Проектирование линии связи

Средний годовой прирост населения в Перми P = 1%.

 

Количество  населения в заданном пункте и  его подчиненных окрестностях с  учетом среднего прироста населения  определяется по формуле

чел., (1)

где  Н₀ – народонаселение в период последней переписи, чел.;

P – средний годовой прирост населения в данной местности, % (в проекте принять 1 %);

t – период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

 

Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет  вперед по сравнению с текущим  временем. В проекте принимаем на 5 лет вперед.

Тогда

, (2)

где  t_m – год составления проекта;

t₀ – год, к которому относятся данные H₀.

Количество населения  в Перми и Нижнем Новгороде с учетом среднего прироста:

H₁ = 1000679∙(1+ )⁷ ≈ 1149466 чел.,  (3)

H₂ = 1255159∙(1+ )⁷ ≈ 1441783 чел.,  (4)          

где H₁ – численность населения Перми;

H₂ – численность населения Нижнего Новогорода.

Количество абонентов в зоне автоматических междугородних телефонных станций (АМТС) определяем по формуле

m₁= 0,3 H₁ = 0,3∙1149466 = 344840, (5)

m₂= 0,3 H₂ = 0,3∙1441783 = 432562, (6)

где 0,3 – средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами;

m₁ – количество абонентов в зоне АМТС Перми;

m₂ – количество абонентов в зоне АМТС Нижнего Новогорода.

 

Определяем количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета используют приближенную формулу

= 1253 каналов, (7)

где a₁ и b₁ – постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потерями задаются в 5%, тогда a₁=1,3; b₁=5,6;

y – удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, y=0,05 Эрл;

k_тяг = 0,15;

, – количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС в пунктах А и Б.

Кроме телефонной связи по кабельной магистрали организуются два канала передачи данных (ПД), один телевизионный канал (ТВ), два канала передачи газет (ПГ) и один канал видеотелефон (ВТФ), а также проходят транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями пунктов А и Б определяется суммой

 

  каналов, (8)

= 1253 + 2* 90 + 2*90 + 1440 + 360 =3413 каналов,

где n_тф – количество двухсторонних каналов для телефонной связи;

n_пд – то же для передачи данных;

n_тв – то же для телевизионного канала;

n_пг – то же для передачи газет;

n_втф– то же для передачи видеотелефона.

 

Общее число каналов:

= 3413 + 341 + 86 = 3840 каналов (9)

где =341каналов, = 86каналов.

 

Число каналов  для организации связи различного назначения выражается через число  телефонных каналов, т.е. число каналов  тональной частоты (ТЧ), что отражено в таблице 2.

 

Таблица 2 - Характеристики видов передачи

 

№	Вид передачи	Ширина канала, кГц	Количество каналов ТЧ ЦСП
1	Радиовещание: канал 2-го класса; канал 3-го класса;	12 8	4 4
2	Передача данных	4 – 240	1 – 90
3	Передача газет	240	90
4	Телевидение	6400	1440
5	Видеотелефон	1200	360

 

 

4. Выбор системы передачи и типа направляющей системы

На основании  общего числа каналов для организации  связи между заданными оконечными пунктами определяем число пар кабеля

, (10)

где N_пар – число пар в кабеле;

N_сп – число каналов ТЧ, организуемых выбранной многоканальной системой передачи.

Исходя из числа каналов (n_аб = 3840) выбираем аппаратуру уплотнения ИКМ-1920х2. Основные ее технические характеристики приведены в таблице 3

 

Таблица 3 - Характеристики видов передачи

 

Параметр	Аппаратура уплотнения
	ИКМ-1920х2
Количество каналов ТЧ	3840
Скорость передачи информации, Мбит/с	278,528
Рабочая (расчетная) частота, МГц	140
Тип используемого кабеля	КМ-4
Максимальное расстояние между ОРП, км	240
Длина РУ, км: минимальная номинальная максимальная	2,75 3,0 3,15
Минимальная длина РУ, прилегающего к ОРП, км	1
Максимальное затухание РУ на рабочей  частоте, дБ	98,5

 

 

5.  Расчет конструкции кабеля

Внутренний диаметр  внешнего медного проводника коаксиальной пары определяем по формуле:

 (11)

 мм.

где f_макс – скорость передачи информации ( f_макс=280Мбит/с);

e_экв – эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость изоляции (e_экв=1,13);

l_ру – длина регенерационного (усилительного) участка (l_ру=3 км);

a – максимальное затухание регенерационного участка на рабочей частоте (a=98,5дБ).

Величина  диаметра внутреннего проводника d₁ определяется из условия обеспечения нормируемого значения волнового сопротивления коаксиальной пары Z_в = 75 Ом:

 (12)

 мм.

Толщина внешнего проводника t должна учитывать поверхностный эффект и эффект близости, поэтому должна быть больше глубины проникновения на самой низкой частоте рабочего диапазона.

Толщину внешнего проводника t принимаем равной  0,2 мм.

Для среднегабаритных коаксиальных пар (2,6/9,5) экран – из двух стальных лент толщиной по 0,17 мм каждая, изоляционный слой – из двух лент бумаги толщиной по 0,12 мм.

Диаметр коаксиальной пары будет  равен

= 6,88 + 2∙(0,2 + 0,34 + 0,24) = 8,44 мм, (13)

где t_э – общая толщина экрана, мм;

t_и – толщина изоляционного слоя поверх экрана, мм.

Сердечник кабеля образуется, как правило, из четырех  коаксиальных пар и пяти симметричных групп (четверок или пар). Сердечник  покрывается поясной изоляцией.

Диаметр кабельного сердечника с поясной изоляцией. Для кабелей со свинцовой оболочкой  поясная изоляция выполняется из трех-четырех слоев лент кабельной  бумаги, толщиной 0,12 мм каждый слой

= 2,41∙8,44 + 2∙3∙0,12 = 20,82 мм,          (14)

где t_пи – толщина поясной изоляции, мм.

Диаметр кабеля для прокладки  в канализации определяется по формуле

= 20,82 + 2∙1,5 = 23,82 мм,          (15)

где t_об – толщина оболочки голого кабеля, мм;

t_ш – толщина пластмассового шланга для кабелей с алюминиевой и стальной оболочками, мм. Кабели со свинцовой оболочкой шланга не имеют.

Диаметр кабеля, бронированного поверх оболочки стальными лентами, и с защитными покровами будет  равен

= 20,82 + 2∙1,25 + 2∙(1,5 + 1 + 2) =

= 32,32 мм,             (16)

где t_об – толщина оболочки для бронированного лентами кабеля, мм;

t_под – толщина подушки под броней, выполненной из джута или пластмассового шланга, мм;

t_бр – толщина брони из двух стальных лент, мм;

Диаметр кабеля, бронированного стальными круглыми проволоками, определяется по формуле

        = 20,82 + 2∙2 + 2∙(2 + 4 + 2) =

= 40,82 мм,           (17)

где t_об – толщина оболочки кабеля, бронированного круглыми проволоками, мм;

d_бр – диаметр круглых проволок брони, мм.

 

6. Расчет параметров передачи кабельной цепи

При расчете  параметров для систем ИКМ с коаксиальными  кабелями за минимальную частоту  целесообразно принимать f = (60¸100) кГц, за максимальную – полутактовую частоту.

В области  высоких частот (свыше 60 кГц), для  которых используются коаксиальные кабели, первичные и вторичные  параметры могут быть определены по следующим формулам. За минимальную частоту принимаем 100 кГц, за максимальную –140 МГц.

Приведем расчет параметров передачи кабельной цепи для частоты            f = 1 МГц:

Активное сопротивление R (Ом/км):

для коаксиального кабеля из медных проводников

= 62,2 Ом/км, (19)

где r₁ – радиус внутреннего проводника, мм;

r₂ – радиус внешнего проводника, мм;

f – частота, Гц.

Индуктивность L (мкГн):

для коаксиального кабеля из медных проводников:

= 293 мкГн/км, (20)

Емкость С (нФ/км):

= 44,34 нФ/км, (21)

Проводимость изоляции G (мкСм):

= 13,92 мкСм/км, (22)

Поскольку  , расчет проводим по упрощенным формулам:

  = 3,33 дБ/км, 

= 22,64рад/км,    (24)

В области  высоких частот, когда  >3,5 волновое сопротивление цепи определяется по формуле

 

= 81,3 Ом,    (25)

Скорость  распространения электромагнитной волны v (км/с) при >3,5

= 277403 км/с,     (26)

Результаты  расчета первичных и вторичных параметров сведены в

таблице 4 и отражены на графиках частотной зависимости параметров.

 

Таблица 4 - Результаты расчета первичных и вторичных параметров

Частота, МГц	R, Ом/км	L, мкГн/км	C, нФ/км	G, мкСм/км	А, дБ/км	В, рад/км	ZВ, Ом	V, км/с
0,1	19,67	314,50	44,34	84,22	1,02	2,35	79	267 783,85
1	62,21	293,07	44,34	81,30	3,33	22,64	77,3	277 402,75
2	87,98	290,17	44,34	80,90	4,74	45,05	76,823	278 787,02
3	107,75	288,88	44,34	80,72	5,82	67,43	76,543	279 406,94
4	124,42	288,12	44,34	80,61	6,73	89,79	79,72	279 778,45
5	139,11	287,59	44,34	80,54	7,53	112,13	75,58	280 032,84
10	196,73	286,29	44,34	80,35	10,69	223,75	75,41	280 667,10
15	240,94	285,72	44,34	80,27	13,11	335,29	75,168	280 949,46
20	278,22	285,38	44,34	80,22	15,17	446,79	75,13	281 118,19
25,92	316,73	285,11	44,34	80,19	17,29	578,76	75,11	281 251,02

 

Рисунок 1 - Зависимость активного сопротивления от частоты.

Рисунок 2 - Зависимость индуктивности от частоты.

 

Рисунок 3 - Зависимость емкости от частоты.

Рисунок 4 - Зависимость проводимости от частоты.

 

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента затухания от частоты.

 

Рисунок 6 - Зависимость коэффициента фазы от частоты.

 

Рисунок 7 - Зависимость волнового сопротивления от частоты.

 

Рисунок 8 - Зависимость скорости распространения электромагнитной волны от частоты.

 

Полученные  параметры приблизительно подходят к параметрам кабеля КМ-4. Причины отличия параметров рассчитанного кабеля от типового, выпускаемого промышленностью:

1. Различны диаметры токопроводящих жил кабелей связи (для среднегабаритного кабеля – 2,6/9,5, а для спроектированного – 1,67/6,88 мм;
2. Различны размеры и материалы изоляции и защитных оболочек кабеля.
 

7. Размещение регенерационных пунктов на кабельной магистрали

Параметры секций линейного  тракта приведены в таблице 5

Таблица 5 - Результаты расчета  первичных и вторичных параметров

Номер секции ОРП-ОРП	Название населенных пунктов	Длина секции, км	Количество регенерацион-ных участков	Примечание
№1	Пермь – Игра	220	70	Участки, прилегающие к ОРП, по 3 км
№2	Игра - Малмыж	224	75	Добавляем искусственную линию 1 км
№3	Малмыж – Цивильск	240	80	Участки, прилегающие к ОРП, по 3 км
№4	Цивильск – Нижний Новгород	237	79	Участки, прилегающие к ОРП, по 3 км

 

Структурная схема линейного тракта приведена  на рисунке 12

Рисунок 9 - Структурная схема линейного тракта

8. Расчет параметров взаимных влияний между цепями

Влияние между  коаксиальными парами зависит от конструкции внешних проводов, их расположения и материала. Чем больше толщина внешних проводов, тем  влияние меньше.