ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ

Кафедра _телекомунікаційних технологій _

ЗАТВЕРДЖУЮ Завідувач кафедри ______________ ____________________________________ ____________________________________ (підпис, ініціали, прізвище) "___" _____________2014___ року

_____________доцент, к. ф.-м. н. Бондар Володимир Васильович__________

(прізвище та ініціали автора)

Конспект лекцій

з навчальної дисципліни

НАПРЯМНІ СИСТЕМИ ЗВ’ЯЗКУ _________________________________________________

(назва навчальної дисципліни)

Тема : _________________________________________________________

(номер і назва теми)

Заняття ________________________________________________________

(номер і назва заняття)

Навчальний час – __ годин (и).

Для студентів інституту (факультету) __________________________

___________________________________________________________

Навчальна та виховна мета: 1. __________________________________

______________________________________________________________

2. _____________________________________________________________

________________________________________________________________

3. _____________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________

Обговорено та схвалено на засіданні кафедри “___” _________ 20___ року Протокол №____

Київ – 2014__

МОДУЛЬ 1. Розділ 1. Лінії передачі та організація зв’язку по них.

Тема 1. Проводовий зв’язок (лінії передачі, мережі ліній, організація зв’язку)

Лекція 1. Вступ, канали та лінії передачі.

Лекція 2. Організація зв’язку по кабельних лініях та принципи побудови мереж.

Тема 2. Конструкції кабельних ліній передачі

Лекція 3. Конструкції ліній передачі.

4. Класифікація проводового зв’язку (телефон, телеграф, проводове мовлення, передача даних, телебачення).

На сучасному етапі розвитку суспільства в умовах науково-технічного прогресу неперервно зростає об’єм інформації: Продукція (яка характеризується об’ємом інформації) галузі зв’язку зростає пропорціонально квадрату приросту національного валового продукту. Це необхідно для розширення взаємозв’язків між різними ланками технологічного поцесу, а також для обробки і аналізу зростаючого об’єму інформації в технічній, науковій, політичній і культурній сфері діяльності суспільства. Зв’язок необхідний для оперативного управління галузями, що створюють національний продукт, і органами державного управління (органами влади), для зміцнення обороноздатності країни і задоволення культурно-побутових вимог населення. Отже, в епоху постіндустріального розвитку суспільства зв’язок набуває ознак виробничого процесу.

Інформаційно-телекомунікаційні(ІТ) технології і , відповідно, системи передачі інформації від джерела до споживача мають ріноманітні вирішення. Широкого розвитку набули: 1) системи зв’язку, 2) інформаційно-вимірювальні і пошукові системи, 3) системи автоматичного контролю, управління і регулювання, 4) діагностичні системи і багато інших систем технічної кібернетики. Різнопланові по призначенню і технічному виконанню системи передачі інформації в якості корисного сигналу використовують електромагнітні коливання відповідного спектру випромінювання. Термін «зв’язок» використовувався, коли відправником та одержувачем повідомлення безпосередньо була людина. При обміні інформацією між комп’ютерами почали користуватися більш загальним терміном «телекомунікації», що включає й поняття «зв’язок».

Ключові слова і терміни, взяті із Закону України “Про телекомунікації” (2003 р.) :

Цей Закон встановлює правову основу діяльності у сфері телекомунікацій. Закон визначає повноваження держави щодо управління та регулювання зазначеної діяльності, а також права, обов'язки та засади відповідальності фізичних і юридичних осіб, які беруть участь у даній діяльності або користуються телекомунікаційними послугами.

- абонент - споживач телекомунікаційних послуг, який отримує телекомунікаційні послуги на умовах договору, що передбачає підключення кінцевого обладнання, яке перебуває в його власності або користуванні, до телекомунікаційної мережі;

- дані - інформація у формі, придатній для автоматизованої обробки її засобами обчислювальної техніки; - інформація - відомості, подані у вигляді сигналів, знаків, звуків, рухомих або нерухомих зображень чи в інший спосіб; - інформаційна система загального доступу - сукупність телекомунікаційних мереж та засобів для накопичення, обробки, зберігання та передавання даних; - інформаційна безпека телекомунікаційних мереж - здатність телекомунікаційних мереж забезпечувати захист від знищення, перекручення, блокування інформації, її несанкціонованого витоку або від порушення встановленого порядку її маршрутизації; - Інтернет - всесвітня інформаційна система загального доступу, яка логічно зв'язана глобальним адресним простором та базується на Інтернет-протоколі, визначеному міжнародними стандартами; - телекомунікації (електрозв'язок) - передавання, випромінювання та/або приймання знаків, сигналів, письмового тексту, зображень та звуків або повідомлень будь-якого роду по радіо, проводових, оптичних або інших електромагнітних системах;

- канал електрозв'язку - сукупність технічних засобів, призначених для перенесення електричних сигналів між двома пунктами телекомунікаційної мережі, і який характеризується смугою частот та/або швидкістю передачі; - канал кабельної каналізації електрозв'язку - окремо виділені місця в колекторах, телекомунікаційних колодязях, тунелях, акведуках, шляхопроводах, на мостах, мостових переходах, естакадах, трубопроводах, а також інші надземні та підземні інженерні споруди, що призначені для прокладання або використовуються для прокладання магістральних, з'єднувальних та розподільних проводових і оптоволоконних кабелів електрозв'язку, а також розміщення супутніх лінійних технічних засобів телекомунікацій; - кінцеве обладнання - обладнання, призначене для з'єднання з пунктом закінчення телекомунікаційної мережі з метою забезпечення доступу до телекомунікаційних послуг; - телекомунікаційна мережа - комплекс технічних засобів телекомунікацій та споруд, призначених для маршрутизації, комутації, передавання та/або приймання знаків, сигналів, письмового тексту, зображень та звуків або повідомлень будь-якого роду по радіо, проводових, оптичних чи інших електромагнітних системах між кінцевим обладнанням; - номерний ресурс - сукупність цифрових знаків, що використовуються для позначення (ідентифікації) мереж, послуг, пунктів закінчення мережі в телекомунікаційних мережах загального користування; - оператор телекомунікацій - суб'єкт господарювання, який має право на здійснення діяльності у сфері телекомунікацій із правом на технічне обслуговування та експлуатацію телекомунікаційних мереж; - ресурси телекомунікаційних мереж - наявні в телекомунікаційних мережах кількість номерів (номерний ресурс), кількість і пропускна спроможність проводових ліній з металевими жилами, оптичними волокнами, радіоліній, каналів, трактів для передавання інформації, комутаційних станцій та вузлів, радіочастотний ресурс; - технічні засоби телекомунікацій - обладнання, станційні та лінійні споруди, призначені для утворення телекомунікаційних мереж; - транспортна телекомунікаційна мережа - мережа, що забезпечує передавання знаків, сигналів, письмового тексту, зображень та звуків або повідомлень будь-якого роду між підключеними до неї телекомунікаційними мережами доступу. Невід’ємним і одним з найбільш складних і вартісних елементів зв’язку є лінії передачі інформації, по яких передаються інформаційні електромагнітні сигнали від одного абонента (станції-шифратора, передатчика) до другого (станції-дешифратора, приймача) і в зворотньому напрямку. Очевидно, що ефективність роботи систем зв’язку в цілому визначається якістю ліній передачі, їх параметрами і властивостями, а також залежить від залежності цих величин від частоти і впливу різних факторів (атмосферних, електромагнітних, людських).

Лінії передачі інформації – це комплекс фізичних пристроїв (кабелів, шафів, підсилювачів, станційних споруд, оптичних волокон і жгутів, пристроїв вводу і виводу інформації), які забезпечують із заданою якістю і частотою передачу інформації від передавача на приймач у двохсторонньому режимі звязку.

Повідомлення з виходу джерела інформації у вигляді повідомлення за допомогою перетворювача повідомлення–сигнал (П. П-С) перетворюється у первинний електричний сигнал, який не завжди зручно (а іноді навіть неможливо) безпосередньо передавати лінією зв'язку. Тому первинні сигнали за допомогою передавача (ПРД) перетворюються у вторинні, характеристики яких добре узгоджуються з характеристиками лінії зв'язку. З виходу лінії зв'язку сигнали надходять на вхід приймача (ПРМ), де відновлюються від впливу завад, зазнають зворотнього перетворення у повідомлення в перетворювачі сигнал–повідомлення (П. С-П) і спрямовуються до одержувача повідомлення.

Розрізняють два типи ліній передачі: лінії зв’язку: 1) - в атмосфері Землі або космосу (радіолінії) і 2) - напрямні лінії передачі (проводові лінії зв’язку). Характерною особливістю радіоліній є розповсюдження електромагнітних сигналів в навколишньому середовищі (космос, повітря, вода). За допомогою радіоліній здійснюється зв’язок між абонентами (в тому числі і мобільних) на сотні і десятки тисяч кілометрів, організована система передач радіомовлення і телебачення для багатьох абонентів, обмін інформацією в сфері управління органами влади і при надзвичайних ситуаціях. Якість передачі сигналів і їх відстань розповсюдження за допомогою радіоліній суттєво залежать від потужності і частоти передавача, зони покриття, атмосферних явищ і сторонніх електромагнітних полів. Перевагами напрямних ліній передачі є забезпечення заданої якості і швидкості передачі інформації, захищеність від впливу зовнішніх полів, спорідненість і відносна простота електромагнітних пристроїв. Недостатками проводових ліній зв’язку є висока вартість капітальних і експлуатаційних затрат, а також – відносно довготривалі терміни встановлення звязку.

Співставлення проводових і радіоліній зв’язку по їх перевагах і недостатках вказує на доцільність доповнення один одного при формуванні інформаційного простору держави. Прикладом такого поєднання є наявність в структурних елементах лінії передачі інформації по радіолінії проводових участків-елементів узгодженої лінії передачі потужності від джерела інформації до передатчика і навпаки.

На даний час по лініям зв’язку передаються модульовані сигнали з частотою від постійного струму до оптичного діапазону частот, а робочий діапазон довжин електромагнітних хвиль зосереджується від 0,7 мікрометрів до сотень кілометрів. Це встановлює певні вимоги до матеріалів і структури елементної бази ліній передачі інформації.

Розрізняють три основні типи ліній передачі: кабельні (КЛ), повітряні (ПЛ) і оптиковолоконні (ОЛ). По характеру і середовищу розповсюдження сигналів кабельні і повітряні лінії відносять до проводових ліній, у яких направляючі системи утворюються системою: низькоомний провідник електричного струму і високоомний діелектрик-ізолятор. Оптиковолоконні лінії являють собою діелектричні хвилеводи, направляюча система світла яких утворюється за рахунок діелектриків з різними показниками заломлення і повного внутрішнього відбиття сигналу на границі розділу.

Напрямна система (НС) – це фізичний пристрій або система пристроїв, який використовується для передачі електромагнітної енергії в заданому напрямку. Такі направляючі властивості мають провідник струму, діелектрик і люба границя розділу середовищ з різними електричними властивостями(метал-діелектрик, метал-повітря, діелектрик-повітря, діелектрик-діелектрик). Напрямні системи класифікують в першу чергу по довжинах хвиль і частотному діапазону їх використання. Відповідно, чим більш високий діапазон частот можна передати по направляючій системі, тим більше можна утворити каналів зв’язку і зменшити економічні затрати. Конструктивно лінії передачі інформації, які застосовуються в міжнародних, міжміських мережах поділяються на наступні типи: кабельні коаксіальні, кабельні симетричні, волоконно-оптичні, радіорелейні, повітряні і лінії супутникового зв’язку. Основними типами ліній первинної міжміської мережі є кабельні і радіорелейні, а внутрішньо зонових мереж – кабельні і повітряні. По призначенню кабельні лінії первинної мережі поділяються на:

Магістральні кабельні лінії зв’язку (МКЛЗ), які прокладаються між мережевими вузлами зв’язку (МУЗ);

Внутрішньозонові кабельні лінії зв’язку (ВКЛЗ), які прокладаються між міжрайонними мережевими вузлами;

Місцеві кабельні лінії, які прокладаються між мережевими вузлами і міськими(МКЛЗ) і сільськими(СКЛЗ) кабельними лініями зв’язку, які прокладаються всередині міста і сільського району.

Кабельні лінії (КЛ) первинних місцевих мереж поділяються на абонентські і з’єднувальні лінії між автоматичними телефонними станціями (АТС). Кабельні лінії абонентських телефонних мереж включають: магістральні ланцюги – від АТС до розподільчої шафи (РШ), розподільчі ланцюги – від РШ до розподільчої коробки (РК) і абонентську проводку – від РК до телефонного апарату. Кабельні лінії радіотрансляційних мереж включають: І класу – фідерні лінії з номінальною напругою більше ніж 360 В;

ІІ класу–напругою до 350 В включно і абонентські лінії з номінальною напругою15 і 30 В.

За умовами прокладання кабельні лінії поділяються на підземні, які прокладаються в грунті, кабельній каналізації, колекторах, тунелях метрополітену, підводні (річки, великі водоймища, моря і океани) і підвісні на опорах в повітрі.

Кабельні лінії (робочий частотний діапазон (від 1 кГц до 500 МГц) забезпечують надійний і захищений від посторонніх впливів багатоканальний зв’язок на задану відстань. На даний час коаксіальні і симетричні кабелі зайняли домінуючі позиції при організації міського і міжміського зв’язку. Оптиковолоконні лінії (ОЛ) створюють системи для передачі світлових сигналів мікрохвильового діапазону (λ = 0,7 …1,7 мкм) по оптичним кабелям на великі відстані. Перевагами ОЛ є низькі втрати сигналів по довжині кабелю, велика пропускна спроможність, мала вага і розміри кабелів, економія кольорових металів, висока захищеність від зовнішніх і взаємних впливів.

На лініях передачі інформації реалізовані аналогові (АЦП) і цифрові (ЦСП) системи передачі інформації. Аналогові системи засновані на частотному розподілу сигналів. За допомогою електричних фільтрів весь спектр інформації ділиться на частотні полоси (канали). В якості базового прийнятий телефонний канал шириною 4 кГц – канал тональної частоти (ТЧ). Чим ширша полоса частот, яку можна передавати по лінії зв’язку, тим більше можна отримати каналів і зменшити їх вартість. Цифрові системи передачі інформації базуються на часовому розділенні каналів, тобто передача по лінії сигналів різних повідомлень здійснюється почергово – зі зміщенням інтервалу часу. В цьому випадку по лінії передачі поширюються імпульси певної послідовності і протяжності, які утворюють цифрові сигнали. Для цього всі види інформації (телефонну, радіомовлення, телебачення і інші) попередньо кодують. В сучасних ЦСП найбільше поширення отримала імпульсно-кодова модуляція (ІКМ) з імпульсами мікросекундної і наносекундної протяжності. Перевагами ЦСП є: велика відстань зв’язку; зменшені вимоги до захисту передачі сигналів і їх взаємного впливу; можливість створення єдиної інтегральної системи зв’язку; можливість безпосереднього вводу і швидкісної обробки імпульсної інформації за допомогою ПК (персональних компютерів), автоматизація передачі даних. Недостатком цієї системи передачі інформації є розширення полоси частот до 64 кГц на телефонний канал при встановленому стандарті в 4 кГц.

В загальному вигляді вимоги, які висуваються до магістральних і міжміських ліній передачі інформації (мереж) можна сформулювати таким чином:

- здійснення зв’язку на практично необхідні віддалі до 1000 км всередині країни і до 25000 кілометрів для міжнародного зв’язку;

- широкополосність і здатність до передачі різних видів сучасної інформації (телебачення, телефонія, передача службової інформації, радіопередачі, передача шпальт газет і т.д.);

- захищеність ліній від взаємних і зовнішніх впливів, а також – від грози і корозії;

- стабільність електричних параметрів лінії, стійкість і надійність зв’язку;

- економічність розвитку і експліатації ліній передачі в цілому.

Мережа зв’язку включає: 1) систему передачі інформації (лінії передачі і відповідна апаратура); 2) пристрої (системи) комутації; 3) кінцеві пристрої.

Література для підготовки до лекційних занять:

1. Закон України «Про телекомунікації», прийнятий ВР України в 2003 р.

2. С. К. Абрамов. Лінії передачі: Навчальний посібник.- Х: В-цтво ХАІ, 2009. – 70 с.

3. И.И. Гроднев, С. М. Верник. Линии связи. Учебник для вузов. – М.: Радио и связь.1988.- 344 с.

4. И.И. Гроднев, В. О. Шварцман. Теория направляючих систем святи. – М.: Связь, 1978. – 296 с.

5. Коаксиальные и высокочастотные симметричные кабели связи: Справочник / Воронцов А.С.,Маркелов А.П. и др. – М.: Радио и связь, 1994. – 312 с.

6. И.И. Гроднев . Волоконно-оптические линии связи: Учебное пособие для вузов. - . – М.: Радио и связь, 1990. – 224 с.

7. В.Б. Каток. Волоконно-оптичні системи зв’язку: Книга.- К.: ВЕЛАР, 1990. – 498 с.

Лекція 2 (2 години). Організація зв’язку по кабельних лініях та принципи побудови мереж.

В Україні реалізується виробничо-територіальний принцип адміністративно-технічного управління мережами зв’язку, тобто, задовольняються управлінські, виробничі, соціальні, культурні і інші потреби людей для здійснення комунікацій.

Рис. 1. Схема побудови телекомунікаційної мережі країни на прикладі проводової телефонної мережі.

Мережа країни Україна розподіляється на первинну і вторинну.

Первинна мережа – це сукупність всіх каналів без розподілу їх по призначенню і видам зв’язку. В склад її входять лінії передачі і каналоутворююча апаратура. Первинна мережа є єдиною для всіх користувачів каналів і служить базою для вторинних мереж. Лінії первинної міжміської мережі поділяються на магістральні лінії (магістраль), які пов’язують мережеві вузли первинної магістральної лінії між собою, магістральні з’єднуючі лінії, які з’єднують мережеві вузли з кінцевими магістральними станціями(ОМЗ і МТЗ) і внутрішньозонові , які пов’язують обласні центри зі своїми районними або міжрайонними вузлами зв’язку, а також - їх між собою. Кожна лінія первинної міжміської мережі зв’язку являє собою комплекс, який включає лінійні і станційні споруди, апаратуру і обладнання для організації лінійних, групових трактів і каналів тональної частоти (ТЧ).

Вторинна мережа складається з каналів одного призначення (телефонних, телеграфних, передачі газет, оповіщення, відеотелефонних, передачі спецданних, телебачення і т.д.), які утворюються на базі первинної мережі. Вторинна мережа включає в себе комутаційні вузли, кінцеві пункти передачі інформації і канали, які виділені на первинній лінії. Вторинні міжміські мережі підключаються до первинної мережі за допомогою з’єднувальних ліній між кінцевими станціями первинної і вторинної мереж.

Розрізняють декілька варіантів структурної побудови мереж:

- повнозв’язна (безпосередньо кожен з кожним), при якій кожен вузел має прямі зв’язки з усіма іншими вузлами;

- вузлова, при якій декілька пунктів зв’язку групуються в вузли, які потім з’єднуються між собою;

- радіальна (зіркоподібна), при якій є лише один вузел, від якого по радіусам розходяться лінії зв’язку до кожного з абонентів.

По капітальним витратам найбільшу питому вагу мають лінійні споруди і апаратура передачі інформації. По цій причині дуже важливо вибрати оптимальний варіант побудови мережі – структуру мережі. Мережа складається з вузлів (пунктів комутації ланцюгів, каналів) і ребер (ліній звязку), які з’єднують ці вузли між собою. При побудові мережі зв’язку виходять із таких параметрів: економічність і надійність. Надійність забезпечується створенням розгалуженої мережі із застосуванням різних типів ліній передачі і прокладкою їх по різним напрямкам. На цих лініях передачі організують необхідне число каналів з обхідними, резервними шляхами. Необхідно, щоб кожен вузол зв’язку мав два або три обхідних незалежних шляхи до інших вузлів.

Найбільш раціональним з точки зору економічності, розгалуження і насиченості інформаційного простору є поєднання радіальної і вузлових систем зв’язку. Вона дозволяє створити надійну, розгалужену систему з обхідними і резервними лініями, які можна оптимізувати виходячи з потреб і можливостей регіонів. Така система має магістральні лінії і зонові мережі всередині країни і міжнародні канали, а також має вузлові станції, що з’єднані між собою і підлеглими вузлами без участі єдиного центру. Отже інформаційна мережа країни складається з магістральної і зонових мереж. Магістральна мережа охоплює лінії передачі інформації з обласними центрами, стратегічно важливі підприємства і об’єкти, а також – з іншими державами. Зонова меража організована в межах однієї або двох областей. Вона поділяється на внутрізонову і місцеву мережі за допомогою кодів доступу. Внутрішньозонова мережа з’єднує обласний центр з районами. Місцева мережа включає в себе міський, селищний і сільський зв’язок. Абоненти зони мають єдину семизначну нумерацію, тобто, в зоні може бути до 10 ⁷ телефонів.

Рис. 1. Схема побудови магістральної мережі країни.

Рис. 2. Схема побудови зонової мережі країни.

При наявності різноманітних конструкцій напрямних систем і різних діапазонів частот, які використовуються при передачі сигналів, при поширенні електромагнітної енергії в напрямних системах необхідно враховувати наступне: 1) спосіб передачі енергії в системах; 2) взаємний вплив систем одна на одну,що утворюють одну лінію передачі; 3) зовнішні впливи на напрямні системи. Тому до напрямних систем висуваються вимоги по забезпеченню передачі сигналів з визначеними спотвореннями і при обмежених завадах з забезпеченням високої економічної ефективності системи зв’язку. Це вимагає детального вивчення як процесів поширення енергії вздовж напрямних систем, так і процесів взаємних і зовнішніх впливів. На основі вивчених закономірностей створюють оптимальні з точки зору техніко-економічних розрахунків конструкції лінійних споруд телекомунікацій і розробляються методи їх захисту від зовнішніх і взаємних впливів.

Джерелами внутрішніх електромагнітних полів є окремі ланки ліній передачі, які можуть визивати завади в інших ланках тієї ж лінії. Джерелами зовнішніх електромагнітних полів є високовольтні лінії електропередач, контактні мережі електрифікованих залізниць, електросилові і рентгенівські установки, системи запалювання двигунів, електрозварювальні пристрої, а також – електророзряди в атмосфері. Найбільш суттєвими джерелами зовнішніх завад і небезпечних впливів на ланки ліній телекомунікацій є потужні радіостанції і телевізійні ретранслятори, високовольтні лінії електропередач, контактні мережі електрофікованих залізниць і грозові електричні розряди.

Рис. 3. Схема розвитку напрямних систем зв’язку України ( магістральні , зонові, вузлові).

В Україні створені оптоволоконні мережі замкнутого кола телекомунікаційних систем таких приватних провайдерів: Укртелеком, Київстар, російські фірми МТС, Life.

МОДУЛЬ 1