структура реальной сети электросвязи
Москва (Главный узел)
Близлежащие области, края, республики соединяются непосредственно между собой; удалённые транзитом соединяются через главный узел.
(Междугородная магистральная сеть связи)
В пределах областей, краёв и республик выделяются зоны единой семизначной нумерации. Каждой зоне присваивается свой трехзначный код. Ёмкость телефонных номеров в пределах зоны 10 7
абонентов. Поэтому зоной может быть отдельный крупный город. Каждый районный центр соединяется с
областным по принципу «каждый с каждым». Районные центры соединяются друг с другом напрямую или транзитом через областной центр.
(Внутриобластная, зоновая сеть связи)
Районные центры или города, крупные населенные пункты. Отдельные населённые пункты, находящиеся на территории района могут соединяться по радиальному принципу с районным центром и соответствующим узлом.
В настоящее время в связи с широким внедрением ВОЛП, обладающих большой пропускной способностью, все шире находит применение на всех элементах сети электросвязи кольцевой принцип построения сети с использованием современных цифровых систем передачи. Используется принцип так называемой «наложенной сети», когда вновь строящаяся кольцевая структура дополняет и развивает существующую сеть и в дальнейшем полностью её заменяет. В настоящее время существуют цифровые кольца такой сети для городов, районов и областей, создаётся структура единого цифрового кольца в пределах страны, на этапе создания глобальное цифровое кольцо, соединяющее все страны мира на базе ВОЛП.
При построении сети электросвязи соблюдается производственно- территориальный принцип административно-технического управления сетью.
Координируют работу средств электросвязи министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ.
Магистральную междугороднюю связь обслуживает крупнейший оператор связи - ПАО «Ростелеком» через свои филиалы.
Дальнюю связь в настоящее время организуют и ведомственные сети, в частности, сети электросвязи РЖД. Сети общего пользования и ведомственные сети объединяются в пределах единой сети РФ (ЕСЭ РФ) и развиваются на базе единой технической политики.
В связи с внедрением кольцевых структур при построении сети электросвязи принята новая терминология названия сетей. Все сети, объединяющие узлы в кольцевую структуру, получили название транспортных сетей. Сети, обеспечивающие подключение абонентов к узлам транспортной сети, получили название «сети доступа». Поэтому в настоящее время можно считать, что транспортные сети включают в себя магистральную, междугородную и зоновую сеть. Местная сеть входит в состав сети абонентского доступа.
1.7 Первичная и вторичная сети:
Вся сеть электросвязи делится на первичную и вторичную сети.
Первичная сетьпредставляет собой совокупность всех каналов электросвязи без их подразделения по видам связи. Она состоит из направляющих систем
(Внутриобластная, зоновая сеть связи)
Районные центры или города, крупные населенные пункты. Отдельные населённые пункты, находящиеся на территории района могут соединяться по радиальному принципу с районным центром и соответствующим узлом.
В настоящее время в связи с широким внедрением ВОЛП, обладающих большой пропускной способностью, все шире находит применение на всех элементах сети электросвязи кольцевой принцип построения сети с использованием современных цифровых систем передачи. Используется принцип так называемой «наложенной сети», когда вновь строящаяся кольцевая структура дополняет и развивает существующую сеть и в дальнейшем полностью её заменяет. В настоящее время существуют цифровые кольца такой сети для городов, районов и областей, создаётся структура единого цифрового кольца в пределах страны, на этапе создания глобальное цифровое кольцо, соединяющее все страны мира на базе ВОЛП.
При построении сети электросвязи соблюдается производственно- территориальный принцип административно-технического управления сетью.
Координируют работу средств электросвязи министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ.
Магистральную междугороднюю связь обслуживает крупнейший оператор связи - ПАО «Ростелеком» через свои филиалы.
Дальнюю связь в настоящее время организуют и ведомственные сети, в частности, сети электросвязи РЖД. Сети общего пользования и ведомственные сети объединяются в пределах единой сети РФ (ЕСЭ РФ) и развиваются на базе единой технической политики.
В связи с внедрением кольцевых структур при построении сети электросвязи принята новая терминология названия сетей. Все сети, объединяющие узлы в кольцевую структуру, получили название транспортных сетей. Сети, обеспечивающие подключение абонентов к узлам транспортной сети, получили название «сети доступа». Поэтому в настоящее время можно считать, что транспортные сети включают в себя магистральную, междугородную и зоновую сеть. Местная сеть входит в состав сети абонентского доступа.
1.7 Первичная и вторичная сети:
Вся сеть электросвязи делится на первичную и вторичную сети.
Первичная сетьпредставляет собой совокупность всех каналов электросвязи без их подразделения по видам связи. Она состоит из направляющих систем
электросвязи, образующих линейные сооружения связи, а так же многоканальных систем передачи. Первичная сеть едина для всех потребителей и является основой для вторичной сети.
Вторичная сеть состоит из каналов электросвязи одного назначения(телефон, телеграф) и строится на базе первичной сети. Она включает в себя кроме каналов электросвязи ещё и коммутационные узлы определенного назначения
(АМТС) а также оконечные устройства, размещённые непосредственно у абонентов, при этом вторичные сети подключаются к первичной сети с помощью соединительных линий. При этом организуется наиболее экономичное и надёжное функционирование отдельных элементов сети электросвязи. Высокая надёжность обеспечивается за счёт резервирования и сочетания различных направляющих сред. Таким образом, структура взаимоувязанной сети электросвязи будет иметь вид:
Лекция №2
Конструкции и характеристики направляющих систем
электросвязи
2.1. Общие положения
На сетях связи страны широкое применение находят электрические и оптические направляющие системы связи. Проводными направляющими системами связи являются кабели связи.
В настоящее время в России новые магистральные, внутризоновые и межстанционные линии ГТС Министерства связи и массовых коммуникаций строятся в основном с применением оптических кабелей (ОК).
Электрические кабели, проложенные ранее, продолжают эксплуатироваться. На абонентских сетях эти кабели находят еще достаточно широкое применение.
Вторичная сеть состоит из каналов электросвязи одного назначения(телефон, телеграф) и строится на базе первичной сети. Она включает в себя кроме каналов электросвязи ещё и коммутационные узлы определенного назначения
(АМТС) а также оконечные устройства, размещённые непосредственно у абонентов, при этом вторичные сети подключаются к первичной сети с помощью соединительных линий. При этом организуется наиболее экономичное и надёжное функционирование отдельных элементов сети электросвязи. Высокая надёжность обеспечивается за счёт резервирования и сочетания различных направляющих сред. Таким образом, структура взаимоувязанной сети электросвязи будет иметь вид:
Лекция №2
Конструкции и характеристики направляющих систем
электросвязи
2.1. Общие положения
На сетях связи страны широкое применение находят электрические и оптические направляющие системы связи. Проводными направляющими системами связи являются кабели связи.
В настоящее время в России новые магистральные, внутризоновые и межстанционные линии ГТС Министерства связи и массовых коммуникаций строятся в основном с применением оптических кабелей (ОК).
Электрические кабели, проложенные ранее, продолжают эксплуатироваться. На абонентских сетях эти кабели находят еще достаточно широкое применение.
В связи с более широким применением на сетях связи волоконно- оптических кабелей в настоящей главе более подробно рассмотрены их конструкции. Конструкции электрических кабелей освещены менее подробно.
2.2 Электрические кабели связи
2.2.1 Классификация электрических кабелей связи
Кабель связи представляет собой совокупность изолированных проводников (жил), скрученных по определенной системе и заключенных в общую влагонепроницаемую оболочку (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Общий вид электрического кабеля: 1 — сердечник;
2 — оболочка; 3 — броневой покров
Электрические кабели связи классифицируются по следующему ряду признаков:
- область применения выделяют магистральные кабели связи, кабели
внутризоновой (внутриобластной) связи, кабели сельской связи, городские
телефонные кабели, кабели для соединительных линий и вставок; кабели
структурированных кабельных систем (СКС), сетей ШПД, цифровых
абонентских линий.
- условия прокладки и эксплуатации – кабели подземные, подводные и воздушные (или кабели воздушной подвески);
- конструкция – в зависимости от взаимного расположения проводников физической цепи – симметричные и коаксиальные. Симметричная цепь состоит их двух одинаковых в конструктивном и электрическом отношении проводников (рис. 2.2, а). Коаксиальная цепь представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр – сплошной проводник концентрически расположен внутри другого цилиндра, полого (рис. 2.2,б);
Рис. 2.2. Кабельные цепи: а — симметричная; б — коаксиальная
- спектр передаваемых частот – кабели низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные (свыше 10 кГц);
- вид скрутки изолированных проводников в группы – кабели парной скрутки и кабели четверочной (звездной) скрутки, кабели повивной и пучковой скрутки;
- род защитного покрова – кабели с металлическими, пластмассовыми и металлопластмассовыми оболочками. Броневой покров кабелей выполняется из стальных лент (для подземной прокладки), из круглых стальных проволок (для защиты от растягивающих усилий).
2.2.2 Конструктивные элементы симметричных кабелей связи
Токопроводящие жилы. Проводники или токопроводящие жилы должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать высокой электрической проводимостью, большой гибкостью и достаточной механической прочностью.
Наибольшее применение при производстве кабелей связи получила медь.
Для кабельных жил применяется в основном мягкая проволока марки ММ с удельным сопротивлением
2
Ом мм
0, 0175 м
Для симметричных высокочастотных кабелей наибольшее применение находят медные жилы диаметром 0,9; 1,05; 1,2 мм. В кабелях городских телефонных сетей наибольшее распространение получили медные жилы диаметром 0,32; 0,4; 0,5;
0,7 мм.
Изоляция токопроводящих жил. В электрическом отношении свойства изоляционных материалов определяются следующими характеристиками:
- электрической прочностью U
пр
, при которой происходит пробой изоляции;
- удельным электрическим сопротивлением при постоянном токе
, характеризующим величину тока утечки диэлектрика;
- диэлектрической проницаемостью ε, характеризующей степень смещения зарядов (поляризации) в диэлектрике при воздействии на него электрического поля;
- тангенсом угла диэлектрических потерь tg
, характеризующим потери энергии в диэлектрике.
Материалы, служащие для изолирования кабельных жил, должны иметь высокое удельное объемное сопротивление, малые диэлектрические потери, низкое значение диэлектрической проницаемости, обладать эластичностью.
Кроме того, они должны легко поддаваться технологической обработке, быть стойкими к старению.
По электроизоляционным характеристикам желательно, чтобы изоляция приближалась к свойствам воздуха (tg
= 0, ε = 1,
=
), который является практически идеальным диэлектриком. В кабелях связи в качестве изоляции применяют комбинированный диэлектрик, состоящий из воздуха и твердого материала, что позволяет выполнять условие симметрии цепей.
Наибольшее применение в качестве изоляционного материала в кабелях связи получили кабельная бумага, полистирол, полиэтилен и другие полимеризационные пластмассы. В таблице 2.1 представлены основные характеристики кабельных диэлектриков.
Таблица 2.1. Основные характеристики кабельных диэлектриков
Диэлектрик
Плотность, г/см
3
U, кВ/мм
tg
10
-4
при частоте
1 МГц
Кабельная бумага
0,7 2…2,5 5
400
Полистирол
1,05 2,5…2,7 40 2
Полиэтилен сплошной
0,92 2,2…2,3 30 3
Полиэтилен пористый 0,47 1,45…1,50 6…10 5
Поливинилхлорид
1,26…1,40 3…6 30 400
Наиболее широкое применение в симметричных кабелях связи получили следующие типы изоляции:
- трубчатая, выполняется в виде бумажной ленты, наложенной в виде трубки (рис. 2.3, а), бывает и бумажно-пористая изоляция, представляющая собой однородный слой бумаги;
- кордельная, состоит из корделя, расположенного спирально на проводнике, и ленты, которая накладывается поверх корделя (рис.2.3,б);
- сплошная, выполняется из сплошного слоя пластмассы (рис.2.3,в);
- пористая, выполняется из сплошного слоя пенопласта (рис.2.3,г);
- баллонная, представляет собой тонкостенную пластмассовую трубку, внутри которой свободно располагается проводник, трубка периодически по спирали обжимается и надежно удерживает жилу в центре изоляции (рис. 2.3,д,
е).
Рис. 2.3. Типы изоляции симметричных кабелей связи
В последние годы получила широкое распространение трехслойная пленко-пористая полиэтиленовая изоляция. На рис. 2.4 показано поперечное сечение изолированной жилы. Изоляция жилы состоит из трех концентрических слоев полиэтилена низкой плотности. Наружный 1 и внутренний 2 слои представляют сплошное пленочное покрытие. Между ними расположен основной промежуточный слой 3, имеющий вспененную
(пористую) структуру.
Изоляция окрашена в четыре цвета: красный, зеленый, желтый и синий.
Пигмент введен в наружное пленочное покрытие. Пленко-пористая изоляция, наложенная на медную жилу, отличается повышенной геометрической и диэлектрической однородностью благодаря автоматическому регулированию диаметра, погонной емкости и эксцентриситета изолированной жилы.
Рис. 2.4. Трехслойная пленко-пористая полиэтиленовая изоляция
Образование групп. Отдельные изолированный жилы скручиваются в группы, называемые элементами симметричного кабеля. В результате жилы цепи становятся в одинаковые условия по отношению друг к другу, в связи с чем снижаются электромагнитные связи между цепями и повышается защищенность их от взаимных и внешних помех.
Существует несколько способов скрутки жил в группы:
- скрутка парная «П» (рис. 2.5, а);
- скрутка звездная «З» (рис. 2.5, б);
- скрутка двойная парная «ДП» (рис. 2.5, в);
- скрутка двойная звездная «ДЗ» (рис. 2.5, г).
Рис. 2.5. Типы скрутки жил
Наиболее экономичной, обеспечивающей лучшую стабильность по электрическим параметрам, является звездная скрутка. Эта скрутка получила преимущественное применение в высокочастотных симметричных кабелях