Лекция 11. Линии связи

Радиотехнический институт УГТУ – УПИ
Инновационная образовательная
программа
Основы построения
телекоммуникационных
систем и сетей:
краткий курс лекций
Автор курса лекций:
Удинцев Владимир Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры
ТСС УГТУ-УПИ
Екатеринбург
2008
2
Основы построения
телекоммуникационных
систем и сетей:
краткий курс лекций
лекция 11
Проводные линии связи
Цели лекции:




Знакомство с основными типами линий связи;
Знакомство с основными видами систем
передачи сообщений, услугами и службами
электросвязи;
Изучение основных типов проводных линий
связи;
Знакомство с основными понятиями и
терминами.
4
Основные термины





Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое
сообщение.
Электрический сигнал – сигнал, представленный любой
электрической величиной.
Аналоговые системы передачи (АСП) – многоканальные
системы передачи с ЧРК (частотным разделением каналов)
для передачи непрерывных (аналоговых) сигналов.
Скорость передачи информации – количество информации,
выдаваемое источником или принимаемое приемником за
единицу времени [бит/с].
Скорость телеграфирования (скорость манипуляции или
модуляции) – число единичных элементов сигнала,
передаваемое в единицу времени [Бод].
5
Основные термины




Остаточное затухание – разность между уровнями на входе
и выходе линии связи.
Относительная скорость передачи информации –
отношение пропускной способности канала связи с помехами
к пропускной способности этого канала без помех Сп/С
(характеризует использование пропускной способности
двоичного канала).
Погонное (километрическое) затухание – затухание сигнала
при прохождении одного километра линии связи [дБ/км].
Пропускная способность линии связи – максимальное
количество информации, передаваемое по линии связи за
единицу времени.
6
Основные термины




Пупинизация – пассивная коррекция вида фазо-частотной
характеристики линии связи путем параллельной установки
индуктивностей через определенную ее длину.
Регенерация – восстановление (по заранее заданному образцу
– эталону) амплитуды и формы цифровых сигналов данных
(ЦСД).
Физическая цепь (цепь связи) – цепь протекания
электрических токов в системах электросвязи.
Цифровые системы передачи (ЦСП) – многоканальные
системы передачи с временным или кодовым разделением
каналов для передачи цифровых потоков информации.
7
Линии связи



Линия связи это система передачи сообщений, содержащая среду
распространения сигналов и комплекс электронного оборудования,
обеспечивающий прохождение сигналов с заданной достоверностью
(отношением сигнал/шум).
В зависимости от среды распространения все существующие типы линий
связи, как и системы передачи, делят на две группы: проводные и
беспроводные (радиолинии и атмосферные оптические линии
связи). Кроме того, принято разделение на наземные и спутниковые
линии связи.
Современные линии связи это весьма дорогостоящие сооружения, на долю
линейных сооружений приходится более 70 – 80 % стоимости сетей
электросвязи. Поэтому, при строительстве новых линий связи, особое
внимание уделяется вопросам экономической эффективности их
использования.
8
Основные требования
к линиям связи






К линиям связи предъявляются следующие основные
требования:
Осуществление связи на требуемое расстояние;
Высокая пропускная способность и пригодность для передачи
различных видов сообщений;
Защищенность их физических цепей от взаимных влияний и
внешних помех, а также различных физических воздействий и
неблагоприятных факторов окружающей среды;
Стабильность параметров линии связи, устойчивость и
надежность связи;
Экономичность системы связи в целом.
9
Проводные линии связи


К проводным относят все типы линий, в которых сигналы распространяются вдоль специальной, искусственно созданной и непрерывной
направляющей системы. Если изолирующий материал – воздух, такая
проводная линия называется воздушной линией связи. Проводные
линии, образованные проводниками с изоляционными покрытиями и
помещенные в специальные защитные оболочки, называются кабельными линиями связи. Линии связи, использующие в качестве среды
распространения диэлектрические материалы (в частности стеклянные
волокна), называются волоконно – оптическими (оптоволоконными)
линиями связи (ВОЛС). Линии связи, использующие в качестве среды
распространения волноводные системы, называются волноводными
(волновыми) линиями связи.
Большинство уже построенных проводных линий связи выполнено на
симметричных или коаксиальных кабелях. Строящиеся проводные линии
связи преимущественно выполняются на оптоволоконных кабелях.
10
Беспроводные линии связи

Беспроводные – это все типы линий связи, где в качестве среды распространения используется открытое пространство. К ним относятся
радиолинии и атмосферные оптические линии связи. Радиолинии
подразделяют на радиорелейные, тропосферные, декаметровые и
метровые ионосферные, метеорные, спутниковые и космические
линии связи. Ценные качества беспроводных линий: возможность быстрой
организации (монтажа), сравнительно невысокая стоимость, возможность
создания связи с любыми, в том числе, подвижными объектами или между
подвижными объектами.
1 – симметричная подземная
кабельная линия связи;
2 – коаксиальная;
3 – подводная кабельная
(волоконнооптическая);
4 – радиорелейная;
5 – спутниковые;
6 – космическая;
11
Наземные линии связи




Наземные линии связи строят на базе электрических ("медных") кабелей,
оптических кабелей и радиорелейных линий.
В цифровых системах передачи по электрическим кабелям типична
передача цифровых потоков до 140 Мбит/с (существуют системы на 565
Мбит/с и выше). По оптоволоконным кабелям передают потоки до 2,487
Гбит/с и выше.
Радиолинии также имеют высокие показатели: часто применяются
скорости передачи 155 Мбит/с, 622 Мбит/с или 1244,16 Мбит/с.
Самыми скоростными наземными линиями связи на сегодняшний день
являются волоконно-оптические линии связи: они уже имеют скорости до
10 Гбит/с, а появившиеся в последнее время оптические усилители делают
их еще более конкурентоспособными по сравнению с остальными
линиями связи.
12
Спутниковые линии связи

Спутниковые линии и космические системы связи интенсивно
развиваются, для них типична передача цифровых потоков до 50 Мбит/с в
канале. С их помощью передают сигналы телевидения во все уголки Земли, используют как резерв для наземных линий и подключают к сети
Internet самые удаленные терминалы.
13
Воздушные линии связи

Еще 50 – 60 лет назад все сигналы электросвязи передавались только по
проводным воздушным линиям. Простота, небольшие сроки и стоимость
их сооружения до сих пор обеспечивают им применение в качестве
временных линий связи. Провода или специальные кабели с помощью
фарфоровых изоляторов закреплены на столбах – опорах ВЛ на крюках
(ВЛ крюкового профиля), а при большом числе проводов – на
горизонтальных траверзах (ВЛ траверзного профиля).
14
Кабельные линии связи


К сожалению, воздушные линии подвержены сильным влияниям климатических условий. Нагревание и охлаждение (термоциклирование), раскачивание проводов под влиянием ветра, вызывает "усталость" металла
провода и приводит к его обрыву, воздействие влаги и различных агрессивных веществ, содержащихся в воздухе, гололед, вызывающий их обледенение, все это приводит к их постепенному разрушению. Воздействие
ураганного ветра, ударов молний, интенсивного обледенения быстро и
полностью выводят из строя воздушные линии. Поэтому, основной тип
проводных линий связи в настоящее время – кабельные подземные. Они
могут быть выполнены на базе электрических («медных») кабелей,
оптоволоконных кабелей или волноводных систем.
Кабельные подземные линии связи – достаточно сложные технические
сооружения. По характеру применения и удовлетворению требований
низкой стоимости при одновременно высокой надежности, стабильности
параметров и защищенности их цепей от воздействия различных
неблагоприятных факторов их разделяют на городские и междугородние.
15
Городские кабельные
подземные линии связи




В городах "голые" (небронированные) кабели прокладывают в специальной кабельной канализации, которая состоит из трубопроводов и
смотровых (кабельных) колодцев.
Прокладка электрических «медных» кабелей в трубопроводах, пайка и
монтаж специальных кабельных муфт, герметично соединяющие строительные длины (отрезки) кабелей, – это сложные и трудоемкие операции.
Но все это позволяет защитить кабельную линию от воздействия
неблагоприятных условий окружающей среды, обеспечивает ее высокую
надежность и ремонтопригодность.
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют ряд преимуществ
перед «медными» ЛС: большую пропускную способность, малое затухание, высокую помехозащищенность, долговечность и меньшую стоимость
из-за отсутствия в конструкции дорогих цветных металлов, но их
сооружение требует прецизионного, а, поэтому, дорогого оборудования.
16
Городские кабельные
подземные линии связи

Городская кабельная канализация состоит из трубопроводов и смотровых (кабельных) колодцев. В кабельных колодцах осуществляется пайка
и монтаж специальных кабельных муфт, герметично соединяющие
строительные длины (отрезки) кабелей. Следует помнить, что, как и в
других подземных сооружениях, в них часто скапливается вода, горючие
или ядовитые газы, что затрудняет монтажные и ремонтные работы в них.
17
Городские кабельные
подземные линии связи

Кабельная канализация состоит не только из трубопроводов и смотровых (кабельных) колодцев. В точках доступа и на окончаниях
проводных кабельных линий связи устанавливаются специальные боксы,
разветвители и кабель-кроссы для быстрого, удобного и надежного
подключения потребителей услуг связи.
Ввод кабелей в
помещение АТС
Кабельный бокс
Кабель-кросс на АТС
18
Городские кабельные
подземные линии связи


В последнее время для прокладки кабелей связи в больших городах используют сооружения метрополитена или специальные многофункциональные коллекторы, представляющие собой подземные туннели, где
проходят самые различные коммуникации, например, водопровод, кабели
электроснабжения, связи и т. п.
При подключении потребителей услуг связи необходимо обеспечить их
электробезопасность, например, при воздействии на линию связи наведенных потенциалов от разряда молний и т.п.
19
Междугородные
кабельные линии связи



Кабельная линия междугородной связи представляет собой сложное техническое сооружение, состоящее из огромного числа элементов. Так как
линия предназначена для длительной работы (десятки лет) и должна быть
обеспечена бесперебойная работа сотен и тысяч каналов связи, то ко всем
элементам линейно-кабельного оборудования, и в первую очередь к кабелям и кабельной арматуре, входящим в линейный тракт передачи сигналов, предъявляются высокие требования. Выбор типа и конструкции линии связи определяется не только процессом распространения энергии
вдоль линии, но и необходимостью защитить расположенные рядом ВЧ
цепи от взаимных мешающих влияний.
В соответствии с этим преимущественно развиваются коаксиальные системы, позволяющие организовать мощные пучки связи и передачу программ телевидения на большие расстояния по однокабельной схеме связи.
Создаются перспективные оптические кабели связи, обеспечивающие
получение большого числа каналов и не требующие для своего
производства дефицитных металлов (медь, свинец).
20
Междугородные наземные
кабельные линии связи






Кабельная техника МНКЛС развивается в следующих направлениях:
Широко внедряются пластмассы (полиэтилен, полистирол, полипропилен и др.),
обладающие хорошими электрическими и механическими характеристиками и
позволяющие автоматизировать производство кабелей.
Вместо свинцовых широко внедряются алюминиевые, стальные и пластмассовые
оболочки. Оболочки должны обладать герметичностью и обеспечивать
стабильность электрических параметров кабеля в течение всего срока службы.
Разрабатываются и внедряются в производство экономичные конструкции кабелей
внутризоновой связи (однокоаксиальных, одночетверочных, безбронных).
Широко внедряются экранированные кабели, надежно защищающих передаваемую по ним информацию от внешних электромагнитных влияний и гроз, в
частности кабелей в двухслойных оболочках типа алюминий — сталь и алюминий
— свинец.
Повышается электрическая прочность изоляции кабелей связи. Современный
кабель должен обладать одновременно свойствами как высокочастотного кабеля,
так и силового электрического кабеля, и обеспечивать передачу токов высокого
напряжения для дистанционного электропитания необслуживаемых усилительных
пунктов на большие расстояния.
21
Междугородные наземные
кабельные линии связи

Междугородные кабели (линии наземной дальней связи) прокладывают
прямо в грунт с помощью специальных кабелеукладчиков, либо в
предварительно выкопанные траншеи. Эти работы также весьма трудны,
объемны и дорогостоящи. Трасса линии связи может проходить через
горы, реки, овраги, болота, озера, леса, моря и т. п. – очевидны трудности
преодоления этих препятствий.
22
Междугородные морские
кабельные линии связи



Первой морской кабельной линией связи была телеграфная трансатлантическая линия связи из Европы в Америку, проложенная в 1857-1866 гг.
Телефонные кабели через Атлантический океан удалось проложить только
спустя почти 100 лет – в 1956 году. Замена телеграфной связи на телефонную вызвала значительные технические трудности. Для телефонной
связи при таких расстояниях нужны усилители, которые погружаются
вместе с кабелем в океан, где должны надежно работать десятки лет при
повышенном давлении и воздействии солевого раствора – морской воды.
Морские кабельные линии связи прокладывают со специальных судов.
Существуют крупные интернациональные фирмы, занимающиеся прокладкой морских и океанских кабелей со своих собственных спецсудов. В
трюмах этих кораблей имеются специальные емкости (тэнксы), в которые
укладывают морские кабели с непрерывной длиной в сотни километров.
Такой кабель мотают в тэнкс корабля непосредственно в процессе его
изготовления на кабельном заводе, иногда в течение недель, месяцев или
более, в зависимости от его сложности и длины.
23
Междугородные
кабельные линии связи

Наиболее часто повреждаемые участки кабельных магистралей – берега
рек и морей. Здесь принимают особые меры по защите кабеля – увеличивают глубину прокладки, прикрывают сверху металлическими листами
или бетонными плитами. Иначе суда, проплывающие льдины, брошенные
якоря и т. п. могут повредить кабель и вывести из строя линию связи.
Чтобы повысить ее надежность, применяют 100 % резервирование линии
и «бронированные» кабели специальной конструкции. Проложенные на
судоходных или сплавных реках кабели ограждаются створными знаками с
автоматически зажигающимися на них фонарями.
24
Междугородные
кабельные линии связи


Проложенные кабели распаиваются в конечных точках на специальные
"кабельные кроссы" и обычно заполняются осушенным инертным газом, а
затем постоянно поддерживаются под избыточным давлением. Это – один
из самых эффективных способов не допустить попадания в них влаги и
предохранить от коррозии.
В последние десятилетия через океан прокладывают уже оптические
кабельные линии. Они и составят самую надежную и наиболее
скоростную цифровую глобальную сеть связи. Первое кольцо такой
транснациональной
сети
вокруг
земного
шара,
включающее
тихоокеанские и атлантические участки, должна будет замкнуть
Транссибирская линия, проходящая по территории России и сооружаемая
международным консорциумом. От Владивостока эта оптическая линия
идет до Москвы, а затем разветвляется на два направления: на Петербург и
далее на Копенгаген, на Ростов и Новороссийск, а далее через Стамбул на
Палермо.
25
Контрольные вопросы









Дайте определение понятию «линия связи» и назовите основные
требования, предъявляемые к линиям связи.
Перечислите основные типы линий связи.
Почему в настоящее время в основном используют подземные кабельные
линии связи?
Зачем нужна кабельная арматура и кабельная канализация?
Как осуществляется защита «медной» кабельной линии от взаимных
влияний?
Как осуществляется защита «медной» кабельной линии от атмосферных
влияний?
Зачем в кабелях междугородных кабельных линий внутри оболочки
создается повышенное давление осушенного инертного газа?
Что такое «кабель-кросс»?
Зачем нужны кабельные боксы и какие они бывают?
26
Информационное обеспечение
лекции
Список литературы

Ю.А. Парфенов. Кабели электросвязи. – М.: Эко-Трендз, 2003. – 256
с.: ил.

Портнов Э. Л. Оптические кабели связи: Конструкции и
характеристики. – М.: Горячая линия-Телеком, 2002. – 232 с.: ил.

Воронцов А.С., Гурин О.И., Мифтяхетдинов С.Х. Оптические кабели
связи российского производства. Справочник. – М.: Эко-Трендз, 2003.
– 288с.: ил.

Структурированные кабельные системы. 5-е издание. /Семенов А.Б,
Стрижаков С.И. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 640с.

Семенов А.Б. Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов. – М.: ДМК Пресс, 2003.– 416 с.
27
Конец фильма
Спасибо за внимание!