Khoa công nghệ ĐIỆn tử VÀ truyền thông bộ MÔn công nghệ truyền thông thS. ĐOÀn thị thanh thảo tổ chức mạng viễn thôNG

CHƯƠNG IV

Khi một cuộc đàm thoại được thực hiện qua một mạch thoại, hoặc một tin báo được gửi đi qua một mạch điện báo, các máy điện thoại hay thiết bị điện báo tại hai đầu được kết nối với nhau nhờ các dây dẫn kim loại, sao cho dòng điện mang các tín hiệu thông tin có thể lưu thông giữa chúng.

Trong một mạng điện thoại hay điện báo, tất cả các máy thuê bao đều được kết nối tới thiết bị tổng đài bằng cáp hoặc bằng dây dẫn, thông qua nó bất kỳ thuê bao nào cũng có thể được nối với một thuê bao khác nếu có yêu cầu.

Hơn nữa, các tổng đài cũng kết nối với nhau qua một mạng cáp hoặc dây dẫn mà trên đó các cuộc gọi đường dài hoặc các bức điện báo đi qua.

Các phương tiện đóng vai trò các vật dẫn điện, kể các phương tiện hỗ trợ và bảo vệ của chúng, được gọi là Công trình ngoại vi.

Các dây trần, dây cáp, dây cách điện được sử dụng làm dây dẫn. Các cây cột, thanh xà, dây đỡ và phần cứng được sử dụng làm các phương tiện đỡ và các cống cáp, hố cáp được dùng để bảo vệ các cáp ngầm.

Công trình đường dây thuê bao là một công trình mà nhờ đó thuê bao và phương tiện điện thoại công cộng và thiết bị PBX được kết nối với thiết bị của tổng đài trung tâm. Cáp dùng cho đường dây thuê bao được gọi là cáp thuê bao và được phân loại nhỏ hơn thành cáp phiđơ và cáp phân bố.

Cáp phiđơ là phần cáp thuê bao đi từ tổng đài chuyển mạch tới một điểm nơi sẽ bắt đầu cáp phân bố. Điểm phân cách giữa cáp phiđơ và cáp phân bố này thường được gọi là điểm kết nối chéo. Trong việc sử dụng cáp CCP (Color coded PE insulated - cách điện bằng chất dẻo PE mã mã hoá màu) làm cáp phân bố thì tủ dây nhảy (kết nối chéo) thường được lắp đặt tại điểm này nhằm thiết kế các công trình cáp một cách độc lập với nhau. Do vậy cáp phân bố là một phần của cáp thuê bao mà các hộp đầu cuối được gắn tới. Các dây rẽ tới nhà thuê bao được cấp từ các hộp đầu cuối.

b. Công trình cáp trung kế

Công trình cáp trung kế là công trình kết nối các tổng đài nội hạt với nhau trong một vùng. Cáp trung kế còn gọi là cáp liên đài.

Công trình ngoại vi đường dài là công trình kết nối các tổng đài đường dài với nhau. Thông thường các loại cáp đồng trục, cáp sợi quang và các loại cáp cách điện bằng PEF được sử dụng làm cáp đường dài.

Mặc dù đường dây truyền dẫn trên không có những nhược điểm cơ bản là bị ảnh hưởng của môi trường tự nhiên và nhân tạo, nó vẫn được sử dụng một cách rộng rãi, đặc biệt là với những đường dây thuê bao (khoảng 95%) vì các công trình trên không thường rất kinh tế so với công trình ngầm.

Các công trình trên không gồm có các cáp, các dây dẫn, các trụ đỡ, chẳng hạn như các cột, các dây chằng, các dây cáp chính và các phụ kiện khác. Đối với các công trình trên không, việc xây dựng cần phải có đủ độ an toàn và chắc chắn để chống lại những điều kiện khắc nghiệt trên cao.

b. Các công trình ngầm

Khi cáp ngầm chôn sâu dưới lòng đất trên 1m thì chống được những sự phá hoại của thiên nhiên, nhân tạo. Tuy nhiên, chi phí xây dựng đắt hơn vài ba lần chi phí công trình trên cao. Đường truyền dẫn ngầm thường sử dụng cho cáp đường dài, cáp trung kế và cáp phiđơ dùng cho thuê bao. Chúng được chôn dưới đất hoặc đặt trong một đường cống. Do thường cần phải chôn cáp phân tán đường dây thuê bao trong các vùng thành phố lớn vì các điều kiện môi trường, nên các công trình đường dây phân tán ngầm gần đây tăng lên.

Các dây cáp đặt dưới đáy hồ hoặc dưới đáy sông rộng gọi là cáp dưới nước. Các cáp đặt dưới đáy biển được gọi là cáp biển. Cáp dưới nước và cáp biển có lớp vỏ bọc kim được thiết kế một cách đặc biệt.

Các thành phần của công trình ngoại vi có thể chia thành môi trường truyền dẫn và các phương tiện hỗ trợ truyền dẫn.

Môi trường truyền dẫn bao gồm cáp thông tin cùng với các thiết bị đi kèm như tủ cáp ..

Các phương tiện hỗ trợ có thể được phân chia theo các cấu trúc treo (cột, các đường dây nhánh và các dây gia cường) và cấu trúc ngầm (cống cáp , bể cáp, hố cáp và hầm cáp).

Tần số tiếng nói của con người thường nằm trong phạm vi 50 đến 6000 Hz. Nhưng trong trường hợp một cuộc đàm thoại, không cần thiết phát toàn bộ băng tần này. Một cuộc hội thoại nghe rõ và dễ hiểu có thể được cung cấp bằng cách phát đi một dải từ 300 đến 3400 Hz. Dây trần, cáp không gia cảm và cáp gia cảm được sử dụng trong hệ thống truyền dẫn tiếng nói cho các mạch nội hạt và các mạch đường dài cự ly ngắn.

Hệ thống tải ba dây trần thích hợp với các trường hợp khi cần có các mạch phụ dọc theo đường dây trần đang hoạt động. Có rất nhiều loại hệ thống như 2 kênh, 3 kênh, 6 kênh và 12 kênh. Nhưng hệ thống tải ba dây trần bây giờ rất hiếm hoi bởi vì bản thân đường dây trần đã trở nên cực kỳ hiếm.

Cáp tải ba không gia cảm là cáp được thiết kế cho các hệ thống F-24, F-60, X-60. Để cung cấp các mạch một cách riêng biệt trong các hướng ngược nhau, có hai sợi cáp được đặt dọc theo toàn đoạn.

Hệ thống T-12 SR sử dụng cáp bọc giấy vỏ chì và cáp đường dài PEF-P. Các mạch trong các hướng ngược nhau được cung cấp trong một cáp, sử dụng một băng tần khác, cự ly có thể áp dụng khoảng từ 25 đến 100km.

Các hệ thống C-4M, CP-12MTr, C-60M và DC-100M sử dụng cáp đồng trục 2,6/9,5mm. Các hệ thống P-4M và P-12M sử dụng cáp 1,2/4,4mm.

Cả hai đoạn cáp này đều được ITU tiêu chuẩn hoá. Trong trường hợp cáp đồng trục, tần số càng cao thì các đặc tính chống xuyên âm càng tốt, do vậy không cần thiết phải dùng cáp riêng biệt cho các mạch trong các hướng ngược nhau. Cáp mạng này thường được lắp đặt ngầm dưới đất.

3. Những yêu cầu đối với công trình ngoại vi

Công trình ngoại vi phải có những tính chất điện tử tốt để truyền các tín hiệu thông tin. Nó phải đủ vững chắc dưới những điều kiện huỷ hoại khác của thời tiết, địa hình, và nhân tạo. Sau đây là những yêu cầu điện và cơ đặt ra cho công trình ngoại vi. Để thực hiệ các yêu cầu này một cách kinh tế phải cân nhắc thích đáng đến mọi thiết kế, từ sản xuất đến bảo dưỡng.

Điện trở cách điện kém gây ra suy hao truyền dẫn cao, xuyên âm và tạp âm lớn. Nhất thiết phải sử dụng các vật có điện trở lớn cho lớp cách điện của dây dẫn. Trong khi đó phải đặc biệt chú ý bảo vệ lớp cách điện luôn luôn tốt. Lớp cách điện bị bẩn, cành cây chạm vào đường dây hoặc cáp... đều dẫn đến làm hỏng lớp cách điện của các dây đơn hoặc dây kép. Trong trường hợp cáp với lớp vỏ bị vỡ có thể dẫn đến bị thấm nước và điện trở cách điện càng bị thấp đi, đối với nhiều loại mạch vào một lúc nào đó. Do vậy cần phải đặc biệt chú ý để tránh làm hỏng vỏ cáp.

Công trình ngoại vi đối mặt với mối hiểm nguy của sét và của việc tiếp xúc với đường dây điện lực. Sức bền lớp điện môi đủ cao là cần thiết để bảo vệ bản thân công trình ngoại vi cũng như nhân viên bảo dưỡng và các thuê bao khỏi nguy hiểm. Trong các hệ thống truyền dẫn mới đây, nguồn điện lực cấp theo cáp tới các trạm lắp ở xa. Trong các trường hợp này sức bền điện môi đủ cao là cần thiết cho lớp vỏ dây dẫn.

Khi đường dây dẫn đấu nối với thiết bị chuyển mạch, điều tối cần thiết là điện trở dây dẫn phải thấp đủ cho phép thiết bị hoạt động dưới trị số rất nhỏ của công suất kích thích để giảm suy hao truyền dẫn tới mức thấp nhất.

Điều mong muốn là suy hao truyền dẫn càng thấp càng tốt, giá trị cực đại cho phép của nó được xác định như sự dung hoà giữa chất lượng truyền và tính kinh tế. Trong mạng điện thoại, suy hao cho phép phân bố cho mọi tầng của mạng. trong việc quy hoạch tổng đài khu vực hoặc một mạng đường dài, các hệ thống truyền dẫn hoặc các loại công trình đường dây thích hợp cần lựa chọn sao cho các suy hao truyền dẫn vẫn nằm trong phạm vi những giới hạn cho phép.

Để truyền các tín hiệu thông tin một cách trung thực, đường dây phải là loại dây không méo. Có ba loại méo truyền dẫn: méo do suy hao, méo pha và méo phi tuyến.

Méo suy hao do sự biến đổi hệ số suy hao theo tần số tạo ra. Suy hao này có thể được bù lại nhờ sử dụng bộ khuyếch đại.

Méo pha do thay đổi tốc độ truyền dẫn theo tần số tạo ra.

Méo phi tuyến do sự có mặt các phần tử phi tuyến, chẳng hạn như các đèn điện tử chân không, các tranzzito, các vật liệu từ... trong mạch tạo ra.

3.6. Xuyên âm

Xuyên âm giữa các mạch trong lớp dây cáp hoặc trong đường dây trần phải càng nhỏ càng tốt. Mức xuyên âm cho phép xác định từ quan điểm duy trì tính riêng tư và tránh sự nhiễu loạn có thể có trong truyền thông.

Để giảm tối thiểu xuyên âm phải duy trì sự cân bằng điện và sự che chắn giữa các mạch.Các dây dẫn điện của cáp được bện xoắn thành từng cặp hoặc thành từng quắc để đạt được sự cần bằng tốt giữa các mạch và đất.Các đặc tính xuyên âm của cáp đồng trục được xác định theo hiệu quả màn chắn của dây dẫn ngoài và của các băng kim loại làm vỏ bọc.

3.7. Sự đồng nhất của các tính chất điện

Nếu trở kháng đặc tính không đồng nhất dọc theo đường dây, thì trở kháng sẽ có ảnh hưởng bất lợi đến các đặc tính truyền dẫn của đường dây.

Nếu khoảng cách giữa các cuộn dây gia cảm dọc theo một đường cáp gia cảm lệch khỏi khoảng cách tiêu chuẩn thì các đặc tính trở kháng theo tần số sẽ biến động, dẫn đến tiếng vọng hoặc tiếng rít trong mạch.

Tính chất không đều trong trở kháng đặc trưng của cáp đồng trục là nguyên nhân gây ra phản xạ tín hiệu, ảnh hưởng xấu đến chất lượng truyền dẫn. Phải chú ý đặc biệt yếu tố này trong việc chế tạo, lắp đặt cáp đồng trục.

Kỹ thuật công trình ngoại vi phải xem xét đến những ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết, chẳng hạn như giông tốt, bão lớn, tuyết rơi, đóng băng, thay đổi nhiệt độ,.. Trong việc thiết kế các cấu kiện của các thiết bị của công trình ngoại vi cần nghiên cứu các yếu tốt an toàn thích hợp.

Khi xác định một tuyến cáp cần tránh những nơi có thể gây nguy hiểm do lụt lội hoặc lở đất. Khi một tuyến cáp được chôn dọc theo một con đường lớn, mà nền của nó không đủ rắn chắc thì sự qua lại của xe cộ sẽ làm rão dây dẫn. Cần phải đặc biệt chú ý đến những yếu tố này trong việc lựa chọn tuyến cũng như lắp đặt cáp tại những nơi như vậy.

3.9. Nghiên cứu những mối nguy hiểm và nhiễu loạn

Khi một đường dây thông tin chạy gần một đường dây điện lực hoặc một đường ray điện, điện áp và tạp âm cao bất thường sẽ xuất hiện trong mạch thông tin do tiếp xúc hoặc do cảm ứng điện từ gây nguy hiểm cho người, thiết bị và gây nhiễu loạn cho dòng tin. Do vậy, công trình thông tin cần được xây dựng tại một cự lý an toàn cách xa đường dây điện lực hoặc phải được bảo vệ bằng các thiết bị thích hợp. Các tuyến cáp ngầm được lắp đặt tại vùng lân cận với đường ray xe điện DC thường gặp nguy hiểm do ăn mòn điện hoá từ dòng rò. Do vậy, cần tránh những nơi như vậy hoặc phải dùng thiết bị thích hợp để bảo vệ cáp khỏi các dòng lạc.

"Công trình ngoại vi" là tên gọi chung cho mọi cấu kiện tạo nên phương tiện truyền dẫn hữu tuyến.

Có nhiều loại tín hiệu được phát đi trên các đường dây thông tin, thay đổi từ các tín hiệu analog 4kHz đến các tín hiệu digital 2,4 Gb/s. Truyền thông như vậy, đòi hỏi các đặc tính truyền dẫn thuận lợi. Cáp đôi cân bằng và cáp sợi quang được dùng để truyền dẫn hiệu quả các tín hiệu khác nhau này tuỳ thuộc theo ứng dụng của chúng.

Do công trình ngoại vi bao gồm cả các đường dây truyền dẫn nên quy mô của nó rất lớn. Điều này đòi hỏi phải tiết kiệm nhất nếu có thể.

Do công trình ngoại vi thiết lập ở ngoài trời, nên bị tác động của cả môi trường thiên nhiên lẫn môi trường do con người tạo nên. Những tác động từ bên ngoài của thiên nhiên và nhân tạo, tính đặc thù có ảnh hưởng tới công trình ngoại vi được liệt kê trong bảng 4.2.

Công trình ngoại vi chủ yếu xây dựng và hoàn tất tại chỗ. Vì vậy trong quá trình xây dựng đòi hỏi tính hiệu quả của công việc phải cao. Hơn nữa, do công trình phân bố trên một vùng rộng gây ảnh hưởng bất lợi đến hiệu quả của sự bảo dưỡng, cho nên điều cốt lõi là mọi công việc bảo dưỡng phải được thực hiện với hiệu quả cao nhất có thể có.

Vì lẽ trên nên chủ yếu là công trình ngoại vi phải có: các đặc tính truyền dẫn tuyệt hảo, kinh tế, độ tin cậy cao, xây dựng và bảo dưỡng hiệu suất cao.

Bảng 4.2: Ví dụ về các tác động của ngoại lực thiên nhiên/nhân tạo

	Yếu tố	Những vấn đề gây ra cho công trình ngoại vi
Tác động của môi trường thiên nhiên	Nhiệt độ Gió (phun muối v.v..) Mưa, nước (nền đất rò rỉ, v.v...) Tuyết Độ ẩm Bão cát Động đất Địa chất/Địa lý Nắng Chuột, chim, côn trùng	Do đóng băng Điện trở đất tăng lên Các cột bị lung lay Cáp bên trong ống dẫn bị vỡ do nén Do thay đổi nhiệt độ Rạn nứt, dãn nở/co rút Xụt lở, rạn nứt do dao động, đứt ăn mòn úng ngập, ăn mòn Bị đứt và bị phá huỷ do tuyết Đường cáp không đủ tầm cao do tuyết rơi Ăn mòn, lớp cách điện bị hỏng Làm hư hỏng vỏ cáp, ruột cáp bị ăn mòn Bị phá huỷ Đứt, sụt, sập do lún đất Đổi màu, làm xấu chất lượng Gây hư hỏng
Tác động của môi trường nhân tạo	Dây điện lực Đường ray điện 1 chiều Đường ray điện xoay chiều Đường dây phân tải điện Khói nhà máy v.v... Xe ô tô (rung động khối)	Cảm ứng Ăn mòn điện phân Cảm ứng Cảm ứng Ăn mòn Rạn nứt, gẫy, ăn mòn Đứt, huỷ hoại

2. Kiểu loại và đặc tính của cáp thông tin

Cáp thông tin có thể phân loại theo cấu trúc thành cáp đôi cân bằng và cáp đồng trục mà cả hai đều dùng các dây dẫn kim loại và dây sợi quang dùng sợi thuỷ tinh và mới đây đã thu hút được nhiều sự chú ý. Sự phân loại cáp thông tin theo cấu trúc được trình bày trong hình 4.1

Dây dẫn kim loại

Cáp đồng trục

Cáp quang đa phương thức

Sợi thuỷ tinh

Cáp quang đơn phương đơn

Cáp đôi cân bằng truyền tín hiệu qua một đôi dây kim loại cân bằng. Mặc dầu nó không đắt nhưng không thích hợp với truyền dẫn tần số cao, do đó nó được sử dụng chủ yếu cho các đường dây thuê bao cự lý ngắn và các đường dây liên tổng đài với dung lượng thấp và trung bình.

Cáp đồng trục là cáp không cân bằng với sợi dây trong nằm ở tâm của dây dẫn ngoài hình ống. Mặc dù xuyên âm do ghép tĩnh điện hay do ghép điện từ thường là vấn đề đối với cáp đôi cân bằng, dây dẫn ngoài trong cáp đồng trục tạo màn che cho dây dẫn trong khỏi bị ảnh hưởng của các trường điện, do đó xuyên âm do ghép tĩnh điện gây ra đối với cáp đồng trục sẽ không thành vấn đề. Hơn nữa hiệu ứng mặt ngoài trong dây dẫn ngoài làm giảm xuyên âm do ghép điện từ gây ra khi tần số phát tăng lên. Vì vậy cáp thích hợp với truyền dẫn nhiều kênh tín hiệu điện thoại và truyền dẫn hình ảnh. Nó chủ yếu dùng cho các mạch đường dài cự ly xa, dung lượng lớn.

Đối với cáp đồng trục, tỷ số đường kính của dây dẫn ngoài với đường kính của dây dẫn trong phải gần với tỷ số 3,6:1 càng tốt nhằm bảo đảm điều kiện suy hao tối thiểu. Trong nhiều khía cạnh cáp sợi quang tốt hơn cáp đồng trục, nhiều đến mức nó không còn được thiết kế thêm nữa.
2.3. Cáp sợi quang

Thuộc tính Đặc trưng Ứng dụng

Cáp sợi quang truyền dẫn các tín hiệu quang bằng cách dùng sợi thuỷ tinh làm ống dẫn sóng quang. So sánh với cáp thông tin tiêu chuẩn dùng sợi dây kim loại, nó cung cấp các đặc tính tuyệt vời, bao gồm tổn hao thấp, băng tần rộng, phi cảm ứng, trọng lượng nhẹ, đường kính nhỏ và nó thích nghi dễ dàng với hệ thống truyền dẫn số và hình ảnh. Do vậy, cáp sợi quang đang được đưa vào sử dụng làm các đường dây liên tổng đài và các đường dây truyền dẫn thuê bao trên khắp mạng viễn thông.

Đường dây thuê bao nối tổng đài điện thoại với các thuê bao, được lắp đặt để thoả mãn nhu cầu điện thoại phân bố trên khắp một vùng.

Do cách phân bố đồng đều các đường dây như vậy, từ tổng đài điện thoại tới một vùng sẽ yêu cầu các phương tiện cực kỳ rộng lớn cho nên các đường dây chỉ được phân phối một cách trực tiếp từ tổng đài điện thoại tới các khối FDB (khối phân bố cố định - Fixed Distribution blocks) được xác định có xem xét đến tình hình trong vùng. Những đường dây như vậy gọi là các đường dây phiđơ.

Giữa các đường phiđơ và các thuê bao, các đường dây được phân bố để hình thành một mạng. Các đường dây này được gọi là các đường cáp phân bố. Do các đường dây phiđơ thường được lắp đặt ngầm dưới đất, nên cáp nhiều đôi được sử dụng. Tuy nhiên, hầu hết các đường cáp phân bố đều được lắp đặt trên cao (mặc dù có một số được lắp đặt ngầm), do đó cáp đôi ít sử dụng.

Đường dây thuê bao thiết kế để đáp ứng nhanh chóng việc lắp đặt mới và chuyển dịch các máy điện thoại dựa trên nhu cầu. Tuy nhiên, những thay đổi về số lượng thuê bao không thể mô tả theo mô hình toán học đơn giản, do đó giai đoạn dự báo đặc biệt phải được xác lập cho mỗi khối phân bố cố định (FDB). Nếu giai đoạn đó quá dài thì tính chính xác của dự báo sẽ thấp, phương tiện sẽ nằm trong trạng thái nhàn rỗi trong thời gian dài, không kinh tế. Mặt khác, nếu giai đoạn đó quá ngắn, thì việc mở rộng cứ phải lặp lại. Vì vậy, hiện nay thường sử dụng các giai đoạn dự báo là 5 năm cho các đường dây phiđơ và 10 năm cho các đường cáp phân bố.

a) Thiết kế đường dây thuê bao

Do đường dây thuê bao thường sử dụng để truyền dẫn băng tần gốc của tín hiệu tiếng nói, dùng hai dây nên chúng được cấu trúc từ cáp đôi cân bằng. Suy hao đường dây và điện trở DC đối với cáp đôi cân bằng được tính bằng trong bảng 4.3. Đối với thiết kế có tính kinh tế, nhất thiết phải duy trì các giá trị trong phạm vi giới hạn này.