
Телекоммуникационные системы и сети. Структура и основные функции. Том 1 / Содержание / Раздел 4. Линии связи / Тема 4.4. Линии связи на основе медных кабелей
- Раздел 1. Основы построения телекоммуникационных систем
- Тема 1.1. Місце систем телекомунікацій в інформаційній інфраструктурі сучасного суспільства
- Тема 1.2. Общая архитектура и задачи телекоммуникационных систем
- Тема 1.3. Классификация сетей, клиентов, операторов и услуг связи
- Тема 1.4. Краткая характеристика существующих телекоммуникационных технологий
- Тема 1.5. Требования к современным и перспективным ТКС
- Тема 1.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 2. Сети связи последующего поколения: архитектура, основные характеристики и услуги
- Тема 2.1. Определение и характеристика основных возможностей NGN
- Тема 2.2. Инфокоммуникационные услуги. Особенности услуг связи следующего поколения
- Тема 2.3. Многоуровневая архитектура и функциональный состав NGN
- Тема 2.4. Перспективы концепции NGN
- Тема 2.5. Контрольные вопросы и задания
- [→] Раздел 3. Стандартизация сетевых протоколов и телекоммуникационного оборудования
- Тема 3.1. Открытые системы и их взаимодействие
- Тема 3.2. Основные организации по стандартизации сетевых решений
- [→] Тема 3.3. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- 3.3.1. Многоуровневый подход и декомпозиция задачи сетевого взаимодействия
- 3.3.2. Интерфейс, протокол, стек протоколов
- 3.3.3. Общая характеристика модели OSI
- 3.3.4. Физический уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.5. Канальный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.6. Сетевой уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.7. Транспортный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.8. Сеансовый уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.9. Представительский уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.10. Прикладной уровень. Функции и примеры протоколов
- [→] 3.3.11. Деление ЭМВОС на сетенезависимые и сетезависимые уровни
- Тема 3.4. Стандартные стеки сетевых протоколов
- 3.4.1. Стек протоколов OSI
- 3.4.2. Стек протоколов TCP/IP
- 3.4.3. Стек протоколов IPX/SPX
- 3.4.4. Стек протоколов NetBIOS/SMB
- 3.4.5. Стек протоколов технологии Х.25
- 3.4.6. Стек протоколов технологии Frame Relay
- 3.4.7. Стек протоколов технологии B-ISDN и АТМ
- 3.4.8. Семейство протоколов DECnet
- 3.4.9. Сетевая модель DoD
- 3.4.10. Связь стандартов IEEE 802 с моделью OSI
- 3.4.11. Стек протоколов сетей следующего поколения
- Тема 3.5. Стандартизация сетевого оборудования
- Тема 3.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 5. Способы формирования групповых сигналов
- Тема 5.1. Краткая характеристика способов формирования групповых сигналов
- Тема 5.2. Способы формирования аналоговых групповых сигналов
- Тема 5.3. Способы формирования цифровых групповых сигналов
- Тема 5.4. Объединение синхронных цифровых потоков
- Тема 5.5. Объединение асинхронных цифровых потоков
- Тема 5.6. Объединение низкоскоростных потоков
- Тема 5.7. Кодовое уплотнение сигналов
- Тема 5.8. Виды сигналов в системах с кодовым разделением
- Тема 5.9. Технология спектрального уплотнения
- Тема 5.10. Формирование группового сигнала с использованием IP-технологий
- Тема 5.11. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 6. Методы доступа
- Тема 6.1. Общая характеристика методов доступа
- Тема 6.2. Методы решения конфликтов в алгоритмах доступа
- Тема 6.3. Модели и архитектура сети доступа
- Тема 6.4. Оптические технологии в сети доступа
- Тема 6.5. Методы использования физических ресурсов в сетях доступа
- Тема 6.6. Особенности использования пространственно-поляризационных параметров при радиодоступе
- Тема 6.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 7. Методы распределения информации
- Тема 7.1. Общие положения
- Тема 7.2. Системы распределения в сетях следующего поколения
- Тема 7.3. Системы коммутации каналов
- 7.3.1. Требования к системам коммутации ISDN
- 7.3.2. Структура узла коммутации каналов ISDN
- Принцип работы цифрового коммутационного поля типа ПВП
- 7.3.4. Общие требования к коммутационным системам в Ш-ЦСИО
- 7.3.5. Выбор коммутационной технологии для Ш-ЦСИО
- 7.3.6. Системы коммутации для АТМ
- 7.3.7. Архитектура и характеристики коммутационных систем на базе быстрой коммутации пакетов (БКП)
- Тема 7.4. Коммутационные системы в NGN
- Тема 7.5. Системы коммутации Ш-ЦСИО на базе асинхронного режима доставки (АТМ)
- Тема 7.6. Пропускная способность систем распределения информации
- 7.6.1. Основные положения пропускной способности систем распределения информации
- 7.6.2. Пропускная способность полнодоступного пучка с потерями простейшего потока вызовов
- 7.6.3. Пропускная способность полнодоступного пучка с потерями примитивного потока вызовов (потока ВОЧИ)
- 7.6.4. Расчет вероятности условных потерь и среднего времени ожидания при случайной продолжительности обслуживания
- 7.6.5. Поток с повторными вызовами
- Тема 7.7. Способы распределения нагрузки в сетях связи
- Тема 7.8. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 8. Системы синхронизации
- Тема 8.1. Виды синхронизации, их роль, место и задачи в современных цифровых системах связи
- Тема 8.2. Фазовая (частотная) синхронизация
- Тема 8.3. Тактовая (символьная) синхронизация
- Тема 8.4. Джиттер и вандер цифровых сигналов
- Тема 8.5. Цикловая (кадровая) синхронизация
- Тема 8.6. Сетевая синхронизация цифровой связи
- Тема 8.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 9. Системы сигнализации
- Тема 9.1. Виды и состав сигналов
- Тема 9.2. Классификация протоколов сигнализации
- Тема 9.3. Внутрисистемная сигнализация в ЦСК
- Тема 9.4. Особенности сигнализации в стыках V.5
- Тема 9.5. Абонентская сигнализация
- Тема 9.6. Оборудование сигнализации современных ЦСК
- Тема 9.7. Специфические особенности украинских систем сигнализации
- Тема 9.8. Методология спецификации и описания систем сигнализации
- Тема 9.9. Цифровая многочастотная сигнализация R2D
- Тема 9.10. Общеканальная система сигнализации № 7
- Тема 9.11. Сигнализация DSS1
- Тема 9.12. Сигнализация в корпоративных сетях
- Тема 9.13. Сигнализация в сетях с коммутацией пакетов
- Тема 9.14. Сигнализация в сетях B-ISDN/ATM
- Тема 9.15. Сигнализация в сети ІР-телефонии
- Тема 9.16. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 10. Технологии и протоколы управления в ТКС
- Тема 10.1. Содержание задач управления в сетях следующего поколения
- Тема 10.2. Подсистема управления услугами
- Тема 10.3. Подсистема контроля и управления сетью
- Тема 10.4. Подсистема сетевого управления на уровнях транспорта и доступа
- 10.4.1. Базовая архитектура управления на уровнях транспорта и доступа ТКС
- 10.4.2. Классификация и маркировка пакетов трафика
- 10.4.3. Управление интенсивностью трафика
- 10.4.4. Управление очередями на сетевых узлах
- 10.4.5. Маршрутизация: цели, основные задачи и протоколы
- 10.4.6. Сигнальные протоколы резервирования сетевых ресурсов
- 10.4.7. Функции управления канального уровня относительно обеспечения QoS
- 10.4.8. Уровни качества обслуживания и соответствующие им модели обслуживания
- Тема 10.5. Перспективы развития технологий сетевого управления
- Тема 10.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 11. Конвергенция в телекоммуникационных системах
- Тема 11.1. Конвергенция в ТКС: история, цели и задачи
- Тема 11.2. Виды конвергенции
- Тема 11.3. Примеры решений относительно конвергенции в системах телекоммуникаций
- Тема 11.4. Качество конвергентных услуг
- Тема 11.5. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 12. Методы обеспечения информационной безопасности объектов телекоммуникационной системы
- Тема 12.1. Основные термины и понятия в сфере информационной безопасности
- Тема 12.2. Основные подходы к обеспечению информационной безопасности
- Тема 12.3. Криптографическая защита информации
- Тема 12.4. Использование механизма электронной цифровой подписи
- Тема 12.5. Техническая защита информации
- Тема 12.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 13. Электропитание телекоммуникационных систем связи
- Тема 13.1. Общие положения
- Тема 13.2. Системы электропитания предприятий электросвязи
- Тема 13.3. Типовое оборудование электроустановок предприятий электросвязи
- Тема 13.4. Дистанционное электропитание
- Тема 13.5. Источники бесперебойного питания (ИБП)
- Тема 13.6. Электромагнитная совместимость источников электропитания
- Тема 13.7. Перспективы развития электропитания ТКС
- Тема 13.8. Контрольные вопросы и задания
4.4.2. Уравнение однородной линии
За фізичною природою параметри кабельних кіл аналогічні параметрам коливальних контурів, складених з елементів R, L, C і G. У контурах ці параметри є зосередженими, а в кабельних колах зв’язку вони рівномірно розподілені вздовж всієї лінії. Ці параметри є погонними, тобто визначаються для лінії довжиною в 1 км. Опір R та індуктивність L є поздовжніми параметрами, вони включені послідовно. Ємність C і провідність ізоляції G — поперечні параметри, вони включені паралельно. Слід зазначити, що індуктивність кола визначається двома складовими — зовнішньою та внутрішньою, тобто L = Lзов + Lвн. Зовнішня індуктивність визначається тільки конструкцією лінії та не залежить від частоти, а внутрішня — поверхневим ефектом, зі зростанням частоти вона зменшується. Параметри R, L, C і G називають первинними параметрами передачі лінії.
Окрім первинних визначають вторинні параметри передачі, вони пов’язані з первинними: загасання кола α, стала поширення γ = α + jβ, хвильовий опір Zхв, постійна фази β, швидкість поширення енергії в лінії Vп.
На рис. 4.4.3 наведено еквівалентну схему двопроводової однорідної лінії з первинними параметрами R, L, C та G. На початку лінії підключений генератор з вихідним опором Z0, а наприкінці лінії — навантаження Zl. Позначимо струм і напругу на початку лінії I0, U0, наприкінці — Il, Ul.
Рис. 4.4.3. Еквівалентна схема двопроводової лінії
Оскільки параметри лінії розподілені, а не зосереджені, напруга та струм у будь-якому перерізі лінії пов’язані диференційними рівняннями. Виділимо на відстані х від початку лінії нескінченно малу ділянку dx, через елемент dx протікає струм I, напругу між провідниками позначимо U.
Спадання напруги на ділянці dx дорівнює
![]() | (4.4.3) |
Витік струму на цій ділянці
![]() | (4.4.4) |
Спільне рішення (4.4.3) та (4.4.4) дає рівняння:
![]() | (4.4.5) |
де
Розв’язок цього рівняння має вигляд:
U = Aeγx + Be−γx | (4.4.6) |
Вираз (4.4.6) означає, що в загальному випадку існує дві хвилі: падаюча та відбита. Першому доданку (4.4.6) відповідає відбита хвиля, а другому — падаюча. Для визначення сталих А і В слід скористатися значеннями струму І0 та U0 на початку лінії (х = 0).
Лінія є однорідною, якщо її первинні параметри не змінюються за довжиною, й узгодженою, якщо на кінцях вона навантажена на опір, що дорівнює хвильовому. Для узгоджених навантажень на кінцях лінії Z0 = Zl = Zхв i залежності струму та потужності від відстані х такі:
Ix = I0e−γx; Ux = U0e−γx; Px = P0e−2γx. | (4.4.7) |
Хвильовий опір — це опір, який зустрічає електромагнітна хвиля при поширенні вздовж однорідної, без відбиття, лінії, узгодженої на кінцях (i>Zl = Z0 = Zхв). Хвильовий опір залежить від первинних параметрів лінії та частоти, він характеризує кількісне співвідношення між хвилею напруги U (напруженістю електричного поля E) і хвилею струму (напруженістю магнітного поля H), тобто або
. При визначенні хвильового опору враховується тільки падаюча хвиля, тобто відбита хвиля відсутня, оскільки лінія однорідна. Поява в лінії будь-яких неоднорідностей приводить до зміни структури поля в цьому перерізі, зміни векторів
і
та зміни Zхв в цьому перерізі, а отже, появи відбитих хвиль.
Хвильовий опір кола в загальному випадку розраховується за формулою
![]() | (4.4.8) |
В однорідній лінії значення Zхв постійне в будь-якому перерізі, і в діапазоні використовуваних в лінії частот практично не залежить від частоти. У загальному випадку Zхв є комплексною величиною.
Коефіцієнт поширення γ є комплексною величиною
![]() | (4.4.9) |
де α — коефіцієнт загасання; β — коефіцієнт фази.
Коефіцієнт загасання. Електромагнітна хвиля, поширюючись уздовж лінії, зменшується за амплітудою від генератора до навантаження, що пояснюється втратами енергії в лінії. Згідно з виразом (4.4.7) потужність, амплітуда струму й напруги зменшуються вздовж лінії за експонентним законом (рис. 4.4.4, а). Якщо потужність сигналу визначати відносними логарифмічними одиницями, ця залежність має лінійний вигляд (рис. 4.4.4, б).
Рис. 4.4.4. Характер зміни потужності уздовж лінії: а — в абсолютних одиницях; б — у відносних одиницях
Втрати потужності сигналів у лінії зв’язку розрізняють на втрати в провідниках і втрати в діелектриках. У провіднику виникають теплові втрати, у діелектрику енергія витрачається на поляризацію діелектрика. Обидва види втрат збільшуються зі зростанням частоти. Загасання лінії пов’язане з первинними параметрами виразом:
![]() | (4.4.10) |
Загасання кола представляється у відносних одиницях — децибелах (дБ)
![]() | (4.4.11) |
Загасання є погонним параметром, виміряється на довжину лінії в 1 км (дБ/км), зі збільшенням частоти загасання зростає. Потужність сигналу на відстані l від джерела, потужність якого дорівнює P0, визначається формулою Pl = P0 · e–2αl.
Загасання в лінії визначає якість і дальність зв’язку, оскільки від нього залежить потужність сигналів, що надходять до приймача.
Коефіцієнт фази β характеризує зміну фази хвилі струму або напруги при поширенні електромагнітної хвилі вздовж лінії, також є погонним параметром, виміряється в радіанах (рад/км) або градусах (град/км), визначається за формулою
![]() | (4.4.12) |
Швидкість поширення енергії лініями зв’язку. Електромагнітна енергія поширюється лінією зв’язку з певною швидкістю, яка залежить від первинних параметрів лінії, визначається за формулою
![]() | (4.4.13) |
Окрім швидкості поширення енергії під час аналізу поширення сигналів у лінії використовуються поняття фазової й групової швидкостей. Фазова швидкість визначає швидкість руху поверхні однакових фаз у лінії (або швидкість руху хвильового фронту); групова швидкість під час передачі сигналів визначає швидкість поширення максимуму обвідної складових багаточастотного сигналу, тобто вона характеризує швидкість поширення групи хвиль.
Швидкість поширення електромагнітної енергії зі зростанням частоти збільшується, в області високих частот вона практично не залежить від частоти і наближається до швидкості світла. Фазова швидкість ТЕМ-хвиль не залежить від частоти та визначається за формулою
![]() | (4.4.14) |
де c — швидкість світла у вільному просторі.
Залежність фазової швидкості від частоти вказує на наявність дисперсії в лінії. Це означає, що різні типи хвиль у лініях поширюються з різними швидкостями. У двопроводових лініях дисперсія відсутня, дисперсія виявляється у хвилеводах і світловодах.
Нижче наведено залежності первинних параметрів передачі симетричної лінії від частоти, відстані між провідниками та діаметра провідників (рис. 4.4.5, рис. 4.4.6).
Рис. 4.4.5. Залежність параметрів передачі від частоти f:
G0 — провідність ізоляції на постійному струмі
Рис. 4.4.6. Залежність параметрів передачі від конструктивних параметрів:
а — від відстані між провідниками; б — від діаметра проводів