4 Електричний розрахунок лінії

4.1 Розрахунок лінії на постійному струмі та частоті 800 Гц

Основними характеристиками під час оцінки якості мовних сигналів є власне загасання лінії на частоті 800 Гц, яке не повинно перевищувати 4,3дБ. Опір абонентського шлейфу постійному струму не повинен перевищувати 1000 Ом.

Довжина абонентської лінії визначається по трасі дільниці абонентської лінії найбільшої протяжності від КС до розподільчої коробки і абонентської проводки, довжина проводки не перевищує 50 м.

Цей розрахунок виконується для заданого в ТЗ значення діаметру струмоведучих жилок.

= = 45×0,190 = 8,55 Ом

==0,87×0,19= 0,17дБ (4. 1)

де ,– кілометричне загасання та кілометричний опір проводів відповідно .

Норми електричних параметрів кабелів наведені в табл. 4.1.

Параметр	Одиниця вимірювання	Частота, Гц	Нормоване значення
Електричний опір жилок діаметром, мм: 0,32 0,40 0,50 0,70	Ом/км	Постійний струм	216±13 139±9 90±6 45±3
Робоча ємність	нФ/км		45±8
Електричний опір ізоляції, не менше	МОм·км	Постійний струм	5000
Коефіцієнт загасання жилок діаметром, мм 0,32 0,40 0,50 0,70	дБ/км	800	1,9 1,54 1,23 0,87

Довжина лінії визначається м, де– відстань від РШ до найвіддаленішої будівлі,М_П – кількість поверхів. Відстань = 125м. Звідси125 + 5×3+50 = 190м

Таблиця 4. 1 – Нормування електричних характеристик кабелів типу ТП

4.2 Розрахунок параметрів передачі кабелю для лінії доступу з технологією АDSL

Лінії xDSL – це високочастотні лінії, тому необхідно розрахувати параметри передачі та взаємних впливів в діапазоні використання технологій xDSL.

Технології передачі xDSL, до яких на сьогодні відносяться технології, регламентовані рекомендаціями ITU G.991 - G.993, розроблені безпосередньо для задач побудови цифрових високошвидкісних абонентських ліній, які використовують існуючі кабелі місцевої телефонної мережі. До основних характеристик обладнання зв'язку xDSL належать:

- використання середовищем передачі існуючих абонентських двопроводових ліній передачі на мідному кабелі і забезпечення високої достовірності передачі даних, яку можна порівняти з якістю, характерною для волоконно-оптичних ліній зв'язку;

- високий ступінь адаптації до частотних характеристик каналу передачі, що дозволяє не пред'являти високих вимог до його стану;

- електромагнітну сумісність з існуючим на абонентській мережі обладнанням зв'язку;

- здійснення дистанційного живлення абонентського обладнання безпосередньо лінією, що використовується для передачі;

- сумісність практично з будь-яким існуючим телефонним і мережним обладнанням за технологіями передачі.

Існує ряд технологій xDSL - ADSL, sh.DSL, HDSL, IDSL. У курсовій роботі використовується технологія ADSL.

Асиметрична xDSL-лінія, або ADSL (Asymmetric DSL) – забезпечує передачу до 6,144 Мбіт/с в напрямку "від мережі до абонента" (низхідному напрямку) і до 640 кбіт/с в напрямку "від абонента до мережі" (висхідному напрямку) і найдоцільніша для доступу до Інтернет. Обладнання ADSL деяких виробників дозволяє досягати швидкостей до 8 Мбіт/с в низхідному напрямку і до 1 Мбіт/с у висхідному напрямку. Технологія ADSL дозволяє зберегти існуючий телефонний зв'язок. Спектр лінійного сигналу ADSL наведений на рис. 4.1

Рисунок 4. 1 – Спектр лінійного сигналу ADSL

Технологія ADSL використовує метод розділення смуги пропускання мідної телефонної лінії на декілька частотних смуг (вони звуться носійними). Це дозволяє одночасно передавати декілька сигналів по одній лінії. Під час використання ADSL різні носійні одночасно переносять різні частини даних, що передаються. Цей процес відомий як частотне ущільнення лінії зв'язку (Frequency Division Multiplexing - FDM). При FDM один діапазон виділяється для передачі "висхідного" потоку даних, а інший діапазон для "низхідного" потоку даних. Діапазон "низхідного" потоку в свою чергу ділиться на один або декілька високошвидкісних каналів і один або декілька низькошвидкісних каналів передачі даних. Діапазон "висхідного" потоку також ділиться на один або декілька низькошвидкісних каналів передачі даних.

Розрахунок первинних і вторинних параметрів необхідно розробити для свого підканалу.

×10= 8×4,3125×10=345 кГц,

де – частотне рознесення носійних, рівне 4,3125 кГц.

У цій частині курсової роботи необхідно розрахувати радіус зони, в якій можливе застосування технології АDSL. Це технологія так званої „останньої милі”, яка призначена для передачі високошвидкісних цифрових сигналів. Кожна з технологій АDSL має свої особливості, швидкості передачі, смуги частот. Ці параметри зумовлюють радіус зони, в якій можливо застосування технологій АDSL без проміжних регенераторів.

У курсовій роботі розраховуються первинні та вторинні параметри передачі в діапазоні частот, який визначається технологією АDSL.

До первинних параметрів передачі належать:

• електричний опір проводів;

• електрична ємність;

• індуктивність (зовнішня і внутрішня);

• провідність ізоляції.

Під час розповсюдження електромагнітної енергії лініями передачі спостерігаються такі явища:

• поверхневий ефект;

• ефект близькості сусідніх проводів;

• вплив оточуючих металевих мас (сусідніх кабелів, металевих оболонок тощо).

Ці явища призводять до зростання зі збільшенням частоти активного опору та провідності ізоляції, зменшення індуктивності.

Міжпроводова ємність практично від частоти не залежить, тому що в досить широкому діапазоні частот відносну проникливість можна вважати постійною.

Найсуттєвіше змінюється електричний опір кола

, (4.2)

де – опір постійного струму;– додатковий опір внаслідок поверхневого ефекту;– додатковий опір внаслідок ефекту близькості;– опір, обумовлений втратами в оточуючих металевих масах.

Первинні параметри передачі є погонними і розраховуються для лінії довжиною 1 км.

Опір постійного струму однієї жилки доцільно взяти з табл. 4.4

Активний опір симетричних кіл змінному струму розраховується за формулою:

= Ом/км, (4.3)

де – відстань між центрами провідників у симетричній парі, мм;– коефіцієнт скручування, який враховує збільшення довжини кабелю внаслідок скручування осереддя,=1,01...1,07.

Функції ,,– це складні комбінації функцій Бесселя від комплексного аргументу,

=0,021×0,32=4,0 (4.4)

де – радіус провідника,– коефіцієнт вихрових струмів. Для мідних провідників,– розрахункова частота, Гц.

Відстань між центрами провідників визначається діаметром жилок та товщиною ізоляції . Товщину ізоляції прийняти рівною радіусу провідника. Для значень аргументу функцій,,. Ці функції можна обчислювати за приблизними формулами

, ,. (4.5)

Якщо , для визначення значень цих функцій необхідно скористуватися таблицею 4.2.

Таблиця 4. 2 – Значення функцій F, G, H та Q

kr	F(kr)	G(kr)	H(kr)	Q(kr)
0	0		0,0417	1
1,0	0,00519	0,01519	0,053	0,0997
2,0	0,0782	0,1724	0,169	0,961
3,0	0,318	0,405	0,348	0,945
4,0	0,678	0,584	0,466	0,686
5,0	1,042	0,755	0,530	0,556
7,0	1,743	1,109	0,596	0,400
10,0	2,799	1,641	0,643	0,286

Додатковий опір внаслідок ефекту оточуючих металевих мас для кабелів парного скручування, якими є кабелі абонентських ліній на частоті понад 30 кГц, визначається

== 10,5 Ом/км, (4.6)

де – розрахункова частота, Гц.

Індуктивність симетричної пари розраховується за формулою

= Гн/км (4.7)

де – абсолютна магнітна проникність матеріалу провідників, для міді, для,.

У (4.7) перший додаток відповідає зовнішній індуктивності проводів, а другий — внутрішній.

Під час розрахунку електричної ємності багато парних кабелів враховується взаємодія електричних полів провідників, що розташовані в безпосередній близькості один до одного. Ємність для парного скручування розраховується за виразом

, Ф/км, (4.8)

де — відносна діелектрична проникність ізоляції (для поліетиленової суцільної ізоляції).

Провідність ізоляції дорівнює

, (4.9)

де — провідність при постійному струмі;— при змінному струмі. Для багатопарних кабелів міської телефонної мережі на частотах понад 30 кГц виконується співвідношення, томудорівнює

, См/км (4.10)

де – кут діелектричних втрат ізолюючого діелектрика. Для суцільної поліетиленової ізоляції

= 12,6×, (4.11)

де – розрахункова частота, Гц.

Вторинні параметри передачі пов’язані з первинними. До вторинних параметрів передачі належать:

• коефіцієнт згасання;

• коефіцієнт фази;

• хвилевий опір;

• швидкість розповсюдження енергії.

Коефіцієнт фази, швидкість розповсюдження енергії та хвилевий опір дорівнюють:

= 8,57 рад/км; км/с;Ом. (4.12)

На високих частотах (f > 30 кГц) коефіцієнт згасання та хвилевий опір доцільно визначити безпосередньо конструктивними параметрами

дБ/км; (4.13)

Ом. (4.14)

У (4.13) перший додаток визначає втрати в металі, а другий – втрати в діелектрику.

Надалі розраховується припустима довжина абонентської лінії, виходячи із значення енергетичного бюджету системи S:

= (4.15)

де α – загасання на максимальній частоті сигналу в технології ADSL.

4.3 Розрахунок параметрів взаємних впливів

Взаємні впливи розраховуються для сусідніх пар кабелів, тому їх можна розраховувати за методикою розрахунків для симетричної четвірки.

До параметрів взаємних впливів належать:

• перехідне згасання на ближньому кінці;

• перехідне згасання на дальньому кінці;

• захищеність на дальньому кінці.

Взаємні впливи розраховуються на тій самій частоті, що й параметри передачі, для довжини лінії, розрахованої в попередньому розділі. Для розрахунку взаємних впливів необхідно спочатку обчислити первинні параметри взаємних впливів. Вихідні дані для розрахунку наведені в ТЗ.

Ємність k₁ та магнітні зв’язки m₁ мають випадковий характер. Активні та реактивні зв’язки пов’язані співвідношеннями /= 0,1…0,15;r/m=0,2…0,3, =.

Слід також використати залежність /=.

Перехідні загасання на ближньому кінці А₀, на дальньому А_L та захищеність А_з на високих частотах з придатною точністю розраховуються за формулами:

; (4.16)

;

;

де — постійна розповсюдження,;L— довжина лінії, км.

Електромагнітні зв’язки на ближньому кінці та на дальньомурозраховуються за формулами

. (4.17)

Електричний вплив та магнітнийвизначаються виразами

; . (4.18)

Розрахунки:

; ;

g =

((

((

Одержані значення параметрів взаємних впливів ,,слід порівняти з нормами. Для передачі цифрових сигналів АDSL потрібно виконання норм32дБ(86, 6дБ > 32дБ); 36дБ (63, 7дБ > 36 дБ).

4.4 Розрахунок волоконно-оптичної з’єднувальної лінії

У відповідності з технічним завданням необхідно організувати волоконно-оптичну з’єднувальну лінію між КС та вузловою станцією. Вихідні дані для розрахунку відповідно варіанту наведені в ТЗ:

– кількість ЗЛ - 250;

– –енергетичний потенціал – 22дБ;

• –енергетичний запас – 6дБ;

• вікно прозорості ВС - 3;

• –довжина лінії, км -15км;

• –ширина спектру випромінювача, нм - 16нм.

Необхідно також вибрати систему передачі. Рівень системи та її швидкість передачі визначається кількістю ліній. Ці дані наведені в табл.4.3.

Таблиця 4.3 – Технічні характеристики системи передачі

Рівень	Тип системи	Кількість ЗЛ	Швидкість передачі, Мбіт/с
Е1	ІКМ-30	30	2,048
Е2	ІКМ-120-4/5	120	8,448
Е3	ОТГ-35	480	34, …

Для організації зв’язку необхідно обрати тип оптичного кабелю. Для організації ЗЛ використовується одна або декілька однотипних систем передачі. В цьому разі слід обчислити необхідну кількість оптичних волокон в кабелі та вибрати кабель у відповідності з таблицею 4.4. Навести поперечний перетин кабелю.

Таблиця 4.4 – Волоконно-оптичні кабелі

Маркорозмір	Кількість ОВ
ОКЛ-3-ДА4-14Е-0,40Ф3,5/0,30Н19-4/0	4
ОКЛ-3-ДА4-14Е-0,40Ф3,5/0,30Н19-8/0	8
ОКЛ-3-ДА4-34Е-0,40Ф3,5/0,30Н19-12/0	12
ОКЛ-3-ДА4-44Е-0,40Ф3,5/0,30Н19-16/0	16
ОКЛ-3-ДА4-44Е+1х2Е-0,40Ф3,5/0,30Н19-18/0	18
ОКЛ-3-ДА4-64Е-0,40Ф3,5/0,30Н19-24/0	24

Рисунок 5.1. – Поперечний переріз ОК

Для з’єднувальної лінії доцільно обрати одномодовий оптичний кабель. Вибираючи кількість оптичних волокон у кабелі, слід враховувати, що одне ОВ задіяне на передачу, а одне на прийом для кожної системи передачі з’єднувальної лінії. Одне ОВ використовується для тестування лінії, тому слід передбачити резервні волокна та ОВ для розвитку мережі.

Довжина з’єднувальної волоконно-оптичної лінії зв’язку обмежується втратами в лінійному тракті та дисперсію. Оскільки довжина лінії визначена завданням, необхідно перевірити виконання енергетичного співвідношення

, (5.1)

22 - (0, 4×15 + 0, 11×14) ≥ 6

14,46≥6

де – кілометричне загасання кабелю;– кількість нероз’ємних з’єднань. Кількість нероз’ємних завдань дорівнює, де– будівельна довжина кабелю. Для кабелів з’єднувальних ліній =1000м. Якщо умова (5.1) не виконується, необхідно запропонувати заходи для ії виконання.

Ці заходи такі: використання кабелю з меншим загасанням, підвищення потужності оптичного передавача, підвищення чутливості оптичного приймача, зменшення додаткових витрат в кабелі.

Надалі необхідно визначити довжину регенераційної дільниці, обмежену дисперсією

(5.2)

де — швидкість передачі системи, біт/с;— хроматична дисперсія у ВС,

, де — питома хроматична дисперсія пс/нм·км;— ширина спектру випромінювача, нм.

ВИСНОВОК

В ходы даної роботи ми проводили проектування мережі абонентських ліній мікрорайону з використанням технології xDSL. В першому розділі ми розраховували ємність мережі, тобто кількість абонентів житлового сектору на перспективу 5 років згідно з коефіціентом телефонної щільності, який для України становить 0,3 та здійснили вибір комутаційного обладнання.

В другому розділі ми визначили центр телефонного навантаження, сумарна відстань від якого до кожного ПАД є мінімальною. В третьому розділі ми здійснили проектування розподільчої та магістральної мереж. Виділили шафові райони, визнаили їх цент та ємність. В розподільчих шафах виконали кросування для підключення телефонних апаратів, перерозподіл магістральних та розподільчих кабелів при ремонтих роботах та зміненні навантажння по окремих напрямках. Вибрали один шафовий район для котрого спроектували розподільчу мережу. Четвертий розділ містить в собі розрахунок електричних параметрів лінії, тобто її основні характеристики – загасання лінії на частоті 800 Гц, яке не повинно перевищувати 4,3 дБ; опір параметрів передачі кабелю для лінії доступу з технологією ADSL, розрахунки її первинних та вторинних параметрів передачі в діапазоні частот, який визначається технологією ADSL; визначення параметрів взаємних впливів.

У п’ятому розділі визначили параметри волоконно-оптичної з’єднувальної лінії, тобто втрати в лінійному тракті та дисперсію.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи. Учебник для вузов. – М.:Радио и связь, 1998. – 554 с.

2. Ковальчук В.К. Конспект лекций по курсу "Линии передачи". Харьков: "Компания СМИТ", 2006. – 160с.

3. Багатоканальний електрозв'язок та телекомунікаційні технології / За ред. Попівського В.В. Підручник для студентів вузів. – Харків: "Компанія СМІТ", 2003. – 512 с.

4. Соколов Н.А. Сети абонентського доступа.– Пермь: Звезда, 1999.–305с.

ДОДАТОК А – СХЕМА АБОНЕНТСЬКИХ ЛІНІЙ РАЙОНУ

ДОДАТОК Б – СХЕМА РОЗПОДІЛЬЧОЇ МЕРЕЖІ

ДОДАТОК В – СХЕМА МАГІСТРАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ

ДОДАТОК Г - КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

Номер	Назва етапів курсової роботи	Термін виконання етапів роботи	Примітка
1	Визначення ємності мережі та вибір комутаційного обладнання	10 квітня 2015р
2	Визначення місця розташування комутаційного обладнання	20 квітня 2015р
3	Проектування магістральної та розподільчої мережі	30 квітня 2015р
4	Електричний розрахунок лінії	10 травня 2015р

Студент______________________

^{(підпис)}

Керівник проекту_________________

^{(підпис)}