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发布时间:2020-08-01 21:43:35

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作者:杜思深

出版社:电子工业出版社

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通信工程设计与案例(第2版)

通信工程设计与案例(第2版)试读:

前言

为了进一步提升实践性教学,实现学术型向学术与应用型并重转变,我们邀请了军队和地方多年从事通信建设实践的专家参与本书编写大纲的制定,并以最新的国内外标准为依据,结合国内最新工程实践编写了本书。

通信网的建设、扩容、更新、维护、运营等都离不开工程设计与施工,本书立足于工程实践,比较全面地介绍目前常见的几种通信工程项目;以每章一个专题的形式,从基本通信原理入手,全面地介绍通信网络建设中的工程设计、施工、验收及监理等内容。

全书共分11章:

第1章 概述

。就通信系统的基本概念、通信系统分类、通信系统和网络的组成与结构、通信工程施工技术特点、通信工程规范等内容进行概述,以使读者对整个通信网的组成及通信工程的特点有一个基本的了解,为学好后续各章做好准备。

第2章 通信机房。因通信机房是通信系统或信息网络的心脏,通信机房的设计和施工是一个整体工程和专业性很强的综合性工程,本章主要介绍机房装修、配电、空调、通风、监控、防雷、接地、综合布线、消防等各个子系统的建设规划、方案设计、施工安装等,以保证机房通信设备、机房监控设备、强电与弱电供电系统等作为一个完整的系统,从技术先进性、运行可靠性、经济合理性等各个方面尽量发挥各子系统的联动、互动作用。

第3章 电缆与光缆综合布线。综合布线系统又称开放式布线系统,是一种模块化的、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道。综合布线系统是建筑物智能化必备的基础设施。本章依照最新国家标准GB/T 50311—2007,首先介绍综合布线的基本理念,然后讨论常用布线器材的特点、布线工程设计、布线系统工程施工、工程测试与验收、综合布线产品选型、综合布线常见问题等。

第4章 通信天线。天线是一种换能器,发射天线是将高频电能转换成电磁波的装置,接收天线则是将电磁波转换成高频电能的装置;天线质量如何,对保证通信质量的好坏起着重要的作用。本章首先介绍天线的工作原理和天线的性能指标,然后着重讨论常见的短波天线、移动通信基站天线和卫星天线的选型与安装。

第5章 天线馈线。用于通信天线的馈线一般分为两大类:架空明馈线和高频电缆馈线。本章主要介绍馈线的选择与架设以及匹配问题。

第6章 接地与地线。接地是通信、电力等领域中不可缺少的重要技术,本章首先介绍接地的基础知识和新型接地材料,然后给出常用接地体电阻的计算公式,最后讨论接地体的设计步骤与安装方法,以及接地电阻的测量和人工降低接地电阻的方法。

第7章 雷电与电磁武器的保护。首先介绍雷电的基本概念,然后讨论躲、引、拒三种防雷与保护策略,最后给出内部防雷、外部防雷以及电磁弹和感应雷电的防护方案。

第8章 通信线路。通信线路即通信信道,而通信信道有无线信道和有线信道两种,本章主要讨论有线传输线路,重点介绍电缆、光缆的结构与选用,通信线路施工,线缆接续,线路测试和工程竣工验收。

第9章 通信电源与配电。通信电源与配电设计直接关系到网络设备、通信设备以及其他用电设备的稳定运行和相关人员的正常工作与人身安全。本章首先介绍电力系统概论、通信电源的供给和要求、电力负荷及计算;然后讨论低压配电器和配电电缆的选择,以及电源线的选择与安装;最后讨论低压配电系统中漏电的火灾危险性及其防范措施。

第10章 通信设备安装。通信设备一般包括光纤通信设备、程控电话交换机、微波通信设备、卫星通信设备、短波超短波设备、电力载波设备等。由于篇幅所限,本章主要介绍典型设备的安装流程,而电缆导线敷设以及走(配)线架、支架等金属构件的制作等未包括在内。

第11章 通信工程监理。所谓通信系统工程监理,就是从通信技术和通信工程施工管理的角度,对工程实施过程进行控制和管理,确保工程按照用户方的要求,保质保量地按时完成,并实现预期的建设目标。本章主要讨论通信工程监理的内容与期限,结合实例介绍通信工程监理的服务流程与实施方法。

本书许多内容是编者多年从事通信工程实践的资料、经验和体会。为了适应教学需求,本书在编写过程中力求循序渐进,尽量保持叙述内容的完整性,突出可操作性、实践性和实用性,书中配有图表和工程案例,以便读者理解、查阅。

全书由杜思深执笔主编,范玢任副主编,西安电子科技大学裴昌幸教授主审。柳渊编写第3章,姚昆编写第4章,庄绪春编写第10章,唐书娟编写第11章,邱伟参编第2章,薛凤风参编第7章,张德纯参编第9章;另外,黄国策、王锋、庞宝茂、张圣杰、夏小梅、武星、杜菁等同志也参加了部分内容的编写与修订工作。

在本书的编写过程中,西北工业大学张会生教授、南京军区空军刘毅高工、济南军区空军邵文长高工、北京米格通信技术有限公司刘庆经理、西安财经学院柳渊教授等提供了大量资料和宝贵意见及建议;这次再版,北京邮电大学倪振松、西安通信学院张家荣、广州科技贸易职业学院陈应华、黑龙江信息技术职业学院唐彦儒及吕健、中山火炬职业技术学院李逵、三门峡职业技术学院李斌、西安外事学院龙小红、西京学院张德纯等同志给予了支持,并提出宝贵建议。在此,对所引用资料内容的作者和为本书出版作出贡献的其他人员深表感谢。

需要说明的是,本书只对通信工程的一般性内容作了重点介绍,未能面面俱到,需要进一步了解和掌握的读者可以根据实际需要和本书的提示查找相关资料。由于本书各章相对独立,在教学中也可针对需要进行适当取舍。

由于本书涉及的内容广泛,编者水平有限,加之时间仓促,书中难免存在错误和不足,恳请读者批评指正。

本书有配套的电子课件,需要的读者可与编者联系,联系方式:du2877@163.com,949327701@qq.com;课件的PDF版可以从华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)免费注册下载。第1章 概述

信息的传输是人类社会向前发展所必需的,其中,通信系统与网络起着十分重要的作用。随着社会经济的发展、生活水平的提高,人们对通信系统与网络的要求也越来越高;另一方面,科学技术的发展,又促进了通信系统与网络的发展,并使通信手段逐步实现了现代化,通信系统与网络也随之不断向前发展,并成为综合应用各种科技成果的复杂的信息系统。而通信系统与网络的建设、扩容、更新、维护、运营等都离不开通信工程。

本章将就通信系统的基本概念、通信系统分类、通信系统和网络的组成与结构、通信工程施工技术特点、通信工程规范等内容进行概述,使读者对整个通信网的组成及通信工程的特点有一个基本的了解,为学习后述各章做好准备。

1.1 通信系统的基本概念

通信的任务是完成消息的传递和交换。以点对点通信为例,可以看出要实现消息从一地向另一地的传输,无论通信采用何种形式都必须有三个部分:一是发送端,二是接收端,三是收发两端之间的信道。图1.1是高度抽象概括的通信模型。图1.1 高度抽象概括的通信模型

信息源(简称为信源)的作用是把待传输的消息,如语音、文字、图像、数据等,转换成原始电信号,如电话系统中电话机可看做信息源。信息源输出的信号称为基带信号,所谓基带信号是指没有经过调制(频率搬移)的原始信号,其特点是频率较低,基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号。为了使原始信号(基带信号)适合在信道中传输,由发送设备对基带信号进行某种变换或处理,使之适应信道的传输特性要求。发送设备是个总体概念,它包括许多具体电路与系统。

信道是指传输信号的通道,从发送设备到接收设备之间信号传输所经过的媒介,可以是无线的,也可以是有线的,有线和无线均有多种传输媒介。信道既给信号以通路,也会对信号产生各种干扰和噪声,传输媒介的固有特性和干扰直接关系到通信的质量。图1.1中的噪声源是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其他各处噪声的集合。

在接收端,接收设备的功能正好与发送设备相反,它将从接收到的信号中恢复出相应的原始信号。受信者(也称为信宿或收终端)是将复原的原始信号转换成相应的消息,如电话机将对方传来的电信号还原成声音。

多数情况下,信源兼为信宿,通信的双方需要随时交流信息,因而要求双向通信。通信双方都要有发送设备和接收设备,如果两个方向有各自的传输媒介,则双方都可独立地进行发送和接收。但若共用一个传输媒介,则用频率或时间分割的办法来共享信道。通信系统除了完成信息传输之外,还要进行信息的交换,传输系统和交换系统共同组成一个完整的通信系统,乃至通信网络。

1.2 通信系统的分类

通信的种类很多,有许多不同的分类方法,下面介绍几种常用的分类方法。

1.按业务的不同分

按业务的不同可分为电报、电话、传真、数据传输、可视电话、无线寻呼等。另外从广义的角度来看,广播、电视、雷达、导航、遥控、遥测也可以列入通信范畴。由于广播、电视、雷达、导航的不断发展,目前它们已从通信中派生出来,形成了独立的学科。

2.按用户类型分

按用户类型可分为公用通信和专用通信。公用通信如公用电话网、GSM等,专用通信如机场通信、军事通信等。

3.按传输媒介分

按传输媒介可分为以下三类。(1)有线通信

有线通信即电信号在电线、电缆、波导等介质上传输的通信,分别称为明线通信、电缆通信、波导通信,其特点是媒质能看得见、摸得着。(2)光纤和光缆通信

光信号在光纤(或光缆)介质上传输的通信,称为光纤通信(或光缆通信),其特点是介质中传输的是光信号,线路器件是光信号处理器件。(3)无线通信

电波在空间传输的通信称为无线通信。现有两种分类法:①按传输方式可分为微波中继通信、散射通信、卫星通信等;②按所用波段可分为超长波通信、长波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、毫米波通信和光通信等。其特点是媒质为看不见、摸不着的媒质(如电磁波)的一种通信形式。

4.按所传输信号的形式分

按所传输信号的形式可分为模拟通信、数字通信和数据通信。模拟通信包括普通电话、普通传真、普通电视等,数字通信包括数字电话、数字电视等,消息或信息以数据格式传输的通信称为数据通信,这是现代通信的主要形式,如分组交换通信网、因特网、帧中继网(FRN)等。

数据和数字没有统一严格的区分,一般可以这样认为:数据是预先约定的具有某种含义的数字、字母或符号的组合。用数据表示信息的内容是十分广泛的,如电子邮件、各种文本文件、电子表格、数据库文件、图形和二进制可执行程序等,所以数据信号属于数字信号。

5.按收信者是否运动分

按收信者是否运动可分为移动通信和固定通信。移动通信是指通信双方至少有一方在运动中进行消息传输与交换。由于移动通信具有建网快、投资少、机动灵活,它使用户能随时随地快速可靠地进行信息传递,因此,移动通信具有广阔的前景。

6.按工作频段分

根据通信设备的工作频率不同,通信通常可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。为了比较全面地对通信中所使用的频段有所了解,下面把通信使用的频段、传输媒介与主要用途说明列入表1.1和表1.2中,仅作为参考。表1.1 无线电频段和波段划分表1.2 各波段无线电波传输媒介与主要用途

7.按调制方式分

根据消息在达到信道之前是否采用调制,通信可分为基带传输和频带传输。所谓基带传输是指信号没有经过调制而直接在信道中传输的一种方式,而频带传输是指信号经过调制后再送到信道中传输,接收端有相应解调设备的通信系统。频带传输又可分为模拟频带传输和数字频带传输,模拟频带传输还可分为AM、FM、PM等,数字频带传输还可分为ASK、FSK、PSK等。

8.按多地址复用方式分

通信网有模拟通信网和数字(数据)通信网,按其多地址方式可分为空分多址通信、频分多址通信、时分多址通信、码分多址通信、波分多址通信等多地址通信复用方式。

9.按消息传输的方向分

按消息传输的方向,通信的工作方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信。

所谓单工通信,是指消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式,如图1.2(a)所示,如广播、遥控、无线寻呼等;所谓半双工通信方式,是指通信双方都能收发消息,但不能同时进行收发消息,如图1.2(b)所示,如对讲机、收发报机等;所谓全双工通信,是指通信双方可同时进行双向传输消息的工作方式,如图1.2(c)所示,这种方式,双方都可同时进行收发消息,很明显,全双工通信的信道必须是双向信道,如电话、CDMA手机等。图1.2 消息传送的方向

10.按数字信号排列的顺序分

在数字通信中,按照数字信号排列的顺序不同,可将通信方式分为串序(串行)传输和并序(并行)传输。

所谓串行传输,是将代表消息的数字信号序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输的方式,如图1.3(a)所示;如果将代表消息的数字信号序列分割成两路或两路以上的数字信号序列同时在信道上传输,则称为并行传输通信方式,如图1.3(b)所示。图1.3 数字信号排列的顺序

一般的数字通信方式大都采用串行传输,这种方式的优点是只需占用一条通路,缺点是占用时间相对较长。并行传输方式主要在近距离通信中应用,优点是传输时间较短,缺点是它需要占用多条通路。

11.按通信的网络拓扑结构分

通信的网络拓扑结构通常可分为六种:点对点、总线、星状(交换)、树状、环状和网状,如图1.4所示。图1.4 通信的网络拓扑结构

另外,通信还有其他一些分类方法,如宽带通信、窄带通信、图像通信和多媒体通信等。因此,要实现信息的交换和传输,将会有不同的方法和方式。目前各国通信网均是由有线通信网和无线通信网两大部分组成的,它们各有优缺点,相互补充,同时并存,不能认为哪一种通信方式重要,哪一种不重要。要想充分发挥通信设备的能力,满足各方面的要求,就必须综合利用有线、无线这两种通信方式。对于本书而言,以无线通信系统工程设计与案例分析讲述为主,有线通信为辅。

1.3 通信系统的基本模型

通信系统的组成可由图1.1高度抽象概括,按照系统特性(无线通信和有线通信)与信号特点(模拟信号通信、数字信号通信和数据信号通信)的不同,有不同的组成方式,为了进一步了解它们,下面分别加以论述。

1.模拟通信系统

把信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。模拟通信系统可分为模拟信号的基带通信系统和模拟信号的频带通信系统。(1)模拟信号的基带通信系统

模拟信号的基带通信系统一般是有线通信系统,系统的组成(通常也称为模型)可由一般通信系统模型略加改变而成,如图1.5所示。

对于模拟信号的基带通信系统,各部分的作用如下:

① 在发送端,信息源把连续消息(模拟信号)变换成电信号(基带信号)。

② 通过对基带信号的滤波、放大、变换和反变换等处理,使其能可靠地在给定的信道上传输。

③ 信源输出的电信号由于频谱分量较低,一般在有线系统信道中传输,因此通信距离受到限制。

④ 在接收端,把电信号恢复成最初的连续消息给受信者。图1.5 模拟信号基带通信系统(2)模拟信号的频带通信系统

模拟信号的频带通信系统一般是无线通信系统,个别情况下也会出现有线通信系统,这里以无线通信系统为主介绍。

模拟信号的频带通信系统是在模拟基带通信系统基础上,增加调制/解调器完成,其组成如图1.6所示。经过调制后的信号通常称为已调信号。已调信号有三个基本特性:一是携带有消息,二是适合在无线信道和频分复用信道中传输,三是具有较高频率成分。在通信系统里的滤波、放大、天线辐射与接收、控制等过程,对信号传输而言,不起决定作用,即信号没有发生质的变化,所以这些过程可认为都是理想的,而不去讨论它,把重点放在调制/解调器部分。图1.6 模拟信号频带通信系统(3)模拟通信网

模拟通信网是一个由分布在各地的许多模拟信息源和模拟信号传输信道或者模拟交换设备等所构成的网络,主要的任务是完成多点通信。

模拟通信网一般是有线通信系统,个别情况下也会出现无线通信系统,现在应用较少,例如早期的纵横制有线电话交换系统。

模拟通信网的关键技术有空分复用、频分复用、时分复用等。

2.数字通信系统

把信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统,数字通信系统可进一步细分为数字频带通信系统、数字基带通信系统、模拟信号数字化通信系统等。(1)数字基带通信系统

数字基带通信系统一般也是有线通信系统,和模拟信号的基带通信系统组成主要区别有两点:

① 信息源为数字信号。

② 接收端多了一个同步抽样判决电路,如图1.7所示。图1.7 数字基带通信系统(2)数字频带通信系统

数字频带通信系统一般是无线通信系统,个别情况下也会出现有线通信系统,这里以无线通信为主介绍。

按照模拟通信系统模型的画法,如果也只画出最主要的部件,可以得到如图1.8所示的方框图。图1.8 数字频带通信系统

① 信源编码与译码器:希望信源编码越短越好,即数据压缩,这样可以降低数字信号的数码率。

② 信道编码与译码:数字信号在信道传输时,由于噪声、衰落以及人为干扰等,将会引起差错,信道编码的目的就是提高通信抗干扰能力,尽可能地控制差错。

③ 加密器和解密器:一般在军事通信和特殊的行业通信中需要进行加密。加密器和解密器的位置可前可后,例如加密器可以在信道编码之前,也可以在信道编码之后。

④ 调制与解调:调制是把各种数字信息转换成适于信道传输的调制信号波形,解调是把收到的信号转换成原始数字信息。数字调制技术包括幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)、连续相位调制(CPM),以及它们的各种组合。

另外对于一个实际的数字通信系统来讲,其中有的方框可能不需要,例如不用保密时,加密器和解密器就不要了,又如不要抗干扰的信道编码时,信道编码器和信道译码器就不要了。

此外,数字通信系统中必不可少的是同步系统,由于它和很多部件结合在一起,无法单独画出,因此图1.8中并没有画出同步系统。(3)模拟信号的数字通信系统

模拟信号的数字通信系统,是先把模拟信号转换为数字信号,然后按照数字信号传输的方法传输,接收端再把数字信号转换为模拟信号。因此这种传输系统的模型与图1.8类似,发送端只要把信息源看做模拟信号源,信源编码器看做模/数转换器即可,而接收端只要把信源译码看做数/模转换器即可。模/数转换在这里的主要任务是完成模拟信号的信源压缩编码。图1.9是一个模拟信号数字传输系统的模型,主要是强调它与数字通信系统的区别和联系,这样在讨论模拟信号的数字传输时只要讨论它的特殊部分即可。图1.9 模拟信号的数字传输系统

3.数据通信系统与数据通信网(1)数据通信系统

数据通信系统既有线通信系统,也有无线通信系统,这里以有线通信为主介绍。数据通信系统的具体组成可以各异,其组成部分如图1.10所示。图1.10 数据通信系统的组成

数据终端设备(DTE)在整个通信系统中的作用是将发送数据变换为二进制信号输出,或把接收到的二进制信号转换为数据送给用户。数据终端设备是装在用户处,由用户使用操作的设备,它主要包括计算机、打印机、电传机、智能仪表、传真机、数字电话机等。

数据电路终接设备(DCE)是数据信道和数据终端设备(DTE)的接口设备,它的主要作用是把终端送来的数字信号变成更适合数据信道传输的信号形式,常用的调制器(modem)就是一种数据电路终接设备。

信道是指数据传输的通路或媒体,它有多种形式。信道可以是直达的线路,也可以是通过数据交换设备然后到达各个用户。(2)数据通信网

数据通信网是一个由分布在各地的许多数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路所构成的网络,如图1.11所示,在网络协议支持下,实现数据终端间的数据传输和交换。图1.11 数据通信网

数据通信网是一个复杂的系统,一般主干网以有线通信系统为主,既有无线通信终端,也有有线通信终端。

数据通信网可以从网络拓扑结构和传输技术两个角度来划分。按网络拓扑结构不同分,数据通信网可分为网状网、星状网、树状网和环状网;按传输技术分类,数据通信网可分为交换网和总线(广播)网。

为了充分利用通信资源和增加总的数据通信量,可以采用多路技术,使多用户能够固定分配通信资源,采用多址技术可以远程或动态变化地共享通信资源。基本的方法有频分、时分、码分、空分和极化波分,另外数据通信网除位同步、载波同步、帧同步外,还有网同步和数字复接等问题。

1.4 通信网的结构

一个完整的通信网,无论是专用网还是公众网,一般可分成业务网、传输网和支撑网三部分。业务网是指为公众或本单位提供通信业务的网络,如固定电话、移动电话、图像通信、数据通信等;传输网是指为各种业务网和专用网提供模拟信号或者数字信号的网络,相对于用户来说,又可以分为骨干传输网和接入网;支撑网是对通信网的正常运营起支持作用的网络,它包括信令网、数字同步网和电信管理网及计时计费系统等。

一般情况,专用通信网有的地域范围较小,有的成条状结构,通信容量较小,提供的通信业务范围单一;商业公众网的网络层次结构明显,规模较大,覆盖全国,通信容量大,通信业务范围广泛。下面以电话通信网为例,介绍通信网的详细结构。

1.电话通信网的构成结构概述

电话网可分为本地电话网、国内长途电话网和国际长途电话网。

本地电话网是指在一个统一号码长度的编号区内,由端局、汇接局、局间中继线、长市中继线,以及用户线、电话机组成的电话网。

国内长途电话网是指全国各城市间用户进行长途通话的电话网,网中的各城市都设一个或多个长途电话局,各长途局间由各级长途电路连接起来。

国际长途电话网是指将世界各国的电话网相互连接起来进行国际通话的电话网。为此,每个国家都需设一个或几个国际电话局进行国际去话和来话的连接。一个国际长途通话实际上是由发话国的国内网部分、发话国的国际局、国际电路和受话国的国际局以及受话国的国内网等几部分组成的。

2.我国传统的五级电话网结构

我国传统电话网由四级长途交换中心和一级本地网端局组成五级结构。其中一、二、三、四级的长途交换中心构成长途电话网,由本地网端局和按需要设置的汇接局组成本地电话网。我国传统电话网的网路结构如图1.12所示。图1.12 我国传统的五级电话网结构

电话网分为五级,C1为大区交换中心,C2为省交换中心,C3为地区交换中心,C4为县交换中心。到1992年年底,我国共有8个C1(北京、天津、沈阳、上海、南京、广州、西安、成都),有3个国际局(北京、上海和广州)。本地电话网的网路结构一般设置汇接局(Tm)和端局(C5)两个等级。Tm可分为市话汇接局、郊区汇接局、农话汇接局等,C5称为五级交换中心,即本地电话网端局。

3.我国现代电话网的三级结构(1)概述

五级电话网采用多级汇接,转接次数多、呼损大、传输质量低、可靠性差。现代电信网不但要传电话还要传数据业务,传统的电话网已不能满足要求。由于长途交换机容量增加,全国光缆干线的建成,以及各省内本地网的扩大,我国电信网近年来已将C1和C2、C3和C4合并成同级处理,电话网已由原来的五级交换转化为三级交换,即由原来的C1、C2两级长途交换中心变为一级,即省际交换中心DC1,由原来的C3、C4两级交换中心组成一级,即汇接本地网的长途交换中心DC2。(2)本地电话网(local telephone network)

① 本地电话网特点:本地电话网是指在一个长途编号区内,由若干端局(或端局与汇接局)、局间中继线、长市中继线及端局用户线所组成的自动电话网。本地电话网的主要特点是在一个长途编号区内只有一个本地网,同一个本地网的用户之间呼叫只需拨本地电话号码,而呼叫本地网以外的用户则需按长途程序拨号。

② 我国本地电话网有两种类型:特大城市、大城市本地电话网和中、小城市及县本地电话网。

③ 本地电话网网路结构:一般采用两级网的网路结构,中、小城市及县本地电话网根据服务区的大小和端局的数量可以采用两级网的网路结构或网状网结构。我国本地电话网通常所采用的网状网结构如图1.13所示。图1.13 本地电话网网路结构

1.5 通信工程的特点

简单地说,通信工程就是通信系统工程设计、布网及设备施工,它包括天线的架设、通信线路架设或敷设、通信设备安装调试、通信附属设施等的施工。

通信工程施工技术的特点是与通信的特点和通信网络建设的特点分不开的,一般具有如下特点:(1)全网全程,综合考虑

通信工程从规划设计、计划立项到建设投产的全过程都要树立“网”的概念。

通信工程是复杂的系统工程,通信的各个组成部分必须配套建设,例如,无线组网、有线传输与交换、长途与市内电话、一级干线和二级干线等都必须按一定的配比,同步协调建设才能形成综合通信能力。

通信工程建设大部分是对通信网的扩充与完善,也是对原有通信网的调整与改造。因此,必须处理好新建工程和原有通信设施的关系,例如,无线网与有线接口问题,原有模拟网与数字网的接口问题,特别是行业专用网同国家公众网的接口标准和协调配合,专用网进入公众网要符合入网要求,以及原有通信电路与新开通电路的连接等。(2)确保通畅,设备备份

通信工程是全网全程,往往由于一处阻塞而影响全线以至于全网;信息传递又要求准确、迅速,任何差错或延误都会造成一定的经济损失甚至政治影响。因此,要积极采取措施,使通信线路和通信设备能正常运行,一旦发生障碍,就要尽量缩短障碍处理时间。通常,在工程中对电源以及核心设备的备份和备件等方面要有必要的考虑。(3)配套计划,同步或先行

一个通信工程项目由若干个单项工程组成,计划要配套,建设要同步或先行。例如,要同市政规划部门和相关单位充分协调,基础电源和市政管道先行。

另外,对建成后的服务区域,开通后的维护使用和将来的扩容发展都要考虑,以免建成后遇到麻烦。(4)尽力避免干扰与电磁波的影响

通信信息的传递要特别注意无线电场和磁场的相互干扰与影响。

无线通信网络发展迅猛,特别是移动通信、卫星通信、短波与超短波通信,既要防止对外形成干扰,也要克服外界的干扰,还会涉及频率的分配和管理,如不妥善处理都将影响到通信工程的质量。

另外,民航、电力、铁路和公路交通等也会对通信造成影响。因此,在工程建设中要特别注意电磁场的感应串扰所造成的危险因素和干扰因素。(5)技术密集,设备先进

通信技术更新换代较快,通信工程建设技术密集,要求设计、施工、管理人员具有较高的专业技术素质。例如,线路工程由明线、电缆发展到光纤通信;传输设备由12路发展到目前的几千路甚至更高;微波传输技术由模拟微波发展到数字微波;数字传输网由窄带数字网发展到宽带分组交换网等,另外,移动通信、卫星通信等技术也迅速发展。因此,要求设计、施工、管理人员都要不断熟悉、掌握新技术,以适应形势的发展。(6)测试仪器仪表复杂,价格昂贵

在通信工程施工及竣工后的验收中需要使用很多专用测量仪表和设备,这些仪表和设备往往使用复杂、价格较高,因此要求熟练掌握专用工具,否则将直接影响到工程的施工进度和质量。

1.6 通信工程规范

通信工程的设计、施工以及工程管理的专业队伍发展十分迅猛,为了保证通信质量、规范工程施工,就要求制定通信工程各环节的共同的标准。1981年5月,原国家基本建设委员会和邮电部联合发布的《工业企业通信设计规范》,代号为GBJ 42-81,随后,全国通信工程标准技术委员会组织编写的《工业企业程控用户交换机工程设计规范》、《工业企业调度电话和会议电话工程设计规范》以及《工业企业电信工程设计图形和文字符号标准》等,是我国早期较全面的通信工程规范和行业标准。

2001年7月,原信息产业部发布了《通信工程质量监督管理规定》,进一步规范了通信工程市场。通信工程行业要有一个统一的技术标准,完全是客观形势的需要。

不论公众通信网还是专用通信网的建设,各个单位在通信工程建设、设计和施工时,都应严格遵守和按照执行通信工程的国家规范和行业标准。

由于通信的方式和类型等的不同,需要遵守的规范和标准也不完全相同,以短波通信网工程设计与施工为例,需要遵守的主要规范和标准如下:

● GB 50348—2004 安全防范工程技术规范;

● GB 50343—2004 建筑物电子信息系统防雷技术规范;

● GB 50303—2002 建筑电气工程施工质量验收规范;

● GB 50254—96 电气装置安装工程低压电器施工及验收规范;

● GB 50258—96 电气装置安装工程1 kV及以下配线工程施工验收规范;

● GB 50259—96 电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范;

● GB 50174—93 电子计算机机房设计规范;

● GB 50169—92 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范;

● GB 50166—92 火灾自动报警系统施工及验收规范;

● GB 50057—94 建筑物防雷设计规范;

● GB 50054—95 低压配电设计规范;

● GB/T 16946—1997 短波单边带通信设备通用规范;

● GB/T 6879—1995 2 048 kb/s 30路PCM复用设备技术要求和测试方法;

● GBJ 79—85 工业企业通信接地设计规范;

● GBJ 42—81 工业企业通信设计规范;

● GJB 880—90 军用短波单边带通信系统接口;

● GJB 2076—94 短波自适应通信系统自适应控制器的功能特性;

● GJB 2077—94 短波自适应通信系统自动线路建立规程;

● GBJ 149—90 电气装置安装工程母线装置施工及验收规范;

● YDJ 10—84 无线电短波通信工程设计规范;

● YDJ 40—84 无线电短波通信工程施工及验收技术规范。

复习思考题

1-1 请说明无线电频段和波段划分。

1-2 请画出数字频带传输通信系统的基本模型。

1-3 请概述说明我国电话通信网的构成结构。

1-4 什么叫通信工程?通信工程的特点是什么?

第2章 通信机房

2.1 通信机房工程的特点与分类

1.通信机房工程的特点

通信机房是通信系统或信息网络的心脏,机房内设备的安装是通信工程施工的一个重要项目,可靠的安装质量是通信设备良好运行的基础,高水平的设备安装技术是提高安装质量的根本保证,设备的高质量运作是通信工程施工的目标。通信机房工程的主要内容如图2.1所示。图2.1 通信机房工程的主要内容

通信机房的设计和施工是一个整体工程,机房通信设备、机房监控设备、强电与弱电供电系统等作为一个完整的系统,要从技术先进性、运行可靠性、经济合理性等各个方面尽量发挥各子系统的联动、互动作用。

通信机房工程也是一项专业性很强的综合性工程,要求对装修、配电、空调、通风、监控、防雷、接地、综合布线、消防等各个子系统的建设规划、方案设计、施工安装等过程中进行严密地统筹管理,以保证工程的质量和工期。

为了规范通信机房工程设计、施工、监理等,国家、原邮电部和信息产业部等部委,相继出台了一些针对通信机房的设计和施工的技术规范和标准,如《通信机房建筑设计规范》、《通信机房静电防护通则》、《建筑物防雷设计规范》等规范性文件。通信机房应能适应通信设备的安装,保证设备正常工作与维护的需要。本章将根据这些技术规范和标准就各种通信机房的选址、布线、工作环境及供电等方面的要求进行介绍。

2.通信机房的分类

通信机房按专业的不同可分为无线通信机房、有线通信机房、数据通信机房、卫星通信机房等。按功能的不同可分为设备机房、配套机房和辅助用房等。

设备机房是用于安装某一类无线通信或有线通信设备,实现某一种特定通信功能的建筑空间,一般有发信机房(或发射机房)、接收机房、传输机房、交换机房、卫星设备机房等。

配套机房是用于安装保证通信设施正常、安全和稳定运行设备的建筑空间,一般有计费中心、网管监控室、电池室、配电室和油机室等。

辅助用房是除通信设施机房以外,还包括保障生产、办公、生活需要的用房,一般有办公室、值班室、资料室、备品备件库、消防保安室、通风机房和卫生间等。

现代通信机房工程已不仅有功能上的要求,而且要具有良好的可管理性,为用户提供友善的管理界面,同时要保证容量、性能的可扩展性,以保护用户的投资效益。

2.2 通信机房的选址

通信机房是通信网络的核心部分,通信机房建设的选址是一个技术问题。每个通信机房的工程质量直接影响到整个通信系统的稳定可靠运行,也影响到通信网络的布局合理性和经济有效性。因此,通信机房的选址完全不同于一般的建筑物的选址,首先应满足通信网络规划和通信技术要求,并结合水文、地质、地震、交通、城市规划、投资效益等因素及生活设施进行综合比较后选定。此外,还应考虑以下因素:

① 通信机房宜选在地形平坦、地质良好的地段,应避开断层、地坡边缘、古河道和有可能塌方、滑坡和有开采价值的地下矿藏或古迹遗址的地方,选择在不易受洪水淹灌的地区。

② 机房地址应有较好的卫生环境,应远离易燃、易爆物品和产生粉尘、油烟、有害气体的场所,不宜选择在生产过程中散发有害气体、较多烟雾、粉尘、有害物质的工业企业附近。

③ 机房应远离外界干扰源,地址选择时应考虑邻近的高压电站、电气化铁道等干扰源的影响,机房至外界电器干扰源最小距离如表2.1所示。表2.1 机房至外界电器干扰源最小距离

④ 收信机房与无线发信机房、大功率广播电视、雷达的距离原则上不小于10 km。

⑤ 无线发信机房应选择在天线场中心或靠近天线场的位置,这可大大减小天线馈线的平均长度,提高信号发射功率,如图2.2所示。

⑥ 建筑大(厦)楼顶架设天线时,无线通信机房应选择靠近天线的楼层,最好选择在建筑大厦的顶层。

⑦ 建筑大(厦)楼计算机网络综合布线中心设备机房(如图2.3所示),最好选择在建筑大厦的中间,这样可大大节约布线,减小工程量。

⑧ 通信机房建筑原则上不与行政办公楼合建,占地面积要满足业务发展的需要。

⑨ 通信机房选址时还应满足通信安全、保密、人防、消防等要求。图2.2 天线布局与无线发信机房示意图图2.3 计算机网络综合布线中心设备机房示意图

2.3 机房的建筑要求

通信机房在机房的面积、地面承载能力、通道、楼梯和门宽度、机房管线或线槽、抗震、耐火及消防安全等诸多方面应符合国家现行的标准、规范以及有关房屋建筑设计的规定。

1.机房的布局

设备机房、配套机房和辅助房屋的平面布局,是指其坐落位置和与其他建筑物的相对布置,在满足生产安全、防火、防电磁辐射、卫生、绿化、日照和施工等条件下,应力求紧凑合理,减少单位附属建筑,节约用地。

在确定总平面布置方案时,应进行全面地技术、经济比较,减少初期投资,合理利用原有房屋及设施,并使通信线缆、电源线缆等布放要尽量短,避免迂回,这既减少线路投资,又有利于降低通信故障率,提高工作效率。

各类生产维护中心等有人值守的通信机房宜有较好的朝向,在一般情况下还应充分利用天然光进行采光。

发电机房必须靠近建筑物外墙,为排热气管道通向室外及新风入口创造必要的条件。

在生产过程中产生较大噪声的机房,设置在对周围建筑物噪声影响较小的地方,必要时还需采取隔音、消声措施,降低噪声干扰。

通信机房根据其等级和重要性,所在建筑应有相应的防洪措施、防火和疏散通道、出口及场地。

2.机房的面积

机房面积大小应根据安装的设备种类、主备份数量和尺寸、维护空间、扩展余地一并考虑。一般机房的面积,应在设备垂直投影面积的5~7倍以上。

3.机房净高

机房的层高应由工艺生产要求的净高、结构层、建筑层和通风管等高度构成。机房要求的净高应根据通信设备的高度、电缆槽道或活动地板至通风管道或波导管的高度、吊挂、施工维护所需的高度等因素确定。通信机房及配套机房的净高要求如表2.2所示。表2.2 通信机房及配套机房的净高要求

4.地面、墙面及室内外装修

设备机房、配套机房和辅助用房地面一般以水磨石或水泥地面为宜,应平整光洁,地面的倾斜度应不大于1‰,即1 m范围内不超过1 mm。为了防止静电带来的危害,有效保护机房设备,有利于布线,设备机房可考虑安装防静电活动地板。常见的活动地板如图2.4所示。

机房墙面及室内装修应采用光洁、耐磨、耐久、不起尘、防滑、不燃烧的材料,禁止使用木地板、木隔墙、木墙裙、木吊顶、壁纸等易燃材料。具体装修材料如表2.3所示。图2.4 常见的活动地板表2.3 机房地面、墙面装修材料

5.承载能力

机房地(楼)面的承载能力,即机房地(楼)面等效均布活荷载值,是根据通信设备的重量、底面尺寸、安装排列方式以及建筑结构梁板布置等条件,按内力等值的原则计算确定。

设计、施工时,同一楼层内应选取该楼层中占用面积最大的主要机房的楼面均布活荷载值,作为该层楼面均布活荷载的标准值。

通过计算,通信机房的地(楼)面的承载能力,可参考下述要求:2

● 设备机房、配套机房:地面均匀负荷不小于500 kg/m;2

● 辅助办公用房:地面均匀负荷不小于400 kg/m;2

● 辅助生活用房:地面均匀负荷不小于200 kg/m。

6.通道、楼梯和门窗

通信机房所在建筑的通道、楼梯和门除了满足工作人员通行需要外,更要达到通信设备安装搬运的要求。

通信机房建筑物内的楼梯净宽不得小于1.5 m,梯段净高不得小于2.2 m,楼梯间的门洞宽度不得小于l.5 m,门洞高度不得小于2.2 m。

各机房之间的走道净宽要求为:走道单面房屋布局时,走道净宽一般不小于l.5 m,走道双面房屋布局时,走道净宽一般不小于1.8 m;走道的净高不低于2.2 m。

通信机房的门应尽量采用双扇门,宜向走道开启,门洞宽度不宜小于l.5 m,门洞高度不小于2.2 m。

机房的外窗应具有较好的防尘、防水、隔热、抗风的性能。无人值守的机房和常年需要空调的通信机房不应设窗。

7.设备走线孔洞

通信机房设备走线孔(洞)如图2.5所示,预留的设备走线孔洞的数量、位置及尺寸应符合设计要求。图2.5 走线孔(洞)

8.机房地沟、线槽或管线

机房内的线缆种类数量多,为了减少线缆间的相互影响和布线维护方便,机房内应设地沟(地槽)、线槽或管线,如图2.6和图2.7所示,线槽和管线的位置、路由、深度及宽度应符合设计规定。图2.6 地沟(地槽)图2.7 金属线槽与PVC管线

9.机房抗震

通信机房抗震简单地说是“小震不坏,中震可修,大震不倒”,具体说是应有8级烈度以上的抗震要求。

地震的震级是地震释放出的能量大小;地震的裂度是反映地震破坏度的参数,指地震波传播到不同地方,对那个地方的影响或破坏程度,地震的最高裂度是XII度。唐山发生的举世震惊的7.8级强烈地震和四川汶川发生的8级地震,其震中裂度都高达XI度。而抗裂度设计每提高1度,建筑物造价就会提高3%~5%。

10.耐火

通信枢纽大楼、大型通信机房的耐火等级应为一级,一级耐火等级机房的承重墙、柱耐火极限达3 h,大梁耐火极限达2 h,楼板耐火极限达1.5 h。

其余机房耐火等级应不低于二级,二级耐火等级机房的承重墙、柱耐火极限达2.5 h,大梁耐火极限达1.5 h,楼板耐火极限达1 h。

2.4 机房工作环境

通信机房的设备一般由电子元件、集成电路等器件构成,而其电气特性容易受温度、环境湿度的影响,为保障设备运行可靠和方便工作人员工作,通信机房对环境有特别严格的要求。2.4.1 采暖

为保障设备运行可靠和方便工作人员工作。按有关规定,符合下列条件之一的地区应有采暖措施:

● 日平均温度等于和低于+5℃的天数,历年平均为60天以上;

● 日平均温度等于和低于+5℃的天数,历年平均为45~60天,历年一月份的平均相对湿度等于或大于75%和冬季平均日照率等于或低于25%。

机房室内温度应符合下列要求:

● 无人值守的机房按工艺要求确定,有人值守的机房设计温度为16℃~20℃;

● 油机房为10℃~12℃,防酸隔爆蓄电池室为14℃~16℃。

通信机房的采暖措施可以选择有以下方案:

● 热水采暖系统;

● 中央空调;

● 双制式分体空调或壁挂空调。

在条件允许时,机房采暖采用热水采暖系统为佳。为保证通信设备防火防尘要求,机房不允许采用明火或火炉采暖。

通信机房采用热水采暖系统时,对采暖管道的设计应符合以下条件:

● 采暖管道中热水的最大允许流速不应超过l.2 m/s;

● 蓄电池室室内的采暖管道、散热器及附件,应采取防止酸气腐蚀的措施;

● 通过机房的管道,一般不敷设保温层,如必须敷设时,保温材料应有良好的耐久性,以防止在使用过程中掉灰和经常维修,影响通信设备的正常运行;

● 穿过建筑物基础或变形缝的采暖管道,应采取预防由于建筑物下沉而损坏管道的措施;

● 当采暖管道必须穿过防火墙时,在管道穿过处应采取相应的固定和密封措施;

● 采暖管道穿过隔墙和楼板处必须装设套管。2.4.2 空气调节与通风

空气环境是指空气的温度、相对湿度和流动速度,以及人体及其他物体的表面温度、空气的清洁度等。空气调节的任务:采用人工的方法,创造并保持一种能满足人健康舒适要求的工作空气环境。

1.空气调节系统(装置)种类

● 舒适性空调:分体式或壁挂式空气调节装置,中央空气调节系统;

● 精密空调:恒温恒湿空气调节装置。

办公环境一般显热负荷占总热负荷的60%~70%,机房环境一般显热负荷占总热负荷的90%以上,则机房中单独使用舒适性空调,会使机房温度、湿度不适,造成机房设备运行不稳定、数据传输受干扰或出现静电等问题。另外,舒适性空调过多的潜热冷量意味着将不断地从空气中去除水分。为了防止出现静电,并保持所需的相对湿度范围(40%~55%),将需要不断加湿,而这肯定还要消耗大量的能量。

2.设置原则

空气调节装置的设置分长年运转的空调装置、季节性运转的空调装置,应根据通信设备长期正常运转所需的温度、湿度及气候条件确定,一般如表2.4所示。表2.4 设置空气调节装置的机房

3.空气调节系统数量和大小的选择原则

空气调节系统数量和大小的选择,应根据机房的性质、负荷变化情况和参数要求等因素,通过技术经济比较确定。应注意以下事项:

① 机器发热量可按电能全部变为热能计算;

② 室内空气温、湿度应按设备厂家提出的要求进行设计,如夏季计算温度为25℃±2℃,冬季计算温度为20℃+2℃,相对湿度按50%~75%进行设计,并要求机房在任何情况下均不得出现结露现象;

③ 为保证室内的温度和相对湿度,全年都满足通信的要求,空调设备的数量应按计算确定,并适当增加备用。

4.通风

通风的目的是为了通风降温、设备散热、防潮除湿以及排除机房内的有害气体等。通风的措施可以依靠窗户自然通风、单向风扇、离心通风机、轴流式通风机等设备,如图2.8和图2.9所示。

若依靠窗户自然通风或空气调节系统不能满足要求时,需加装单向风扇或轴流式通风机等。对于坑道通信机房或人员较多的人工报房、3人工交换室等,新风量应按每人不小于30 m/h计算,室内应保持负压,排风量应比进风量大15%~20%。当采用风管排风时,宜采用耐腐蚀、非燃烧材料制成的风管。图2.8 离心通风机图2.9 轴流式通风机

通风和空气调节系统产生的噪声应符合国家现行的有关规范规定和工艺要求,当噪声自然衰减不能达到允许噪声标准时,应设置消声器或采用其他消声措施。当通风、空气调节和制冷装置的振动的自然衰减不能达到允许程度时,应设置隔振器或采取其他隔振措施。2.4.3 消防与防火

机房的消防系统主要包括火灾自动报警系统和自动灭火系统,消防器材主要有水、土、沙子、灭火器等。消防工程所采用的器材和设备必须是经国家指定的检测中心确认合格的产品。

火灾探测器的底座安装应牢固,其接线必须可靠压接或焊接,焊接时不得使用腐蚀性助焊剂。引入联动控制设备的线路,若经接线盒连接则应用金属软管,金属软管应与被联动控制设备的接线盒固定。火灾报警装置必须通电检查,无故障后方可接入报警系统。

自动灭火系统管道、法兰的焊接应符合《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》中的有关规定,输送二氧化碳灭火药剂管道中三通管件的两个出口安装后应保持水平,管道、吊架和支架应按设计要求均匀涂漆,管道安装后、喷嘴安装前应进行密封性能试验,符合要求后用氮气或压缩空气进行彻底吹洗。

无火灾自动报警系统和自动灭火系统的机房,应配备一定数量灭火器,灭火器应选用不导电、无腐蚀性的二氧化碳灭火器,并放置在醒目、方便使用的位置。

二氧化碳灭火器不怕冻,但怕高热,不能将其放在火源和热源附近。二氧化碳的存量应定期检查,如钢瓶内的二氧化碳重量比其额定重量减少十分之一时,应进行灌装。2.4.4 照明

1.照明系统的种类

通信机房一般配备三种照明系统,即常用照明(由市电供电的照明系统)、备用照明(由柴油发电机供电的照明系统)和事故照明(由蓄电池供电的照明系统,在常用照明电源中断而备用电源尚未供电时自动启用)。

一般市电电源供给正常照明、电梯、采暖、通风、空调和给水、排水用电设备等用电;油机电源供给局部照明、消防控制室、消防水泵、消防电梯、火灾自动报警、自动灭火设备以及保证常年需要空调的机房的空调用电,电源应从低压配电室或柴油机发电室引用;蓄电池直流电源应从低压配电柜上引用。

2.照明系统的配置要求

通信机房一般情况下,上述的三种照明系统均应独立配置。规模较小的通信机房,在不增大油机容量的条件下,可将正常照明与备用照明系统合并。

电力室、蓄电池室、高压室、低压室、油机室以及坑道通信机房,一定要安装事故照明系统,当正常照明因故障熄灭时,应能自动启用备用照明或事故照明系统,以保障人员继续工作或疏散。其他机房的事故照明应根据工艺提出的具体要求进行设计。

3.灯具

一般通信机房和值班工作室采用普通荧光灯具,坑道通信机房和潮湿机房采用具有防潮性能的灯具。

为了避免油机室的频闪效应,宜采用带有开启式灯具的白炽灯。

照明插座一般距地0.3 m以上。

4.照度要求

根据机房设备的特点、安装方式和值班人员的工作状况,照度可分为垂直工作面的照度和水平工作面的照度,照度标准见表2.5。表2.5 机房最低照度表2注:1 lx(勒克斯)等于1 m得到1 lm(流明)光时的照度,1 lm(光通量)=683×发光强度×辐射通量(W)。

灯具数量和布置可根据规定的最低照度值和通信设备的布置图确2定。一般水平照明,要求36 m面积内最少安装2只40 W的荧光灯。

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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