1.5. Развитие проводных линий связи и проблемы электромагнитной совместимости

Очень быстрое развитие телефонной связи на раннем этапе привело к взрывному росту количества проводников на ВЛС. Многопроводные ВЛС в городах постоянно выходили из строя из-за замыканий неизолированных проводников, портили внешний вид городов. В крупных городах пришлось оказаться от ВЛС уже в конце 19, начале 20 века.

Слайд 14. Их заменили многопарными симметричными телефонными кабелями, которые прокладывали под землей, как правило, в кабельной канализации. Для изоляции скрученных медных проводников использовали кабельную бумагу, а для защиты от влаги сердечника кабеля использовали свинцовую влагозащитную оболочку. Для уменьшения взаимных влияний и воздействия внешних электромагнитных помех цепи внутри кабеля скручивают. Шаги скрутки для городских кабелей лежат в пределах 150-300 мм. Взаимные влияния между цепями симметричного кабеля из-за близкого расположения цепей ограничивают частотный диапазон сигналов (до нескольких МГц) и дальность связи (до нескольких километров). Современные симметричные кабели для городских телефонных сетей используют пластмассовую изоляцию жил из полиэтилена и пластмассовую влагозащитную оболочку. Они применяются для построения линий между абонентами городской телефонной сети и телефонными станциями. По сравнению с первыми кабелями они имеют меньшие диаметры медных жил. Это связано с тем, что при современном развитии электросвязи абонентские линии стали короче и редко превышают длину 1-2 км.

Развитие электросвязи в 20 веке резко ускорилось в связи с появлением электронных ламп, способных усиливать электрические сигналы, развитием электронной техники и разработкой на ее основе многоканальных телекоммуникационных систем. Элементная база электронной техники быстро развивалась. В 40-50 годы появились полупроводниковые транзисторы, вытеснившие электронные лампы, а в 60-70 годы появились интегральные микросхемы. Большая часть систем связи до 70-годов была аналоговой, а для создания многоканальных систем использовали частотное уплотнение каналов. Были созданы аналоговые системы передачи на различное количество телефонных каналов от 60 до 10800 по двум физическим цепям.

Временное уплотнение каналов до 60-х годов 20 века использовалось сравнительно редко. Приятно отметить, что теоретические основы временного разделения каналов (мультиплексирования во временной области) заложил наш соотечественник академик Котельников, доказавший свою знаменитую теорему отсчетов еще в 30-годы. Эта теорема доказывает возможность вместо передачи аналогового сигнала передавать по каналу связи, отдельно взятые через некоторый интервал времени отсчеты сигнала и восстанавливать исходный аналоговый сигнал на приемной стороне. В промежутках между отсчетами одного сигнала можно передавать другие сигналы. Стали развиваться цифровые системы передачи (ЦСП) с временным разделением каналов. Для передачи аналоговых сигналов в ЦСП используют их дискретизацию и аналого-цифровое преобразование. Каждый отсчет передается по каналу в виде последовательного кода. Для мультиплексирования, демультиплексирования, кодирования, декодирования, скремблирования и другой обработки сигналов на сетях связи стали широко использовать компьютерную и микропроцессорную технику.

Слайд 15. Возвращаемся к направляющим системам связи. Для новых систем электросвязи на большие расстояния в 30-40 годы стали использовать коаксиальные кабели, которые позволили значительно расширить частотный диапазон сигналов и увеличить расстояние между усилителями. Большим преимуществом коаксиальных кабелей является практическое отсутствие взаимных влияний между коаксиальными парами и высокая защищенность от внешних электромагнитных помех. Однако коаксиальные кабели имеют высокую стоимость. В настоящее время используются в сетях кабельного телевидения, в качестве фидеров, соединяющих передатчики радиостанций с антеннами.

Слайд 16. Несмотря на то, что симметричные кабели появились раньше коаксиальных, область их применения в настоящее время только расширяется, и они успешно используются в структурированных кабельных системах (СКС), на основе которых организуются локальные вычислительные сети со скоростями передачи до 1000 Мбит/с и больше. Однако конструкция высокочастотных симметричных кабелей для локальных сетей отличается от конструкции низкочастотных кабелей городских и сельских телефонных сетей с большими шагами скрутки и большим количеством пар в сердечнике (до нескольких тысяч пар). В кабелях СКС, имеющих небольшое количество пар (обычно до 4-х пар) для расширения частотного диапазона используют небольшие (12-30 мм), но согласованные шаги скрутки, которые позволяют скомпенсировать взаимные влияния между всеми парами в кабеле на определенном расстоянии, называемом секцией симметрии. Находят применение неэкранированные кабели (UTP) и кабели с общим экраном из алюминиевой фольги (FTP) для уменьшения внешних электромагнитных помех. Для дальнейшего уменьшения взаимных влияний и внешних помех используют кабели (STP), в которых экранируется каждая симметричная пара отдельно. При этом в них может использоваться и общий экран. Находят применение неэкранированные кабели с конструкцией, позволяющей увеличить расстояние между отдельными парами. Это также уменьшает взаимные влияния.

Отметим также, что существенно возросло значение уже проложенных низкочастотных городских кабелей, область применения которых сильно расширилась. Помимо традиционных низкочастотных телефонных сигналов они используются для передачи по ним широкополосных цифровых сигналов, позволяющих расширить спектр услуг, предоставляемых операторами связи. Новые функции городских кабелей обострили и без того сложные проблемы электромагнитной совместимости кабельных цепей. В связи с этим, значительная часть нашего курса посвящена электромагнитной совместимости цепей симметричного кабеля.