Направляющие системы электросвязи. В 2 т. Т. 1. Теория передачи и влияния (500,00 руб.)

Стр.1

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.396

Стр.397

Стр.398

Стр.399

Стр.400

Стр.1

Стр.1

УДК 621.395.73 ББК 32.889 Н27 Н27 Направляющие системы электросвязи: Учебник для вузов. В 2-х томах. Том 1 — Теория передачи и влияния / В. А. Андреев, Э. Л. Портнов, Л. Н. Кочановский; Под редакцией В. А. Андреева. — 7-е изд., перераб. и доп. — М.: Горячая линия—Телеком, 2011. — 424 с.: ил. ISBN 978-5-9912-0092-9. Рассматриваются состояние, принципы построения и перспективы развития сетей электросвязи Российской федерации. Излагается теория передачи по различным типам направляющих систем электросвязи (коаксиальным, симметричным, волоконно-оптическим, сверхпроводящим, волноводным), приводятся их конструкции и характеристики. Рассматриваются также электрические влияния между проводными цепями, влияние внешних электромагнитных полей, коррозии и методы их уменьшения. По сравнению с предыдущим изданием существенно обновлены и расширены разделы, посвященные теории и развитию волоконно-оптических систем передачи и кабелей. Для студентов вузов связи и информатики. ББК 32.889 Учебное издание Андреев Владимир Александрович, Портнов Эдуард Львович, Кочановский Лев Николаевич НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ Учебник Редактор Ю. Н. Чернышов Художник В. Г. Ситников Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова Подписано в печать 28.12.2008. Формат 60×90 1/16. Гарнитура Computer Modern. Усл.-печ. л. 26,5. Тираж 2000 экз. Изд. т 9092. ISBN 978-5-9912-0092-9 (Т. 1) ⃝ В. А. Андреев, Э. Л. Портнов, Л. Н. Кочановский, 2011 c ⃝ Оформление издательства «Горячая линия—Телеком», 2011 c

Стр.2

Предисловие Последнее шестое издание учебника «Линии связи» вышло в свет в 1995 г. С тех пор произошли заметные изменения в подготовке специалистов по линейно-кабельным сооружениям связи. Исходя из требований предприятий связи, занимающихся строительством и эксплуатацией сооружений связи, больше внимания стали уделять вопросам оптимизации строительства и технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений. За это время изменилось и название курса — вместо «Линий связи» курс стал называться «Направляющие системы электросвязи» (НСЭ). Были модернизированы действующие и появились новые средства и системы передачи информации. Существенно изменилась технология проектирования, производства, строительства и эксплуатации линий связи. Создание и широкое внедрение волоконно-оптических линий связи различного назначения ознаменовали научно-техническую революцию в технике производства и эксплуатации сетей и линий связи. На сегодняшний день в России новые магистральные, внутризоновые и межстанционные линии связи городских телефонных сетей (ГТС) строятся только с использованием волоконно-оптических кабелей (ОК). Межгородские оптические кабели подвешиваются на опорах контактной сети железных дорог и ЛЭП. Кроме того, в последние годы в городах и районных центрах достаточно широко стала применяться подвеска оптических кабелей на опорах городского электрохозяйства (опорах трамвайных и троллейбусных линий, опорах освещения). С использованием ОК развиваются локальные кабельные сети и сети кабельного телевидения, вычислительных, банковских и внутриобъектовых систем. Достаточно широкое применение ОК находят на сетях широкополосного оптического доступа. Вместе с тем, несмотря на широкое применение ОК, на сетях связи России продолжают эксплуатироваться линии связи на основе симметричных и коаксиальных электрических кабелей связи. Эти кабели получили применение на сетях широкополосного абонентского доступа и кабельного телевидения. За последние годы большое количество вузов России открыли подготовку инженерных кадров по направлению «Телекоммуника

Стр.3

4 Предисловие ции» и испытывают острую нехватку в обеспечении учебного процесса учебниками и учебными пособиями вообще и по НСЭ, в частности. B связи с увеличением объема излагаемого материала по курсу НСЭ за счет разделов проектирования, строительства и технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений связи, в первую очередь волоконно-оптических линий передачи, учебник издается в двух частях. Во вторую часть учебника выносятся разделы проектирования, строительства и технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений. Материал учебника соответствует основным требованиям нового Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, принятого в 2002 году. Глава 4 «Основы электродинамики направляющих систем» написана к.т.н., доцентом М.Ю. Масловым. Авторы выражают благодарность инженеру кафедры линий связи и измерений в технике связи ПГАТИ С.А. Гаврюшину за помощь в подготовке учебника к изданию.

Стр.4

Оглавление Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 1.Современная электрическая связь . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Краткий обзор развития направляющих систем электросвязи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Виды направляющих систем электросвязи и их основные свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 5 7 1.3. Системы многоканальной передачи по НСЭ . . . . . . . . . . . 12 1.4. Направляющие системы передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.5. Принципы организации междугородной высокочастотной связи по кабельным линиям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.6. Основные требования к направляющим системам электросвязи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Глава 2.Принципы построения и перспективы развития сети электросвязи Российской Федерации. . . . . . . 24 2.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2. Цель и задачи развития ЕСЭ России . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3. Принципы построения и функционирования ЕСЭ . . . . . 26 2.4. Классификация сетей электросвязи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.5. Стратегия развития сети общего пользования . . . . . . . . . 30 2.6. Принципы построения сети связи общего пользования 33 2.6.1. Принципы построения национального сегмента международного уровня сети связи ОП . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.6.2. Принципы построения междугородного уровня сети связи ОП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6.3. Зоновые телефонные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 37 Глава 3.Конструкции и характеристики направляющих систем связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 42 3.2. Электрические кабели связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.2.1. Классификация электрических кабелей связи . . . . 42 3.2.2. Конструктивные элементы симметричных кабелей связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.2.3. Конструктивные элементы коаксиальных кабелей связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Стр.396

Оглавление 3.2.4. Маркировка и типы электрических кабелей связи 3.2.6. Классификация оптических кабелей связи . . . . . . . 397 49 3.2.5. Электрические кабели для цифровых абонентских линий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 53 3.2.7. Типы оптических волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.2.8. Основные конструктивные элементы ОК и материалы для их изготовления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.9. Технические требования, предъявляемые к ОК . . 62 3.2.10. Основные производители и номенклатура ОК . . . . 65 3.2.11. О маркировке оптических кабелей связи . . . . . . . . . 67 3.2.12. Оптические кабели для прокладки в грунт . . . . . . . 70 3.2.13. Оптические кабели для пневмозадувки в защитные пластмассовые трубы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.2.14. Оптические кабеля для прокладки в кабельной канализации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.2.15. Подвесные оптические кабели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.2.16. Подводные оптические кабели связи . . . . . . . . . . . . . . 78 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Глава 4.Основы электродинамики направляющих систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.2. Характеристики электромагнитного поля и электрофизические параметры сред . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.3. Основные положения теории электромагнитного поля 88 4.4. Граничные условия и краевые задачи электродинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.5. Энергетические соотношения в электродинамике . . . . . . 96 4.6. Электромагнитное поле волнового характера . . . . . . . . . . 99 4.7. Электромагнитные параметры материальных сред . . . . 101 4.8. Краевые задачи электродинамики для направляющих систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.9. Параметры направляемых волн в линиях передачи . . . 104 4.10. Направляемые волны в прямоугольном металлическом волноводе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 4.11. Ослабление волн при распространении в волноводе . . . 111 4.12. Направляемые волны в круглом металлическом волноводе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 4.13. Линии передачи с T-волной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.14. Общие подходы к расчету направляющих систем передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Стр.397

398 Оглавление Глава 5.Теория передачи по проводным направляющим системам связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 5.1. Уравнения передачи однородных двухпроводных направляющих систем связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 5.2. Вторичные параметры передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 5.3. Параметры передачи согласованной направляющей системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 5.4. Параметры передачи направляющей системы с несогласованными нагрузками по концам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 5.5. Направляющие системы, неоднородные по длине . . . . . . 136 5.6. Временные характеристики передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 5.6.1. Временные характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 5.6.2. Временные характеристики с учетом потерь в диэлектрике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 5.6.3. Искажения импульсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 5.6.4. Искажение импульсов на участке «кабель + корректор» ЦСП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Глава 6.Параметры передачи проводных направляющих систем электросвязи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 6.1. Коаксиальные кабели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 6.1.1. Электрические процессы в коаксиальных цепях . . 153 6.1.2. Электромагнитное поле коаксиальной цепи . . . . . . 157 6.1.3. Передача энергии по идеальной коаксиальной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 6.1.4. Передача энергии по коаксиальной цепи с учетом потерь в проводниках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 6.1.5. Емкость и проводимость изоляции коаксиальных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 6.1.6. Вторичные параметры передачи коаксиальных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 6.1.7. Оптимальные соотношения диаметров проводников коаксиальной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.1.8. Конструктивные неоднородности в коаксиальных кабелях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 6.2. Симметричные кабели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 6.2.1. Электрические процессы в симметричных цепях . 176 6.2.2. Передача энергии по идеальной симметричной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 6.2.3. Передача энергии по симметричной цепи с учетом потерь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Стр.398

Оглавление 399 6.2.4. Емкость и проводимость изоляции симметричной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 6.2.5. Основные зависимости первичных параметров симметричных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 6.2.6. Вторичные параметры симметричных цепей . . . . . 187 6.3. Волноводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 6.3.1. Физические процессы, происходящие в волноводах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 6.3.2. Особенности волны H01 в цилиндрическом волноводе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 6.3.3. Электрический расчет цилиндрических волноводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 6.3.4. Спиральные волноводы, их достоинства и недостатки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 6.4. Сверхпроводящие кабели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 6.4.1. Сверхпроводники и диэлектрики при криогенных температурах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 6.4.2. Электрический расчет сверхпроводящих кабелей . 196 6.4.3. Конструктивные и электрические характеристики сверхпроводящих кабельных линий . . . . . . . . . . . . . . . 199 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Глава 7.Параметры передачи оптических направляющих систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 7.1. Физические процессы в оптических волокнах . . . . . . . . . . 202 7.2. Волны и лучи в ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 7.3. Волновая теория ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 7.4. Типы волн в ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 7.5. Одномодовый и многомодовый режимы передачи по ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 7.6. Основные параметры ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 7.6.1. Конструктивные параметры ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 7.6.2. Потери в оптических волокнах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 7.6.3. Дисперсия и пропускная способность ОВ . . . . . . . . . 221 7.6.4. Модовая дисперсия ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 7.6.5. Хроматическая дисперсия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 7.6.6. Нелинейные искажения оптических сигналов в ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 7.6.7. Неоднородности волоконно-оптической линии . . . . 235 7.6.8. Эксплуатационные характеристики ОВ . . . . . . . . . . . 237 7.7. Классификация ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 7.8. Измерение параметров ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 7.8.1. Методы измерения затухания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

Стр.399

400 Оглавление 7.8.2. Измерения хроматической дисперсии . . . . . . . . . . . . . 244 7.8.3. Измерения ПМД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 7.8.4. Измерения методом обратного рассеяния . . . . . . . . . 247 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Глава 8.Волоконно-оптические линии передачи . . . . . . . . . . 254 8.1. Основы передачи информации по ВОЛП . . . . . . . . . . . . . . 254 8.2. Структура и компоненты линейного тракта ВОСП . . . . 259 8.3. Характеристики оптических компонентов ВОСП . . . . . . 261 8.4. Соединения ОВ и ОК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 8.4.1. Способы соединения ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 8.4.2. Неразъемные соединения ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 8.4.3. Муфты ОК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 8.4.4. Оптические разъемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 8.4.5. Оборудование систем распределения оптических волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 8.5. Оптические разветвители и оптические циркуляторы . 275 8.6. Оптические фильтры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 8.7. Оптические переключатели (коммутаторы) . . . . . . . . . . . . 280 8.8. Оптические изоляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 8.9. Оптические аттенюаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 8.10. Оптические усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 8.11. Измерение параметров ВОЛП и паспортизация кабельных участков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Глава 9.Электромагнитные влияния между проводными цепями связи и методы их уменьшения. . . . . . . . . . 294 9.1. Проблема электромагнитной совместимости в направляющих системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 9.2. Основные понятия о влиянии между симметричными цепями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 9.3. Первичные параметры взаимного влияния . . . . . . . . . . . . 297 9.4. Вторичные параметры взаимного влияния . . . . . . . . . . . . 300 9.5. Основные уравнения взаимного влияния . . . . . . . . . . . . . . 303 9.6. Частотные характеристики взаимного влияния . . . . . . . . 306 9.7. Временные характеристики взаимного влияния . . . . . . . 315 9.8. Взаимные влияния в коаксиальных кабелях связи . . . . 321 9.9. Нормы на параметры взаимных влияний . . . . . . . . . . . . . . 325 9.10. Меры повышения защищенности симметричных цепей от взаимных влияний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 9.11. Симметрирование кабелей связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

Стр.400