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,
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. 4.1
=96 Ом/км
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,
,
(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
,
Ом/км,
(4.6)
де – розрахункова частота, Гц.
,
Ом/км
Індуктивність симетричної пари розраховується за формулою
,
Гн/км,
(4.7)
де
– абсолютна магнітна проникність
матеріалу провідників, для міді
,
для
,
.
,
Гн/км
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
).
Ф/км
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
,
тому
дорівнює
,
См/км. (4.10)
де
– кут діелектричних втрат ізолюючого
діелектрика. Для суцільної поліетиленової
ізоляції
,
(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
,
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)
(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:
=
,
де α – загасання на максимальній частоті сигналу в технології ADSL.
=