2.7. Задание №1 «технико-экономический расчет участка кабеаьной магистрааи»

1. Рассчитать общее количество НУП на каждом участке между ОУП и по всей магистрали.

2. Определить капитальные затраты на строительство кабель­ной магистрали.

3. Рассчитать общее количество ОУП между оконечными пунк­тами кабельной магистрали.

4. Рассчитать численность работников для технического об­служивания кабельной магистрали.

5. Рассчитать затраты на эксплуатацию по кабельной магистрали.

6. Определить себестоимость эксплуатации 1 км и 1 кан-км ка­бельной магистрали.

7. Представить чертеж кабельной магистрали в масштабе с указанием ОУП и НУП.

8. Изобразить на схеме организационно-производственную структуру ТУ с указанием численности работников по подраз­делениям.

Основные исходные данные приведены в следующей таблице.

Н омер варианта определяет преподаватель. Для расчета чис­ленности работников ТУ в приложении 5 приводится выписка из приказа №170.

Дополнительные исходные данные для всех вариантов даны в следующей таблице:

2.8. Вопросы для самоконтроля

1. Что такое первичная сеть связи?

2. Что такое вторичная сеть связи?

3. Что такое единая сеть электросвязи России?

4. По какому принципу строится первичные магистральные, зоновые и местные сети связи?

5. Перечислите виды направляющих систем.

6. Какие предприятия обслуживают магистральные и зоновые первич­ные сети?

3. Технико-экономические основы организации городских телефонных сетей

3.1. Основные понятия

К местным телефонным сетям относятся городские (ГТС) и сельские (СТО) телефонные сети, назначение которых состоит в обеспечении телефонной связи внутри города или сельского рай­она и выхода на зоновые и междугородную телефонные сети. Местные телефонные сети состоят из оконечных устройств, або­нентских линий, соединительных линий и телефонных станций.

С помощью оконечных устройств потребитель входит в те­лефонную сеть. Абонентские линии предназначены для органи­зации связи между оконечными устройствами и телефонной станцией.

Соединительные линии предназначены для организации связи между телефонными станциями.

Телефонная станция осуществляет соединение оконечных устройств в соответствии с адресом. Автоматические телефонные станции (АТС) по принципу построения делятся на аналоговые и электронные (цифровые). К аналоговым относятся декадно-шаговые АТС (АТС-ДШ) и координатные АТС (АТСК), получившие свои названия по основным элементам коммутации - декадно-шаговому искателю (ДШИ) и многократному координатному соедини­телю (МКС) соответственно.

В электронных АТС (ЭАТС) в качестве коммутационного эле­мента используется электронный контакт.

3.2. Определение затрат на организацию гтс

По способу построения городские телефонные сети делятся на районированные и нерайонированные.

Нерайонированная сеть (рис. 3.1) - это сеть, имеющая одну АТС и сеть абонентских линий (АЛ). При емкости сети более 10 000 номеров затраты на сеть абонентских линий резко возрастают. Для снижения этих затрат телефонную сеть районируют. Всю тер­риторию города делят на телефонные районы, в каждом районе

устанавливают районные АТС (РАТС), которые свя­зываются между собой се­тью соединительных линий (СЛ) (рис. 3.2).

Под оптимальным вы­бором структуры сети або­нентских или соединительных линий будем понимать построение сети с минимальными затратами, но с заданным качест­вом обслуживания (соблюдение нормативной величины затухания). Определим затраты на организацию городской телефонной сети выражением:

Кргс = К₀₆ + Кдл + К_сл ⁺ К_зд (3.1)

где К_об - общие капитальные затраты на станционное оборудо­вание;

Кдл - капитальные затраты на организацию сети абонентских линий ГТС;

К_сл - капитальные затраты на организацию сети соединитель­ных линий ГТС;

К_зд - капитальные затраты на здания.

Затраты на станционное оборудование ГТС зависят от емко­сти станции и от типа используемого оборудования.

Для определения затрат на организацию ГТС введем понятие плотности распределения оконечных устройств

где /V - количество оконечных устройств ГТС или одной станции;

S - площадь города или района, которую обслуживает ГТС или одна станция.

При заданной норме остаточного затухания (28,6 дБ) затраты на организацию ГТС должны быть минимальными

К_гтс=min(К_{06 +} К_АЛ + К_{сл +} К_зд). (3.3)

Для анализа составляющих затрат удобно использовать удель­ные капитальные затраты, т.е. затраты, отнесенные к емкости сети или емкости станции.

При увеличении емкости сети затраты на все составляющие ГТС возрастают, а удельные капитальные затраты изменяются по разному:

K₀₆ = К₀₆ / N имеет тенденцию к снижению, так как на станции имеется большое количество общестанционных устройств, которые необходимы и при небольшой емкости АТС, и при максимальной;

Kдл = Кд,, / N - эти затраты возрастают, так как растет средняя длина абонентской линии;

K_сл = К_сл / N несколько уменьшается, так как количество сое­динительных линий в направлениях растет незначительно по срав­нению с ростом числа абонентов;

K_зд = К_зд / /V уменьшается, так как здание строится однотипное на максимальное количество номеров.

Из рис. 3.3 видно, что существует емкость стан­ции, при которой удельные капитальные затраты име­ют минимальное значение. Для различных типов стан­ций М_опт различно. Для аналоговых АТС-ДШ, АТСК эта емкость равна 10 000 номерам. Для цифровых -она значительно больше.

Точное определение затрат на организацию ГТС

связано с большими трудностями из-за невозможности учесть все случаи, возникающие на практике. Поэтому для упрощения расче­тов введем некоторые допущения.

1. Будем считать, что оконечные устройства распределены по территории города равномерно, т.е. Q=const.

2. Территорию города будем считать квадратной.

3. Телефонные кабели прокладываются во взаимно перпенди­кулярных направлениях.

4. Тип кабеля, используемый для организации абонентских и соединительных линий, один и тот же.

5. Сеть ГТС - районированная, построена по принципу «каждая с каждой».

6. Число пучков соединительных линий

(3.4)

где л - количество станций на сети.

7. Нагрузка, поступающая от каждого абонента, постоянна

8. Нагрузка, поступающая в каждом направлении

(3.5)

где т - емкость станции.

9. Количество соединительных линий в одном направлении

(3.6)

где коэффициенты аир определяются в зависимости от величины нагрузки У по таблицам ЛФ ЦНИИС.

10. Стоимость 1 км абонентской и соединительной линий обо­значим соответственно с_м и с_сл.

Капитальные затраты на абонентскую линию

(3.7)

где /_АЛ - средняя длина абонентской линии. Для квадратной терри­тории имеем:

(3.8)

Учитывая, что л = N / т nS = N /а, получим

(3.9)

Таким образом, с увеличением плотности распределения або­нентов затраты на абонентские линии сокращаются.

Капитальные затраты на соединительные линии определяются следующим образом:

где N - емкость сети;

V -"■ общее количество соединительных линий на сети;

/_сл - средняя длина соединительной линии;

В - дополнительные затраты на согласующие устройства.

Общее количество соединительных линий определится исходя из числа соединительных линий в каждом направлении (v) и коли­чества направлений (р)

Так как аY »(3, то коэффициентом р можно пренебречь и тог­да, используя У = ут / л, получим

Поскольку средняя длина соединительной линии для квадрат­ной территории:

то, используя v = N I т, получим окончательно

Из полученного выражения следует, что с увеличением плотно­сти распределения абонентов на сети затраты на соединительные линии уменьшаются. С увеличением емкости станций затраты на соединительные линии также сокращаются, однако это может при­вести к резкому увеличению затрат на абонентские линии. Поэтому емкость станции должна быть оптимальной, т.е. такой, при которой общие затраты на линейные сооружения К_лин = minlK + К_сл} будут минимальными.

Затраты на станционное оборудование, приходящиеся на од­но оконечное устройство, в общем виде можно записать так:

(3.15)

где А - капитальные затраты на индивидуальное оборудование станции;

В - капитальные затраты на общестанционное оборудование станции.

Из приведенного выражения следует, что с увеличением числа оконечных устройств затраты на индивидуальное оборудование возрастают, а на общестанционное - снижаются. Так как общестан­ционное оборудование составляет 70% от оборудования всей стан­ции и оно дороже, чем индивидуальное, то ясно, что емкость стан­ций должна быть как можно больше. С другой стороны, с увеличе­нием емкости станции, как уже упоминалось, возрастают затраты на абонентские линии. Поэтому, кроме задач оптимального выбора и развития сетей абонентских и соединительных линий, возникает задача выбора типа АТС и определения ее оптимальной емкости с точки зрения минимизации общих затрат на организацию ГТС.

3.3. АНАЛИЗ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ НА АБОНЕНТСКИЕ ЛИНИИ ГТС

Из выражения (3.9) следует, что затраты на организацию або­нентских линий возрастают с увеличением емкости станции и сни­жаются в случае концентрации оконечных устройств на небольшой территории, т.е. в этом случае возрастает плотность распределе­ния абонентов. Одним из наиболее эффективных способов сниже­ния затрат на организацию абонентских линий ГТС является опти­мальный выбор способа построения их сети.

Известны три способа построения сети абонентских линий ГТС.

1. Бесшкафной способ построения - в этом случае каждое оконечное устройство имеет индивидуальный кабель (двухпро- водный), связывающий его со станцией (рис. 3.4), и количество «кусков» кабеля соответствует числу абонентов N.

2. Шкафной способ построения - абонентская линия разбива­ется на три части: магистральная часть - от станции до распределительного шкафа (РШ), распределительная часть - от РШ до рас­пределительной коробки (РК), абонентская проводка - от РК до оконечного устройства (рис. 3.5).

Магистральная и распределительная части абонентских линий организуются с помощью многопарного кабеля. Таким образом, количество «кусков» кабеля на магистральном и распределитель­ном участках значительно меньше числа абонентов N.

3. Построение сети абонентских линий с помощью киосков. Магистральная часть абонентской линии в данном случае де­лится на две части: от станции до киоска (К), от киоска до РШ (рис. 3.6).

Очевидно, что в каждом конкретном случае каждый способ мо­жет иметь преимущество по величине затрат. Для определения затрат по рассматриваемым вариантам (см. рис. 3.4-3.6) введем следующие понятия и обозначения:

1. Средняя длина абонентской линии

(3.16)

где L - общая протяженность абонентских линий (км, км-пар); N - общее количество оконечных устройств.

2. Затраты на организацию 1 км абонентской линии (удельные капитальные затраты)

(3.17)

где К_л - общие капитальные затраты на организацию сети або­нентских линий.

3. Затраты на эксплуатацию 1 км абонентской линии (себесто­имость 1 км абонентской линии)

(3.18)

где Э_л - общие затраты на эксплуатацию абонентских линий ГТС.

По первому варианту (см. рис. 3.4) общие капитальные затра­ты на организацию сети абонентских линий ГТС составляют:

(3.19)

где N - это не только количество оконечных устройств, но и коли­чество кусков однопарного кабеля, т.е. общая протяженность ка­беля для первого варианта - 1_AN;

к_т - удельные капитальные затраты.

По второму варианту (см. рис. 3.5) следует заметить, что сред­няя протяженность абонентской линии (/_А) состоит в основном из магистральной и распределительной частей и тогда:

(3.20)

где /,, /₂ - средняя протяженность магистральной и распредели­тельной частей абонентской линии соответственно;

л,, л₂ - среднее количество кусков многопарного кабеля маги­стральной и распределительной частей сети абонентской линии соответственно;

К_рш - капитальные затраты на организацию распределитель­ных шкафов.

Поскольку л, + л₂ « А/, \ » /₂, то можно записать, что /, == \ и тогда:

(3.21)

Чтобы выяснить, при каком условии второй вариант выгоднее, решим неравенство К₂ < К,, т.е.

(3.22) относительно средней длины абонентской линии и получим:

(3.23)

Следует заметить, что используемые при расчете затраты на организацию 1 км абонентской линии (к_т) учитывают:

• стоимость единицы длины телефонной канализации для ма­гистрального кабеля;

• стоимость единицы длины телефонной канализации для рас­пределительного кабеля;

• стоимость единицы длины магистрального кабеля;

• стоимость единицы длины распределительного кабеля.

При использовании третьего варианта построения сети або­нентских линий (см. рис. 3.6) появляются дополнительные капи­тальные затраты на организацию киосков (К_к). В то же время воз­можно использование еще более мощного кабеля, что, в свою очередь, дает возможность сократить количество кусков кабеля (см. формулу (3.23)).

Как правило, вариант построения сети абонентских линий с помощью распределительных шкафов с точки зрения затрат выго­ден, начиная с емкости АТС более 100 номеров (N > 100).

Вариант построения сети абонентских линий с киосками выго­ден по затратам, когда имеются жилые массивы, удаленные от АТС и друг от друга, что на практике встречается довольно редко.

Подводя итог, можно сделать вывод, что для ГТС наиболее рационально использовать шкафной принцип построения сети абонентских линий.

Помимо самого принципа построения сети абонентских ли­ний, эффективным методом снижения затрат на абонентские ли­нии служит вынос части емкости РАТС ближе к большой (скон­центрированной) группе абонентов с помощью подстанций или концентраторов (К), а также базовых станций. Особенно этот метод эффективен в случае, если РАТС имеет значительную ем­кость (больше 20 000 номеров). Такую емкость имеют цифровые телефонные станции.

Сравним шкафной принцип построения сети абонентских ли­ний (рис. 3.7) с вариантом, когда часть емкости РАТС вынесена с помощью концентратора (рис. 3.8).

Для простоты на рисунках не указаны РШ и РК.

Концентраторы устанавливаются в подъездах домов и поэтому можно считать среднюю длину абонентской линии приблизитель­но одинаковой для обоих вариантов.

Снижение затрат на абонентские линии при использовании кон­центраторов заключается в том, что количество линий между РАТС и концентратором рассчитывается исходя из нагрузки, поступаю­щей на эти линии, и заданного качества обслуживания v = f(y, p). Как правило, это количество линий значительно меньше, чем ко­личество самих абонентов, т.е. v « N. Однако следует учитывать, что при этом резко возрастают затраты на дополнительное обору­дование - концентраторы.

При расчете затрат по вариантам в данном случае будем опре­делять приведенные затраты (статические - без учета времени). Это делается для того, чтобы сделать варианты сопостовимыми.

Рассчитаем приведенные затраты по вариантам:

где Э, - затраты на эксплуатацию по /-му варианту организации связи;

Е_н - коэффициент сравнительной экономической эффективности;

К, - капитальные затраты на организацию /-го варианта связи.

Для первого варианта имеем:

rne3,„=SjN, К_1Л = /с,_л/Л/.

Для второго варианта имеем:

где Э_2К - дополнительные расходы на эксплуатацию оборудования концентратора;

К_2К - дополнительные капитальные затраты на оборудование концентратора.

Для определения эффективности использования концентрато­ра необходимо решить неравенство П₃₂ < П₃₁ относительно сред­ней длины абонентской линии, в результате получим:

Из формулы (3.29) следует, что чем больше емкость РАТС, тем выгоднее использовать концентраторы.

Аналогично можно провести сравнение вариантов, один из которых в качестве выноса емкости использует концентратор (К) (рис. 3.9), а другой - базовую станцию (БС) (рис. 3.10).

По-прежнему при выборе варианта развития ГТС в качестве критерия будем принимать затраты на организацию и эксплуата­цию телефонной связи. Допустим, что планируется расширить го­родскую телефонную сеть на N абонентов.

По варианту построения рис. 3.9, кроме цифровой телефон­ной станции, имеется цифровая система передачи (ЦСП), напри­мер ИКМ-30, и концентратор (К) на Л/ абонентов.

Таким образом, приведенные затраты по данному варианту имеют следующий вид:

где Э, - затраты на эксплуатацию /'-го вида оборудования;

К, - затраты на организацию /'-го вида оборудования;

Е_н - коэффициент сравнительной экономической эффективности.

Затраты, связанные с цифровой системой передачи, опреде­ляются по формуле:

(3.31)

а затраты, связанные с концентратором, по формуле:

(3.32)

Затраты, связанные с линейными сооружениями, содержат

две составляющие:

1) затраты на организацию и эксплуатацию линейных сооруже­ ний между ЦАТС и концентратором

(3.33)

где S_n - себестоимость обслуживания 1 кан-км; / - протяженность канала между ЦАТС и К; v - количество каналов между ЦАТС и К; к_п - удельные капитальные затраты на организацию 1 кан-км;

2) затраты на организацию и эксплуатацию линейных соору­ жений между концентратором и абонентом

(3.34)

где /_д - средняя протяженность абонентской линии между концен­тратором и абонентом;

S„_A - себестоимость обслуживания 1 км /_д;

N - число абонентов;

^лд ~ удельные капитальные затраты на организацию 1 км абонентской линии.

Затраты на ЦАТС не учитываются, так как оба варианта при развитии сети должны иметь ее в своем составе.

Таким образом, затраты, связанные с концентратором, составят:

(3.35)

Аналогично определяются приведенные затраты по варианту построения с базовой станцией:

(3.36)

где Э_КР - затраты на эксплуатацию коммутатора, предназначенно­го для подключения абонента в другую рабочую зону или в стацио­нарную телефонную сеть;

Э_БС- затраты на эксплуатацию базовой станции, которая осу­ществляет подключение нестационарных абонентов к централь­ной станции;

К_КР - капитальные затраты на организацию работы коммутатора;

Кбс - капитальные затраты на организацию работы базовой станции;

S_AC - себестоимость обслуживания абонентской станции.

Для определения рационального варианта развития с точки зрения затрат составляется неравенство П₃₂<П₃,, которое ре­шается относительно числа абонентов. Тогда имеем:

Следует учесть, что при развитии ГТС с помощью БС затраты на абонентские линии отсутствуют, так как линии создаются по­средством радиоканала между БС и АС. Таким образом, с ростом протяженности абонентской линии затраты на абонентскую линию по варианту развития с помощью концентратора возрастают, а с помощью БС - отсутствуют.

Снижения затрат на абонентские линии можно добиться с по­мощью уплотнения физических цепей. В настоящее время с этой целью используется спаренное включение телефонных аппаратов, аналоговые и цифровые системы передачи. Спаренное включение телефонных аппаратов ухудшает качество обслуживания потреби­теля из-за блокировки одного оконечного устройства при занятии другого и поэтому используется только в тех странах, в которых телефонная плотность низкая (менее 20 телефонных аппаратов на 100 жителей).

В настоящее время в России используется в основном анало­говая система передачи для уплотнения абонентских линий аппа­ратура высокочастного уплотнения (АВУ) - аппаратура, дающая возможность по одной физической цепи организовать подключе­ние двух оконечных устройств.

В этом случае устанавливается дополнительное оборудова­ние: на станции - аппаратура высокочастотного уплотнения (АВУ), а у абонентов - абонентские комплекты (АК).

При использовании цифровой системы передачи по одной фи­зической цепи можно организовать подключение от 6 до 15 око­нечных устройств.

Приведенные затраты по первому (рис. 3.11) и второму (рис. 3.12) вариантам рассчитываются аналогично вышеописан­ной методике и имеют вид:

где г - количество оконечных устройств, которые можно подклю­чить к одной физической цепи.

Для определения эффективности использования цифровых систем передачи необходимо решить неравенство относительно средней длины абонентской линии

(3.40) Тогда получаем:

Таким образом, при развитии сети абонентских линий необхо­димо предварительно определять затраты по вариантам и выби­рать оптимальный с точки зрения затрат. Следует заметить, что, как правило, при развитии сети абонентских линий средняя длина абонентской линии известна (здания, где намечается установить оконечные устройства, уже построены). Поэтому решать неравен­ство (3.40) можно относительно числа абонентов N.

3.4. АНАЛИЗ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ НА СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ ГТС

Развитие городских телефонных сетей определяется сущест­вующей потребностью в установке оконечных устройств. Наличие потребности в услугах ГТС предполагает дополнительные затра­ты, связанные со строительством новых станций и прокладкой со­единительных линий между вновь строящейся станцией и сущест­вующими. При этом возникает задача минимизации затрат при развитии сети, которая, в свою очередь, может быть разбита на несколько подзадач:

• оптимальный способ построения сети соединительных ли­ний ГТС;

• определение оптимального местоположения на сети вновь строящейся станции;

• правильный выбор типа станции;

• определение оптимального количества станций в одном уз­ловом районе;

- определение оптимального количества станций узловых районов ГТС.

Как уже указывалось в разд. 3.1, городские телефонные сети емкостью больше 10 000 номеров строятся как районированные. При этом существует несколько способов построения райониро­ванных сетей:

• сеть, построенная по принципу «каждая с каждой»;

• сеть с узлами входящих сообщений (УВС) или исходящих со­общений (УИС);

• сеть со смешанными узлами исходящих и входящих сообще­ний (УИС-УВС).

Затраты на построение сети в основном зависят от стоимости линейных сооружений, связывающих станции.

Проведем анализ вышеперечисленных способов построения сетей.

Принцип построения «каждая с каждой» предполагает, что вся сеть разбита на несколько «телефонных районов», в центре каждо­го района устанавливается районная АТС (РАТС). Каждая РАТС со­единяется с любой другой двумя пучками соединительных линий -входящим и исходящим (рис. 3.13).

Обозначим через п количество станций на сети, тогда общее ко­личество пучков соединительных линий р в данном случае составит

Определим число соединительных линий в каждом пучке в зависимости от нагрузки, поступающей на него (У), и заданного качества обслуживания (вероятности потерь р), используя номо-мограммы Эрланга-Пальма (приложение 2),

(3.43)

Далее определяем затраты при организации такого способа построения

(3.44) где К_ст - суммарные затраты на станционное оборудование.

(3.45)

где у_у - затраты на один номер станционного оборудования ;'-й РАТС;

т_у - емкость \-й РАТС.

(3.46)

где /с, - затраты на организацию единицы длины /-го пучка сое­динительных линий (затраты на телефонную канализацию, ка­бель, НУПы); ;

/,- - протяженность соединительных линий /-го пучка;

v, - количество соединительных линий в ;-м пучке.

Тогда

(3.47)

К достоинствам такого способа построения следует отнести максимальную надежность (живучесть) сети.

Однако, как следует из выражения (3.47), при увеличении ем­кости сети резко возрастают затраты на линейные сооружения.

Емкость пучков соединительных линий становится очень не­большой, так как количество пучков резко возрастает. Это ведет к неэффективному использованию каналов и систем передачи, ор­ганизующих их. И наконец, увеличиваются затраты на эксплуата­цию, так как количество направлений прокладки телефонной кана­лизации и кабеля резко возрастает.

С точки зрения минимизации затрат на линейные сооруже­ния ГТС такие сети рационально строить до емкости 50 000 но­меров. Дальнейшее развитие сети с использованием принципа построения «каждая с каждой» ведет к резкому увеличению при­веденных затрат.

Рассмотрим следующий способ построения сети. Все РАТС разбиваются на несколько узловых районов (Ь). На РАТС, нахо­дящейся в центре каждой группы, организуется УВС (УИС), кото­рый с технической точки зрения представляет собой установку дополнительной ступени группового искания (ГИ). Пусть количе­ство РАТС (к) в каждой группе (в каждом узловом районе) опре­деляется исходя из предыдущих рассуждений: внутри каждого узлового района станции соединяются между собой по принци­пу «каждая с каждой». Кроме того, каждая РАТС узлового района имеет входящий (исходящий) пучок соединительных линий от своего УВС (УИС) и исходящие (входящие) пучки соединитель­ных линий во все УВС (УИС) других узловых районов, как это изображено на рис. 3.14.

Определим затраты на организацию сети с УВС:

(3.48) (3.49)

где b - количество узловых районов на сети (количество УВС);

к- количество РАТС в каждом узловом районе (для упрощения расчетов /с, =...= к,.=...= к);

К_т - дополнительные затраты на организацию /-го УВС;

(3.50)

Для определения К_л необходимо определить число соедини­тельных линий в каждом направлении (у,.) как функцию от нагрузки, поступающей в каждом направлении (У;.), и заданного качества об­служивания (р), т.е. v, = f(Y„ p).

Чтобы определить количество пучков соединительных линий для сети с УВС, необходимо отдельно рассчитать количество пучков соединительных линий внутриузловых связей р_ВУС и коли­чество пучков соединительных линий межузловых связей р_мус (см. рис. 3.14).

Внутриузловые пучки соединительных линий включают в себя:

- пучки соединительных линий для связи РАТС одного узлово­го района по принципу «каждая с каждой»

(3.51)

- пучки соединительных линий для связи УВС с РАТС своего узлового района между собой по радиальному принципу

(3.52)

Тогда при наличии Ь УВС количество внутриузловых пучков на всей сети будет равно:

(3.53)

Учитывая, что общее количество РАТС на сети п = bk, можно записать:

(3.54)

Число межузловых пучков (см. рис. 3.14) составит:

(3.55)

Тогда общее количество пучков соединительных линий для се­ти с УВС будет равно:

Рувс =Рмус + Рвус = п(Ь + /С -1). (3.56)

Таким образом, общие затраты на организацию сети с УВС составят:

(3.57)

Сравнивая затраты на организацию рассмотренных сетей, следует заметить, что при построении сети с УВС появились допол­нительные затраты на станционное оборудование, однако сократи­лись затраты на линейные сооружения, так как р_увс < р_к._к. Кроме то­го, за счет укрупнения пучков по входящим направлениям улучша­ется использование соединительных линий по входящей связи и появляется возможность использования мощных систем передачи.

При дальнейшем увеличении емкости ГТС сеть строят с исполь­зованием узлов УИС-УВС (рис. 3.15).

Н

Из рис. 3.15 определим количество пучков соединительных линий внутриузловой связи:

- по-прежнему внутри каждого узлового района РАТС соеди­няются по принципу «каждая с каждой»:

(3.58)

- от каждого узла к каждой РАТС своего узла имеется два пуч­ка соединительных линий (исходящий и входящий):

Тогда

(3.60) Учитывая, что п = Ьк, получим

(3.61)

Пусть УИС-УВС связаны между собой по принципу «каждая с каждой», тогда:

(3.62)

Общее количество пучков соединительных линий равно

(3.63)

Основным достоинством этого принципа построения является укрупнение пучков соединительных линий по всем направлениям, что, во-первых, улучшает использование соединительных линий во всех пучках, а во-вторых, дает возможность использовать мощ­ные системы передачи по всем направлениям, что приводит к сни­жению затрат на 1 кан-км.

В связи с бурным развитием городских телефонных сетей в России за счет иностранных инвестиций с помощью современного цифрового оборудования систем коммутации, систем передачи, направляющих систем, задача оптимального развития городских телефонных сетей стала еще более актуальной. Необходимо ра­ционально выбирать из всего потока хлынувшей на российский рынок телекоммуникационной техники именно ту, которая не только выглядит привлекательно с точки зрения первоначальных затрат, но и в будущем даст максимальный доход с минимальными затра­тами на обслуживание.

Поэтому для каждой системы необходимо рассчитывать срок окупаемости, а также прибыль, которую она в будущем принесет.

В настоящее время в связи с внедрением на городских теле­фонных сетях России цифровых телефонных станций возможны несколько направлений их развития:

• продолжение развития ГТС с помощью цифровых станций с использованием узлообразования;

• использование «наложенных» сетей при развитии ГТС;

• использование сотовых радиотелефонных сетей;

развитие ГТС с помощью «колец».

При развитии ГТС традиционным методом возникает пробле­ма резкого увеличения затрат на согласование вновь вводимой цифровой станции с существующими аналоговыми станциями сети.

С этой точки зрения на первом этапе, когда количество циф­ровых станций становится соизмеримо с аналоговыми, при раз­витии городской телефонной сети можно использовать принцип «наложенных сетей», когда связь между существующими анало­говыми и цифровыми станциями осуществляется через одну АТС (рис. 3.16).

Организация наложенной цифровой сети на первом этапе вне­дрения электронных АТС обусловлена следующими причинами.

1. Так как в зависимости от количества преобразований анало­гового сигнала в цифровой и наоборот накапливаются шумы, то для обеспечения качества предоставления телефонных услуг ре­комендуется делать только одно преобразование «цифра-ана­лог-цифра».

2. Конструкция цифровых АТС дает возможность организовы­вать практически любое число направлений на сети, т.е. появляет­ся возможность строить городскую телефонную сеть с мощными, хорошо используемыми пучками соединительных линий, что осо­бенно перспективно при применении в качестве каналообразующей аппаратуры мощных цифровых систем передачи.

В цифровых станциях заложена возможность оперативного перераспределения числа соединительных линий в пучках по направлениям, что позволит обеспечить динамическое управление сетью.

Пример построения наложенной цифровой сети (НЦС) приве­ден на рис. 3.16.

Существуя в пределах единой ГТС, наложенная цифровая сеть обеспечивает «внутри себя» передачу и распределение информа­ции только в цифровой форме.

Для оптимального построения наложенной сети должна быть разработана перспективная схема ее развития, являющаяся ча­стью генеральной схемы развития ГТС. На первом этапе необхо­димо концентрировать цифровые системы коммутации вокруг цифровых центров коммутации и на их основе создавать нало­женную цифровую сеть. Если же внедрение цифровых АТС будет происходить бессистемно, то это приведет к ухудшению качества связи и в перспективе не удастся построить сеть с минимальны­ми затратами.

В России в настоящее время ГТС в основном построены по принципу «каждая с каждой». На таких сетях внедрение НЦС еще более очевидно, поскольку все станции связываются друг с дру­гом и необходимо лишь предусмотреть возможность абонентам, включенным в цифровые АТС, осуществлять связь между собой только по цифровой сети, без перехода на аналоговую, а при свя­зи абонента цифровой АТС с абонентом аналоговой АТС должен быть только один переход типа «аналог-цифра».

Кроме того, при внедрении цифровых АТС нет необходимости использовать дорогостоящие устройства согласования с цифро­выми системами передачи, поскольку сигнал коммутируется и пе­редается в единой цифровой форме.

В последнее время появились специальные устройства - интел­лектуальные мультиплексоры (ИМ), которые позволяют уплотнять тракты импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), преобразуя два заня­тых тракта в один занятый и один свободный, т.е. высвобождается половина емкости трактов ИКМ городской телефонной сети. Это да­ет возможность строить НЦС без дополнительной прокладки кабе­ля, ибо последнее в настоящее время делать все труднее и труднее.

Кроме того, такой ИМ в совокупности со специальным адап­тером позволяет довести «цифру» до абонента без использова­ния модема, если длина абонентской линии не превышает 3 км (рис. 3.17).

При этом затраты на организацию, например связи между компьютерами, резко сокращаются.

Следовательно, развитие городских телефонных сетей с ис­пользованием принципа наложенных сетей по сравнению с тради­ционным развитием дает возможность существенно снизить за­траты при развитии ГТС.

Таким образом, в настоящее время телефонная сеть общего пользования России имеет структуру «слоеного пирога» (рис. 3.18).

В последнее время с появлением нового поколения цифровых систем передачи (SDH - синхронной цифровой иерархии) и на­правляющих систем (волоконно-оптического кабеля), стационар­ные телефонные сети начали строить по кольцевому принципу (рис. 3.19). Суть данного принципа заключается в том, что строит­ся одно или несколько «колец» (магистралей), по которым инфор­мация передается со скоростью от 155 Мбит/с и выше. К этому кольцу может быть подключена любая АТС. Такой принцип по­строения дает возможность резко сократить затраты на межстан­ционные линии.

На рис. 3.19 показано, как подключаются АТС различного типа к кольцу. Цифровые АТС подключаются с помощью устройства ввода-вывода (УВВ) (английская интерпретация ADM - Add-Drop Multiplexer - мультиплексор ввода-вывода). Для подключения ана­логовой АТС дополнительно используется устройство сопряжения (УС), переводящее аналоговый сигнал в цифровой и наоборот.

Следующим способом снижения затрат на соединительные линии ГТС является уплотнение физических цепей.

Рассмотрим варианты организации связи между двумя РАТС, когда в качестве соединительных линий используются физические цепи (рис. 3.20) и когда между теми же РАТС соединительные ли­нии организуются путем уплотнения физических цепей с помощью цифровых систем передачи - ЦСП (рис. 3.21). Чтобы варианты были сопоставимы, затраты по ним будем определять как приве­денные, расстояние между РАТС таково, что при использовании физических цепей необходимо использовать усилители мостового типа (УМТ).

На рис. 3.20 комплекты реле соединительных линий исходя­щие и входящие (РСЛИ и РСЛВ) предназначены для согласования станционного оборудования с линейными сооружениями.

Приведенные затраты при организации соединительных линий с помощью физических цепей определяются следующим образом;

П₃, = (Эрсл + пЭ_шт +S,_nlv) + Е_Н(К_РСЛ + лК_умт + k,_nlv), (3.64)

где Э_РСЛ - расходы на эксплуатацию комплектов согласования РСЛВ и РСЛИ на обеих РАТС;

Э_УМТ - расходы на эксплуатацию усилителей мостового типа;

п - число усилителей мостового типа;

S_)n - себестоимость обслуживания 1 км соединительной линии;

К_РСЛ - затраты на организацию РСЛВ и РСЛИ;

K_yMt - затраты на организацию одного УМТ;

/с_1Л - удельные капитальные затраты на организацию 1 км сое­динительной линии.

Приведенные затраты, необходимые для организации соеди­нительных линий (каналов) с помощью цифровой системы переда­чи, определяются следующим образом:

где Э_цсп - расходы на эксплуатацию системы передачи на обеих

РАТС;

Э_НРП - расходы на эксплуатацию необслуживаемого регенера-

ционного пункта;

т - количество необслуживаемых регенерационных пунктов;

S_2n - себестоимость обслуживания 1 кан-км;

К_цсп - затраты на организацию ЦСП;

К_НРП - затраты на организацию НРП;

к_2П - удельные капитальные затраты на организацию 1 кан-км.

Для определения эффективности использования ЦСП необхо­димо решить неравенство П_зг<П₃₁. Неравенство можно решать относительно средней длины соединительной линии или числа соединительных линий (каналов) в направлении:

где П_32о6 = Э_цсп + тЭ_нрп+Е_н(К_цсп + тК_нрп) - приведенные затраты на оборудование по второму варианту;

П_31о6 = Э_РСЛ + лЭ_умт +Е_Н(К_РСЛ + лК_нрп) - приведенные затраты на оборудование по первому варианту;

варианту;

П_32Л = S_2nv + E_Hk_znv - приведенные затраты на линейные соору­жения по второму варианту. Начиная с некоторой граничной длины (протя­женности) соединительной линии /_гр, эффективность использования ЦСП возра­стает по мере увеличения длины соединительных ли­ний (рис. 3.22).

3.5. ОРГАНИЗАЦИЯ СОТОВЫХ ТЕЛЕФОННЫХ СЕТЕЙ

Еще более интересным с точки зрения снижения затрат на ли­нейные сооружения представляется развитие ГТС с помощью со­товых (мобильных) телефонных сетей.

Распространение сотовых радиотелефонных сетей является естественным этапом развития ведомственных систем подвижной радиотелефонной связи и представляет собой наиболее эффек­тивный способ сплошного покрытия связью обслуживаемой тер­ритории независимо от ее конфигурации.

Сотовые сети внедряются в первую очередь в крупных горо­дах, населенных пунктах и на оживленных транспортных магистра­лях и предназначены для организации радиотелефонной связи с абонентами, находящимися в движении (при ходьбе, во время поездок на автомобилях или общественном транспорте, при поле­те на вертолетах и др.).

Сотовые сети применяются для обеспечения удобного и доста­точно дешевого доступа к общественным сетям связи стационар­ных и подвижных абонентов, проживающих в удаленных сельских и других труднодоступных районах с низкой плотностью населения.

Они с успехом используются для быстрого предоставления услуг связи службам охраны, безопасности, пожарным службам, медицинским учреждениям, а также в зонах стихийных бедствий, местах отдыха, районах проведения крупных спортивных соревно­ваний, различных экспедиций и т.п.

Сотовые сети успешно функционируют в большинстве промышленно развитых стран мира. К началу 2000-х годов количе­ство пользователей сотовых сетей радиосвязи в Европе достигло 20 млн., что по сравнению с 1990 г. составило двадцатикратное увеличение. Аналогично темп развития сотовых сетей прогнозиру­ется и в других регионах мира.

Структуры сотовых сетей получили свое название в соответст­вии с сотовым принципом организации связи. Согласно этому принципу, зона радиообслуживания делится на рабочие зоны (ячейки) в виде шестиугольников (рис. 3.23). В центре каждой ра­бочей зоны расположена базовая станция (БС), предназначенная для передачи речевой информации по радиоканалам между або­нентами, обслуживаемыми данной БС, и обеспечения взаимо­действия между абонентскими станциями (АС) и центральной станцией (ЦС).

Для решения этой за­дачи на каждой БС обычно развертывается три типа радиоэлектронной аппара­туры (рис. 3.24).

С помощью АОМ осу­ществляется панорамный прием сигналов, поступа­ющих от вызывающей станции на ЦС. По силе принятого на разные ан­тенны сигнала оценивают­ся местоположение АС и ее удаление от БС. Одно­временно на ЦС передает­ся сообщение о появлении новой подвижной АС. По­сле этого АОМ ведет не­прерывное отслеживание объекта и данные о его пе­ремещениях передаются на ЦС. АУС в широко-ве­щательном режиме по спе­циальному каналу доступа передает сигналы поиско­вого вызова в тех случаях, когда необходимо связать­ся с АС, и принимает сиг­налы этого абонента, когда он отвечает на вызов или является инициатором установления связи. Одновременно АУС контролирует ход этих переговоров путем измерения контрольно­го тон-сигнала, излучаемого работающей АС, и включает на связь новых подвижных абонентов по мере освобождения радиоканала.

АВП - это комплекс приемопередающих устройств УКВ-диапазона, работающих в дуплексном режиме и обеспечивающих подключение АС к стационарной телефонной сети по радиокана­лу, выделенному в сотовой сети для каждой БС.

Каждый тип аппаратуры оснащен своей антенной. Для управ­ления аппаратурой БС устанавливается контрольное устройство К, осуществляющее также сопряжение аппаратуры БС с линией пе­редачи данных на ЦС.

ЦС предназначены для подключения БС к стационарным теле­фонным сетям и сетям обслуживания АС, находящихся в различ­ных рабочих зонах. Они соединены кабельными или радиолиниями с БС и местными АТС и оснащены компьютерами, обеспечиваю­щими автоматическое управление работой сотовых сетей.

Одна ЦС может управлять работой до 100 БС. Несколько сое­диненных между собой ЦС образуют региональные и националь­ные сотовые сети связи с подвижными объектами, имеющие ярко выраженную иерархическую структуру.

Для удовлетворения растущих требований пользователей, а также для повышения качества аппаратуры и расширения области ее применения в настоящее время внедрено второе поколение со­товых сетей радиосвязи. Оно характеризуется передачей речи в цифровом коде и наличием новых средств для обмена сигнализа­цией и управляющей информацией.

Для второго поколения сотовых сетей радиосвязи разработа­ны три наиболее известных стандарта:

- европейский стандарт GSM (Global System for Mobile commu­ nications) Европейской организации административной связи;

- североамериканский стандарт IS-54 (Interim Standard-54) Ассоциации Electronic Industries;

- стандарт Японии.

Решение о создании сотовой сети европейского стандарта GSM было принято 18 странами ЕЭС в 1982 г. В качестве протоко­лов многостанционного доступа использованы протоколы с вре­менным (TD МА) и кодовым (CD MA) разделениями каналов.

Внедрение сотовой сети радиосвязи стандарта GSM началось с 1991 г. в ФРГ, Франции, Италии и других странах. И уже через 10 лет емкость сети достигла 20 млн.

В настоящее время разработано и начинает внедряться третье поколение сотовых телефонных сетей. Для них разработан уни­версальный международный телефонный стандарт (УМТС), осно­ванный на кодовом разделении каналов (CDMA).