Структура линейного тракта.

Конспект лекций

По курсу «Направляющие системы электросвязи»

Разработал и составил: проф. каф. ЛС и ИТС Попов В.Б.

САМАРА 2015

Лекция№1

 

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.

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).

5. Преобразователь электрического или оптического сигнала в информационное сообщение.

6. Получатель информационного сообщения.

Если в качестве среды распространения линейного сигнала используется свободное пространство, то такой канал называется радиоканалом. Его дальность может составлять от нескольких миллионов метров до сотен миллионов километров. Кроме возможности связи на огромные расстояния радиоканалы дают возможность установления связи между подвижными объектами.

                                       Высокая скорость установления связи, неограниченное число абонентов, слушателей и зрителей.

·                                           

· 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. 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.

Недостаток спутниковых линий связи в том, что они очень дорого стоят и легко сбиваются противником.

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.

 

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:

ü Громоздкость

ü Малое число цепей и узкий частотный диапазон

ü 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. 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.

ü Большая материалоёмкость, включая буферные цветные материалы.

ü Малая длина усилительных участков

 

По конструкции все НСЭ можно разделить на два основных вида:

1.

Двухпроводные направляющие системы электросвязи, в которых для передачи сигнала требуется наличие двух проводников.

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.

 

 

Тип НСЭ	Частотный диапазон, Гц	Число каналов	Виды применения
ВЛС	0 – 10 5	15	Село, город, область.
СК	0 – 10 6	До 1000	Магистрали, отводы от магистрали, связь внутри области.
КК, ЛПВ	0 – 10 9	До 10 000	Магистрали, отводы от магистрали, связь внутри обл.
ЧРК	0 – 10 10	До 10 000	Антенно – фидерные устройства. (АФУ)
Металлические и Диэлектрические волноводы	10 10  - 10 11	До 100 000	АФУ
Световоды, оптические кабели, ВОЛП	10  14 – 10 15	До 1000 000	Все виды связи

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

Ø Высокое качество и скорость передачи информации.

Ø Возможность обеспечения высокой электромагнитной защищённости каналов от взаимных и внешних помех.

Ø Высокая скрытность связи.

Ø Простота и низкая стоимость оконечных устройств.

Ø Более низкая скорость установления соединения и передачи информации, чем по радиоканалам.

Ø 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:

v Сверхдлинные волны (3 – 10 КГц)

v Длинные волны (30 – 300 КГц)

v Средние волны (300 КГц – 3 МГц)

v Короткие волны (3 – 30 МГц)

v Ультракороткие (30 – 300 МГц)

v Дециметровые (300 МГЦ - 3 ГГц)

v Сантиметровые (3 –30 ГГц)

v Миллиметровые (30 – 300ГГц)

v Оптический диапазон (3 * 10¹³ – 3*10¹⁵)

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.

Волоконно – оптические линии связи

Кабельные линии связи

Воздушные линии связи

Радио – релейные линии

Радиолинии

Спутниковые линии

Линии связи

НСЭ

Свободное пространство

                                                                                                                                                                                                                            

 

 

Лекция №2

 

Для наиболее полного использования рабочего диапазона частот направляющих систем электросвязи применяют многоканальные системы передачи. При том возможна организация аналоговых или цифровых каналов связи на базе аналоговых или цифровых систем передачи. В АСП за базовый принят телефонный канал шириной спектра 4 КГц. Канал, организованный на основе такого спектра частот, называется каналом тональной частоты. В диапазоне канала тональной частоты работает обычный телефонный аппарат. Линейный сигнал многоканальной АСП формируется из набора каналов тональной частоты, преобразованных системами группообразования спектров частот линейного сигнала. Выделение отдельных каналов тональной частоты и отдельных частотных полос линейного спектра частот производится с помощью набора фильтров. В цифровых системах передачи за базовый канал принят телефонный канал с шириной спектра 64 КГц. При том передача сигналов осуществляется поочерёдно в различные интервалы времени в виде определённых кодов. Наибольшее применение получила импульсно – кодовая модуляция сигналов (ИКМ). Здесь формируются импульсы наносекундной длительности, которые передаются в линию и декодируются на приёмном устройстве.

1. Менее жёсткие требования к помехозащищённости цепей.

2.  Возможность непосредственного ввода от различных источников системы передачи и её последующая обработка.

3. Эти преимущества обуславливают большую дальность связи при сохранении высокого качества.

4. Они позволяют создать интегрированные сети для различных источников информации, в частности, цифровую сеть передачи данных, а также различные корпоративные сети с закрытой информацией, использующие специальные коды.

В основу построения ЦСП положена определённая цифровая иерархия, которая подразделяется на ступени:

В начале была разработана плезиохронная иерархия. В основу первой ступени цифровой иерархии положена стандартная скорость передачи 2,48 Мбит/сек, что соответствует 30 стандартных цифровых каналов.

Ступени иерархии	МСП	Тип НСЭ	Номинальная скорость передачи, Мбит/сек
1	ИКМ-30	СК, ОК	2,048
2	ИКМ-120	СК, ОК	8,45
3	ИКМ-480	КК, ОК	34,37
4	ИКМ-1920	КК, ОК	139,26
5	ИКМ-7680	ОК	560

Из этой таблицы виден недостаток ЦСП: требуется более широкий диапазон НСЭ, поэтому воздушные линии вообще не пригодны для ЦСП. Начиная с пятой ступ6ени иерархии, можно использовать только оптический кабель. Однако существенные преимущества ЦСП совместно с высокой технологичностью производства, отсутствием моточных деталей (катушек) и малые размеры ЦСП привели к тому, что АСП практически полностью сняты с производства и постепенно заменяются на ЦСП. В настоящее время плезиохронная система иерархии и, соответственно аппаратура, вытесняется синхронной системой цифровой иерархии, которая обладает рядом достоинств, отсутствующих у ПЦИ.

При необходимости выделения части каналов транзитных пунктов ПЦИ полной расшивки и сшивки цифрового потока. В синхронной СЦИ этого не требуется. Там можно выделить любой канал в любом транзитном пункте без расшифровки цифрового потока. Первой ступенью СЦИ является ступень, совместимая с четвёртой ступенью ПЦИ. При этом скорость передачи увеличена до 155 Мбит/сек для введения дополнительных синхросигналов, а число каналов такое же, как в четвёртой ступени ПЦИ.

Аппаратура ЦСП, реализующая первую ступень, называется СТМ – 1-синхронный транзитный модуль. SDN , базируется на использовании только оптических кабелей, как НСЭ.

СП	Число каналов	Частотный диапазон, КГц	НСЭ
ИКМ – 30 ИКМ - 120 ИКМ - 480	30 120 480	2000 8500 34000	СК ОК, СК ---/ /---

СП	Число каналов	Частотный диапазон, КГц	НСЭ
К – 60П К – 120 К – 420 ИКМ – 120 ИКМ - 480	60 120 420 120 480	250 1300 4600 8500 34000	СК КК КК СК, ОК ---/ /---

СП	Число каналов	Частотный диапазон, КГц	НСЭ
К – 300 К – 10200 К – 1920 К – 3600 К – 10800 ИКМ – 120 ИКМ – 480 ИКМ – 1920 ИКМ - 7680	60 300 1020 1920 3600 10800 120 480 1920 7680	250 1300 4700 8500 18000 60000 8500 34000 140000 140000*4	СК КК СК КК КК КК СК, ОК ---/ /--- КК, ОК ОК

В настоящее время выпускают универсальную аппаратуру ИКМ ВОСП для плезиохронной цифровой иерархии, рассчитанную на первую ступень ПЦИ и позволяющую обеспечить ЗО цифровых каналов. Её основное назначение СТС. ОБВГ обеспечивает организацию 120 цифровых каналов и используется на всех типах сетей связи. ОТВГ 32 (Оборудование Третичного Временного Группового Образования) и ОТВГ 35 – 480 стандартных цифровых каналов, универсально по своему применению для всех видов сетей. За рубежом все эти устройства называют мультиплексорами.

Дальность связи с использованием МСП определяется энергетическими характеристиками НСЭ:

1) Затухание

2) Помехозащищённость

В среднем дальность связи без дополнительных усилительных пунктов в АСП составляет 20 – 30 км (максимум 200 – 300 км в ЦСП, работающих по ВОЛС). Поэтому в большинстве случаев линейный тракт состоит из совокупности линий связи, усилительных пунктов в АСП и регенерационных пунктов в ЦСП.

Структура линейного тракта.

ОП 2

НУП (НРП) 2/40

НУП (НРП) 2/1

ОУП (ОРП) 1

НУП (НРП) 1/40

НУП (НРП) 1/1

ОП 1

ЭКУ

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

 

1) Обеспечение передачи информации с заданным качеством на расстояние до 12,5 тыс. км в пределах страны и до 25 тыс. км на междугородных линиях.

2) Возможность передачи различных видов сообщений (телефонных, телеграфных, телевизионных и др.).

3) Высокая защищённость от взаимных и внешних электромагнитных помех.

4) Надёжность и экономичность построения систем электросвязи.

Этими характеристиками обладают только кабельные линии связи с качественными диэлектриками и проводниками. Для междугородней связи на дальние расстояния предъявляемым требованиям в наибольшей степени соответствуют коаксиальные кабели и волоконные световоды на местной связи.

В перспективе всё более широкое применение будут находить волоконно-оптические кабели, обеспечивающие наиболее мощные пучки каналов связи без применения дефицитных цветных металлов и имеющие малые габариты и вес. Начиная, с 1993 года в нашей стране все вновь проектируемые линии являются волоконно-оптическими.

 

Лекция №3

 

 

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:

1) Оконечное устройство (телефонное, телеграфное, аппараты ЭВМ).

2) Системы коммутации цепей и оконечных устройств, а также каналов и пакетов передаваемой информации.

3) Каналы электросвязи (МСП + среда распространения)

Таким образом, любая сеть электросвязи будет состоять из узлов:

· Пункты коммутации цепей и каналов

· Рёбра и линии связи, соединяющих 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 путей установления соединения с другими узлами.

1 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: такая структура сети не выгодна в технико-экономическом отношении.

2 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 для менее важных узлов.

3 Радиальный принцип – более 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 ВО кабелям.

Данная структура сети наиболее перспективна, реализуется при строительстве ВОЛС и применяется как на местной, так и на междугородней глобальной сети. В настоящее время создаётся глобальная цифровая сеть земного шара, соединяющая все материки и континенты на базе ВОЛС.

Реальные сети электросвязи строятся 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».

 

1. Москва

2. Основные краевые республиканские центры.

3. Близлежащие области, края, республики соединяются непосредственно между собой; удалённые транзитом соединяются через главный узел.

4. В пределах областей, краёв и республик выделяются зоны единой семизначной нумерации. Каждой зоне присваивается свой код. Ёмкость телефонных номеров в пределах зоны 10⁷ абонентов. Поэтому в пределах зоны может быть отдельный крупный город или несколько мелких областей.

5. Каждый районный центр соединяется с областным по принципу «каждый с каждым». Районные центры соединяются друг с другом транзитом через областной.

6. Районы или города областного подчинения (местная сеть).

7. 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 ВОЛС, обладающих большой пропускной способностью, находит применение на всех элементах сети электросвязи кольцевой принцип построения сети с использованием всех 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 ВОЛС. При построении сети электросвязи соблюдается производственно- территориальный принцип одминистративно-технического управления сетью. Координируют работу электросвязи министерства РФ по связи и информатизации через линии связи республик, а также акционерные общества, которые объединяют все сети связи в пределах области, руководят и управляют ими через соответствующие подразделения РУЭСЫ, ГУЭСЫ, ЭТУЭСЫ.

Магистральную междугороднюю связь обеспечивает акционерное общество Рос-Телеком через свои филиалы называемые территориальными центрами управления магистральной связью и телевидением.

Дальнюю связь в настоящее время организуют и ведомственные сети, в частности, сети электросвязи министерств путей сообщения. Сети общего пользования и ведомственные сети объединяются в пределах взаимоувязанной сети РФ (ВСС 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.

Первичная и вторичная сети:

Вся сеть электросвязи делится на первичную и вторичную сети. Первичная сеть представляет 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 №4

Обеспечивает телефонной связью абонентов в пределах города, а также выход на междугородную, внутризоновую и сельскопригородную связь. Система построения сети зависит от количества абонентов сети, которое в свою очередь определяется величиной и значением в городе. В соответствии с этим можно выделить три варианта построения сети:

1. Сети районных центров городского типа и городов областного подчинения.

2. Сети областных центров и городов республианского значения.

3. Сети крупных промышленно-административных центров.

Телефонные сети небольших городов и райцентров строятся за счёт создания структуры сети по принципу каждый с каждым для главного узла, которым обычно является центральная станция. Второстепенными узлами являются различные ведомственные и учрежденческие станции. В больших городах телефонная сеть районируется с выделением районных РАТС.

 

На такой сети обычно используется пятизначная нумерация. Первая цифра номера - индекс телефонной станции. Общее количество телефонных станций на такой сети не должно превышать 8. В качестве стандартных блоков оборудования АТС выпускаются десятитысячные блоки. Таким образом, максимальная ёмкость ГТС при такой структуре сети обычно составляет 80000 номеров. При необходимости обеспечения большей ёмкости сети переходят к построению ГТС с узлами входящего сообщения (УВС).

На таких телефонных сетях вводится 6-тизначная нумерация, причём первая цифра номера в этом случае –это номер УВС, вторая цифра номера –это номер станции в пределах данного узла. Максимальная ёмкость такой сети800000 тысяч номеров. В настоящее время данная структура построения сети является основной для сети областных центров РФ. При необходимости дальнейшего увеличения ёмкости сети кроме узлов входящего сообщения выделяются узлы исходящего сообщения (УИСы), при этом также формируются узловые районы с совмещением узлов исходящего и входящего сообщения в одном здании.

Максимальная ёмкость ГТС с семизначной нумерацией 8000000 абонентов. Абонентская сеть в пределах одной телефонной станции строится по шкафному принципу. При этом на территории города, обслуживаемой одной станцией выделяются шкафные районы, где устанавливаются распределительные шкафы на 600 и 1200 пар.

Внутри распределительных шкафов устанавливаются боксы БКТ (магистральные и распределительные). Шкафная система построения абонентских линий обеспечивает гибкость и экономичность построения сети абонентских линий. Экономичность обеспечивается за счёт введения разного эксплуатационного запаса на магистральную и абонентскую часть абонентской линии. Эксплуатационный запас переключает повреждённые цепи на резервные пары. Таким образом, на самую протяжённую часть абонентской линии мы используем количество кабеля на 17 – 18 % меньше, чем на распределительную часть абонентской линии. На расстояние до 500 метров от телефонной станции магистральная и распределительная часть абонентской линии соединяются в муфтах напрямую без шкафов, так как в этом случае стоимость шкафа и его монтажа будет дороже соединения напрямую, поэтому в радиусе 500 метров от станции бес шкафная система. При том эксплуатационный запас 5 –10 % на распределительной части абонентской лини. На магистральной части запас составляет 3- 5 %. Поэтому при бесшкафной системе часть пар в распред