Абонентские и соединительные линии

Терминалы подключаются к станции с помощью абонентских линий.

Абонентская линия местной телефонной сети ("последняя миля" — lastmile) соединяет оконечное абонентское телефонное устройство с телефонной станцией.

Абонентская линия вследствие малой пропускной способности стала основным узким местом, сдерживающим развитие новых услуг связи. Эта часть сети количественно является самой массовой, поскольку в конечном итоге каждый абонент сети должен иметь свой вход в сеть, поэтому таких входов должно быть, по крайней мере, не меньше, чем абонентов . При введении современных услуг и терминалов проблема заключается в том, что прямая замена абонентской проводки современными линейными средствами с высокой пропускной способностью (например, оптическими кабелями) в короткие сроки экономически невозможна. Поэтому в течение достаточно большого периода основные решения будут связаны с использованием существующих линейно-кабельных сооружений. Знание устройства существующей линейно-кабельной сети необходимо при переходе к новым услугам.

Соединительные линии (СЛ), или линии межстанционной связи, соединяют между собой телефонные станции и в существующих сетях, как и абонентские линии, реализуются с помощью линейно-кабельных устройств.

Соединительные линии в настоящее время наряду с абонентскими линиями составляют одну из основных частей сети.

Возможность успешного обеспечения высокоскоростной передачи данных по существующей кабельной сети во многом зависит от способности этой сети передавать сигналы с высокой частотой и цифровые сигналы. Основные препятствия, которые могут возникнуть при организации систем высокоскоростной передачи данных по существующей кабельной сети, состоящей из медных пар телефонных проводов, это - установленные устройства и компоненты (магистральные и распределительные кабели, соединительные устройства, кроссы и защитные приборы), рассчитанные на предоставление традиционных услуг телефонной связи;

Абонентская линия местной телефонной сети состоит из участков, которые рассматриваются ниже.

Линейный участок абонентской линии местной телефонной сети

, , , участок абонентской линии местной сети от контактов кроссового оборудования станции до розетки телефонного аппарата.

Основная система построения абонентской сети, которую нужно учитывать при внедрении любых новых услуг, например цифровых высокоскоростных абонентских линий - шкафная. При этом абонентская сеть делится на три участка (, , .

Абонентская проводка ("Последний фут") - от розетки телефонного аппарата до телефонной распределительной коробки (РК), которая находится на ближайшем расстоянии от места установки оконечного терминала. В коробку сводятся двух парные телефонные провода от 10-20 терминалов и одна испытательная пара. Максимальная длина этого участка - 150 м. Для сельских сетей устройство, собирающее абонентские провода (для воздушных линий они могут выполняться металлическим проводом), называется кабельным ящиком (КЯ) и, по сравнению с РК, рассчитывается на более жесткие условия окружающей среды.

Распределительный участок абонентской линии местной телефонной сети - участок абонентской линии местной телефонной сети от распределительного кабельного шкафа до абонентского пункта.

Магистральный участок абонентской линии местной телефонной сети — участок абонентской линии местной телефонной сети от кроссового оборудования до распределительного кабельного шкафа. Он включает участки межшкафной связи, или до абонентского пункта, который расположен в зоне, примыкающей к телефонной станции, телефонной подстанции или концентратору в радиусе до 500 м.

На рис. 1.1 показан пример линейного участка абонентской линии местной телефонной сети. В левой части рисунка находится АТС, от которой распределяются 1000 пар (1000x2). Проходя по сети, пары в данном примере разводятся на магистральном участке по распределительным шкафам, сначала группами по 300 пар (300x2) и далее группами по 200 пар.

На распределительном участке линии распределяются по 50 пар и далее по 20 и 10 пар. Проводка до абонентской телефонной розетки выполняется однопарным телефонным проводом, а при воздушных линиях — металлическими проводами без изоляции.

Средняя длина линейного абонентского участка абонентской линии в местной городской сети — около 2,5 км.

Соединительные линии местной телефонной сети

Соединительные линии (СЛ) городской телефонной сети соединяют районные автоматические и узловые телефонные станции между собой и телефонную подстанцию или концентратор с опорной станцией городской телефонной сети.

При связи в сельских районах СЛ соединяет оконечные и узловые телефонные станции (УС) между собой, а также оконечные (ОС) и узловые станции с центральной телефонной станцией. В междугородней связи СЛ применяются для связи с междугородними телефонными станциями (АМТС).

Средняя длина соединительной линии — 4-12 км.

Стоимость абонентских и соединительных линий составляет большую часть стоимости сети.

Величина, показывающая удельную протяженность абонентских линий на сети, выражается в км/1000 номеров АТС. Эта величина показана в .

Характеристики кабелей и проводов

Параметры проводов и кабелей сегодня привлекают особое внимание, поскольку существенно влияют на расширение полосы передачи и, следовательно, на предоставляемые услуги, рассматриваемые в этой книге в дальнейшем. Например, при использовании цифрового уплотнения абонентских линий (xDSL - Digital Subscriber Line) требуется полоса пропускания частот не менее 160 Кбит/с, а в дальнейшем до 8 Мбит/c.

Основные физические параметры, влияющие на возможность расширения услуг - это сопротивление абонентских и соединительных линий постоянному току, сопротивление утечки, емкость и индуктивность линии. Эти параметры носят распределенный характер и зависят от длины и марки кабеля. Для различных расчетов их часто представляют в виде двухполюсника, образованного реальными конденсаторами и резисторами, так, как это показано на рис. 1.2 для абонентской линии; аналогичное представление используется и для соединительной линии.

Согласно рис. 1.2 сопротивление постоянному току одной линии равно:

Разность сопротивлений проводов называется асимметрией: $$\Delta R=R_a-R_b$$.

На других участках абонентских линий и на соединительных линиях ГТС рекомендуется использовать многопарные кабели типа ТП, МКС с медными жилами диаметром 0,32, 0,4, 0,5 и 0,64 мм и кабели типа Т с медными жилами диаметром 0,4, 0,5, 0,64 мм.

Величина асимметрии нормируется. Обычно для передачи речи норма принимается не более 1% от номинальной величины сопротивления линий в виде емкостей и резисторов.

Для передачи высокоскоростных данных эта норма должна быть уменьшена. Ниже приводятся характеристики некоторых марок проводов.

, (телефонный распределительный) с медными жилами диаметром 0,4 и 0,5 мм.

Некоторые сведения характеристик проводов и кабеля приводятся в Ссылки на ГОСТ, ОСТ и другие официальные документы здесь и далее приводятся для указания источника сведений при авторской трактовке. Приводимые данные не могут быть использованы ни у каких целях как официальные данные).

Рабочая емкость электрических цепей кабельных линий ГТС, пересчитанная на 1 км длины, составляет в зависимости от марки кабеля не более 50-55 нФ. Электрическая емкость измеряется между двумя жилами цепи при заземленных остальных жилах, экране и (или) оболочке кабеля.

Индуктивность кабелей находится в пределах 4,75-7,04 10-4 Гн/км.

Сопротивление изоляции показаны в таблице 1.4.

Параметры реальной абонентской линии, проложенной в условиях городской телефонной канализации, отличаются от параметров телефонного кабеля. Большую роль при этом играют условия, в которых проложен кабель (трубопроводы или тоннели, или грунт, или подводный кабель). Большие изменения вносит качество соединений кусков кабелей, соединительные муфты, способ и качество коммутации в распределительных коробках и шкафах. Физические дефекты кабеля могут привести (и приводят) к местному изменению его электрических характеристик, что существенно ухудшает работу широкополосных систем передачи. Каждая кабельная муфта может быть подвержена коррозии, проникновению воды и изменению своего сопротивления (с полным или частичным обрывом соединения).

Частично эти показатели тоже нормированы (например, величина затухания при сращивании кабелей), но в данной книге рассматриваться не будут.

В настоящее время появились новые стандарты на широкополосные кабели с частотной полосой более 200 МГц, которые опираются на иные, чем ранее, характеристики и форму их представления .Эти стандарты выпущены американской ассоциацией телекоммуникационной индустрии TIA — (Telecommunication Industry Association).

Новшество заключается, например, в представлении стандартных требований в виде уравнений (как мы видим, большинство норм в настоящее время задается в табличном, либо в цифровом виде). Причина такого изменения в том, что современные анализаторы кабельных систем позволяют строить графические зависимости по аналитическим выражениям легко и просто. Считается, что графическая форма более наглядна.

Кроме того, новшества коснулись наименования и состава участков сети.

Основные требования к абонентской линии

Приведем ( .

Данные, приведенные в таблице 1.4 , показывают требования, предъявляемые при предоставлении услуг при передаче речи при установленном обычном телефонном соединении. Услуги при передаче данных с помощью модема и организации передачи речи через Internet предъявляют другие, более жесткие требования к физическим параметрам линий и станции (станционного четырехполюсника). Точнее, они требуют жесткого выполнения объявленных норм и идеального содержания всех участков линейных и станционных сооружений. Одним из важнейших показателей является затухание линий и их частотные зависимости.

Кроссы и элементы защиты

Кроссы предназначены для ввода на станцию кабелей абонентских, соединительных линий и аналоговых и цифровых уплотненных линий.

Кросс — это коммутационное поле для электрического подключения и механической фиксации окончаний кабелей и защитных элементов, предоставляющее возможность коммутации преимущественно с помощью проводов и перемычек.

Наибольшие ограничения на развитие современных видов услуг накладывают элементы, устанавливаемые в кроссах для защиты устройств и линий.

В соответствии со стандартом , электрической защите в кроссах станций с помощью разрядников и предохранителей в 100%-м объеме подлежат линии, включенные в цепи кабелей (подземных, подвесных и проложенных по стенам зданий):

Функционально устройства защиты разделяются на:

В качестве элементной базы производители устройств защиты используют:

Они устанавливаются со станционной и абонентской сторон .

Угольные грозоразрядники (защита по напряжению). При большом напряжении они меняют свое сопротивление ("пробиваются") и замыкают электрическую цепь "на себя", защищая абонентскую линию и приборы станции. Напряжения "пробоя" угольного разрядника зависит от типа и составляет 230-500 В для статического напряжения при времени срабатывания 2 с. После разряда гарантируется напряжение не более 80 В при токе 120 мА. Межэлектродная емкость (которая может влиять на передачу высокоскоростных данных) равна 10 пФ. Применяемые также газонаполненные разрядники обеспечивают пробой примерно при тех же уровнях напряжения и имеют те же временные и емкостные характеристики, что и угольные.

Термические катушки (защита по току) — предохранители многоразового действия. Они включаются в случае нагревания до определенной температуры и отключают защищаемую цепь. Основные параметры термических катушек: ток срабатывания — 0,11-014 А, время срабатывания — от 10-55 с, сопротивление — 20 Ом.

Однако элементная база (разрядники и предохранители) схем защиты, представленных в ГОСТ 5238-81, по своим характеристикам не обеспечивает надежную защиту оборудования АТС от опасных напряжений и токов. Особенно это касается АТС с электронными системами коммутации (ЭАТС), где компоненты наиболее чувствительны к посторонним электромагнитным воздействиям. Чаще всего электромагнитными импульсами, приходящими со стороны линии, повреждаются абонентские комплекты ЭАТС, где наиболее "слабое" место находится на печатной плате внутри одного из электронных коммутаторов.

Каждый из элементов защиты имеет собственную электрическую емкость, индуктивность и сопротивление. Они не оказывают никакого отрицательного воздействия на традиционную телефонную связь и низкоскоростную передачу данных. Но эти элементы могут ухудшать передачу высокочастотных цифровых сигналов, в значительной мере ограничивая скорость передачи данных и максимальную длину телефонной линии, по которой эти данные могут передаваться. В частности, это относится к защитным устройствам, включающим в себя термическую катушку (имеющую относительно высокую индуктивность для увеличения чувствительности и более быстрого срабатывания).

Поскольку за время срабатывания современные электронные устройства на стороне станции выходят из строя, и такая защита становится бессмысленной, в настоящее время разработана более быстродействующая защита .

В последнее время наиболее эффективным средством защиты аппаратуры от любых импульсных напряжений признаны , .

Варисторы [англ. varistor, от variable — переменный и resistor — резистор — это нелинейные резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. Отличительной чертой варистора является двухсторонняя симметричная и резко выраженная нелинейная вольтамперная характеристика.

При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. Это изменение происходит примерно за 25 нс. При этом через варистор может протекать импульсный ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после исчезновения помехи его сопротивление вновь становится большим. Таким образом, включение варистора параллельно защищаемому устройству не влияет на работу последнего в нормальных условиях, но гасит импульсы опасного напряжения.

В импульсном режиме через варистор протекает большой ток, вследствие чего необходимо опасаться выхода его из строя из-за перегрева. Поэтому нужно использовать варисторы с рассеиваемой мощностью большей, чем расчетная. Для расчета варисторов, защищающих те или иные цепи от грозового разряда, иногда приводят сведения о напряжении на вариаторе при воздействии стандартного грозового импульса, который имеет емкость около 100 нФ.

, . Они переходят из закрытого состояния (с большим сопротивлением) в открытое (с малым сопротивлением) при определенном значении напряжения на электроде управления. Тиристоры работают как ключи в импульсных режимах с токами, значительно превышающими допустимые постоянные токи в открытом состоянии. Время его перехода к проводящему состоянию приблизительно 1 нс. Однако, емкость тиристора около 200 пФ. Тиристор рассчитан на пропускание большого тока - свыше 10 А.

Для защиты по току кроме термических катушек и плавких вставок в настоящее время применяют позисторы. Это полупроводниковые приборы с отрицательной температурной характеристикой сопротивления. Они увеличивают свое сопротивление при нагревании. Время срабатывания позисторов — около 2 с, пропускаемый ток — от 3 А. Однако они вносят в цепь передачи информации довольно большое сопротивление 5-50 Ом, в отличие от плавкой вставки, которая вносит сопротивление 1x10-4 Ом при времени срабатывания 5 с, немного превышающее время срабатывания позистора.

В соответствии с установленными требованиями К.20 МСЭ-Т, К.11 МСЭ-Т и МС-06-16.02.1989 г., выпускаемое оборудование ЭАТС должно выдерживать без повреждений воздействие электромагнитных помех амплитудой до 1000 V при отсутствии дополнительной защиты в кроссе. При этом допускается частичное повреждение оборудования от воздействия напряжения сети 220 В, 50 Гц. В связи с этим в абонентских комплектах современных электронных АТС устанавливается собственная защита от перенапряжения. При изучении влияния элементов защиты на передачу скоростной информации надо учитывать, что устройства защиты могут устанавливаться неоднократно. На .

Пример установки электрической защиты на абонентской линии, состоящей из кабеля и воздушной линии.

Краткие итоги

Задачи и упражнения