49058

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ НОВОСИБИРСК – КРАСНОЯРСК

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Разработана линейная часть волоконно-оптической системы передачи данных со следующими параметрами: скоростью передачи 136264 Мбит с; рабочей длиной волны 1550 нм; протяженностью трассы 761 км; вероятность ошибки BER – не более 10–10; энергетическим бюджетом в 40 дБ; избыточностью системы 27; коэффициентом готовности 0.Скорость передачи определяется исходя из п. Волоконная оптика: компоненты системы передачи измерения.

Русский

2013-12-20

814.5 KB

66 чел.

PAGE  15

Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный университет систем управления и

радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧиКР)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ НОВОСИБИРСК – КРАСНОЯРСК

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОЛС»

РТФ КП.460571.001.ПЗ

                                                                                                                       Выполнил:

                                                                                               студент гр. 151

_________ Круглов В.Г.

«    »     мая       2005 г.

Руководитель:

преподаватель каф. СВЧиКР

_________ В. И. Ефанов

«___» ___________ 2005 г.

2005

Реферат

Курсовой проект 35 л., 10 рис., 2 табл., 10 источников, 1 прил., 1 л. графич. материала.

ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО, ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ, СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ, ЗАТУХАНИЕ, ДИСПЕРСИЯ, БАЛАНС МОЩНОСТИ, PDH, G702.

Разработана линейная часть волоконно-оптической системы передачи данных со следующими параметрами:

  •  скоростью передачи 136,264 Мбит/с;
  •  рабочей длиной волны 1550 нм;
  •  протяженностью трассы 761 км;
  •  вероятность ошибки (BER) – не более 10–10;
  •  энергетическим бюджетом в 40 дБ;
  •  избыточностью системы 27%;
  •  коэффициентом готовности 0.99917;
  •  сетевой интерфейс центрального узла для подключения к магистральной сети – PDH;
  •  оптический кабель – СКО-ДПТ-008 Е 04-06-М2 (ОВ – SMF-28 Corning).

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2003


ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧ и КР)

"УТВЕРЖДАЮ" Зав. каф. СВЧиКР

______Шарангович С.Н.

"__"________2005г.

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по дисциплине

" Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОЛС"

студенту гр. 151 Круглову Виталию Геннадьевичу

1.  Тема проекта: Проектирование волоконно-оптической линии связи

Новосибирск - Красноярск

2.   Срок сдачи работы на кафедру:   1 мая    2005г.

3.   Цель проекта: провести расчет магистральной  линии связи.

4.   Исходные данные для проектирования:

4.1.   Назначение ВОЛС: магистральная.

4.2.   Конечные административные пункты трассы и численность населения в них.

4.3. Виды передаваемой информации (телефонная связь, телеграф, передача данных, 2 программы ТВ, проводное вещание).

4.4.   Энергетический потенциал Э (при коэф. ошибок в пределах заданных норм):

магистральной  40 дБ;

4.5.Скорость передачи определяется исходя из п. 1.2.3. и согласуется с рекомендациями   G6.702 - 6.704 (PDH).

5.    Рекомендуемая литература:

5.1     Воронцов А.С. и др. Оптические кабели связи российского производства. Справочник. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 288 с.: ил.

5.2     Иоргачев Д.В. Бондаренко О.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. - М.: Эко-Трендз, 2002.

5.3     Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999.

5.4     Портнов Э.Л. Оптические кабели связи: Конструкции и характеристики. - Горячая линия - Телеком, 2002. - 232 с.: ил.

Дополнительную литературу студент ищет самостоятельно.

6.    Задачи:

6.1.    Провести выбор и технико-экономическое обоснование трассы и способа прокладки ОК.

6.2.    Выбор и обоснование типа ОВ, руководствуясь стандартами ITU G.651 - 655 и исходя из экономической целесообразности.

6.2.1.   Определить значения d, D, ППП, Δ, λсв, Δλ, V, диаметр модового поля, длину волны отсечки, затухание и дисперсию ОВ.

6.2.2.    Рассчитать основные конструктивные и оптические характеристики ОВ, обеспечивающие выбранный режим работы при относительных отклонениях диаметра d и величины Δ на ±5%; ±10%.

7.     Рассчитать число ОВ в OK, разработать конструкцию ОК, сделать чертеж ОК и выбрать российский аналог.

8.     Обосновать выбор коннекторов, муфт, обеспечивающих соединение строительных длин и ответвителей на промежуточные пункты трассы.

9.      Рассчитать длину линейной части регенерационного участка по затуханию и дисперсии с учетом макроизгибов, потерь на стыках строительных длин, муфт и др.

10.    Провести расчет надежности ВОЛС. Определить затраты на строительство проектируемой ВОЛС.

Дата выдачи задания "11"_марта_2005г.

Подпись руководителя__________Ефанов В.И.

Подпись студента _________


Содержание

[1] Реферат

[2]
Введение

[3]
1 Выбор и технико-экономическое обоснование трассы и способа прокладки ОК.

[3.1] 1.1 Выбор трассы для прокладки линии связи

[3.2]
1.2 Расчет числа каналов между населенными пунктами

[3.3]
1.3 Выбор типа ОВ

[3.4] 1.4 Расчет параметров ОВ

[4] .                                                        (1.7)

[5] Рисунок 1.5 – График зависимости величины потерь

[6] от радиального смещения волокон

[7] Рисунок 1.6 – График зависимости величины потерь

[8] Рисунок 1.7 – График зависимости величины потерь

[8.1] 1.5 Описание конструкции ОК

[9]
2 Расчет длины регенерационного участка

[9.1] 2.1 Расчет длины участка регенерации по затуханию

[9.2] 2.2 Расчет длины участка регенерации по дисперсии

[10] 3 Оценка надежности ВОЛС

[11] 4 Смета на строительство проектируемой ВОЛС

[11.1] Волконно-оптический кабель, км СКО-ДПТ-008 Е 04-06-М2

[12]
Заключение

[13]
Список использованных источников


Введение

Волоконно-оптические системы передачи благодаря уникальным возможностям по пропускной способности и затуханию волоконных световодов и успехам в технологии элементов волоконно-оптических систем передачи являются наиболее перспективными информационными системами. В области стационарных систем фиксированной связи передачи данных с большой пропускной способностью и высокой надежностью работы волоконно-оптические системы передачи не имеют конкурентов. У радиосистем, в том числе для подвижной связи, и спутниковых систем связи – свои преимущества, но по комплексу параметров (скорость передачи, помехоустойчивость, защищенность сведений) оптические системы являются наилучшими системами передачи.

Оптический кабель (ОК), основой которого являются оптические волокна (ОВ), считается в настоящее время самой совершенной направляющей системой, как для телекоммуникационных магистралей большой протяженности, так и для локальных сетей передачи данных. Объясняется это тем, что ОК по своим характеристикам значительно превосходит электрические кабели. Малое затухание и дисперсия в ОВ позволяет довести длину ретрансляционного участка до 100 км и более. Широкая полоса пропускания даёт возможность передавать по одному ОВ поток информации в десятки гигабит в секунду. Высокая защищенность от несанкционированного доступа позволяет использовать ОК в системах, где предъявляются повышенные требования к информационной безопасности [5].

При одной и той же пропускной способности электрических кабелей и ОК последние имеют меньшие габариты и вес. ОВ изготавливают из широко распространенных и недорогих материалов (двуокиси кремния, полимеры). В настоящее время стоимость кварцевого ОВ не превышает, половины стоимости медной пары.

Недостаток современных ВОСП – высокая стоимость интерфейсного и монтажного оборудования. Однако улучшения конструкции и повышения надёжности оптических передатчиков, приемников и пассивных элементов линейного тракта позволяют постоянно снижать стоимость производства волоконно-оптической продукции, а совершенствования технологии монтажа ОК и соединительных элементов, а так же упрощение используемого оборудования приводят к существенному уменьшению трудоёмкости строительно-монтажных работ.


1 Выбор и технико-экономическое обоснование трассы и способа прокладки ОК.

1.1 Выбор трассы для прокладки линии связи

Кабель можно проложить в грунте вдоль автомагистрали, но это повлечет за собой крупные денежные затраты, потому что при этом возникнут трудности при пересечении с дорогами и в некоторых местах с небольшими реками.

На контактной сети железных дорог подвеска ОК получила в последнее время широкое распространение. Надежность ВОЛС на сравнительно невысоких опорах (5 - 10 м) определяется выбором трассы, реальной прочностью опор, характеристиками крепежной арматуры и качеством эксплуатации. Имеющийся опыт подтверждает, что должный уровень проектирования и монтажа подвесных ОК позволяет достичь надежности ВОЛС не ниже, чем при подземной прокладке. [5]

ВОЛС, расположенные на опорах 0.4 - 10 кВ, имеют ряд преимуществ:

а) стоимость сооружения таких линий в 2 раза ниже, чем подвески ОК на опорах ЛЭП 110 - 220 кВ;

б) производительность строительно-монтажных работ в 2 раза выше;

в) возможность ускоренного создания разветвленной сети связи на всем пути прохождения ВОЛС;

г) упрощенное эксплуатационное обслуживание за счет возможности визуального контроля ОК и незатрудненного доступа к нему;

д) возможность организации разветвленного резервирования с гарантией надежности.

Учитывая, что железные дороги России соединяют почти все крупные города и большая часть дорог электрифицирована, прокладка, и подвеска оптического кабеля на сети железной дороги может быть достаточно быстро оправдана за счет предоставления в аренду оптических трактов и цифровых каналов. Все вопросы по прокладке и подключению аппаратуры необходимо будет согласовать с Министерством путей сообщения.

Карта регионов с изображенной на ней волоконно-оптической магистралью вдоль железной дороги Новосибирск – Красноярск, приведена в приложении. Маршрут прокладки, указан черной линией. Протяженность его составляет 761 км.


1.2 Расчет числа каналов между населенными пунктами

Число каналов связывающих Новосибирск и Красноярск, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи. Численность населения определяется на основании статистических данных последней переписи населения. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективном проектировании следует учесть прирост населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения

,     (1.1)

где  - народонаселение в период переписи населения, чел.;

       - средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается

               по данным переписи 2-3%);

         - период, определяемый как разность между назначенным годом

               перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5 лет вперед по сравнению с текущем временем. Следовательно,

,                                                                              (1.2)

где  - год составления проекта;

     - год, к которому относятся данные .

1425,6 тыс. человек в Новосибирске на 2003 год;

911,7 тыс. человек в Красноярске на 2003 год.

Следовательно

лет.

Найдем теперь количество населения в городах с учетом среднегодового прироста.

Для Новосибирска количество населения будет следующим:

тыс. человек.

Для Красноярска эта цифра составит:

тыс. человек.

Телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, следовательно, сначала необходимо определить количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами в одном направлении. Для расчета междугородних телефонных каналов используют приближенную формулу:

,                                                              (1.3)

где  и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной

      доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5 %, тогда =1-3,

    =5-6;

     - коэффициент тяготения (принять 5 %);

     - удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом

     (необходимо принять =0,05 эрл);

      и  - количество абонентов обслуживаемых оконечными станциями МТС

     соответственно в пунктах А и Б.

Найдем количество абонентов , обслуживаемых оконечными станциями МТС, принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,3.

.                                                          (1.4)

Для Новосибирска количество абонентов будет следующим:

тыс. человек.

Для Красноярска эта цифра составит:

тыс. человек.

Таким образом, можно рассчитать число каналов для телефонной связи между выбранными городами:

.

Примем число телефонных каналов в одну сторону .

По оптическому кабелю организуют также каналы и других видов связи, а также могут проходить и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями заданных пунктов определяется как:

,

- число каналов для телефонной связи;

- число каналов для телеграфной связи;

- число каналов для проводного вещания;

- число каналов для передачи данных;

- число каналов для передачи газет;

- число каналов для транзитных каналов;

- число каналов для передачи телевидения.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, т.е. КТЧ, то для передачи различных видов трафика потребуется следующее количество телефонных каналов:

1 ТВ канал = 1600 КТЧ;

1 ТГ канал = 1/24 КТЧ;

1 ПВ канал = 3 КТЧ;

В курсовом проекте следует предусмотреть два двухсторонних телевизионных канала.

Выразим общее число каналов между заданными пунктами через телефонные каналы. Для курсового проекта можно принять следующее:

Тогда число каналов в один конец рассчитывают по упрощенной формуле:

.

Исходя из найденного числа каналов, руководствуясь рекомендациями ITU-T  G6.702 - 6.704, выберем необходимый уровень иерархии цифровых каналов системы ПЦИ/PDH.

Скорость передачи информации между Новосибирском и Красноярском будет определяться следующим образом:

Кбит/с=290,94 Мбит/с,

где  - общее число телефонных каналов;

      - скорость передачи по одному ТФ каналу или ОЦК (64 Кбит/с).

Таблица 1.1 – Уровни иерархии системы ПЦИ/PDH

Уровень иерархии

Число каналов ОЦК

Номинальная скорость передачи, Кбит/с

Е0

1

64

Е1

30

2048

Е2

120

8448

Е3

480

34368

Е4

1920

139264

Из таблицы 1.1 видно, что не один из перечисленных потоков ПЦИ/PDH не удовлетворяет требуемую скорость передачи. Чтобы организовать связи нам потребуется три потока Е4 (139,264 Мбит/с) ПЦИ/PDH, при этом число резервных каналов составит

.


1.3 Выбор типа ОВ

На магистральных ВОСП применяется одномодовое ОВ. С точки зрения дисперсии, существующие одномодовое волокно разбиваются на три основных типа:

1. стандартное одномодовое волокно или волокно с несмещенной дисперсией - ( SFStandard Fiber, SSF или SSMFStandard Single Mode Fiber);

2. волокно со смещенной дисперсией - (DSFDispersion-Shifted Fiber);

3. волокно с ненулевой смещенной дисперсией - (NZDSFNon-Zero Dispersion-Shifted Fiber).[2]

Все три типа волокон очень близки по затуханию в окнах одномодовой передачи 1310 и 1550 нм, но отличаются характеристиками хроматической дисперсии.

SSF предназначено для работы в диапазоне длин волн 1285÷1330 нм, в которых величина хроматической дисперсии достигает минимального, близкого к нулю, значения. Можно также использовать это ОВ в спектральном диапазоне 1525÷1565 нм, затухание на этих длинах волн мало (~0,2 дБ/км), а коэффициент хроматической дисперсии составляет 16÷18 пс/нм∙км. Параметры стандартного одномодового ОВ регламентируются Рекомендацией ITU-T G.652.

В DSF волокне область минимума оптических потерь совпадает с областью минимальной хроматической дисперсией. Параметры этого ОВ регламентируются Рекомендацией ITU-T G.653. Такой тип волокна широко используется для систем SDH с одной несущей. Если в перспективе предстоит переход их использование не желательно (ввиду ярко выраженного эффекта четырехволнового смещения).

NZDSF-волокно используется в линиях большой протяженностью регенерационного участка с WDM и DWDM – уплотнением сигнала. Параметры этого ОВ регламентируются Рекомендацией ITU-T G.655. Рабочий диапазон для таких ОВ 1530÷1565 нм, уровень коэффициента хроматической дисперсии в рабочем диапазоне 0,1÷6 пс/нм∙км.

С точки зрения использования ОВ для среднескоростных систем PDH (при скоростях 139,264 Мбит/с, т.е. поток Е4), можно констатировать, что при одной несущей может быть использовано любое из перечисленных выше ОВ. Однако, если подходить с точки зрения экономических соображений, то стоимость DSF и NZDSF волокна выше, чем стандартного SSF волокно. По этой причине при выборе ОК предпочтение будет отдаваться кабелям со стандартным SSF волокном ITU-T Rec. G.652.

Этим требованиям удовлетворяет оптическое волокно SMF-28 производимое компанией Corning. Необходимые параметры данного типа ОВ приведены приложения А.1.

1.4 Расчет параметров ОВ

Произведем теоретический расчет параметров одномодового оптического волокна со ступенчатым профилем показателя преломления.

Зададимся исходными параметрами для расчета (из предыдущей расчётной работы):

рабочая длина волны лазерного источника -  нм;

ширина спектральной линии передатчика -  нм;

разность между показателями преломления сердцевины и оболочки оптического волокна - ;

диаметр сердцевины -  мкм;

диаметр оболочки -  мкм;

коэффициенты ряда Селмейера:

=0.69681388

=0.070555513

=0.40865177

=0.117656660

=0.89374099

=9.8754801

Расчет показателя преломления сердцевины и оболочки

Показатель преломления сердцевины можно определить по формуле Селмейера [1]:

,                                                 (1.5)

где  Аi и μi – коэффициенты формулы Селмейера; , μi выражены в микрометрах.

Для выбранных коэффициентов ряда Селмейера и рабочей длины волны показатель преломления сердцевины будет равен

.

      

На рисунке 1.1 представлена зависимость показателя преломления сердцевины от длины волны света.

Рисунок 1.1 - Зависимости показателя преломления сердцевины

от длины волны

Показателя преломления оболочки определим из выражения (1.6) [1]

,                                                                       (1.6)

где n2 – показатель преломления оболочки;

      n1 – показатель преломления сердцевины;

  - относительная разность показателей преломления сердцевины и оболочки.

Расчет числовой апертуры волокна

Числовая апертура [1]

.                                                        (1.7)

Расчет нормированной частоты

Этот параметр, определяющий число мод равен [1]:

.                                                             (1.8)

.

                              

При погрешности 5%

, одномодовый режим сохраняется

При погрешности 10%

, одномодовый режим сохраняется

При относительном отклонении диаметра d и относительная разность показателей преломления на ±10% нормированная частота изменяется в пределах .

Расчет диаметра модового поля в ОВ

Согласно [1] радиус поля моды W в микрометрах определяется как:

.                       (1.9)

(мкм).

Тогда искомое значение диаметра модового поля равно

(мкм).

При относительном отклонении диаметра d на ±10%, диаметр модового поля изменяется в пределах мкм.

Зависимость распределения интенсивность излучения основной моды одномодового волокна в ближней зоне от радиуса (рисунок 1.2) аппроксимируется с достаточной степенью точности формулой Гаусса [1]:

.                                                     (1.10)

где  - интенсивность излучения на расстояние r от оси ООВ;

- интенсивность излучения на оси ООВ (при r=0);

W – радиус модового поля, т.е. значения радиуса, при котором интенсивность излучения составляет.

 

Рисунок 1.2 – Зависимости распределения интенсивность излучения

основной моды ООВ в ближней зоне от радиуса

Расчет длины волны отсечки в ООВ

Этот параметр показывает минимальную длину волну, при которой ОВ поддерживает только одну распространяющуюся моду, определяется следующим образом [1]

.                                                           (1.11)

 (мкм).

Расчет потерь в оптическом волокне

Суммарное оценочное значение коэффициента затухания ОВ, выраженное рэлеевскими потерями и общими потерями за счет поглощения, может быть определено согласно [1] выражением:

,                    (1.12)

где

- коэффициент затухания в ультрафиолетовой области, дБ/км;

- коэффициент затухания в инфракрасной области, дБ/км;

αкоэффициент затухания ОВ, дБ/км;

где

n1 - показатель преломления сердцевины;

Дж/К – постоянная Больцмана;

м2/Н – коэффициент сжимаемости (для кварца);

Т=1500 К – температура затвердевания стекла при вытяжке;

 дБ/км.

На рисунке 1.3 представлена зависимость потерь в ОВ от длины волны света.

λ, мкм

0,85

1,3

1,55

αрр, дБ/км

1,263

0,231

0,114

αик, дБ/км

0,019

αуф, дБ/км

0,105

0,016

αΣ, дБ/км

1,367

0,247

0,142

Рисунок 1.3 – Зависимости потерь в ОВ от длины волны света

Расчет затуханий, обусловленных макроизгибами

Согласно [1] потери на макроизгибах для ОВ определяется по выражению:

,                                  (1.13)

где  - потери на макроизгибе, дБ; R – радиус макроизгиба в ОВ, м; d – диаметр сердцевины ОВ, м; n1 – ПП сердцевины; NA – числовая апертура.

дБ.

График зависимости затуханий на макроизгибах от радиуса макроизгиба:

Рисунок 1.4 – Зависимости затуханий на макроизгибах

от радиуса макроизгиба

Расчет затуханий, обусловленных микроизгибами

Величина потерь в кабеле вследствие микроизгибов ОВ может быть рассчитана согласно выражению вида:

,                                                           (1.14)

где N – количество микроизгибов;

h – величина микроизгиба, мкм;

D – диаметр оболочки ОВ, мкм.

дБ/км.

Дополнительные потери при сращивании волокон

Четыре основные причины возникновения потерь в соединителе, которые необходимо учитывать, это радиальное смещение, продольное смещение, угловое рассогласование осей, гладкость поверхности скола [1].

Потери при радиальном L смещении двух стыкуемых одинаковых волокон определяются [2]

, дБ,                                                                  (1.15)

где L – радиальное смещение.

Рисунок 1.5 – График зависимости величины потерь

от радиального смещения волокон

Потери при осевом S смещении двух стыкуемых одинаковых волокон определяются [2]

, дБ,                                                  (1.16)

где n – показатель преломления среды, заполняющей пространство стыка.

Рисунок 1.6 – График зависимости величины потерь

от осевого смещения волокон

Потери при угловом смещении двух стыкуемых одинаковых волокон определяются [2]

, дБ.                                                          (1.17)

Рисунок 1.7 – График зависимости величины потерь

от углового рассогласования волокон

Дисперсия сигналов в ОВ

Дисперсия в общем случае характеризуется четырьмя основными факторами [2]:

  •  различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовой дисперсией мод),
  •  направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией в),
  •  свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией мат).

Расширение передаваемых импульсов в одномодовых ОВ обусловлено хроматической дисперсией основной моды, которая в соответствии с [3] определяется формулой

, пс                    (1.18)

где   - ширина спектральной линии источника излучения, равная 1 – 3 нм для лазера;

L – длина линии, км;

М() – удельная материальная дисперсия, пс/(нмкм);

В() – удельная волноводная дисперсия, пс/(нмкм);

D() – удельная хроматическая дисперсия, пс/(нмкм).

Согласно [2] удельная материальная дисперсия определяется выражением вида:

,                                                                                (1.19)

где - рабочая длина волны лазера, нм; c – скорость света, м/с; d2n1/d2 можно определить, воспользовавшись формулой Селмейера.

пс/(нмкм).

Для определения удельной волноводной дисперсии воспользуемся выражением из [4]:

,                                                                      (1.20)

где d – диаметр сердцевины ОВ, мкм; n2() – показатель преломления оболочки; N2() – групповой показатель преломления оболочки.

Групповой показатель преломления оболочки определяется выражением:

.                                                                                 (1.21)

Подставляя, в выражение (1.20) необходимые числовые значения получим

пс/(нмкм).

Тогда результирующее значение коэффициента удельной хроматической дисперсии равно

пс/(нмкм).

Типичная картина удельной волноводной В() и материальной М() дисперсии вещества одномодового волокна приведена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 – Удельное значение дисперсии при различных длинах волн: В() – волноводная; М() – материальная; D() - хроматическая

Важным с практической точки зрения параметром одномодовых ОВ всех типов является наклон кривой удельной хроматической дисперсии S0 , который можно найти по формуле

,                                                                              (1.22)

где 0 – длина волны нулевой дисперсии в нашем случае 0=1215 нм (найдено из графика).

пс/(кмнм2).

Следует также упомянуть еще об одном виде дисперсии – поляризационной модовой дисперсии. Поляризационная модовая дисперсия пмд [1] возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Уширение импульсов, обусловленное этой дисперсией, выражается формулой

,

где ТПМД – коэффициент удельной поляризационной дисперсии, . Модовая поляризационная дисперсия в рабочем диапазоне ОВ существенно меньше хроматической и становится заметной на коротких линиях при использование одномодовых полупроводниковых лазеров и скоростей передачи 100 Гбит/с и выше. Очевидно, что учет данного вида дисперсии не принесет каких либо значимых изменений в параметры системы.

Ширина полосы пропускания

При расчете коэффициента широкополосности ОВ можно воспользоваться формулой

, МГцкм,                                                          (1.23)

где 0=/L – дисперсия на участке ОВ длиной L=1 км.

ГГцкм.

Модуляционная характеристика

Зависимость амплитуды передаваемого сигнала от частоты называется модуляционной характеристикой A(f), которую определяется из выражения

,                                                                      (1.24)

где F – частота модуляции.

Рисунок 1.9 - Зависимость амплитуды передаваемого

сигнала от частоты

1.5 Описание конструкции ОК

Исходя из вида выбранной трассы, в условиях железнодорожного транспорта, оптимально использование подвески оптического кабеля. Особенностями этой технологии являются [5]:

- наличие пригодных для подвески опор контактной сети (в меньшей степени опор ЛЭП сигнализации (автоблокировки);

- возможность быстрой подвески больших строительных длин кабеля при незначительных тяговых усилиях;

- возможность применения механизированного способа подвески; возможность обеспечения качественного монтажа муфт;

- защищенность кабеля от повреждений в результате работ сторонних организаций;

- простота обслуживания и контроля линий.

Подвесные ОК подвергаются большим температурным, ветровым нагрузкам, воздействию дождя и пара, снега и льда, солнечного света и радиации, грозовых разрядов, механических нагрузок, сильных электрических полей. Все это обуславливает ряд дополнительных требований к ОК на контактной сети железнодорожного транспорта [5]:

- они не должны повреждаться при аварийных режимах на высоковольтных линиях и при многочисленных коммутациях в энергосистемах;

- они должны быть защищены от внешних воздействий;

- они должны обладать высокими механическими характеристиками;

- срок службы должен быть не менее 40 лет;

- они должны работать при высоких напряженностях электрических полей и высоком коронирующем эффекте фазных проводов.

Подвесные ОК можно разделить на самонесущие диэлектрические, самонесущие с несущим тросом, навивные и встроенные в грозозащитный трос. В рамках проекта предлагается использовать самонесущий диэлектрический ОК. Преимущество диэлектрического самонесущего ОК в том, что он обеспечивает стойкости к электромагнитным воздействиям (гроза, стационарные и аварийные режимы работы ЛЭП и электрифицированных железных дорог и т.д.).

Рассмотрим распространенную типовую конструкцию самонесущего диэлектрического ОК. Это оптический сердечник модульной скрутки, защищенный арамидными нитями, которые используются в качестве армирующих элементов. При этом ОВ находится внутри трубок (оптических модулей), выполненных из прочного полибутилентерефталата (ПБТ) или полиамида, которые заполнены водоотталкивающим гелем. Различные компании используют, как правило, пяти- или шестиэлементную скрутку на центральный элемент, выполненный в виде стеклопластикового стержня, который, обладая отрицательным температурным коэффициентом, «держит» конструкцию при высоких температурах. Поверх скрученных модулей накладывается полиэтиленовая оболочка типа ПЭВП или ПЭНП, в зависимости от необходимой стойкости к раздавливанию. На промежуточную оболочку приклеиваются арамидные нити, которые укладывают, как правило, в два слоя противоположного повива. Прочная внешняя оболочка из полиэтилена черного цвета защищает ОК от внешних воздействий.

ОК подобной конструкции выпускают множество фирм. Однако выбор остановим на ОК, предлагаемый ЗАО НФ „Севкабель-кабель“. В кабеле установим 8 ОВ: 6 ОВ под проектируемую систему и 2 ОВ для резервирования.

Маркировка кабеля, предлагаемая фирмой-изготовителем, выглядит следующим образом:

СКО-ДПТ-008 Е 04-06-М2 

где      СКС - Севкабель-Оптик;

ДПС - модульный, с диэлектрическим центральным силовым элементом, полиэтиленовая, с периферийными диэлектрическими силовыми элементами и ПЭ оболочкой;

008 - в кабеле 8 волокон;

Е - одномодовое стандартное;

04 - максимальное количество оптических волокон в модуле или пучке:

в модуле может быть от 4-х до 12-ти оптических волокон;

06 - суммарное количество модулей и корделей в повиве сердечника;

М2 -  количество медных жил:

кабель может содержать 2, 4 или 8 медных жил.

На рисунке 1.10 представлена конструкция предлагаемого ОК.

1 – центральный силовой элемент - стеклопластиковый стержень;

2 – ПБТ трубка со свободно уложенными оптическими волокнами и гидрофобным гелем;

3 – кордель;

4 – межмодульный гидрофобный заполнитель;

5 – промежуточная ПЭ оболочка. Для кабелей с усиленной баллистической защитой оболочка из полиамидных материалов;

6 – повив из арамидных нитей с подклеивающим компаундом;

7 - черная наружная ПЭ оболочка с маркировкой. Для кабелей в негорючем исполнении оболочка из материала, не распространяющего горение.

Рисунок 1.10 – Оптический кабель для подвески на опорах контактной сети железных дорог

Основные механические, конструктивные и оптические характеристики ОК представлены в приложении А.2.


2 Расчет длины регенерационного участка

Максимальная длина участка регенерации (или максимальная длина линейного тракта без регенераторов) цифровой ВОСП ограничивается затуханием и дисперсией импульсных сигналов. Поскольку эти параметры передачи являются независимыми, при проектировании ВОСП необходимо отдельно рассчитать длину участка регенерации Lр и длину участка регенерации по дисперсии Lрд [3].

2.1 Расчет длины участка регенерации по затуханию

Каждый сегмент линии будет состоять из следующих частей, определяющих затухание в линии:

  •  разъемные оптические соединители (коннекторы). В данной проекте будут использоваться коннекторы FC-типа (вносимые потери <0.5 дБ). Подробные характеристики разъемного соединителя приведены в таблице А.4.2 приложения А.4;
  •  сварные оптические соединители;
  •  оптическое волокно;
  •  оптические ответвители. Все ответвители устанавливаются в соединительных муфтах. Основные технические параметры ответвителей, используемых при проектировании ВОСП, приведены в приложении А.3.

Энергетический потенциал аппаратуры [3]

,                                  (2.1)

где PS, pS - мощность и уровень мощности, вводимой в ОВ кабеля;

PR, pR - мощность и уровень мощности принимаемого сигнала;

мки - вносимые потери при микроизгибах;

мк - вносимые потери при макроизгибах;

ст - вносимые потери неразъемными соединениями, примем для расчета 0,1 дБ;

к - коэффициент затухания ОВ, равный 0,22 дБ/км для длины волны 1,55мкм;

N   - число стыков на участке регенерации.

Оптический приемник будет принимать и обрабатывать сигнал при условии рRрпр , где рпр – пороговая чувствительность (минимально допустимый уровень мощности принимаемого сигнала). Однако в реальных условиях оптический приемник не может работать на максимальной пороговой чувствительности, поскольку при нарушении работы оптического передатчика, изменении потерь в ОВ и соединителях и силу других причин постоянно меняется мощность принимаемого сигнала. Поэтому задают определенный диапазон изменения уровня принимаемого сигнала М (энергетический запас).

Из (2.1) находим длину регенерационного участка

,                                                  (2.2)

где А– энергетический потенциал, равен 40 дБ в соответствии с заданием;

F(σα)=0; Lстр=2 км.

 км.

2.2 Расчет длины участка регенерации по дисперсии

Чтобы не было перекрытия между соседними импульсами на входе оптического приемника [3], необходимо выполнить условие t = T + 0LРД = 2T. Следовательно,

.                                                                                           (2.3)

Данное условие справедливо, когда линейный код имеет простейшую форму. В линейных трактах цифровых ВОСП информация передается в виде сложных цифровых сигналов. Если в простейшем двоичном коде длительность импульса и паузы равна Т, то в линейных кодах ВОСП длительность импульсов может составлять Т и Т/2, минимальный интервал между импульсами – Т/2. Последнее означает, что в случае сложных кодов вместо (2.3) получим

.                                                                                           (2.4)

Если учесть (1.23) и что скорость передачи информации в линейном тракте В = 1/Т, то из (2.4) находим максимальную длину участка регенерации по дисперсии

,                                                                                 (2.5)

где fТ – тактовая частота линейного цифрового сигнала.

В паспортных данных одномодовых ОВ обычно указана удельная хроматическая дисперсия D. В этом случае формулу (2.5) удобнее переписать в виде

.                                                                (2.6)

км.

Регенерационные пункты выгоднее разместить в населенных пунктах или около них, при этом длина регенерационного участка не должна превышать 124  км.

В таблице 2.1 представлены данные о месторасположение регенерационных пунктов. Дополнительная информация о расположении ответвителей приведена в графическом материале.

Участок регенерации

Длина участка регенерации, L км

Ответвитель

1

Новосибирск-Ояш

85

2

Ояш-Юрга

70

есть

3

Юрга-Тайга

73

есть

4

Тайга-Ижморская

71

5

Ижморская-Мариинск

77

6

Мариинск-Итат

105

7

Итат-Ачинск

96

есть

8

Ачинск-Козулька

80

9

Козулька-Красноярск

107

3 Оценка надежности ВОЛС

Проблема обеспечения надежности весьма актуальна для волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), предназначенных для больших объемов информации и имеющих большую длину участков регенерации, т. е. более протяженные участки обслуживания. Поэтому очень важно предварительно рассчитать их надежность с тем, чтобы получить требуемые показатели в процессе эксплуатации аппаратуры ВОСП, т.к. отказ в работе аппаратуры несет за собой крупные экономические затраты.

Показатели надежности:

Надежность объекта его свойство сохранять во времени и установленных пределах значения всех параметров, характеризующих качество передачи информации в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Комплексный показатель надежности коэффициент готовности (Kг), определяющий вероятность работоспособности объекта в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается).

Безотказность свойство СП непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Безотказность характеризуют два показателя:

  •  наработка на отказ То – среднее время между отказами системы (элемента), ч;
  •  интенсивность отказов  – среднее количество отказов в единицу времени, 1/(кмч).

Для восстанавливаемых объектов одним из важнейших свойств, составляющих надежность, является ремонтопригодность. Под ремонтопригодностью понимается приспособленность СП к предупреждению неисправности, обнаружению ее характера и устранению последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Ремонтопригодность характеризуется средним временем восстановления V, затрачиваемым на обнаружение, поиск причины и устранение последствий отказа, ч.

Для обеспечения высокого коэффициента готовности при расчете надежности ЦВОСП удобно в качестве комплексного показателя надежности выбрать коэффициент простоя (Kп), определяющий вероятность того, что система окажется в неработоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов.

Коэффициент простоя ВОСП однозначно связан с коэффициентом готовности

Kп = 1 – Kг,       (3.1)

и характеризует безотказность (через ) и ремонтопригодность (через V).

Интенсивность отказов на 1 км трассы ВОЛС в час связана с плотностью повреждений

,     (3.2)

где       8760 – число часов в году

100 – длина трассы, км, при которой определяется значение m.

Параметр потока отказов определяется на всю длину

.      (3.3)

Коэффициент простоя, определяющий вероятность того, что система окажется в неработоспособном состоянии в произвольный момент времени, определяется

.     (3.4)

Тогда коэффициент готовности равен

.      (3.5)

Для подвесных ОК, используемых в магистральных линиях связи, значения параметров

  •  m = 0,1905;
  •  V = 5 ч.

Тогда интенсивность отказов ОК за 1 ч при общей длине кабельного хозяйства 761 км 

 ч–1.

Коэффициент простоя

.

Коэффициент готовности

.

Определим из (3.5) среднее время наработки на отказ

 ч.

Как видно из последнего результата проектируемая линия является относительно надежной. Такие высокие показатели надежности, в целом, характерны для ЦВОСП.

4 Смета на строительство проектируемой ВОЛС

Волоконно-оптическая линия связи Новосибирск - Красноярск

(расчет проведен для линейной части системы по укрупненным показателям)

№ п/п

Наименование статей расходов

Сумма, тыс. руб.

  1.  

Заработная плата

59

  1.  

Начисления на заработную плату

21,24

  1.  

Затраты по работам, выполненным сторонними организациями и предприятиями

6720

  1.  

Материалы и оборудование, комплектующие изделия

34858,255

  1.  

Прочие расходы

100

Итого:

41758,495

РАСШИФРОВКА СТАТЕЙ ЗАТРАТ

Расшифровка статьи «Заработная плата»

Кол-во

Должность

(руководитель,

исполнитель и

т. д.)

з/п при 100%

занятости по проекту (руб./мес.)

% времени занятости по проекту

Запраши-ваемая з/п

(руб./мес.)

З/п на период выполнения проекта (руб.)

1

Руководитель

15000

100

15000

15000

1

Ответственный исполнитель

12000

100

12000

12000

4

Рабочий

8000

100

32000

32000

Итого:

59000

Расшифровка статьи «Затраты по работам сторонних организаций»

Название работ, выполняемых сторонней организацией

Организация - исполнитель

%  работ сторонней организации

Сумма,

тыс. руб.

Прокладка ОК, сварочные работы, тестирование

80

6720

Итого:

80

6720

Расшифровка статей «Материалы, оборудование, комплектующие изделия»

п/п

Наименование

Цена, руб.

Кол-во

Сумма, тыс. руб.

1

Волконно-оптический кабель, км СКО-ДПТ-008 Е 04-06-М2

78.57(2.91)

837

65763.09

2

Муфта оптическая

МТОК 96Т-01-IV, шт

1700

380

646,850

3

Ответвитель оптический 1х2, шт

2000

3

6

5

Шнур оптический соединительный FC-FC/UPC, SM (10/125) – 2м., шт

900

18

97,2

4

Оптическая распределительная коробка, шт

3000

20

60

Итого:

34858,255

Расшифровка статьи «Прочие расходы»

Название расходов

Цена, руб

Кол-во, шт.

Сумма, тыс. руб.

Непредвиденные расходы

-

-

100

Итого:

100


Заключение

В результате проведенной работы была разработаны линейная часть система передачи информации со следующими параметрами:

  •  скоростью передачи 136,264 Мбит/с;
  •  рабочей длиной волны 1550 нм;
  •  протяженностью трассы 761 км;
  •  вероятность ошибки (BER) – не более 10–10;
  •  энергетическим бюджетом в 40 дБ;
  •  избыточностью системы 27%;
  •  коэффициентом готовности 0.99917;
  •  сетевой интерфейс центрального узла для подключения к магистральной сети – PDH;
  •  оптический кабель – СКО-ДПТ-008 Е 04-06-М2 (ОВ – SMF-28 Corning).

Спроектированная линейная часть передачи данных включает восемь регенерационный пункт.

Передача телефонных разговоров в настоящее время по современным линиям весьма не прибыльное дело. Лучше всего, в свете современных потребностей, предоставлять линии для широкополосного доступа, включающего широкополосный доступ в Internet, организацию видеоконференций или просто передача принимаемых спутниковый программ.

Если в ближайшем будущем потребуется увеличить скорость передачи, это встретит ряд проблем, главная из которых дисперсия сигнала. Выходом может послужить использование WDM системы, работающей в окне прозрачности (15301560) нм на тех же скоростях передачи.


Список использованных источников

  1.  Иоргачев Д. В., Бондаренко О. В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. – М.: Эко-Трендз, 2002. – 282 с.: ил.;
  2.  Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети. – М.: Эко-Трендз, 2001. – 267 с.: ил.;
  3.  Гитин В.Я., Кочановский Л.Н. Волоконно-оптические системы передачи. Учебное пособие для техникумов связи. – М.: Радио и связь, 2003. – 128 с.: ил.;
  4.  Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1989. – 504 с.: ил.;
  5.  Фокин В. Г. Волоконно-оптические системы передач с подвесными кабелями на воздушных линиях электропередачи и контактной сети железных дорог. Учебное пособие. – М.: СГУТИ, 2000. – 93 с.: ил.;
  6.  Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000. – 486 с.: ил;
  7.  Шмалько А. В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. – М.: Эко-Трендз, 2001. – 284 с.: ил.;
  8.  ГОСТ 27.002 – 83;
  9.  «Трансвок». Рекламные проспекты. Адрес: www.transvoc.ru;
  10.  «Телеком комплект сервис». Каталог продукции. Адрес: www.tkc.ru.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1192. Исследование ассортимента и качества конфет в розничной торговой сети «Рассвет» 346.34 KB
  Характеристика магазина «Рассвет» и основных показателей хозяйственной деятельности. Производители – источники поступления конфетных изделий в магазин «Рассвет». Приемка конфетных изделий по качеству и количеству в магазине «Рассвет». Анализ ассортимента конфетных изделий в магазине по видам. Результаты исследований ассортимента конфет в магазине по показателям: широта, полнота, устойчивость, новизна...
1193. Технико-экономические показатели автоматизации комплекса очистных сооружений 139.5 KB
  расчёт прогнозируемого объёма переработки загрязнённых вод на комплексе очистных сооружений. Расчет потребности капитальных вложений в основные фонды. Расчёт заработной платы. Расчёт затрат на потребление теплоэнергии (пара). Основные технико-экономические показатели автоматизации комплекса.
1194. Привод подвесного конвейера 1.04 MB
  Определение расчетной мощности электродвигателя. Выбор двигателя по каталогу. Определение передаточных чисел мощностей, частот вращения и крутящих моментов на валах привода. Расчет открытой прямозубой цилиндрической зубчатой передачи. Определение допускаемых напряжений для шестерни и колеса, при расчете на выносливость при изгибе.
1195. Организационно-экономическая часть создания системы автоматизированного проектирования 185.5 KB
  Технико-экономическое обоснование целесообразости проекта. Использование программно-аппаратных средств. Расчёт договорной цены разработки ячейки. Дополнительная заработная плата научного персонала. Календарный график работ по разработке блока.
1196. Газотурбинные установки. Машины и оборудование. Охрана труда. Строительные конструкции. 368.5 KB
  Устройство камер сгорания и теплообменных аппаратов ГТУ. Назначение, устройство и виды фильтров, используемых в гту. назначение и устройство глушителей, применяемых в компрессорах. Запорная арматура: назначение, устройство, принцип действия, примущества, недостатки, ремонтнопригодность. Устройство и принцип действия центробежного нагнетателя. Требования к проведению инструктажей по охране труда, их виды и сроки проведения.
1197. Приспособление для проведения механических испытаний 74.5 KB
  Схема сборки приспособления для проведения вибрационных испытаний. Универсальная оснастка плита для проведения вибрационных испытаний. Эта оснастка используется для проведения испытаний множества приборов.
1198. Производственный анализ СПК Октябрьский Волотовского района 63.5 KB
  Уставный капитал колхоза составляет 29531 тыс. руб. Учредителями хозяйства являются члены кооператива, которые объединили свои имущественные и земельные доли. Основным видом деятельности является сельское хозяйство, доля выручки от продажи сельскохозяйственной продукции на 2010 год составила 98 %.
1199. Проектирование одноэтажного промышленного здания города Волгограда 38.92 KB
  К промышленным относят здания, в которых размещены цехи, выпускающие готовую продукцию или полуфабрикаты. Технико-экономические показатели объемно-планировочного решения. Оценка полученных результатов. Выполнение промышленного здания из прогрессивных металлических конструкций несущих и ограждающих элементов.
1200. Энергетический расчет оптико-электронного прибора 55 KB
  Для обеспечения работоспособности любого оптико-электронного прибора важно получить определенные энергетические соотношения между полезным сигналом и порогом чувствительности прибора. В качестве материала анализирующей призмы, при заданном диапазоне измерения коэффициента преломления.