Разработка и исследование кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией для широкополосного абонентского доступа
На правах рукописи
Баннов Владимир Вениаминович
Разработка и исследование кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией для широкополосного абонентского доступа
Специальность 05.09.02 - Электротехнические материалы и изделия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2010
Работа выполнена в открытом акционерном обществе Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (ОАО «ВНИИКП») и в закрытом акционерном обществе Самарская кабельная компания (ЗАО «СКК»).
| Научный руководитель | кандидат технических наук, доцент Попов Виктор Борисович |
| Официальные оппоненты | доктор технических наук, с.н.с. Цым Александр Юрьевич |
| кандидат технических наук, с.н.с. Абрамов Константин Константинович | |
| Ведущая организация | Самарский филиал ОАО "ВолгаТелеком". |
Защита состоится 29 сентября 2010 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 520.026.01 в ОАО «ВНИИКП» по адресу: 111024, Москва, шоссе Энтузиастов, д.5.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВНИИКП»
Автореферат разослан ______________________ 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета, к.т.н. И.А. Овчинникова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В России в настоящее время построено большое количество волоконно-оптических линий передачи как на магистральных и внутризоновых сетях, так и на городских телефонных сетях. На сетях связи для повышения пропускной способности стали применяться технологии спектрального уплотнения, основанные на принципе волнового мультиплексирования, т.е. разделения каналов по длине волны. Все это позволяет получить скорости передачи в несколько сотен Гбит/с и даже Тбит/с по одному оптическому волокну. Однако такие значительные объемы трафика имеют большую востребованность только при условии быстрого наращивания пропускной способности сетей абонентского доступа, т.е. необходимо иметь широкополосный абонентский доступ (ШПД). Cети ШПД являются наиболее дорогим сегментом сети связи. Затраты операторов на сети доступа могут достигать до 70% суммарных инвестиций. Поэтому традиционные операторы стремятся использовать существующие сети доступа как можно дольше. Однако на действующих линиях, построенных на основе кабелей типа ТПП, больших скоростей передачи для 100% уплотнения всех пар в кабеле обеспечить не удается. Обычно скорость передачи на действующих линиях не превышает 6-8 Мбит/с при длине линии не более 3 км.
В современных условиях в России стала широко использоваться для построения сети ШПД архитектура FTTx, согласно которой от узла связи до точки «х» прокладывается магистральный оптический кабель (ОК), а от точки «х» до абонента прокладывается распределительный симметричный кабель. На участке от точки «х» до абонента применяются высокоскоростные технологии xDSL (DSL – Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия), которые обеспечивают в зависимости от длины симметричного кабеля скорости передачи от 25 до 100 Мбит/с. Экономические условия в разных регионах России заметно различаются, поэтому в практике применяются различные архитектуры FTTx:
- FTTC – ОК прокладывается от узла связи до микрорайона, квартала или группы домов;
- FTTB – ОК прокладывается от узла связи до одного большого здания;
- FTTН – ОК прокладывается от узла связи до абонента (квартиры или отдельного коттеджа).
В масштабах России наибольшее применение находят технологии FTTC при длине симметричного кабеля 700-1000м и FTTB, при которой длина симметричного кабеля составляет 100-200м.
В настоящее время на сетях ШПД применяются конструкции кабелей, отличающиеся различной парностью, типом скрутки и изоляции токопроводящих жил. В кабелях связи для систем передачи xDSL и структурированных кабельных систем (СКС) применяется как сплошная, так и трехслойная пленко-пористо-пленочная полиэтиленовая изоляция жил. Использование пленко-пористо-пленочной изоляции дает ряд преимуществ: уменьшается величина диэлектрической проницаемости изоляции и, как следствие, снижается коэффициент затухания цепей кабеля, увеличивается дальность передачи; уменьшаются габариты кабеля, снижается расход материалов и, следовательно, уменьшается стоимость кабеля. В кабелях СКС 6 и 7 категорий для выполнения требований норм по коэффициенту затухания на высоких частотах применяется в основном пленко-пористо-пленочная изоляция жил. Надежность работы кабеля во многом определяется защитой цепей от воздействия внешних электромагнитных полей и электрической прочностью изоляции жил. Отличительной особенностью пленко-пористо-пленочной изоляции является формирование в наибольшем по объему пористом слое мелких закрытых газовых пор, поэтому для оценки возможности использования кабеля связи с пленко-пористо-пленочной изоляцией на сетях ШПД необходимо проведение исследования пробивных напряжений кабеля с данным типом изоляции. В ряде случаев, на сетях с использованием систем передачи xDSL применяются кабели с разнонаправленной (S-Z) скруткой пар, но наличие больших нескрученных прямолинейных участков не позволяет обеспечить требования по параметрам взаимного влияния между цепями, особенно на высоких частотах, поэтому в кабелях ШПД необходимо использовать только однонаправленную скрутку пар.
Из всего отмеченного выше можно сделать вывод, что актуальной задачей является разработка и исследование кабеля ШПД с пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляцией и однонаправленной парной скруткой, который бы удовлетворял требованиям обеспечения скорости передачи до 100 Мбит/с с применением систем передачи xDSL при 100% использовании цепей кабеля, а также требованиям СКС в диапазоне частот до 100 МГц.
Состояние вопроса. Вопросы конструирования и оптимизации конструкций симметричных кабелей связи в нашей стране рассматривалась в работах А.Б. Цалиовича и К.К. Абрамова. В работе А.Б. Цалиовича оптимизация конструкции кабеля проводится по критерию минимизации его стоимости при заданных электрических характеристиках. В работах К.К. Абрамова рассматриваются вопросы моделирования и расчет обобщенного кабеля.
Что касается электромагнитных влияний (ЭМВ), то они рассматривались многими отечественными учеными: И.И. Гродневым, В.О. Шварцманом, В.А. Андреевым, А.Ю. Цымом и др. Из зарубежных ученых – В. Клейном, Г. Каденом и др. Задача анализа электромагнитных влияний между цепями сводится к решению обобщенной системы телеграфных уравнений, которое получают путем принятия различных ограничений и допущений. Например, в работах В.О. Шварцмана, И.И. Гроднева, В. Клейна решение телеграфных уравнений сделано в предположении слабых связей между отдельными цепями в пучке. При анализе ЭМВ между симметричными цепями не учитывалась асимметрия взаимовлияющих цепей и нагрузок. Также не учитывалось изменение электромагнитных связей по длине кабеля. При выводе уравнений для взаимных влияний в указанных работах принимались допущения, справедливые для диапазона частот аналоговых систем передачи. В работах В.А. Андреева для решения обобщенной системы телеграфных уравнений применен метод последовательных приближений. Предполагалось, что цепи многопроводных линий связи являются слабо нерегулярными, а также слабо связанными. Что касается кабелей с парной скруткой, то они в этих работах рассматривались как нерегулярные по длине. Обусловлено это тем, что в последние несколько десятков лет для кабелей городских телефонных сетей использовалась технология S-Z (разнонаправленной) скрутки, благодаря которой чередуются скрученные и нескрученные участки цепей. Вопросы анализа электромагнитной совместимости при оборудовании цепей многопроводной направляющей системы различными системами передачи рассмотрены А.Ю. Цымом. Им разработана универсальная частотная модель электромагнитной совместимости (ЭМС) цепей многопроводной направляющей системы. Это позволяет решать проблемы ЭМС цепей с применением аппаратуры цифровых и аналоговых систем передачи.
Исследованию электрической прочности изоляции посвящены работы отечественных ученых: Г.Н. Александрова, Э.Т. Лариной, И.Б. Пешкова, С.М. Брагина, К.К. Абрамова, Н.Д. Калинина, Н.С. Лиманского. Исследования электрической прочности изоляции симметричных кабелей связи в основном проводились на кабелях с кордельно-полистирольной изоляцией.
С учетом изложенного, сформулируем цель и основные задачи настоящей диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование многопарного кабеля связи с пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляцией жил и однонаправленной парной скруткой, который бы отвечал требованиям обеспечения скорости передачи до 100 Мбит/с с применением систем передачи xDSL, а также требованиям СКС в диапазоне частот до 100 МГц.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
- анализ архитектур построения сетей проводного широкополосного абонентского доступа и требований современных систем передачи xDSL, предъявляемых к кабелям местной связи;
- определение норм на электрические параметры кабеля для широкополосного абонентского доступа, исходя из требований высокоскоростных систем передачи xDSL и требований СКС;
- разработка математической модели электромагнитных влияний между симметричными цепями кабеля парной скрутки с регулярной по длине конструкцией;
- теоретические и экспериментальные исследования параметров взаимного влияния кабеля в диапазоне частот до 100 МГц;
- исследование пробивных напряжений кабеля c пленко-пористо-пленочной изоляцией жил;
- разработка практических рекомендаций по конструированию и технологии изготовления кабеля ШПД, отвечающего требованиям высокоскоростных систем передачи xDSL и требованиям СКС.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовалась теория направляющих систем связи в части электромагнитных влияний между цепями, теория вероятностей и математическая статистика. Выводы и рекомендации, сформулированные в работе, основаны на теоретических и экспериментальных исследованиях, и расчетах с использованием аналитических и численных методов, реализованных в среде «MathCAD».
Научная новизна работы сводится к следующему:
- Разработаны математические модели электромагнитных влияний между симметричными цепями кабелей с пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляцией и однонаправленной парной скруткой для широкополосного абонентского доступа.
- Проведен теоретический анализ и выявлены основные закономерности изменения частотных характеристик взаимного влияния на ближнем и дальнем концах для исследуемого типа кабеля.
- Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что в исследуемом кабеле определяющим является непосредственное влияние между цепями, обусловленное регулярной и нерегулярной составляющими электромагнитной связи. Показано, что косвенные влияния через третьи цепи пренебрежимо малы.
- Впервые проведены исследования пробивных напряжений кабеля с пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляцией жил на коротких образцах и на строительной длине. Показано, что минимальные значения пробивных напряжений исследуемого кабеля выше нормируемых значений испытательных напряжений.
- Обосновано, что для обеспечения востребованной сегодня скорости передачи до 100 Мбит/с на сетях ШПД с использованием архитектур FTTC и FTTB необходимо применение специально разработанного для этой цели кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией при 100% уплотнении всех пар высокоскоростными системами передачи xDSL.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Разработанные математические модели электромагнитных влияний позволяют анализировать параметры взаимных влияний различных конструкций кабелей связи парной скрутки с регулярными по длине симметричными цепями.
2. Установлены преобладающие составляющие взаимного влияния, позволяющие на этапе конструирования и производства кабеля принимать меры по уменьшению взаимных влияний путем изменения конструктивных параметров кабеля.
3. Определены нормы на параметры взаимного влияния между цепями кабеля на ближнем и дальнем концах в диапазоне частот работы современных высокоскоростных систем передачи xDSL, позволяющие учитывать их при разработке и организации производства кабелей ШПД.
- Определены величины пробивных напряжений между жилами и между жилами и экраном кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией, которые позволяют учитывать их при разработке и организации производства кабелей ШПД.
- На базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований электромагнитных влияний между регулярными по длине цепями разработаны рекомендации, с точки зрения обеспечения высокой помехозащищенности цепей, по конструированию кабелей ШПД, отвечающих требованиям современных высокоскоростных систем передачи xDSL и требованиям СКС.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в ЗАО «Самарская кабельная компания» при разработке и организации производства кабелей ШПД в части разработки конструкций кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией медных жил, нормирования параметров взаимного влияния на основе теоретических и экспериментальных исследований в диапазоне частот до 100 МГц, а также нормирования испытательных напряжений между жилами и между жилами и экраном. Результаты работы внедрены также в ОАО «Башинформсвязь» и в Самарском филиале ОАО «ВолгаТелеком».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (г. Уфа, 2003 г.; г. Самара, 2005 г., 2009 г.), на международных научных сессиях, посвященных дню Радио (г. Москва, 2004 г., 2009 г.), на международной конференции «Развитие телекоммуникаций в России» (г. Сочи, 2006 г.), на XVII российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (г. Самара, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 6 работ в изданиях по перечню ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 89 наименований, а также приложение на 13 страницах. Общий объем диссертации составляет 161 страницу.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- математические модели электромагнитных влияний на ближнем и дальнем концах кабеля между симметричными цепями с регулярной по длине конструкцией;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований электромагнитных влияний между цепями кабеля в диапазоне частот до
100 МГц;
- исследование пробивных напряжений кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией жил;
- практические рекомендации по конструированию и технологии производства кабеля ШПД, отвечающего требованиям высокоскоростных систем передачи xDSL и требованиям СКС.
Краткое содержание диссертационной работы.
Во введении обоснована актуальность, представлен анализ современного состояния вопроса, сформулированы цели и основные задачи исследования, показана новизна и практическая ценность работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе проводится анализ архитектур построения широкополосного абонентского доступа. Для реализации ШПД используется существующие сети связи, а также строятся новые мультисервисные сети. На действующих в России сетях связи с симметричными кабелями для доставки широкополосных сервисов операторы активно используют технологии хDSL с использованием архитектуры FTTx. В современных условиях на сетях ШПД на магистральном участке сети применяется архитектура FTTC и FTTB, а на абонентском участке используются различные системы передачи xDSL, которые обеспечивают в зависимости от длины медного кабеля скорость до 25 Мбит/с (ADSL2+), до 52 Мбит/с (VDSL) и до 100 Мбит/с (VDSL2). Для технической реализации ШПД по архитектурам FTTC и FTTB необходимо использовать специально разработанные медные кабели с пленко-пористо-пленочной изоляцией и однонаправленной парной скруткой, которые обеспечивают необходимую скорость передачи с применением систем передачи xDSL. При этом скорость передачи и длина линии в основном определяются затуханием сигнала и величиной помехозащищенности от взаимных влияний между цепями кабеля связи.
Разработаны основные требования, предъявляемые к кабелям ШПД при 100 % уплотнении всех пар высокоскоростными системами передач xDSL. Определены, исходя из требований высокоскоростных систем передач xDSL и требований СКС, нормы на электрические параметры кабеля для широкополосного абонентского доступа, в том числе на параметры взаимного влияния на ближнем и дальнем концах кабеля.
Во второй главе разработаны математические модели электромагнитных влияний на ближнем и дальнем концах между регулярными по длине симметричными цепями (СЦ) кабеля ШПД и выявлены основные закономерности изменения частотных характеристик влияния для данного типа кабеля.
Электромагнитные влияния (ЭМВ) между взаимовлияющими цепями исследованы путем решения уравнений Максвелла в квазистационарном режиме с помощью обобщенной системы телеграфных уравнений. Решение системы телеграфных уравнений запишем через передаточные функции влияния. Отношение напряжения на ближнем конце (БК) цепи, подверженной влиянию 
, к напряжению в начале влияющей цепи 
назовем передаточной функцией влияния на БК, а отношение напряжения на дальнем конце (ДК) цепи, подверженной влиянию 
, к напряжению в начале влияющей цепи 
- передаточной функцией влияния на ДК.
Рассмотрим электромагнитные влияния на БК и ДК. Электромагнитное влияние между симметричными цепями на БК обусловлено в основном непосредственным переходом энергии за счет регулярной и нерегулярной составляющих электромагнитной связи.
Передаточную функцию влияния на БК при регулярной составляющей электромагнитной связи между симметричными цепями запишем в виде:
(1)
где 
- коэффициенты распространения первой и второй цепей; 
- оператор Лапласа; L - длина СЦ; Nп - коэффициент электромагнитной связи на БК.
Получено аналитическое выражение переходного затухания на БК в частотной области для регулярной составляющей электромагнитной связи:
, (2)
где 
- коэффициент затухания 1-й и 2-й цепей, дБ/км; 
- коэффициент фазы 1-й и 2-й цепей, рад/км.
Рассмотрена нерегулярная составляющая электромагнитной связи –
, где 
- случайная функция, описывающая изменение связей по длине цепи. Поведение нерегулярной составляющей связи определяется многими независимыми случайными факторами, что позволяет на основании предельной теоремы Ляпунова считать функцию 
стационарной. Для ее математического описания были использованы вероятностные характеристики: дисперсия 
и нормированная автокорреляционная функция 
.
Количественно электромагнитное влияние на БК в частотной области для нерегулярной составляющей электромагнитной связи характеризуется средним значением квадрата модуля передаточной функции влияний 
и средним значением переходного затухания 
:
(3)
Получено аналитическое выражение переходного затухания на БК в частотной области для нерегулярной составляющей электромагнитной связи в следующем виде:
(4)
где 
- интервал корреляции нормированной автокорреляционной функции 
.
Суммарное электромагнитное влияние на БК определяется по формуле:
(5)
Таким образом, значение суммарного переходного затухания на БК получаем в следующем виде:
(6)
С учетом полученного выражения (6) были проведены исследования электромагнитных влияний между СЦ на БК кабеля марки КЦПппП. Для расчета использовались исходные данные, полученные экспериментальным путем: 
(с/км)2; 
. Графики частотной зависимости суммарного переходного затухания на БК для двух значений интервалов корреляции-l, соответствующих минимальному и максимальному шагу скрутки и двух длин кабеля марки КЦПппП показаны на рис.1 и рис. 2 соответственно.
Рис.1 Графики суммарного 
Рис.2 Графики суммарного 
для двух длин шага скрутки для двух длин кабеля
Таким образом, исследования переходного затухания на БК между регулярными по длине СЦ кабеля широкополосного абонентского доступа с применением полученных формул показали, что электромагнитные влияния складываются из регулярной и нерегулярной составляющих электромагнитной связи. Причем, регулярная (равномерно распределенная по длине) связь сказывается в относительно низкочастотной области, а нерегулярная - в более высокочастотной области. Увеличение длины линии приводит к уменьшению осцилляций, уменьшению значения переходного затухания в области низких частот, а также к завершению осцилляций на более низкой частоте. Увеличение шага скрутки (интервала корреляции) уменьшает значение 
в высокочастотной области. Подбирая шаги скрутки цепей, можно обеспечить увеличение переходного затухания на БК.
В симметричных кабелях связи электромагнитное влияние на ДК обусловлено в основном непосредственным переходом энергии и косвенным влиянием через третьи цепи при двойном переходе энергии. Передаточную функцию влияния для регулярной составляющей электромагнитной связи при непосредственном влиянии между цепями запишем в виде:
(7)
Получено аналитическое выражение защищенности на ДК в частотной области для регулярной составляющей электромагнитной связи:
, (8)
где 
- коэффициент электромагнитной связи на ДК; 
- разница времени задержки распространения сигнала во взаимовлияющих цепях.
Поведение нерегулярной составляющей электромагнитной связи 
определяется многими независимыми случайными факторами, что позволяет на основании предельной теоремы Ляпунова считать функцию 
стационарной. Для ее математического описания были использованы вероятностные характеристики: дисперсия 
и нормированная автокорреляционная функция
. Количественно электромагнитное влияние на ДК в частотной области для нерегулярной составляющей электромагнитной связи характеризуется средним значением квадрата модуля передаточной функции влияний 
и средним значением защищенности 
.
Среднее значение защищенности на ДК определяется выражением:
. (9)
Получено аналитическое выражение защищенности на ДК в частотной области для нерегулярной составляющей электромагнитной связи в следующем виде:
(10)
Суммарное электромагнитное влияние на ДК определяется выражением:
(11)
Таким образом, значение суммарной защищенности на ДК получаем в следующем виде:
(12)
С учетом полученного выражения (12) были проведены исследования электромагнитных влияний между СЦ на ДК кабеля марки КЦПппП. Для расчета использовались исходные данные, полученные экспериментальным путем: 
(с/км)2; 
. Графики 
для двух длин кабеля представлены на рис. 3, для трех значений 
- на рис. 4.
Рис. 3 Графики 
для Рис. 4 Графики 
для разных двух длин кабеля значений Тз
Анализ полученных на рис. 3 и рис. 4 зависимостей показывает, что увеличение длины линии приводит к снижению суммарной защищенности, а также к возникновению осцилляций в высокочастотной области. Увеличение 
приводит к подъему 
в высокочастотной области. Причем частота, с которой начинается подъем, тем ниже, чем больше величина 
. Графики 
имеют монотонный спад в относительно низкочастотной области, соответствующий 6 дБ/окт, обусловленный преобладанием нерегулярной составляющей электромагнитной связи. С ростом частоты появляются осцилляции, обусловленные регулярной составляющей электромагнитной связи.
Таким образом, были проведены теоретические исследования электромагнитных влияний между симметричными цепями кабеля на ближнем и дальнем концах. Показано, что изменение частотных характеристик влияния зависит от преобладания регулярной и нерегулярной составляющих электромагнитной связи по длине линии. Установлено, что частотные характеристики взаимного влияния (ЧХВ) на ближнем конце зависят от величины электромагнитных связей с каждого участка по длине линии, от вероятностных характеристик этих связей, от шага скрутки. Частотные характеристики защищенности на дальнем конце зависят от значения электромагнитных связей по длине линии, длины линии, а также от различия времени задержки распространения сигнала во взаимовлияющих цепях. Изменение интервала корреляции в данном случае не влияет на величину суммарной усредненной защищенности.
На основе полученных аналитических соотношений для параметров взаимного влияния и проведенного теоретического анализа проведена идентификация электромагнитных влияний между регулярными по длине симметричными цепями. Для выявления составляющих влияния были проведены экспериментальные исследования электромагнитных влияний между взаимовлияющими цепями кабеля марки КЦПппП. Сначала определялись значения электромагнитных связей отдельно для регулярной и нерегулярной составляющих, а затем они подставлялись в разработанные математические модели. Далее проводилось сравнение полученной ЧХВ с экспериментальной ЧХВ. Сопоставление результатов расчета переходного затухания на ближнем и дальнем концах с экспериментальными данными показало их достаточное совпадение. Расхождение не превышает 15 %, что позволяет сделать вывод о правильности предложенной математической модели электромагнитных влияний между цепями исследуемого кабеля ШПД. Полученные выражения для расчета значений ЭМВ регулярных по длине СЦ позволяют по измеренным значениям электромагнитных влияний на ближнем и дальнем концах определять значения электромагнитных связей для регулярной составляющей взаимного влияния и вероятностные характеристики электромагнитных связей (дисперсии) для нерегулярной составляющей взаимного влияния. Используя полученные выражения для расчета электромагнитных связей и применяя разработанные математические модели, можно проводить исследования частотных характеристик взаимного влияния различных конструкций симметричных кабелей парной скрутки с регулярной по длине конструкцией. Полученные данные о преобладающих составляющих взаимного влияния позволяют на этапе конструирования и производства кабеля принимать меры по уменьшению взаимных влияний путем подбора параметров кабеля.
Приводятся результаты экспериментальных исследований параметров взаимного влияния на ближнем и дальнем концах. При этом снижение значений переходного затухания на БК с ростом частоты составляет 4-5 дБ/окт. Снижение значений защищенности на ДК с ростом частоты не превышает 6 дБ/окт. Это говорит о том, что в исследуемых кабелях преобладает непосредственное влияние между цепями. Косвенные влияния через третьи цепи пренебрежимо малы.
Проведенные исследования показали, что разработанные кабели ШПД с пленко-пористо-пленочной изоляцией отвечают требованиям по параметрам взаимного влияния как для современных высокоскоростных систем передачи xDSL, так и для СКС в диапазоне частот до 100 МГц. Определено, что параметры взаимного влияния между цепями кабеля разных элементарных пучков на 25-30 дБ выше, чем между цепями внутри элементарных пучков. Рекомендовано, в связи с этим, ограничиться измерением этих параметров только внутри элементарных пучков.
Третья глава посвящена исследованию пробивных напряжений кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией. Необходимость данного исследования для этого типа изоляции обусловлена тем, что в изоляции содержится большое количество газовых пор, которые имеют низкую электрическую прочность по сравнению со сплошным полиэтиленом. Определено, что пробивное напряжение пленко-пористо-пленочной изоляции определяется главным образом начальной ионизацией объема газовых пор, после чего все напряжение прикладывается к сплошным полиэтиленовым пленкам, наложенным на медную жилу и на пористый слой изоляции. Сплошные полиэтиленовые пленки увеличивают пробивное напряжение изоляции в целом. Приводятся экспериментальные исследования пробивного напряжения изоляции на коротких образцах кабелей. Впервые на основе проведенных экспериментальных исследований на коротких отрезках кабелей с пленко-пористо-пленочной изоляцией жил и с помощью статистической обработки определены средние значения пробивных напряжений: между жилами 
= 5,6 кВ и между жилами и экраном 
= 5,7 кВ при среднеквадратическом отклонении 0,2 кВ и 0,21 кВ соответственно. Определены пробивные напряжения пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляции кабеля на величине строительной длины. Средние минимальные значения пробивных напряжений на строительной длине (850 м) равны: между жилами 
= 4,7 кВ; между жилами и экраном 
= 4,8 кВ.
Показано, что минимальные значения пробивных напряжений исследуемого кабеля выше нормируемых значений испытательных напряжений.
В четвертой главе даны практические рекомендации по разработке конструкций и технологии производства кабелей для сетей ШПД. Приведены особенности технологического процесса и допустимые отклонения конструктивных параметров кабеля на этапе его изготовления. Приведены расчеты конструкции кабеля, расхода основных материалов, результаты измерений волнового сопротивления и коэффициента затухания цепей кабеля в частотном диапазоне до 100 МГц. Измеренные значения находятся в пределах, нормируемых для кабелей СКС 5 категории. Показаны результаты практического внедрения разработанного кабеля для сетей ШПД. Разработаны и внедрены в производство кабели связи, предназначенные для эксплуатации на сетях абонентского широкополосного доступа, оборудованных системами передачи xDSL (ADSL2, ADSL2+, VDSL, VDSL2) при скорости передачи до 100 Мбит/с, и в структурированных кабельных системах в частотном диапазоне до 100 МГц.
В заключении сформулированы основные результаты работы:
1. Проведен анализ современных технологий высокоскоростной передачи информации, применяемых при построении сети широкополосного абонентского доступа с использованием архитектуры FTTх. Обосновано, что для обеспечения востребованной скорости передачи информации на абонентских сетях широкополосного доступа до 100 Мбит/с необходимо использование специально разработанного для этой цели кабеля связи с пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляцией жил и однонаправленной парной скруткой, обладающего высокой помехозащищенностью между цепями от взаимных влияний. Определены нормы на электрические параметры кабеля для широкополосного абонентского доступа, исходя из требований высокоскоростных систем передачи xDSL и требований СКС.
2. Разработаны математические модели электромагнитных влияний между цепями кабелей с парной однонаправленной скруткой для широкополосного абонентского доступа. Получены аналитические выражения для частотных характеристик взаимных влияний между цепями кабеля на ближнем и дальнем концах. Проведен теоретический анализ и выявлены основные закономерности изменения частотных характеристик взаимного влияния. Показано, что эти изменения зависят от преобладания регулярной и нерегулярной составляющих электромагнитных связей. Проведена идентификация электромагнитных влияний между регулярными по длине симметричными цепями и определены значения электромагнитных связей.
3. Проведены экспериментальные исследования параметров взаимного влияния кабеля на ближнем и дальнем концах. Результаты расчета параметров взаимного влияния по полученным аналитическим выражениям согласуются с измеренными данными. Это позволяет сделать вывод о правильности предложенных математических моделей электромагнитного влияния между цепями кабеля. Установлено, что в исследуемом кабеле определяющим является непосредственное влияние между симметричными цепями, а косвенными влияниями через третьи цепи можно пренебречь. Показано, что разработанные кабели отвечают требованиям по параметрам взаимного влияния как для современных высокоскоростных систем передачи хDSL, так и для СКС в диапазоне частот до 100 МГц.
4. Полученные выражения для расчета значений электромагнитных связей и разработанные математические модели электромагнитных влияний позволяют проводить исследования частотных характеристик взаимного влияния различных конструкций симметричных кабелей парной скрутки с регулярной по длине конструкцией и на основе полученных данных принимать меры по уменьшению взаимных влияний путем подбора конструктивных параметров кабеля на этапе его конструирования и производства.
5. Проведены экспериментальные исследования пробивных напряжений кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией жил. Впервые на основе проведенных исследований определены значения пробивных напряжений между жилами и между жилами и экраном. Показано, что минимальные значения пробивных напряжений исследуемого кабеля выше нормируемых значений испытательных напряжений.
6. Разработаны основные требования, предъявляемые к кабелям абонентского ШПД при 100% загрузке их высокоскоростными системами передачи хDSL. Показано, что кабели с парной однонаправленной скруткой и пленко-пористо-пленочной изоляцией жил могут применяться при строительстве сетей ШПД с использованием систем передачи xDSL и в структурированных кабельных системах.
7. Приведены особенности технологического процесса и допустимые отклонения конструктивных параметров кабеля на этапе его изготовления. Даны практические рекомендации по разработке конструкций и технологии производства кабелей для сетей ШПД, проведен расчет конструкций кабеля и расхода основных материалов.
8. На основании проведенных в работе теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены в производство кабели связи, предназначенные для сетей широкополосного абонентского доступа. Серийное производство и эксплуатация кабеля показали, что данный кабель по своим характеристикам полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к кабелям ШПД при использовании его на сетях операторов связи, оборудованных системами передачи xDSL при скорости передачи до 100 Мбит/с, а также в СКС в частотном диапазоне до 100 МГц.
В приложении приведены результаты измерения параметров передачи и параметров взаимного влияния кабеля, результаты исследования пробивных напряжений кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией, результаты расчета конструкции кабеля и расхода основных материалов, а также документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы.
Опубликованные работы по теме диссертации:
- Бульхин А.К., Баннов В.В., Кузнецов А.Л. Новые технологии в новых кабелях // Кабели и провода. 2003. №2. с.18-20.
2. Андреев В.А., Родионов В.Н., Баннов В.В., Попов Б.В. Новые кабели местной связи для цифрового абонентского доступа. Четвертая международная научно-техническая конференция «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». Материалы конференции. Уфа, 2003. с. 145-146.
3. Андреев В.А., Баннов В.В., Попов Б.В., Родионов В.Н. Результаты исследования электрических характеристик кабелей местной связи производства ЗАО «Самарская кабельная компания» для цифрового абонентского доступа // Инфокоммуникационные технологии. 2004. № 2. с. 9-12.
4. Баннов В.В., Некрасов А.Н., Родионов В.Н., Попов В.Б. Новые малопарные цифровые электрические кабели местной связи. Пятая международная научно-техническая конференция «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». Материалы конференции. Самара, 2004. с. 109-112.
5. Андреев В.А., Родионов В.Н., Баннов В.В., Попов Б.В. О новых разработках кабелей местной связи для цифрового абонентского доступа. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова. Серия: Научная сессия, посвященная дню радио. Выпуск LIX-1. М., 2004. с. 171-172.
6. Парфенов Ю.А., Власов В.Е., Баннов В.В. Некоторые технологические аспекты производства цифровых кабелей связи // Электросвязь. 2004. № 11. с. 22-23.
7. Андреев В.А., Родионов В.Н., Баннов В.В., Попов Б.В. Новые электрические кабели местной связи для цифрового абонентского доступа // Вестник связи. 2004. № 4. с. 177-179.
8. Баннов В.В., Воропаев С.В., Попов Б.В., Попов В.Б. Новый кабель для сельской телефонной сети // Вестник связи. 2005. № 9. с. 39-40.
- Баннов В.В., Некрасов А.Н. Разработка и результаты внедрения новых кабелей абонентского доступа и сельской связи //Телекоммуникационное поле регионов. 2005. № 3. с. 13-15.
10. Баннов В.В., Некрасов А.Н. Электрические кабели местной связи производства ЗАО «Самарская кабельная компания» для цифровых сетей абонентского доступа. Девятая международная конференция «Развитие телекоммуникаций в России». Материалы конференции. Сочи, 2006. с. 35-39.
11. Андреев В.А., Баннов В.В., Попов Б.В., Попов В.Б. ЭМС цепей кабелей ГТС с пленко-пористо-пленочной изоляцией //Вестник связи. 2007. № 9. с. 85-87.
12. Баннов В.В., Попов В.Б. Исследование электрической прочности симметричного кабеля с пленко-пористо-пленочной изоляцией для цифрового абонентского доступа // Кабели и провода. 2009. №3.с.12-14.
13. Баннов В.В. Электрическая прочность кабеля для цифрового абонентского доступа // Вестник связи. 2009. №11. с. 43-44.
14. Баннов В.В. Математическая модель электромагнитных влияний на ближнем конце между цепями симметричного кабеля для широкополосного абонентского доступа с пленко-пористо-пленочной полиэтиленовой изоляцией // Кабели и провода. 2009. № 5. с. 20-23.
15. Баннов В.В. Математическая модель электромагнитных влияний на ближнем конце между цепями симметричного кабеля для широкополосного абонентского доступа с использованием технологий FTTx. Десятая международная научно-техническая конференция «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». Материалы конференции / ПГУТИ. Самара, 2009. с. 343-346.
16. Баннов В.В., Попов Б.В., Попов В.Б. Результаты эксперементальных исследований электрической прочности симметричных кабелей для цифрового абонентского доступа. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова. Серия: Научная сессия, посвященная дню радио. Выпуск LXIV. М., 2009. c. 141-143.
17. Баннов В.В. Математическая модель электромагнитных влияний на дальнем конце между цепями кабеля для широкополосного абонентского доступа. XVII российская научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. Материалы конференции / ПГУТИ. Самара, 2010. с.107-108.
18. Баннов В.В., Попов В.Б. Математическая модель электромагнитных влияний на дальнем конце между цепями кабеля для широкополосного абонентского доступа // Электросвязь. 2010. № 2. с. 18-21.
