49438

Проектирование оптической линии связи Новосибирск - Омск

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Определение типа кода передачи. Выбор системы передачи. Волоконно-оптическая линия связи ВОЛС это вид системы передачи при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам известным под названием оптическое волокно. Технологии волоконно-оптических сетей помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы касающиеся электронного передающего оборудования его стандартизации протоколов передачи вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.

Русский

2013-12-27

836 KB

18 чел.

18

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Томский ГосударственныйУниверситет

Систем Управления и Радиоэлектроники

Кафедра Сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧиКР)

Проектирование оптической линии связи Новосибирск - Омск

Отчёт по курсовому проекту по дисциплине «Оптические линии связи» (ОЛС)

       Выполнил:

       Студент гр.158

        _______Кириллов П. С.

       Проверил:

           Доцент каф. СВЧиКР

            _______Ефанов В. И.

  «______»__________2002 г.

2002

Содержание.

1.Введение.                                                                                                               3

2. Выбор маршрута прокладки кабеля.                                                                  5

3. Варианты применения ВОЛС на железных дорогах                                        7

4. Определение числа каналов.                                                                            10

5. Определение топологии                                                                                    12

6. Определение типа кода передачи.                                                                   12

7. Выбор системы передачи.                                                                                 12

8. Выбор оптического кабеля.                                                                              14

9. Расчет ОВ                                                                                                           16

10. Выбор передающего и приемного модулей.                                                 21

11. Расчет энергетического запаса.                                                                      21

12. Расчет дисперсии и полосы пропускания ОВ.                                              22

13. Расчет длины регенерационного участка и их количества.                        22

14. Расчет надежности проектируемой ВОЛС.                                                  23

15. Смета на строительство.                                                                                 26

16. Заключение.                                                                                                      27

17. Список использованной литературы и интернет-ресурсов.                        28

Приложение 1.                                                                                                        29

1. Введение.

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии волоконно-оптических сетей помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.

Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

Особенностями ВОЛС являются:

  •  широкополосность оптических сигналов, обусловленная высокой частотой несущей (fo » 1014 Гц). Физически это означает, что в предельном случае по одной оптической линии можно передать тысячи телевизионных программ, 10 миллионов телефонных разговоров или цифровую информацию со скоростью порядка 1012 бит/с (или терабит/с);
  •  малое погонное затухание сигнала в волокне. Типовые значения затуханий в волоконно-оптическом кабеле (ВОК) не превышает 0,4 dB/км на длине волны 1310 нм и 0,22 dB/км на длине волны 1550 нм;
  •  волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому и недорогого материала в отличие от меди. Уже в настоящее время цены на оптический и коаксиальный кабели практически сравнялись;
  •  ВОЛС устойчивы к электромагнитным помехам;
  •  передаваемая информация по ВОЛС защищена от несанкционированного доступа. Ее нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно легко регистрируются методом мониторинга целостности линии. Естественно, что теоретически существуют способы обойти защиту от мониторинга, но затраты на их реализацию будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации;
  •  долговечность. Время жизни волокна (сохранение им свойств в определенных пределах) превышает 25 – 30 лет, что позволяет проложить волокно один раз;
  •  стеклянные волокна – не металл, следовательно, они безопасны в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встраивая их в фазовый провод, экономя значительные финансовые средства;
  •  в ВОК используются одномодовые и многомодовые волокна. Для трансляции ТВ сигналов применимы только одномодовые волокна, обладающие существенно лучшими характеристиками по затуханию, частотной дисперсии и полосе пропускания;
  •  число оптических жил в ВОК колеблется в больших пределах и обычно составляет 16 – 32
  •  Волоконно-оптический кабель позволяет передавать данные на гораздо большие расстояния чем медный. Это означает, что оптическое волокно, в случае использования его для связи с настольными системами, позволяет установить все сетевое  оборудование в одном месте, вместо того, чтобы размещать его в монтажных шкафах по всему зданию, дабы обойти свойственные медным кабелям ограничения на расстояние. Кроме того, потребуется менее сложная инфраструктура и меньше оборудования такого, как коммутаторы и монтажные шкафы, что сократит общую стоимость локальной сети.
  •  Волоконно-оптический кабель физически намного тоньше и долговечнее, чем медный кабель, занимает меньше места в кабельных каналах и позволяет в одном и том же канале проложить большее число кабелей. Новые разработки позволяют обеспечить эффективное использование проводки, даже когда кабель связан в узел.
  •  Волоконно-оптический кабель полностью изолирует световые импульсы с помощью внешней оболочки, защищая данные от постороннего вмешательства или перехвата сигнала.
  •  Волоконно-оптический кабель не восприимчив к электромагнитным помехам; его можно погружать в воду, и он менее подвержен перепадам температур, чем медный. Эти качества позволяют сократить время простоя кабеля из-за сбоев.
  •  Оптическое волокно   обеспечивает более высокую пропускную способность(примерно 50 Гбит/с по многомодовому кабелю и еще выше по одномодовому) и более перспективную с точки зрения модернизации сетевую кабельную архитектуру, чем медные кабели. Хотя сейчас пользователям настольных систем не требуется скорость больше, чем обеспечивает Fast Ethernet , разница в затратах на медные волоконно-оптические кабели становится все менее и менее значительной, в силу чего последние превращаются во все более приемлемое решение для организации связи с настольными системами.   

Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации волоконно-оптические системы имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков вероятнее всего будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.

Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы должны преобразовываться в оптические и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежные специализированное коммутационное пассивное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.

Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же повреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.

Требование специальной защиты волокна. Прочно ли оптическое волокно? Теоретически да. Стекло как материал выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м2). Это казалось бы означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно не было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптический кабель упрочняется, например нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимости оптического кабеля.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны

2. Выбор маршрута прокладки кабеля.

  

Для данной системы передачи после тщательного анализа было решено прокладывать кабель вдоль железнодорожной магистрали Новосибирск – Омск, по линии питания для электропоездов. Прокладывать кабель в грунте довольно дорого, при этом возникают трудности при пересечении с реками. Альтернативой выбранному варианту является прокладка по линии электропередач (ЛЭП), но Омск и Новосибирск являются крупными районными центрами, у каждого из которых есть своя ТЭЦ, поэтому транспортировка электроэнергии между данными городами не осуществляется, только по районам. Более того, в случае прокладки вдоль ЖД магистрали все административно-хозяйственные вопросы будут решаться с одной организацией - МПС, а не с представителями различных областей. Плюс ко всему линии МПС являются стабильно работающими, и поэтому перебоев с электроэнергией возникать не должно.ниже предоставлена карта ЖД маршрута Новосибирск – Омск, красной линией изображена трасса прокладки. Протяженность маршрута – 660 км.

Тенденция к централизации управления на железных дорогах ведет к тому, что расстояния между пунктами передачи и приема увеличиваются при сохраняющихся высоких требованиях к эксплуатационной готовности систем. В связи с этим возрастает значение передачи данных по волоконно-оптическим кабелям. Возможность передачи  данных на расстояния до 100 км без установки   промежуточных  усилителей и построения крупных систем на полигонах в несколько сотен километров в сочетании с традиционными достоинствами волоконной оптики (нечувствительность к помехам, гальваническая развязка подключенной аппаратуры и т. д.) обеспечивает технике на базе волоконно-оптических кабелей значительные преимущества по сравнению с традиционными медными кабелями.
     К примеру Фирма PANDATEL (Германия) имеет многолетний опыт использования этой сравнительно новой технологии и предлагает железным дорогам полный  спектр решений от линий на базе одномодовых световодов и организации  одного  канала на каждом световоде до внедрения оптических мультиплексоров и оптических систем шин.
     Системы передачи на базе линий волоконно-оптической связи (ВОЛС) применяют в первую очередь в системах СЦБ для соединения модулей ввода/вывода с постами микропроцессорной централизации (МПЦ) и организации обмена информацией между постами МПЦ.  Ниже  на примере трех конкретных проектов показаны новые  возможности, возникающие при использовании волоконно-оптических кабелей  как среды передачи.


     
     3.
Варианты применения ВОЛС на железных дорогах
Проект для линии Schwedische Bahn

На линии Schwedische Bahn железных дорог Германии (DBAG) действует распорядительный пост централизации, с которого обеспечивается управление напольными устройствами на малых станциях, проходными сигналами автоблокировки и устройствами переездной сигнализации. Система основана на применении стандартных персональных компьютеров, программируемых контроллеров и внешних шин для подключения к распорядительному посту напольного оборудования, например, основных и предупредительных сигналов, проходных сигналов автоблокировки, устройств управления стрелками, переездной сигнализации и контроля свободности пути. Обмен информацией организован как двухканальный. Особенностью этой системы является сквозная (от распорядительного поста до напольных устройств ввода/вывода) диверсификация обоих каналов в отношении как аппаратного, так и программного обеспечения. В системе использованы протоколы шин Interbus и Profibus (DP). Соединение каналов друг с другом на распорядительном посту и подключение управляющих компьютеров осуществляется через шину Profibus (FMS).
     Концепция обеспечения безопасности предусматривает, что, например, открытие сигнала происходит только в том случае, когда соответствующая команда поступает по двум каналам. В то же время для закрытия сигнала достаточно команды из одного канала. Похожий механизм работает в случае выхода из строя одного или обоих каналов.
     Они позволяют строить линейные, звездообразные и кольцевые структуры. Можно смешивать разные топологии, если это необходимо для конкретного случая применения. Волоконно-оптические многопунктовые сети могут использовать все доступные интерфейсы (RS485, RS422, RS232 и 20 мА) и системы шин (Interbus, Profibus и др.).
     В зависимости от типа кабелей и длины волны многомодовые световоды обеспечивают передачу на расстояние до 7 км между двумя линейными станциями, а одномодовые - до 55 км. Системы передачи в целом могут иметь протяженность в несколько сотен километров. В них могут использоваться устройства с разной длиной волны. Это позволяет на коротких расстояниях применять более дешевые многомодовые системы, а для передачи на большие расстояния внедрять одномодовые.
     В рамках проекта для линии Schwedische Bahn к аппаратуре предъявлялся ряд особых требований, в том числе расширенный диапазон рабочих температур (от -40 до +50 С) и скорость передачи до 1,5 Мбит/с на расстояние до 30 км. Выполнить эти требования можно было только при использовании одномодовых световодов и лазеров с длиной волны 1300 нм. Другие отличия от стандартных решений состояли в выполнении мероприятий по защите от образования конденсата, коррозии, повреждения кабеля грызунами и т. д. Реализованная система удовлетворяет требованиям документа Ми 8004 и европейских норм EN 50126, EN 50128 и EN 50129 по классу безопасности SIL4.
     Системы микропроцессорной централизации могут иметь зоны действия очень значительной протяженности. При этом модули уровней ввода команд и извещения, а также обеспечения безопасности расположены на распорядительном посту МПЦ. На станциях вдоль линии размещены модули управления напольными устройствами ЕАМ.
     До внедрения ВОЛС в качестве среды передачи между распорядительным постом МПЦ и модулями БАМ использовалась технология пространственного мультиплексирования, т. е. для каждого соединения между распорядительным постом и ВАМ необходимы две пары жил (четверка звездной скрутки). С ростом протяженности зон действия МПЦ требовалось все больше жил. В качестве решения этой проблемы был предложен метод временного уплотнения на базе ВОЛС. Мультиплексоры ВОЛС считывают сигналы на выходах модулей системы МПЦ, уплотняют их и передают по линии, распределяя сообщения в пункте приема. Поскольку мультиплексоры не вносят изменений в сообщения (прозрачная передача), то процедура передачи, включая защиту данных, остается задачей модулей МПЦ.
     Если волоконно-оптические кабели прокладывают по разные стороны от трассы железнодорожной линии (например, один кабель в лотках в земле, а другой подвешивают на опорах контактной сети), возникает возможность строительства кольцевых структур. Кольцо при этом начинается и заканчивается на распорядительном посту МПЦ. Отдельные модули ЕАМ вводят сигналы в кольцевую линию через мультиплексоры. Для создания избыточности каждому модулю ЕАМ выделяют по два мультиплексора. Каждое оконечное устройство (модуль ЕАМ) занимает в линии выделенный канал, организованный как двухточечное соединение. Второй, дублирующий канал проходит в другой дуге кольца. Это позволяет при обрыве кабеля или выходе из строя аппаратуры сохранить полную работоспособность системы. Еще одно преимущество такого решения состоит в возможности использования свободных каналов для передачи другой информации.
     Рассмотренная система уже допущена к эксплуатации Федеральным бюро железнодорожного транспорта Германии (ЕВА) и внедрена в рамках целого ряда проектов.
     Модульная конструкция прибора позволяет реализовывать все основные интерфейсы (RS485, RS422, RS232 и 20 мА) и стандарты на волоконно-оптические системы передачи (многомодовые световоды с длиной волны 820 и 1300 нм, одномодовые с длиной волны 1300 и 1550 нм, световоды и лазеры). В одном 19-дюймовом каркасе размещаются два независимых мультиплексора (каждый на 32 канала) и два блока питания, один из которых работает в режиме горячего резерва.
     В Баварии реализован ряд проектов на однопутных линиях, эксплуатируемых региональными компаниями-операторами. В одном из таких проектов потребовалось посредством волоконно-оптических кабелей подключить два удаленных линейных пункта к центру управления.
     Центральный компьютер в центре управления передает команды в децентрализованные программируемые контроллеры, к которым подключены напольные устройства (стрелки, сигналы, счетчики осей и т. д.). Волоконно-оптические кабели с одномодовыми световодами использованы также для соединения устройств внутри центра управления.
     Такое решение позволяет в будущем расширить систему, подключив к ней дополнительные станции, или перенести центр управления в другое место,

как это запланировано.   

Многопунктовые приборы семейства FD подключены напрямую к интерфейсам плат центральных процессоров модулей SIMATIC S5 и обеспечивают преобразование сигналов интерфейса 20 мА шины Sinec L1 в световые сигналы для одномодовых световодов. Таким образом, шина Sinec L1 продлевается на значительные расстояния без промежуточных усилителей. Для обеспечения безопасности эта шина дублирована.

4. Определение числа каналов.

Необходимо определить число каналов, востребованных населением и различными видами сервисов, между данными городами. Для этого необходимо определить численность населения в данный год, изменившуюся с момента последней переписи населения. Учитывая статистический закон прироста населения:

где H0- численность населения на момент переписи.

Для Новосибирска H0 =1418 тыс.чел

Для Омска H0 =1161 тыс.чел

     

P - средний годовой прирост населения в данной местности,

P =2 %

t  - 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 годом последней переписи.

,

где:

 - 2002 год (год составления проекта)

- год, к которому относятся данные H0 - 1994 год

 

t=13 лет

для Новосибирска:

Ht=1418*103(1+0.025)13=1,955 тыс. чел.

Для Омска:

Ht=1161*103(1+0.025)13=1,602 тыс. чел.

Необходимо учесть заинтересованность населения во взаимосвязи.

Это учитывается  через коэффициент тяготения  ,(который  колеблется в пределах от 0,1 до 12 %).

В данном курсовом проекте следует принять:

=5 % (0,05)

Телефонная междугородняя связь, является основной , сначала определим число телефонных каналов. Существует приближенная формула:

где:

,- коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; потери принимаются в  5 %, следовательно

=1,3;

=5,6;

- удельная нагрузка,  создаваемая одним абонентом,  

=0,05 Эрл;

,- количество абонентов обслуживаемых оконечными станциями АМТС между данными городами.

Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0.3 , количество абонентов в зоне обслуживания:    

,

для Новосибирска: mnov=0.3*1955*103=586500 чел.

для Омска: momsk=0.3*1602*103=480602 чел.

Тогда количество ТФ каналов:

nтф=1.3*0.05*0.05*()+5.6=864

но по данной линии связи будут передаваться не только телефонные каналы, но и другие виды связи, плюс ко всему еще транзитные каналы

где

- число двухсторонних каналов для телефонной связи;

- число двухсторонних каналов для телеграфной связи;

- число двухсторонних каналов для передачи телевидения;

- число двухсторонних каналов для проводного вещания;

 - число двухсторонних каналов для передачи данных;

 - число двухсторонних каналов для передачи газет;

 - транзитные каналы.

    Выразим общее число каналов через число ТФ каналов, то есть каналов ТЧ.

1 ТВ канал = 1600 ТФ каналов;

1 ТГ канал = 1/24 ТФ канала;

1 ПВ канал = 3 ТФ канала;

Можно принять

                                    

Общее число каналов вычисляется  по следующей формуле

     ,                                         

где  - число двухсторонних телефонных каналов определяемое по формуле ;

 - число двухсторонних телевизионных каналов.

=2

ИТОГО:

=2*864+2*3200=8128 ТФ канала

5. Определение топологии

Так как данная линия связи представляет собой магистраль, соединяющая крупные районные центры, оптимальной с точки зрения надежности связи и экономичности будет топология типа «шина». В случае повреждения одного из волокон внутри кабеля, можно предусмотреть возможность резервного переключения на дополнительные волокна внутри кабеля. Остальные типы топологий, такие как, например, звезда, кольцо, полносвязная топология, не совсем пригодны в плане их неэкономичности для данной трассы.

6. Определение типа кода передачи.

Для надежной передачи информации по линии вязи, ее необходимо закодировать линейным кодом.

Так как наша цифровая система связи оптическая, можно использовать только однополярный линейный код.

С точки зрения помехоустойчивости наиболее оптимальным является код NRZ. Необходимо учитывать, что энергетический запас канала при линейном кодировании падает, так как уменьшается средняя мощность источника излучения. Для используемого в данном проекте NRZ падение равно 3 дБ.

7. Выбор системы передачи.

 

В настоящее время все больше и больше внедряются системы передачи синхронной цифровой иерархии (SDH), в то время как оборудование плезиохронной цифровой иерархии постепенно выводят из обращения ввиду больших скоростей и надежности SDH.

Для выбора системы проведем краткий сравнительный анализ.

Можно осуществить передачу двумя способами.

Первый: организовать передачу каждого ТВ канала по отдельному волокну с обратным каналом по другому волокну (данный способ используется в системах передачи ИКМ-1920). Проанализируем объем трафика:

V=1600 ТФ каналов*64 кбит/с=102,4 Мбит/с.

Ближе всего по полученной скорости является системой передачи SDH STM-1 со скоростью 155 Мбит/с. Необходимо определить число ТФ каналов, дополняющих ОВ по объему передаваемой информации до скорости STM-1:

155Мбит/с-102,4Мбит/с=52,6Мбит/с

52,6Мбит/с / 64кбит/с822 ТФ канала

 

то есть по 2-м волокнам осуществляется двусторонняя передача 1-го ТВ и 822 ТФ канала.

1728-822*2=84 ТФ канала в третей паре волокон.

Следовательно, на всю систему потребуется 6 волокон из которых в 2-х парах будут передаваться по одному ТВ и 822 ТФ канала в каждой, и в одной останется 84 ТФ канала, что не экономично. Потребуется шесть систем передачи STM-1, и сама полоса пропускания ОВ будет использована неэффективно. Более того, экономичнее являются системы передачи с большей степенью уплотнения. Поэтому более целесообразным является второй путь:

Организуем передачу всей информации по двум волокнам с использованием STM-4. по аналогии имеем:

Весь поток:

8128*64кбит/с=520,192 Мбит/сек

как видно, он пригоден для STM-4,более того можно в оставшихся:

622Мбит/с-520,192Мбит/с122Мбит/с

организовать дополнительную услугу связи, например передачу данных, что привлечет дополнительные финансовые вложения, а следовательно ускорит окупаемость линии. Итого будет использоваться  2 волокна и две системы STM-4 для передачи данного трафика. То есть как минимум нужно использовать два волокна. Но необходимо обеспечить резервирование на случай аварии, плюс ко всему обеспечить запас на развитие и на использование сети для передачи данных в связи со стремительным ростом последних.

8. Выбор оптического кабеля.

Опираясь на то, что данную трассу было решено прокладывать по линиям электропередач, расположенных вдоль железной дороги Новосибирск-Омск , необходимо выбрать подвесной кабель на 10-12 жил. Подвесные кабели служат для подвески на опорах линий связи, контактной сети железных дорог, линий электропередачи с напряжением до 110 кВ; Основное преимущество подвесных кабелей перед подземными состоит в том, что они могут быть использованы в труднодоступных для подземной прокладки местах - зонах вечной мерзлоты, скальных грунтах и т.п. С развитием сетей с использованием волоконно-оптических кабелей подвесные ВОК нашли применение не только на воздушных линиях связи, но и на линиях электропередачи.

После поиска соответствующей информации в Интернете и литературе, был выбран кабель ОК/Т-М6П-ОМ-0.22-12  фирмы "Народная фирма "Электропровод".
Его основные характеристики приведены ниже:

Центральный силовой элемент: пруток стеклопластиковый

Количество оптических волокон в модуле, шт: 2

Количество модулей, шт.: 6

Максимальный наружный диаметр кабеля (Дк), мм: 15

Минимальный радиус изгиба кабеля (при t не ниже -10°С): 20Дк

Допустимое растягивающее усилие кабеля, не менее, Н: 3500

Температура эксплуатации, °С: -60 - +60

Допустимое раздавливающее усилие, не менее, Н/см : 500

Масса кабеля, кг/км: 170

Строительная длина кабеля, не менее, км: 2

Коэффициент затухания, дБ/км на длине волны 1,55 мкм: 0,22

Коэффициент хроматической дисперсии в диапазоне дли волн 1525-1575 нм, пс/нм не более: 11.2

Диаметр модового поля на длине волны 1310 нм, мкм: 10,5±1,0

 

ОК/Т-МNП-XX-YY-Z

где ОК – оптический кабель
T – тип внешнего силового элемента: Т – трос стальной, П – пруток стеклопластиковый, А – арамидные нити
M – модульная конструкция
N – количество элементов в повиве
П – тип центрального силового элемента – стеклопластиковый пруток
XX – тип оптического волокна
YY – предельное значение затухания, дБ/км
Z – количество оптических волокон
 

Рис. 2 оптический кабель

 

9. Расчет ОВ

Ниже будет приведен расчет ОВ, осуществленный в пакете MathCAD2000, параметрами для которого служили характеристики выбранного кабеля. Как видно ниже, рассчитанные характеристики практически сходны с реальными, за исключением небольшой погрешности.  

10. Выбор передающего и приемного модулей.

Для выбранной системы передачи необходимо взять передатчик на 622 Мбит/с. Более того, необходимо для передачи информации на такие расстояния(660 км.) использовать передатчики на лазерных диодах. Он должен быть одномодовым, чтоб избежать сильного влияния дисперсии на трассу такой длины. Длину волны возьмем 1.55 мкм, так как на ней меньше затухание и оборудование стоит дешевле, чем для 1.33 и 0.85 мкм. Опираясь на эти данные, возьмем передающий модуль LFD-18/2-I производства фирмы  ФТИ-Оптроник, подробные характеристики которого приведены в приложении 1.

Приемник возьмем ФПМ-622ЛМ, со следующими параметрами:

Скорость приема: до 622 Мбит/с

Чувствительность: -34 дБм

11. Расчет энергетического запаса.

Энергетический запас рассчитывается по формуле:

А=10lgперпр)=рпер – рпр,   дБм.

где Рпер и рпер – соответственно мощность и уровень мощности передатчика

Рпр и рпр – соответственно мощность и уровень мощности чувствительности приемника.

А=10lg(2мВт/1мВт)-(-34дБм)=37,01дБм

Но необходимо учесть использование NRZ(-3дБ), запас на старение элементов(-3дБ), плюс общий запас(-3дБ)

А=28 дБм

Расчет энергетического запаса потребуется далее для расчета длины регенерационного участка с учетом затухания в линии.

12. Расчет дисперсии и полосы пропускания ОВ.

Кроме затухания сигнала в линии, в ВОЛС большое влияния на коэффициент ошибок влияет уширение импульса за счет дисперсии. Дисперсия–это явление уширения импульсов, имеет размерность времени и определяется в общем случае как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе ОВ длины L по формуле:

.

 

При достаточно большом уширении импульсов начинается явление межсимвольной интерференции, что ухудшает качество приема системы связи.

Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/км. С помощью данного параметра можно рассчитать полосу пропускания волокна ΔF=0.44/τ,

где τ - величина дисперсии, она обычно приводится в параметрах ОВ кабеля. Для выбранного типа кабеля τ=11.2 пс/км

Следовательно, полоса пропускания ОВ:

 

ΔF=0.44/11,2*10-12 пс/км=39168 МГц*км

Необходимо найти такую длину ОВ, при которой получается полоса, обеспечивающая требуемую скорость передачи, т.е. 622 МГц. Решив это несложное уравнение, имеем длину участка 63,4 км. Отсюда видно, что длина регенерационного участка по дисперсии равна максимум 63 км.

 

13. Расчет длины регенерационного участка и их количества.

При большом удалении станций друг от друга требуется вводить одно, или несколько регенерационных устройств для усиления и восстановления формы импульса, который слабеет и уширяется по мере его распространения по ОВ. Как правило, это осуществляется так: оптический приемник принимает сигнал, далее происходит преобразование оптического сигнала в электрический, далее он  усиливается, затем опять преобразуется в оптический, и проходит дальше по линии до следующего пункта регенерации. На линии ставят два комплекта на оба  направления передачи.     

Произведем расчет для нашей линии:

Выше было посчитано, что ограничение по дисперсии равно 63 км.

Для устойчивой работы канала необходимо, чтобы энергетический потенциал не превышал величины потерь.

Посмотрим, входит ли линия связи длиной 63 км. в энергетический потенциал:

Общие потери в канале вычисляются по формуле:

где:

L - длина канала;

погон - погонное затухание, дБ/км;

nнс - число неразъемных соединений;

nрс - число разъемных соединений;

-  затухание одного разъемного соединения.    

- затухание одного неразъемного соединения;

   

Возьмем строительную длину 4 км. Тогда будет целесообразней взять участок регенерации по дисперсии 60 км, чтобы получалось кратное число строительных длин.

Рассчитаем потери:

Потери на затухание в ОВ составят: 0,22*60=13,2 дБ

Потери на 2-х разъемных соединениях: 0,3*2=0,6 дБ

Потери на неразъемных соединениях: [(60км/4км)-1]*0,1дб=1.4 дБ

Итого: 15,2 дБ

Т.е. входит в энергетический запас. Отсюда следует, что длина регенерационного участка ограничивается дисперсией, и равна: 60 км. Всего на трассе регенерационных участков: 660/60=11

14. Расчет надежности проектируемой 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.

Показатели надежности

Надежность объекта (ГОСТ 27.002-83) — 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 (Кг), определяющий вероятность работоспособности объекта в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается).

Безотказность (ГОСТ 27.002-83) — свойство СП непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Ее характеризуют два показателя:

наработка на отказ То — среднее время между отказами системы (элемента), ч;

интенсивность отказов Λ— среднее количество отказов в единицу времени, 1/ч.

Для восстанавливаемых объектов одним из важнейших свойств, составляющих надежность, является ремонтопригодность. Под ремонтопригодностью (ГОСТ 27.002-83) 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 ВОСП удобно в качестве комплексного показателя надежности выбрать коэффициент простоя (Кп), определяющий вероятность того, что система окажется в неработоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов.

Коэффициент простоя ВОСП однозначно связан с коэффициентом готовности: Кп = 1 — Кг и характеризует безотказность (через Λ) и ремонтопригодность (через V).

Примечание: для оборудования линейных трактов на МСП, ВЗПС и СМП время восстановления необслуживаемого регенерационного пункта (НРП), обслуживаемого регенерационного пункта и оконечного пункта (ОРП, ОкП) и ОК должны быть соответственно меньше:

Vнрп < 2.5 ч (в том числе время подъезда к месту аварии — 2 ч);

Vорп < 0,5 ч:

   Vок < 10 ч (в том числе время подъезда 3,5ч)

По данным статистики повреждений коаксиальных кабелей на магистральной первичной сети связи среднее число (плотность) отказов ОК из-за внешних повреждений на 100 км кабеля в год М = 0,34.

Тогда интенсивность отказов ОК за 1 ч на длине трассы ВОЛС L определяется как:

ΛOK=MxL/8760x100,

Для нашей линии:

ΛOK=0,34*660/8760*100=5,562*10-4

При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя (неготовности) определяется по широко известной ф-ле:

Кпа = Λ*V (1 + Λ*V) = V/(To+V),

Для нашей линии:

Кпа = ΛOK Vок (1 + ΛOK Vок)=2,568*10-3

а коэффициент готовности:

Kг=1—Kn=To/(To+V),

Kг=1—Kn=1-2,568*10-3=0,997

где: То — среднее время между отказами (или среднее время наработки на отказ) можно определить с помощью уравнения

Т0г*V/1- Кг

Т0=3.323*103 ч

V — время восстановления, ч;

Как видно из цифр, приведенных выше, данная линия является достаточно надежной, что является мощным преимуществом ВОЛС по сравнению с другими видами связи.

15. Смета на строительство.

К сожалению не все цены на оборудования приведены к используемому материалу, поэтому проанализируем некоторые из них.

Цена на кабель: 1526 $ за км.

660*1526=1,007*106 $

Цена на передатчики: 1020$

11 рег. уч.* 1020*12 ОВ=1,346*105 $

Цена на все приемники: приб. 80 000 $ 

Заработная плата прокладывающим в среднем: 6 тыс. руб./мес.: 200$

200*3мес*10=6000 $

стоимость прокладки: 200*103 

поэтому все: 1,428*106 $

16. Заключение.

В данном курсовом проекте была спроектирована ОВ линия связи Новосибирск – Омск. Как видно по рассчитанным характеристикам, ее параметры, такие как, например, длина регенерационного участка, полоса пропускания, энергетический запас, сходны с параметрами реальных линий связи, построенных на ОВ.  Был проведен анализ возможных путей решения данной инженерной задачи, что, несомненно, пригодится в будущей деятельности современного инженера. Как видно из экономического расчета ВОЛС, построение данной линии требует вложение довольно больших средств, но с современным ростом роли обмена информации и ее объемов данная проблема решаема, т.к.  появляется все больше и больше лиц заинтересованных в таких скоростях. Был получен большой опыт в проектировании подобных линий связи.

17. Список использованной литературы и интернет-ресурсов.

1. «Вестник связи». №5, 1999 г. с.47-50;

2. «Вестник связи». №5, 1996 г. с.31;

3. «Электросвязь». №2, 1999 г;

4. «Электросвязь». №10, 1991 г;

5. «Электросвязь». №11, 1998 г. с. 24-26.;

6. «Журнал сетевых решений/LAN». №2, 2002 г;

http://www.energy-telecom.ru

http://www.telas.ru/product.html

http://www.vlux.ru/pubs_ws/a1/occsctp.htm

http://www.tkc.ru/foton/17/lasers.html

http://www.ruscable.ru/

http://www.uic.bashedu.ru/RFS/labvols.htm

http://www.fiberdriver.ru

http://odissey.web.ur.ru/

http://www.css-mps.ru/zdm

http://www.comizdat.com.ua

http://www.aboutphone.info/js/books.html

http://www.infobooks.ru/books/scs-content.html

http://www.powerlight.ru/

http://www.symmetron.ru/

http://www.polyus.msk.ru/

http://www.polyus.msk.ru/

http://www.osp.ru/

http://www.telemultimedia.ru/

http://www.comizdat.com.ua/

Приложение 1.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70480. Основные направления и проблемы изучения личности в социальной психологии 31 KB
  Законы адаптации, уравновешивания и подкрепления. Фрейдизм и неофрейдизм о примате биологического над социальным (личность – средоточие, совокупность инстинктивных побуждений, требующих удовлетворения и защиты от социального через полубессознательное).
70481. Понимание личности с точки зрения трансакционного анализа (Берн) 28 KB
  Согласно теории Берна личность состоит из трех отдельных функциональных структур известных как Эгосостояния. Экстеропсихе неопсихе и археопсихе рассматриваются как психические органы которые проявляют себя феноменологически и как экстеропсихические то есть идентифицирующие неопсихические...
70482. Социализация: Понятие, содержание, механизмы и условия 28 KB
  Социализация человека происходит посредством механизмов социализации способов сознательного или бессознательного усвоения и воспроизводства социального опыта. Содержание социализации определяется с одной стороны всей совокупностью социальных влияний реализующихся через...
70483. Основные проблемы и направления исследований социализации в социальной психологии 42.5 KB
  Прежде чем перейти к краткой характеристике основных теоретических и эмпирических линий социально-психологического анализа процесса социализации заметим что несмотря на известную традиционность данной проблематики последние два десятилетия она...