Построение сетей электросвязи

Принципы построения сетей связи.

Сеть связи включает: 1. система передачи информации (линии и аппаратура).

2. устройства (системы) коммутации.

3. оконечные устройства.

По кап. затратам наибольший удельный вес занимают линейные сооружения и аппаратура передачи информации, поэтому очень важно выбрать оптимальную структуру сети.

Сеть состоит из узлов (пункты коммутационных цепей каналов) и ребер (линий связи), соединяющих эти узлы между собой.

Основные требования: надежность.

экономичность.

Варианты сетей:

а) полно связные (каждый с каждым)

1) неэкономична

2) устойчивая связь

б) узловые

среднее положение

в) радиальные

1) экономична

2) но нет путей резервирования.

Наиболее экономична – радиальная в сочетании с узловой схемой.

главный узел

зоновый узел

районный узел

оконечная станция

По такой системе организуются прямые связи в обход главных узлов между крупными промышленными экономическими районами страны, внутри экономического района.

Сетчатая структура связи:

Каждый узел связан со смежными ближайшими узлами,

или узлами, имеющими наибольшее тяготение. При этом создаются обходные, резервные пути и обеспечиваются 2-3 независимых выхода к любому узлу связи.

Разновидностью сетчатой является ячеистая структура:

У нас в стране принят производственно-территориальный принцип по управлению сетью связи.

ГУМТС – междугородные кабели и РРЛ. ГРУ – радиосвязь, вещание, телевидение. ГУКС – космическая спутниковая связь. ГУТГ – телеграфная, факсимильная связь и передача данных. ГУТС – городская и сельская связь.

ГУМТС ГРУ ГУТГ ГУКС ГУТС

Магистральные и зоновые сети связи.

Сеть связи страны состоит из магистральной и зоновой сетей.

Зоновая сеть организуется в пределах одной – двух областей (республик, краев) делится на:

1) внутризоновую и

2) местную сети.

Внутризоновая сеть соединяет областной (республиканский) центр с районами.

Местная связь включает сельскую – районный центр с колхозами, поселками и городскую сети.

Магистральная сеть – Москва с областями, республиками.

Магистральная сеть республиканского значения.

З1 З2

Москва

З4

З3

З5

Магистральная сеть - зоновый узел

- городской узел

- районный узел - колхоз, совхоз

Сети строятся на основе территориально-сетевых (ТСУ) и сетевых (СУ) узлов.

Кроме того, сеть связи страны подразделяется на первичную и вторичную.

Первичная – это совокупность всех каналов без подразделения их по назначению и видам связи. В состав ее входят линии и каналообразующая аппаратура. Вторичная сеть состоит из каналов одного назначения (телефонных, телеграфных, вещания, видеотелефонных).

ТФ ТГ ТВ Р/вещан. Газеты.

Городские телефонные сети.

Городские телефонные сети состоят из абонентских и соединительных линий.

В городах где емкость телефонов больше 10000 строят районные АТС (РАТС) – такая сеть называется районированной. При этом линии соединяющие телефонные аппараты с РАТС называется абонентской, а линия соединяющая отдельные РАТС называется соединительной.

Способы соединения РАТС:

1) Каждая с каждой.

РАТС1 РАТС4 РАТС2 РАТС3

2) Радиальная

3) С УВС – узлами входящего сообщения.

УВС1 УВС2

4) С УИС – узлами исходящего и входящего сообщений.

УИС1 УИС2

УВС1 УВС2

1^ый – способ используется на районированных сетях общей емкостью 80000 номеров.

2^ой – для связи районных АТС с подстанциями или учрежденческими станциями.

3^ий или 4^ый – используется на крупных сетях.

Построение сетей абонентских линий осуществляется двумя способами, к двум системам шкафной и бес шкафной. У нас как правило шкафная система.

Сети сельской телефонной связи и проводного вещания.

Строятся по радиально-узловой системе.

ОС2 ОС3 ЦС – центральная станция

УС – узловая станция

ОС1 ОС – оконечная станция

ЦС ОС4 ЦС – в районом центре

УС2 УС – в нас. пункте

ОС9 сельск. местн.

ОС5 ОС – в любом нас. пункте.

УС1 ОС6

ОС10 УС3

ОС7

ОС8

Конструкции и характеристики линий связи.

Электрические кабели связи.

Классификация и маркировка кабелей.

Кабелем называется электротехническое изделие, содержащее изолированные проводники, объединенные в единую конструкцию и заключенную в общую металлическую или пластмассовую оболочку и защитные покровы.

1 - сердечник

2 - оболочка

3 – броневой покров

I. Современные кабели классифицируют по признакам:

1. – в зависимости от назначения.

2. – области применения.

3. – условий прокладки и эксплуатации.

4. – спектра передаваемых частот.

5. – конструкции.

6. – материала и формы изоляции.

7. – системы скрутки.

8. – род защитных покровов (металл, пластмасса, металло-пластмасса).

II. Зоновые

Магистральные

Сельские

Городские

Подводные

Радиочастотные

III.Подземные

Подводные

Подвесные

IV.Низкочастотные (тональные)

Высокочастотные (от 12 кГц и выше)

V. Симметричные

Коаксиальные.

Для удобства классификации и пользования кабелями им присваиваются определенное условное обозначение – марка кабеля.

Магистральные и междугородные обозначаются буквой М.

КМ – коаксиальный магистральный.

Т – телефонный городской кабель.

П – полиэтиленовая изоляция.

А – алюминиевая оболочка, С – стальная.

В зависимости от вида защитных покровов кабели маркируются буквами:

Г – голые (освинцованные).

Б – с ленточной проклей.

К – с кругло проволочной проклей.

Наличие наружных пластмассовых оболочек обозначается буквой П и поливинилхлоридная – В.

Междугородные симметричные кабели в свинцовой оболочке с кардельно-бумажной изоляцией – МКГ, МКБ, МКК.

Коаксиальные магистральные кабели – КМГ, КМБ, КМК (в свинцовой оболочке).

- КМА, КМАБ, КМАК (в алюминиевой оболочке).

Городские телефонные кабели парной скрутки в свинцовой оболочке маркируются ТГ, ТБ, ТК. Те же с полиэтиленовой изоляцией и в пластиковой оболочке ТПП, ТППБ, ТПВ, ТПВБ.

Междугородные Местные Вставки

1 2 2 3 3 4 5 3 1 2 1 2 6 7 3

1 – коаксиальные

2 – оптические

3 – симметричные

4 – симметрично-абонентские

5 – оптические соединительные

6 – спиральные

7 – ленточные

Проводники

Должны обладать высокой проводимостью, гибкостью и достаточной механической прочностью.

Материал: медь, алюминий.

Изоляция.

Должна обладать высокими и стабильными во времени электрическими характеристиками, быть гибкой, механически прочной и не требовать сложной технической обработки.

Параметры: 1) электрическая прочность U, при которой происходит пробой изоляции.

2) удельное электрическое сопротивление , характеризует ток утечки в

диэлектрике. (должно стремится к )

3) - степень смещения зарядов в диэлектрике под воздействием E.

4) tg, характеризующий потери энергии в диэлектрике. (должна 0).

Материалы – полистирол, полиэтилен, фторопласт, полихлорвинил.

Полоса частот обусловленаи tg.

Типы изоляции: 1) трубчатая, 2) кордельная, 3) сплошная, 4) пористая, 5) баллонная, 6) шайбовая, 7) спиральная.

Типы скруток в группы.

Отдельные жилы обычно скручивают в группы, называемые элементами симметричного кабеля. В результате жилы цепи ставятся в одинаковые условия по отношению друг к другу. При этом уменьшаются электромагнитные связи между цепями и увеличивается защищенность их от взаимных и внешних помех.

Существуют: 1) Парная скрутка (П).

2) Скрутка четверочная или звездная (З) (провода по углам квадрата

скручиваются с шагом (150 – 300) мм). а + с пара, b + d пара.

3) Скрутка двойная пара (ДП) (в паре шаг скрутки (400-800 мм) шагу скрутки

пар (150-300 мм)).

4) Скрутка двойной звездой (ДЗ) (скрутка в паре и скрутка пар в разные стороны).

5) Восьмерочная скрутка (В) (восемь проводников, полиэтиленовый кард ель

(жила)).

1) 2) 3) 4)

При скрутках жилы западают, проваливаются, поэтому вводят понятие расчетного и эффективного диаметров. d_p > d_эфф.

Построение сердечника кабеля.

Скрученные в группы изолированные жилы систематизируют по определенному закону и объединяют в общий кабельный сердечник.

В зависимости от характера образования сердечника различают две системы скрутки: 1) повивную и 2) пучковую.

При пучковой скрутке группы сначала скручивают в пучки, содержащие несколько десятков пар (50 или 100), после чего пучки, скручиваясь вместе, образуют сердечник. Такая скрутка применяется лишь для НЧ кабелей городских сетей.

Основным методом общей скрутки в современных кабелях дальней связи является повивная скрутка. Группы располагают последовательными концентрическими слоями (повивами) вокруг центрального повива, состоящего из одно-пяти групп. Смежные (рядом расположенные) повивы скручиваются в противоположные стороны с целью уменьшения взаимной связи между группами.

Это облегчает отделение друг от друга повивов при монтаже. Диаметр центрального повива при различном числе групп в нем определяется формулой:

где d – диаметр группы, n – число групп в центральном повиве n = 2…5

n = 1 D = d; n = 3 D = 2.155d; n = 5 D = 2.7d

n = 2 D = 2d; n = 4 D = 2.4d;

в следующем повиве . Длина проводов в следующем повиве увеличивается на , где , K = 1.02 …1.07.

Защитные оболочки.

В кабельной промышленности применяют следующие кабельные оболочки:

1) металлические

2) пластмассовые

3) металлопластмассовые

свинцовые полиэтилен влагостойкость, стойкость

1 алюминиевые 2 поливинилхлорид против эл. и хим. каррозий,

стальные полиизобутиленовые гибкость, вибростойкость.

Оптические кабели связи.

Классификация оптических кабелей связи.

Оптический кабель (ОК) состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку.

По назначению могут быть классифицированы на 3 группы:

Магистральные

Зоновые

Городские

В отдельные группы выделяются подводные, объектовые и монтажные ОК.

Магистральные предназначены для передачи информации на большие расстояния и на большое количество каналов. Они должны обладать: малыми потерями и дисперсией, большой информационно-пропускной способностью. Используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки мкм. Длина волны 1.3 …1.55 мкм.

Зоновые кабели – для организации многоканальной связи между областным городом и районами. Расстояние 250 км. Применяются градиентные волокна с размерами мкм. мкм. Эти линии работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные – малые затухания, высокая мех. прочность, большие подводные расстояния без регенераторов.

Объектовые – служат для передачи информации внутри объекта.

Сюда относятся: учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и т.д.).

Монтажные – предназначены для внутри и межоболочного монтажа аппаратуры.

Оптические волокна и особенности их изготовления.

Основной элемент – световод (оптическое волокно) цилиндр стеклянный мкм Гц. Световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными коэффициентами преломлений (n₁ и n₂). Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки – создание условий отражения на границе. Сердцевина – оболочка и защита от помех из окружающего пространства.

Сердцевина волокна состоит из кварца, а оболочка может быть кварцевая или полимерная.

Применяются световоды трех типов:

1) ступенчатые с диаметром сердцевины 50 мкм.

2) Градиентные со сложным (параболическим) показателя преломления сердцевины.

3) Одномодовые с тонкой сердцевиной (6…8) мкм.

Проблема оптической связи – создание ОВ с малыми потерями. В качестве исходного материала для изготовления ОВ используется кварцевое стекло (SiO₂), которое является хорошей средой для распространения световой энергии. Элементы Fe, Co, Ni, Cu нужно убрать.

Конструкции оптических кабелей.

Большое количество конструкций, но их можно объединить в три группы:

А) Кабели повивной концентрической скрутки.

Б) Кабели с фигурным сердечником

В) Плоские кабели ленточного типа

1 – волокно

2 – силовой элемент

3 – делетрующая оболочка

4 – защитная оболочка

5 – продшлированный сердечник

6 – ленты с волокнами.

Наибольшее распространение получили кабели второго типа СССР и Зап. Европа. В США получил распространение третий тип.

Подвесные оптические кабели

Оптические кабели в проводах ЛЭП.

Проводные оптические кабели используются с наружным броневым покровом из стальных проволок.

1986 г. начато строительство подводной линии Европа – Америка Протяженность 6000 км. Кабель включает 6 волокн и рассчитан на 12000 каналов (3 системы4000) =1.3 мкм. Скорость передачи 280 Мбит, затухание (0.5 …1) дБ. Расстояние между регенераторами 40 …56 км. Число регенераторов 125.

Некоторые конструкции оптических кабелей

Наш ОК ОК – 8.

1 – волокно; 2 – силовой элемент; 3 – заполнение; 4 – полиэтиленовая обол.

а) 10 – волоконный модуль

б) 70 – волоконный кабель

Модульные конструкции ОК французского производства

1. Оптическое волокно

2. Фигурный сердечник

3. Силовой элемент.

4. Пластмассовая лента

5. Модуль из 10 волокон

6. Алюминиевая оболочка

7. Полиэтиленовая оболочка

Американский ОК.

1. Оптоволокно

2. Полиэтиленовая лента

3. Стопка лент

4. Защитное покрытие

5. Внутренняя полиэтиленовая обол.

6. Пластмассовая лента

7. Силовые элементы

8. Полиэтиленовая оболочка

Электрические параметры цепей передачи (кабелей связи).

Первичные параметры цепи.

Их четыре. Они определяют величину силы тока и напряжения в каждой точке цепи:

- активное сопротивление R.

- индуктивность L.

- емкость C.

- проводимость изоляции G.

Эти параметры равномерно распределены по всей длине цепи.

В технике связи принято определять все параметры на 1 км. длины цепи. Активное сопротивление складывается из сопротивлений двух токопроводящих жил и потерь обусловленных влиянием электромагнитного поля рассматриваемой цепи на соседние проводники и другие металлические части конструкции кабеля.

Активное сопротивление цепи состоит из двух сопротивлений: сопротивление постоянного тока и сопротивление обусловленное изменением электромагнитного поля переменного тока.

, - удельное сопротивление.

Сu = 0.0175

Al = 0.0291

- длина, км. S – площадь (мм²). d – диаметр.

L каб. цепи складывается L_{вн.пров.} + L_внеш. (обуслов. внешним магнитным полем). С кабельной цепи аналогична С конденсатора, обкладки которого легкопроводящие жилы, а диэлектрик – изолирующий материал кабеля.

Проводимость изоляции.

. - весьма мала 10^-10 Ом*км, ей обычно пренебрегают.

зависти от , диэлектрических потерь и частоты тока.

Явление диэлектрических потерь в С характеризуется тем, что ток опережает напряжение не на 90⁰, а на угол (90 - ). - угол диэлектрических потерь.

Проводимость обусловленная диэлектрическими потерями равна .

.

G – очень мала.

Рассказать о для сложных изоляций. Диэл. + возд. <.

R, L, C, G – зависят от d, материала, расстояния между проводниками, типа изоляции T⁰C и f.

Вторичные параметры.

При распространении электромагнитной энергии вдоль линии амплитуда и фаза волны не остается постоянной, она меняется по абсолютному значению и по фазе.

Отношения между напряжением и током в любой точке цепи зависят от двух параметров:

1) Волнового сопротивления z_в.

2) Коэффициента распространения .

1. z_в опр. в любой точке цепи.

(Ом).

R – Ом/км., L – Гн/км., С – ф/км., G – Сим/км.

-компл. величина. В общем случае для всех однородных линий R/L > G/C поэтому фаза отрицательна. При Rи Gт.е. для частот > 10 Кгц. .

2. Коэффициент распространения – характеризует изменение мощности при распространении ее вдоль линии и изменении фазы напряжения и тока вдоль линии.

, -изменение амплитуды вдоль линии, - фаза вдоль линии.

Комплексная величина.

- дБ/км (1Нп = 8.69 дБ), - рад/км.

коэффициент затухания коэффициент фазы.

Они зависят от частоты и T⁰C.

Для высоких частот. .

V – скорость распространения [км/с]. . (от чего зависят).

Уравнение однородной линии.

Качество передачи по линиям связи и их электрические свойства характеризуют полностью известные параметры. По физ. природе параметры цепи связи аналогичны параметрам колебательных контуров, составленных из R, L, C. Разница состоит в том, что там они сосредоточены, а в линиях они равномерно распределены по всей длине.

R и L – включены последовательно (продольные).

G и C – включены параллельно (поперечные).

- суммарное сопротивление.

- суммарная проводимость.

R и G – обуславливают потери. R – в проводах и экране. G - потери в изоляции.

Рассмотрим однородную цепь:

I R L

внутр.

сопр. E

r

Z₀ U₀ G C U₁ Z₁ нагрузка

x dx

e беск. малый участок

I₀, U₀ – ток и напряжение в начале цепи; I₁, U₁ – ток и напряжение в конце цепи; U и I – напряжение и ток проходящие через dx.

Падение напряжение на участке dx:

(1) -

утечка тока на участке dx:

(2) -

(3)

обозначим , получим:

(4)

Решение данного уравнения имеет вид:

Дифференцируем данное уравнение:

Подставим его в (1):

Введем выражение:

Таким образом имеем два уравнения с двумя неизвестными:

(5)

Для нахождения A и B:

X = 0, U = U₀, I = I₀. Тогда:

(6)

(6) в (5)

Зная, что ; , получим значения U_x и I_x в любой точке цепи x.

(7)

В конце цепи при x = :

(8)

Практически удобно пользоваться выражениями устанавливающими зависимость U₀ и I₀ от U₁ и I₁.

(9) при любых z₀ и z₁.

При согласованных нагрузках z₀ = z₁ = z_в и U₀/I₀ = U₁/I₁ = z_в, уравнения 7, 8, 9 упростятся и примут вид:

Практически наиболее часто пользуются уравнениями вида:

Аналогично для мощности P=IU;

Из приведённых формул следует, что распространение энергии по линии, I и U в любой точке цепи обусловлены в первую очередь параметрами g и Z_в.

Дата добавления: 2014-01-07