Российский Государственный Университет нефти и газа
им. И.М.Губкина
Учебно-исследовательский центр повышения квалификации
Методическое пособие
Построение и контроль цифровых систем передачи магистральных, внутризоновых, местных и абонентских линий связи на базе медных кабелей.
Составитель: Птичников М.М.
Москва
2007
Содержание
Медные кабели магистральных, внутризоновых, местных и абонентских линий связи.
1.1. Общие положения
1.2. Направляющие системы и электромагнитное поле в металлических кабелях.
1.3. Основные технические характеристики кабельных линий.
1.4. Согласование кабельной линии с нагрузкой
1.5. Особенности передачи импульсного сигнала по кабельным линиям
Соединительные устройства медных линий.
2.1. Общие технические требования.
2.2. Типы соединительных устройств.
Методы контроля металлических кабельных линий.
Измерение первичных параметров.
Измерение вторичных параметров.
Рефлектометрические измерения.
Поиск кабелей, трассирование кабельных линий.
Контрольно-измерительные приборы для металлических кабелей.
Цифровые линейные тракты
Линейные и стыковые цифровые сигналы
Факторы, влияющие на качество передачи цифровых сигналов
Регенерация линейного сигнала.
Сервисные подсистемы цифровых линейных трактов.
4.5. Защита аппаратуры линейных трактов от опасных и мешающих влияний.
5. Методика проведения пуско-наладочных, профилактических и ремонтных работ на линиях, построенных на базе металлических кабелей.
Сокращения.
Рекомендуемая литература. Перечень контрольных вопросов по разделам.
Медные кабели магистральных, внутризоновых, местных и абонентских линий связи.
Общие положения
Несмотря на огромные объёмы внедрения волоконно-оптических кабелей и широкого использования радиосистем для организации соединительных и абонентских линий, металлические кабели по-прежнему доминируют в составе всех уровней транспортных и особенно абонентских сетей. Разработчикам и операторам связи приходится иметь дело с огромным количеством типов этих кабелей, выпускавшихся и выпускаемых в настоящее время целым рядом отечественных и зарубежных предприятий. При этом практически все работающие на сетях кабели проектировались для передачи аналоговых сигналов, занимающих несравненно более узкие полосы частот по сравнению с цифровыми сигналами с аналогичной информативностью. Исключение составляет только весьма ограниченная номенклатура специальных импульсных кабелей для внутристанционных соединений.
Металлические кабели стабильны и долговечны, и было бы просто нерациональным отказаться от их дальнейшего использования в процессе цифровизации сетей. Ряд предприятий-изготовителей проводит частичную модернизацию выпускаемых кабелей, которая обеспечивает более высокую технологичность их производства, однако электрические параметры кабелей, в основном, остаются неизменными или частично улучшаются. Такая модернизация зачастую происходит без изменения наименований и маркировки кабелей.
В настоящее время наиболее распространённым является процесс замены аналоговых систем передачи на цифровые и устаревших цифровых на современные, проходящий в рамках реконструкции существующих линий. Сохранение старых линейно-кабельных сооружений позволяет на 85% сократить расходы на капитальное строительство по сравнению с вариантом прокладки ВОЛС. Особенно актуален указанный вариант в процессе модернизации СТС (по некоторым сведениям, протяжённость линий сельской телефонной связи составляет в нашей стране 1,3 млн. км), и на внутризоновых сетях (их протяжённость лежит в пределах 90 тыс. км). Так как линии местных и внутризоновых сетей являются основной средой передачи компонентных сигналов, формирующих в дальнейшем агрегатные сигналы синхронных транспортных магистральных сетей, это позволяет не только сэкономить значительные средства, но и существенно ускорить процесс внедрения передовых технологий на сетях связи.
Направляющие системы и электромагнитное поле
в металлических кабелях.
Передача сигналов в форме так называемых электромагнитных возмущений осуществляется по направляющим средам, в том числе по металлическим кабелям. При этом, в зависимости от степени воздействия передаваемого сигнала на окружающую среду и, наоборот, окружающей среды на передаваемый сигнал, линии передачи делятся на открытые и закрытые. Одним из основных факторов, определяющих степень закрытости системы, является эффективность экранировки кабеля, минимизирующей отток энергии сигнала. Качественные показатели экранирования определяются, с одной стороны, конструкцией (материалом и толщиной экранирующей оболочки и материалом изоляции), а с другой – условиями работы кабеля, в первую очередь, защищённостью от механических воздействий, а также температурой окружающей среды и влажностью. Такие воздействия, в первую очередь, сказываются на емкостных характеристиках кабеля. Следствием этого являются резкие изменения свойства кабеля в случае нарушения герметичности и попадания влаги внутрь кабеля, при его механических повреждениях или ошибках при монтаже линейно-кабельных сооружений.
При оценке степени воздействия кабельной линии на окружающую её среду отдельно анализируются так называемые ближняя и дальняя зоны влияния (рис.1.1).
Рис. 1.1: Зоны влияния проводника.
Величина переносимой по эфиру энергии (то есть излучения) в ближней зоне, как правило, незначительна. Напротив, процессы, происходящие в дальней зоне, могут характеризоваться значительным переносом энергии во внешнюю среду. В дальней зоне вся энергия сигнала оказывается сосредоточенной непосредственно около источника возмущения, при этом происходит её перенос в окружающую среду и многократно описанный в технической литературе процесс взаимного преобразования электрического и магнитного полей. Вместе с тем, необходимо иметь в виду, что такое деление полей является чисто условным. В действительности, мы имеем дело с единым электромагнитным процессом. Название в данном случае определяется необходимостью подчеркнуть те или иные преобладающие факторы происходящих процессов. Магнитное поле создаётся цепями с малым сопротивлением, для которых характерны большие токи и сравнительно низкие напряжения. Электрическое поле, наоборот, обуславливается цепями с большим сопротивлением и малыми протекающими токами.
Границей ближней и дальней зон (см. рис. 1.1) можно считать некоторую окружность с центром в центре проводника и радиусом R, причём величина R определяется выражением:
R = λ/π, (1.1)
где λ – длина волны сигнала, передаваемого по кабелю. В соответствии с уравнениями Пойнтинга применительно к кабелю, преобладающим фактором является магнитная составляющая, степень интенсивности которой убывает обратно пропорционально частоте сигнала. Напряжённость электрического поля характеризуется его обратной квадратичной зависимостью от частоты сигнала. Именно электрическая компонента поля считается наиболее существенной при оценке воздействия излучения кабеля на окружающие объекты.
Следует отметить, что указанное выше воздействие, как правило, весьма незначительно. Оно бывает сколько-нибудь заметным для коаксиальных линий в случае нарушения целостности и экранирующих свойств оболочки (экрана) кабеля. Для симметричных кабелей, не имеющих защитного экрана (к ним относится большинство типов многопарных кабелей ГТС и СТС), излучение становится заметным только при существенном нарушении симметрии проводов пары. Такие нарушения могут относиться к технологическим дефектам кабелей и выявляются на этапе контроля качества на предприятии-изготовителе. При точном соблюдении технологической дисциплины асимметрия весьма незначительна. Однако нарушения правил монтажа симметричных кабелей в процессе строительства или ремонта, наличие отводов, неправильно собранных муфт и т. п. приводят к очень заметной асимметрии.
Таким образом, ошибки монтажа, так же, как и неизбежные в условиях массового производства технологические ошибки, приводят к тому, что определённая асимметрия пар металлических кабелей всегда будет иметь место. Следовательно, практически любая скрученная пара кабеля будет излучать энергию или, наоборот, работать, как приёмная антенна, в зависимости от уровня сигнала, проходящего по данному участку кабельной линии. Излучение и, соответственно, поглощение части энергии передаваемого по кабелю или приходящего извне сигнала является причиной возникновения электромагнитных влияний между различными системами передачи, а также между направлениями одной и той же системы.
При разработке и проектировании ЦСП особенное внимание необходимо обратить на вопросы электромагнитной совместимости. Наиболее важно обеспечить электромагнитную совместимость однотипных или разнотипных ЦСП, а так же ЦСП и АСП, работающих по общим носителям, или в пределах одного технического помещения. При этом следует учитывать особенности передачи импульсных сигналов по кабелям, характер их искажений и величину ослабления, а также механизм излучения энергии и, наоборот, наведения на пары кабеля сигналов от внешних источников.
В качестве внутристанционных соединителей в ЦСП широко используются как коаксиальные, так и симметричные кабели. При этом используются как симметричные станционные кабели старых типов, разработанные для построения аппаратуры АСП, такие, как, например, ПВЧС или КМС, так и новые, разработанные для построения структурированных кабельных линий внутристанционного и абонентского доступа. Примером таких так называемых «ИКМ-кабелей», являются кабели типа КВСМ, ГВПВ и ГВПВЭ, КСПвЭВ с числом экранированных витых пар от 1 до 21, а также специализированные кабели для организации цифровых стыков типа RS-283, RS-485, а также различных протоколов передачи данных. Перечисленные кабели имеют волновое сопротивление, равное 120 Ом, за исключением кабелей категории 5Е для передачи данных с волновым сопротивлением 100 Ом. Существенным фактором является также и более высокий расход меди для кабелей старых типов и, соответственно, их сравнительно высокая стоимость. Новые симметричные и коаксиальные кабели, при условии их исправности и соответствия заводской документации, проблем почти никогда не создают, если они, конечно, работают в соответствующем диапазоне частот..
Плоские кабели для межагрегатного монтажа разрабатывались, в первую очередь, для вычислительной техники. Они рассчитаны для передачи цифровых сигналов только на малые расстояния. Поэтому аспекты их использования в аппаратуре ЦСП в дальнейшем мы рассматривать не будем.
Межузловые соединительные линии ЦСП строятся преимущественно на базе многопарных, а также одно- и многочетвёрочных симметричных магистральных кабелей, которые были разработаны во второй половине прошлого столетия исключительно для построения АСП. Объём использования коаксиальных кабелей невелик, и для строительства новых линий коаксиальные кабели не используются ввиду их высокой стоимости. Известно, и, наверное, не нуждается в подробном обосновании, что основные проблемы у разработчиков, проектировщиков и строителей аппаратурных комплексов ЦСП возникают, главным образом, при использовании на линиях симметричных кабелей старых образцов. Поэтому в дальнейшем основное внимание авторов будет сосредоточено на особенностях использования симметричных кабелей для построения цифровых линейных трактов.