ТЕЛЕФОННЫЕ ЛИНИИ И СЕТИ СВЯЗИ
Проводная линия связи является одним из основных и самых дорогих элементов системы проводной связи. Поэтому сегодняшняя телефонная индустрия использует коммутируемую сеть (switched network), в которой каждый телефонный аппарат с помощью линии связи соединяется с централизованным коммутатором (телефонной станцией). Этот коммутатор обеспечивает связь, доступную только на период времени соединения двух сторон. Как только разговор/передача сигнала завершается, связь разрывается. Такая коммутируемая сеть позволяет ее абонентам пользоваться оборудованием совместно и таким образом снизить затраты на создание сети. Основным принципом разработки сети является обеспечение качественного уровня обслуживания абонентов при наименьших расходах. Работа коммутируемой сети рассчитана на то, что в одно и то же время не будут разговаривать сразу все ее пользователи. Дальность и качество телефонной связи зависит от конструктивных особенностей и электрических параметров линий связи.
Прямое соединение каждого телефонного аппарата с местной телефонной станцией называется абонентским шлейфом или абонентской линией, которая в простейшем случае является двухпроводной линией. Обычно каждый абонент имеет выделенную линию, которая служит для соединения его телефонного аппарата с сетью. При коллективном соединении абонентская линия связи используется совместно несколькими абонентами.
Главным требованием, предъявляемым к каждой телефонной станции, является обеспечение соединения между линиями любых двух абонентов. А это требует наличия соединения между телефонными станциями. Соединения разных телефонных станций называются магистральными линиями связи.
Абонентская линия - это соединение между абонентом и центральной АТС (т.е. сетью). Так как линия связи является средством доступа абонента к сети, то обычно она является выделенной для одного пользователя. Как правило, в качестве абонентской линии выступает пара проводов. Это позволяет оператору местной телефонной сети обеспечивать приемлемое качество передачи при низких затратах. Для передачи сигнала используется одна и та же электрическая линия в обоих направлениях и так как обычно в каждый момент времени говорит только один абонент, то речевые системы являются полудуплексными.
Телефонные линии связи делятся на воздушные и кабельные. Кабельные линии связи имеют ряд преимуществ перед воздушными линиями:
• меньшая подверженность воздействиям метеорологических условий и к механическим повреждениям;
• возможность организации значительно большего числа каналов связи;
• большая защищённость от влияния различного рода помех. Поэтому, несмотря на более высокую стоимость, кабельные линии получили широкое распространение. Для обеспечения телефонной связи в пожарной охране, как правило, должны применяться кабельные телефонные линии связи, а воздушные линии следует применять только для обеспечения временной связи.
Кабель представляет собой совокупность нескольких проводников (жил), изолированных друг от друга и заключённых в общую оболочку. Проводники кабелей выполняются из мягкой меди, и каждая пара проводников имеет отличную от других цветовую окраску.
Телефонные кабели обозначаются буквами и цифрами. Буквы обозначают область применения и тип броневой защиты, а цифры - количество проводников и их диаметр. Например: ТБ - 20Î2Î0,6 - телефонный бронированный двадцатипарный кабель с диаметром жил 0,6 мм.
Проводные кабельные линии связи относятся к электрическим цепям с параметрами, которые делятся на первичные и вторичные.
К первичным параметрам линий связи относятся: активное сопротивление, индуктивность, емкость, проводимость изоляции.
Активное сопротивление R, Ом, двухпроводной линии постоянному току определяется известной формулой
(2.11)
где r - удельное сопротивление, Ом*мм2/м; для меди r = 0,01785 Ом*мм2/м (при t = 20°С); l - длина линии, м; d - диаметр провода, мм; S - сечение провода, мм2.
Индуктивность кабельной линии связи, Гн/км, определяется собственной индуктивностью проводников данной линии связи и влиянием внешних магнитных полей от других проводников кабеля, а именно:
(2.12)
где КL - коэффициент, учитывающий увеличение индуктивности за счет спиралеобразной укладки проводников в кабеле связи; а - расстояние между центрами проводов в кабеле, мм; d - диаметр провода, мм; l - длина провода, м; п - количество витков жил провода в кабеле; Q(х) - коэффициент, учитывающий изменение индуктивности за счёт влияния поверхностного эффекта, увеличивающего сопротивление переменного тока.
Электрическая ёмкость С, Ф/км, кабельной линии связи определяется по формуле
(2.13)
где kc - коэффициент, учитывающий изменение ёмкости за счёт спиральной укладки проводов в кабеле; e - относительная диэлектрическая проницаемость изоляции жил кабеля; dгр - диаметр группы проводов кабеля, мм; d1 - диаметр провода в изоляции, мм; α - поправочный коэффициент, учитывающий изменение ёмкости при различных способах укладки проводов в кабеле.
Проводимость изоляции G кабельной линии связи складывается из проводимостей для постоянного и переменного токов. Проводимость изоляции для постоянного тока очень мала и в расчётах её можно не учитывать. Проводимость для переменного тока G, см/км, определяется по формуле
(2.14)
где w - угловая частота, рад/с; С - электрическая ёмкость кабельной линии связи, Ф/км; tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь изоляции для данной частоты тока.
К вторичным параметрам проводных линий связи относятся волновое сопротивление Zв и коэффициент распространения.
Электромагнитная волна, распространяющаяся вдоль однородной двухпроводной линии, встречает сопротивление, называемое волновым. Оно определяется, Ом,
(2.15)
Для того чтобы передать переменный сигнал по двухпроводной линии с минимальной потерей его мощности, необходимо обеспечить равенство входного сопротивления электроприемника с волновым сопротивлением линии. Только в этом случае не будет потерь мощности сигнала за счет отражений энергии от несогласованного по сопротивлению электроприемника.
При распространении электрической энергии по кабельной линии связи ее величина постоянно уменьшается, что обусловлено невосполнимыми потерями мощности сигнала в проводниках и диэлектрике линии.
(2.16)
где Р - мощность сигнала в определяемой точке, Вт; Ро - мощность сигнала в начале линии, Вт; γ - коэффициент распространения; l - длина линии связи, км.
В соответствии с действующим российским законодательством система оперативной связи в гарнизонах пожарной охраны строится на основе разветвленной сети электрической связи, состоящей из стационарных и подвижных узлов (пунктов) связи, включающих в свой состав необходимые технические средства и каналы связи, для технической реализации системы оперативной связи гарнизона ГПС могут применяться также сети электросвязи общего пользования, ведомственные и другие сети проводной и беспроводной электросвязи, развернутые на территории гарнизона независимо от их ведомственной принадлежности и форм собственности.
Основным средством связи в гарнизонах ГПС являются городские и сельские телефонные сети общего пользования (ТфОП). Базовой сетью телефонной сети общего пользования является первичная сеть, представляющая собой совокупность узлов и соединяющих их физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов (транспортная, сеть), образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций коммутации и соединяющих их линий передачи. Сетевые узлы представляют собой комплекс аппаратуры, предназначенный для формирования, перераспределения каналов и сетевых трактов и подключения служб электросвязи и пользователей сети. Сетевой тракт (Notwork Link) - типовой групповой тракт или несколько последовательно соединенных типовых групповых трактов с включенной на входе и выходе аппаратурой образования тракта, обеспечивающего целостность передачи информации по соединениям.
Вторичная сеть предназначена для доведения каналов связи до пользователей и характеризуется видом передаваемых сообщений, способом установления соединения, типом каналов, скоростью установления соединения, надёжностью и рядом других характеристик. В состав системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны могут входить также технологические сети, при этом образуются вторичные технологические сети связи.
Общегосударственная автоматически коммутируемая телефонная сеть состоит из местных (городских и сельских) сетей связи, зоновых телефонных сетей и междугородной автоматической и заказной (полуавтоматической или ручной) телефонных сетей (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Схема организации городской телефонной сети:
ЦС - центральная станция; ОС - оконечная станция; УС - узел связи
В соответствии с принятой для телефонной сети общего пользования системой нумерации каждая зоновая телефонная сеть имеет присвоенный ей трёхзначный код «АВС». Зоновый номер линии абонента при этом состоит из семи знаков: двузначного кода стотысячной группы «аb» и пятизначного номера в линии абонента в стотысячной группе «аb-ххххх». Междугородный номер линии абонента состоит из десяти знаков: трёхзначного кода зоны и семизначного зонового номера «АВС-аb-ххххх». Доставка информации с помощью сети коммутируемых средств связи является наиболее распространенным и массовым способом связи (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Пример организации доставки информации в гарнизоне
по коммутируемым сетям полной значности ГТС:
РШ - распределительный шкаф; РК - распределительная коробка; МЛ - магистральная
линия; СЛ - соединительная (абонентская) линия; РЛ - распределительная линия
Коммутируемая сеть связи гарнизона пожарной охраны состоит из станционных и линейных устройств и обеспечивает каждому абоненту сети выбор требуемых направлений связи. Однако этот способ связи не является оптимальным для передачи оперативной информации в подразделениях пожарной охраны, поскольку ему присущи следующие недостатки:
• значительные непроизводительные затраты времени на установление соединения с помощью номеронабирателя;
• наличие несостоявшихся соединений из-за занятости абонентов или приборов коллективного пользования (например, групповых или линейных соединителей);
• невозможность организации связи группой абонентов и проведение групповых переговоров в симплексном или дуплексном режимах;
• обезличивание входящего вызова на телефонный аппарат без наличия специальных приставок автоматического определения номера абонента.
Связь абонентов городской телефонной сети (ГТС) с экстренными службами производится через узел специальной связи (УСС). Узел специальной связи может быть централизованным (устанавливается на центральной станции), частично децентрализованным (устанавливается на каждой узловой станции) и децентрализованным (устанавливается на центральной и узловых станциях). Вне зависимости от места установки УСС подключение к специальным службам производится набором сокращенного номера. Обычно в радиусе действия УСС достаточно иметь десять пунктов специального назначения экстренных служб. В этом случае на УСС оборудуется одна ступень группового поиска, и вызов экстренных служб производится двузначным номером от «01» до «00». Сокращение количества знаков при наборе «0N» необходимо для повышения оперативности соединения, сокращения числа отказов в линиях по причине их занятости другими переговорами, а также для облегчения запоминания номера оперативной службы у населения. Связь в этом случае производится по специально выделенным пучкам соединительных линий. При наборе цифры «0» абонентом телефонной сети осуществляется соединение с узлом специальной связи городской телефонной сети, а при наборе второй цифры (от 0 до 9) устанавливается связь с диспетчером оперативной службы по одной из ограниченного числа специальных линий данной службы. Так, на УСС происходит разделение вызовов по направлениям различных специальных служб города.
Таким образом, сеть проводной связи гарнизона пожарной охраны должна включать в себя телефонную связь по специальным линиям укороченной значимости «01», которые предназначены для связи с центром управления силами гарнизона пожарной охраны любого абонента ГТС.
Обычно системы оперативной связи гарнизонов пожарной охраны проектируются таким образом, чтобы число линий «01» специальной связи было больше числа диспетчеров, обслуживающих поступающие вызовы. При поступлении вызова на пожар в тот момент, когда все диспетчеры заняты, вызов, занимая свободную линию, ждёт начала обслуживания на удержании.
Некоммутируемые сети связи можно назвать сетями прямой связи, так как при этом направления взаимосвязей для доставки информации являются жесткими и заранее установленными. Связь в таких системах устанавливается быстро, и в ней отсутствуют потери времени, вызванные занятостью абонентов и приборов коллективного пользования, а также имеется возможность установки приоритета для старшего оператора системы (диспетчера ЦУС, должностных лиц гарнизона).
В качестве оконечного устройства абонента в сетях прямой телефонной связи применяют телефонные аппараты без номеронабирателя (ТАБН). Существенными недостатками некоммутируемых сетей связи пожарной охраны являются их ограниченные коммутационные возможности, а также высокая стоимость по сравнению с коммутируемой сетью.
Городская телефонная сеть основана на использовании в основном кабельных линий связи. Телефонная сеть - это комплекс сооружений и оборудования для телефонной связи, состоящей из телефонных узлов, телефонных станций, линий связи и телефонных аппаратов.
Телефонные сети подразделяются на:
• междугородные;
• зоновые;
• внутризоновые;
• местные (городские и сельские).
Телефонная сеть может быть организована двумя способами:
• радиального включения абонентов, когда оборудование АТС находится в одном здании;
• радиально-узлового включения абонентов, когда в каждом районе устанавливается своя АТС.
Любой абонент АТС может осуществлять следующие соединения: с абонентом данной телефонной сети; с абонентом другого города или сельской местности; с абонентами местных учреждений или объектов; со специальными службами города, в том числе и пожарной охраной.
АТС, которые располагаются и работают как устройства, коммутирующие центральные АТС, называются транзитными (tаndem) коммутаторами.
Учрежденческая АТС (УАТС) - это телефонная станция, находящаяся в собственности учреждения и расположенная на его территории. Такая АТС устанавливает соединения между пунктами связи по тому же принципу, что и центральная АТС, но обычно использует собственный порядок нумерации, а для выхода в сеть общего пользования набирается добавочная цифра (например, 9).
Для выполнения указанных соединений АТС имеют следующие соединительные линии: индивидуальные абонентские полной значности; с объектами и учрежденческими станциями (с добавочным номером); с сельскими АТС через АТС области; с междугородными АТС с набором кода города; со специальными службами города укороченной значности («01» - единый телефон спасения, «02» - милиция, «03» - скорая помощь и т.д.).
От телефонной станции прокладываются кабели в специальных устройствах, называемых кабельной канализацией, которая представляет собой подземную систему, состоящую из трубопроводов и смотровых колодцев. Кабельная канализация начинается от здания телефонной станции и идёт в разных направлениях к распределительным шкафам, которые находятся в центре обслуживаемого района. Трубопроводы, в которых прокладываются кабели, представляют собой асбоцементные трубы диаметром 40 - 120 мм и длиной до 3 м. Для замены, ремонта и осмотра проложенного кабеля, а также для укладки дополнительного кабеля через каждые 150 м устанавливаются смотровые колодцы.
Распределительные шкафы - устройства, предназначенные для перехода с магистрального на распределительный кабель. По ёмкости они подразделяются на 1200, 600 и 300 - парные. Их устанавливают вблизи наружной стены здания или внутри него. От распределительного шкафа внутри здания прокладывается кабель, оканчивающийся в распределительной коробке, от которой кабель меньшей ёмкости, например десятипарный, подходит к группе абонентов.
Телефонный кабель, проложенный от распределительного шкафа до распределительной коробки, называется распределительным. Распределительная коробка предназначена для соединения кабеля с жилами однопарного абонентского кабеля, т.е. для осуществления перехода от распределительной к абонентской сети.
Абонентская сеть оканчивается телефонной розеткой, к которой подключается телефонный аппарат. Телефонный кабель, проложенный от распределительной коробки до абонентского телефона, называется абонентским.
Для сокращения числа абонентских линий в ряде случаев допускается спаренное включение телефонных аппаратов, т.е. два абонентских телефонных аппарата подключаются к одной общей абонентской телефонной линии, имея разные абонентские номера. Спаренные включения производятся с помощью приставок (блокираторов), смонтированных в спаренных телефонных аппаратах. На районных АТС (РАТС) общие линии включаются через комплекты спаренных абонентов (КСА) в выделенные коммутационные блоки А и В ступени абонентского искателя (АИ), как показано на рис. 2.12. При разговоре по одному аппарату второй отключается автоматически от общей абонентской линии с помощью блокираторов (например, диодов). Последние изменяют свою проводимость в зависимости от полярности напряжения КСА. Избирательность вызова одного из абонентов при занятии общей абонентской линии исходящим или входящим соединением обеспечивается значением полярности на абонентском проводе и в общей линии, поскольку установленные на входах телефонных аппаратов диоды включены навстречу друг другу. При этом телефонные номера
спаренных аппаратов отличаются друг от друга.
Рис. 2.12. Схема спаренного подключения телефонных аппаратов к АТС
На сельских сетях применяются телефонные станции малой ёмкости (от 10 до 1000 номеров) и используются малые пучки межстанционных линий большей протяжённости (как правило, воздушные), так как абоненты расположены небольшими группами на значительном расстоянии друг от друга.
Сельская телефонная сеть строится по наиболее экономичной радиально-узловой структуре с центральной станцией в районном центре, являющейся главным коммутационным узлом с одновременным выполнением функций городской АТС райцентра. В населённых пунктах района устанавливаются оконечные станции, которые включаются непосредственно.
Достаточно эффективным способом снижения затрат на построение сетей АТС является уплотнение соединительных линий значительной протяжённости с использованием необслуживаемого оборудования. для уплотнения кабельных соединительных линий межстанционной связи используется аппаратура импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В системе ИКМ по линии связи передаётся соответствующая серия двоичных импульсов (двоичный код), в законе изменения которых заложено речевое сообщение, что обеспечивает более высокую помехоустойчивость (дискретная или цифровая форма передачи информации).
На рис. 2.13 приведены схемы использования аппаратуры ИКМ для образования дополнительного канала на абонентской линии. Возможны два способа включения основного и дополнительного каналов.
Рис. 2.13. Структурная схема уплотнения абонентской сети:
а - оба канала используются для включения абонентов; б - высокочастотный канал
используется для включения абонентов АТС, а низкочастотный для переключения сети
передачи данных и сигнализации
Аппаратура ИКМ позволяет на каждой паре проводов кабеля образовать один дополнительный высокочастотный канал (ВЧ), используемый в качестве абонентской линии. При этом по существующему низкочастотному каналу может вестись любая передача в полосе частот от 300 Гц до 3,4 кГц, т.е. он может быть использован не только в качестве абонентской линии АТС, но и для диспетчерской связи, тревожной сигнализации (в частности, пожарной). Высокочастотный канал предназначен исключительно для включения абонентов АТС.
На рис. 2.13 низкочастотная часть аппаратуры ИКМ ограничена фильтрами низкой частоты (ФНЧ), не пропускающими частоты выше 3,4 кГц. Высокочастотная часть аппаратуры состоит из двух полукомплектов - стационарного (СПК) и абонентского (АПК). Сигналы, передаваемые от телефонной станции, преобразуются в СПК в высокочастотные импульсы и передаются по общей линии связи АПК, где они попадают к аппарату абонент (АТ). Точно также происходит процесс передачи информации, в обратном направлении - от абонента АТ через АПК и СПК к АТС.
Аппаратура ИКМ работает по кабельным линиям связи с жилами диаметром 0,4 - 0,7 мм и затуханием между комплектами до 4,3 дБ на частоте 800 Гц. Для уменьшения переходных влияний между ВЧ - каналами, работающими по включённым в одну телефонную станцию цепям, важно не допускать разности уровня приёма ВЧ - сигналов. Это достигается тем, что на выходе АПК включается регулируемая искусственная линия, дополняющая затухание физической цепи до затухания линии максимальной длины.
Для направления передачи сигналов «абонент - станция» выбраны частоты (28+3,4) кГц, а для направления «станция - абонент» - (64-3,4) кГц. В аппаратуре ИКМ сигналы передаются с помощью амплитудной модуляции. Остаточное затухание канала составляет 4,3 дБ. В качестве номинального уровня передачи, создаваемого телефонным аппаратом абонента, принят нулевой уровень, составляющий 6 дБ. Качество связи по высокочастотному каналу ИКМ превосходит качество связи по физической цепи из-за значительно меньшего уровня помех.
Комплект СПК питается от источника постоянного тока АТС напряжением 60 В. Питание АПК осуществляется от сети переменного тока.
Абонентский полукомплект устанавливают в помещении абонента, который выполнен в виде закрытой конструкции, а стандартные полукомплекты ИКМ размещаются в блоках стационарного оборудования АТС.