86252

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ ТОМСК-АСИНО

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Целью курсового проекта является расширение и закрепление теоретических знаний, полученных при изучении курса «Волоконно-оптические линии связи и пассивные компоненты ВОЛС», и овладение навыками в проектировании линейной части систем передачи информации (СПИ).

Русский

2015-04-04

599 KB

2 чел.

11

Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный университет систем управления и

радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра радиотехнических систем (РТС)

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ ТОМСК-АСИНО

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОЛС»

РТФ КП. 460571.001 ПЗ

Студент гр. 159    

_________ А. В. Шапорев   « 5 »          мая         2003 г.

Руководитель   

доцент    каф.     СВЧиКР

_________ В. И. Ефанов

«___»  __________ 2003 г.

2003


Реферат

 Курсовой проект 36 страниц, 12 рисунков, 13 таблиц, 11 источников, 2 листа графического материала.

Волокно, кабель, тракт, скорость, затухание, дисперсия, баланс, регенератор, источник, приемник, диод, фотодиод, SDH, STM, каналокилометр.

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

  •  скоростью передачи 155.52 Мбит/с;
  •  рабочей длиной волны 1310 мкм;
  •  протяженностью трассы 92 км;
  •  вероятностью ошибки не более 10-10;
  •  энергетическим бюджетом в 35 дБ;
  •  затуханием сигнала в 27.46 на сегменте максимальной протяженности;
  •  дисперсией сигнала в 2 пс на сегменте максимальной протяженности;
  •  избыточностью системы 25.83%;
  •  стоимостью каналокилометра: ;
  •  коэффициентом готовности 0.99947.

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе MS Word 97 для MS Windows 98.


ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧ и КР)

УТВЕРЖДАЮ

Зав. Кафедрой СВЧиКР

______________ С.Н. Шарангович

25.02.2003 г.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ № 17    

На курсовой проект по дисциплине «Оптические

линии связи и пассивные компоненты ВОЛС»

  1.  Тема проекта –  волоконно-оптическая линия связи Томск-Асино.
  2.  Исполнитель – ст. гр. 159  Шапорев Александр Валерьевич.
  3.  Назначение устройства – предоставление доступа к сети Internet, включая широкополосный доступ, а также передача телевизионных и радиопрограмм в г. Асино.
  4.  Задаваемые параметры и характеристики:
    1.   технология доступа – определяется параметрами сети;
    2.   расположение регенерационных пунктов – задается параметрами сети;
    3.   трасса прокладки – определяется свойствами местности и выбирается проектировщиком;

4.3 широкополосный доступ – определяется экономическими способностями населения;

  1.  Перечень подлежащих разработке вопросов: обоснование выбора топологии сети (технико-экономическое обоснование); расчет общих оптических характеристик; составление сметы на строительство линейной части сети.
  2.  Перечень чертежей: схема комбинированная расположения системы – 1 л., схема системы функциональная – 1 л.
  3.  Срок сдачи проекта на кафедру СВЧ и КР – 20.05.2003


Содержание

Введение

5

1

Выбор трассы прокладки ОК

6

2

Расчет параметров линии передачи при её организации вдоль железной дороги

6

2.1

Трасса прокладки ОК

6

2.2

Определение числа каналов между населенными пунктами

6

2.3

Расчет параметров ОВ

8

2.3.1

Выбор типа ОВ

9

2.3.2

Определение показателя преломления сердцевины и оболочки

10

2.3.3

Определение числовой апертуры волокна

11

2.3.4

Определение нормированной частоты

11

2.3.5

Определение потерь

11

2.3.6

Определение затухания обусловленного микроизгибами

12

2.3.7

Определение затухания на макроизгибах

12

2.3.8

Дополнительные потери при сращивании волокон

13

2.3.9

Расчет эффективного диаметра поля моды

14

2.4

Конструкции ОК и его прокладка

15

2.5

Определение длины регенерационного участка линии

16

3

Расчет параметров линии передачи при её организации вдоль автомобильной дороги

22

4

Смета на строительство проектируемой ВОЛС

23

5

Расчет надежности ВОЛС

25

Заключение

26

Список использованных источников

27

Приложение А (справочное)

28

Приложение Б (справочное)

29

Приложение В (справочное)

30

Приложение Г (справочное)

32

Приложение Д (справочное)

34

РТФ КП. 460571.001 С2 Схема линии передачи. Схема комбинированная функциональная

35

РТФ КП. 460571.001 С7 Схема комбинированная расположения системы

36


Введение

 В настоящее время все более возрастают потребности в скоростной передаче информации, а это стимулирует развитие систем которые могли бы удовлетворить запросам заказчика. На смену традиционным линиям передачи приходят системы, использующие оптическое волокно в качестве среды передачи. Это вызвано тем, что оптическое волокно считается пока самой совершенной средой передачи сигналов. Эти причины послужили основой для повсеместного внедрения оптических линий связи.

Целью курсового проекта является расширение и закрепление теоретических знаний, полученных при изучении курса «Волоконно-оптические линии связи и пассивные компоненты ВОЛС», и овладение навыками в проектировании линейной части систем передачи информации (СПИ).

В курсовой работе будет произведен расчет линейных элементов волоконно-оптической системы передачи информации (ВОСП). А именно, некоторых параметров оптического волокна, выбор приемо-передающей части и расчет энергетического бюджета линии.


1 Выбор трассы прокладки ОК

 

Географическая карта местности представлена в графическом материале. Проведя её анализ, можно выбрать два маршрута прокладки оптического кабеля (ОК):

  •  вдоль железной дороги (на карте отмечена сплошной красной линией);
  •  вдоль автомобильной дороги (на карте – пунктирная синяя линия).

Более подробный анализ каждого из вариантов будет дан в пунктах 2 и 3.

2 Расчет параметров линии передачи при её организации вдоль железной дороги

2.1 Трасса прокладки ОК

Трасса прокладки ОК представлена в графическом материале (красная сплошная линия). Общая протяженность пути составляет 92 км. В приложении А приведены города, встречаемые на линии, и их численность. На трассе расположены следующие населенные пункты (в скобках указана численность населения):

  •  пос. Малиновка (5 тыс. члк.);
  •  пос. Итатка (8 тыс. члк.);
  •  пос. Светлый (5 тыс. члк.).

Часть железнодорожной трассы проходит через болотистую местность, что в случае аварии будет затруднять подъезд к нему (единственный путь – по железной дороге). Кроме того, могут возникнуть проблемы со согласованием передвижения по железнодорожному полотну (при прокладке ОК, ремонте) с расписанием движения поездов. Стационарные обслуживаемые пункты можно располагать в населенных пунктах вдоль трассы.

2.2 Определение числа каналов между населенными пунктами

  

При подсчете количества необходимых каналов необходимо учитывать не только конечные населенные пункты, но и промежуточные (к линии присоединен поселок Итатка).

Количество телефонных каналов между двумя населенными пунктами можно рассчитать по следующей формуле:

,

где  – коэффициент фиксированной доступности, равный 1.3;

– коэффициент тяготения, равный 0.05;

– удельная нагрузка, создаваемая одним абонентом, равная 0.1 Эрл;

– коэффициент потерь, равный 5.6;

– количество абонентов обслуживаемых станциями в пунктах А и B соответственно.

Число абонентов, с учетом времени перспективного развития, можно определить так:

,

где  – численность данного населенного пункта (смотри таблицу А.3 приложения А);

– средний годовой прирост населения, примем равным 0.025;

– период перспективного проектирования, примем равным 10 годам;

 – коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами (примем 0.4).

Результаты расчетов по числу каналов (по формуле 2.1) и количеству абонентов (по формуле 2.2) сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Сведения о количестве каналов между населенными пунктами

Название населенного пункта

Количество абонентов (с учетом прироста населения)

Число телефонных каналов*

Томск

193323

––––––––––––   

Итатка

3209

27

Асино

12071

80

* – число телефонных каналов, с учетом промежуточных пунктов, рассчитано по отношению к городу Томску

Чтобы найти общее количество телефонных каналов необходимо сложить полученные результаты. При передачи данных также следует предусмотреть возможность широкополосного доступа. Примем, что 0.1% жителей Асино и Итатки  (40 человек) могут позволить себе эту услугу (скорость 2 Мбит/с). Учтем, что из центра необходимо передавать 4 телевизионных цифровых канала (скорость по 6.144 Мбит/с на канал) и 15 радиоканалов высокого качества (256 кбит/с на канал). Для телевизионных каналов и каналов радиостанций также необходимо сделать некоторый запас – 1 телевизионный канал и 5 дополнительных каналов для радиостанций. Тогда общее количество каналов можно найти так:

 

,

где  – число телефонных каналов;

– число широкополосных каналов;

– число телевизионных каналов;

– число радиоканалов.

Выразим эти каналы через основной цифровой канал (ОЦК), тогда:

ОЦК.

Общая скорость в канале составит:

,

.

Как видно, скорость передачи удовлетворяет цифровым потокам E4 (PDH) – 139.264 Мбит/с,   STM-1 (SDH) 155.52 Мбит/с и ATM 155.52 Мбит/с. Ниже дадим анализ каждого из вариантов аппаратуры.

При выборе аппаратуры PDH (E4) запас системы составит 2.8% (3.43 Мбит/с) от полезной информации содержащейся в потоке (122.88 Мбит/с из 139.264 Мбит/с). Аппаратура PDH самая простая и имеет ряд известных существенных недостатков.

Аппаратура SDH для STM-1 имеет скорость информационного потока 149.76 Мбит/с из 155.52 Мбит/с. При такой скорости запас системы составит  20.24% (30.31 Мбит/с). Следует учесть, что аппаратура SDH несколько дороже аппаратуры PDH, но обладает большим потенциалом. Также, при выборе данной аппаратуры, представляется возможность для дальнейшего наращивания, без установки аппаратуры сопряжения.

С помощью аппаратуры ATM может осуществляется асинхронный доступ к ресурсам сетей, что делает её эффективнее в использовании на участках сетей с большой загруженностью, однако стоимость её ещё слишком велика. К тому же на нашей трассе нет необходимости в её установке.

Остановимся на выборе аппаратуры SDH.

2.3 Расчет параметров ОВ

Для передачи оптических сигналов по линии связи используются оптические волокна (ОВ).

Современные ОВ могут быть разделены на следующие категории:

  •  одномодовое ОВ, рассчитанное на передачу сигнала на длине волны 1.31 мкм;
  •  одномодовое ОВ, рассчитанное на передачу сигнала на длине волны 1.55 мкм;
  •  одномодовое ОВ, со сдвинутой ненулевой дисперсией;
  •  одномодовое ОВ, рассчитанное на передачу сигнала в широком диапазоне длин волн (ОВ со сглаженной дисперсией);
  •  многомодовое ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления (ППП), рассчитанное на передачу сигнала на длинах волн 0.85 мкм и 1.31 мкм;
  •  многомодовое ОВ с градиентным ППП, рассчитанное на передачу сигнала на длинах волн 0.85 мкм и 1.31 мкм;

В нашем случае сигнал передается на значительное расстояние (~100 км) поэтому выгоднее использовать волокна обладающие большой полосой пропускания и малым затуханием. При выборе волокон также следует учесть  стоимость волокон (например, многомодовые волокна стоят в 1.5 раза дороже, чем одномодовые, к тому же обладают и значительно худшими характеристиками).

  1.  Выбор типа ОВ

На основании требований к линии передаче, аппаратуре (передача сигнала на расстояние до 100 км должна производиться по стандартному одномодовому ОВ (ООВ) на длине волны =1310 нм), самым подходящим типом ОВ будет стандартное одномодовое волокно.

Его аналогом, из существующих сейчас, является волокно SM-9/125, производимое фирмой Lucent TechnologiesTM. Параметры данного типа волокна приведены в таблице Б.1 приложения Б.

Использование волокна на 1.55 мкм не является оправданным. Первая причина – это его несколько большая стоимость. Вторая – меньшее затухание (0.19 дБ/км) на сегментах трассы не приведет к экономическому выигрышу, так как в ОВ на =1.31 мкм могут использоваться дешевые pin-фотодиод и ЛД (смотри пункт 2.5).

Одномодовое ОВ, со сдвинутой дисперсией ненулевой дисперсией, имеет смысл использовать на трассах со значительным расстоянием, для взаимной компенсации дисперсии и уменьшения влияния искажений, вносимых оптическими усилителями. Такие волокна намного дороже, чем стандартное ООВ. К тому же на сегментах условие по пропускной способности выполнено (смотри пункт 2.5).

Одномодовое ОВ, рассчитанное на передачу сигнала в широком диапазоне длин волн (ОВ со сглаженной дисперсией), так же не имеет смысл использовать, так как оно адаптировано для использования с WDM системами и значительно дороже обычного ООВ.

Использование многомодовых ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления (ППП) и с градиентным ППП, рассчитанные на передачу сигналов на длинах волн 0.85 мкм  и 1.31 мкм просто невыгодно по ряду причин:

  •  они в 1.5 раза дороже стандартного ООВ;
  •  сигнал со скоростью 155 Мбит/с можно передавать на расстояние только до 2 км (ограничение по межмодовой дисперсии);

Как следствие второго пункта необходимо устанавливать регенераторы, что ведет к серьезному удорожанию линейной части.

  1.  Определение показателя преломления сердцевины и оболочки

Показатель преломления сердцевины можно описать формулой Селмейера [1]:

,

где  Аi и li – коэффициенты формулы Селмейера.

На рисунке 2.1 представлена зависимость показателя преломления сердцевины от длины волны света.

Рисунок 2.1 – График зависимости показателя преломления

сердцевины от длины волны

(данная зависимость построена при следующих коэффициентах:

А1=0.745000, А2=0.409123, А3=0.999999,

l1=0.069066 мкм, l2=0.115662 мкм, l3=12.999559 мкм)

Из данной зависимости видно, что на рабочей длине волны =1.31 мкм показатель преломления равен 1.466.

Далее по выражению (2.6) определим показателя преломления оболочки (n2), предварительно задавшись относительной разностью показателей преломления (=0.33 %) и диаметром сердцевины (d=8.4 мкм) [3].

, 

.

  1.  Определение числовой апертуры волокна

После определения показателей преломления сердцевины и оболочки найдем числовую апертуру волокна (NA) [3]:


,

.

  1.  Определение нормированной частоты

Определим нормированную частоту (V) по следующей формуле [1] (следует отметить, что одномодовый режим возможен только при V<2,405):

,

.

  1.  Определение потерь в оптическом волокне

Затухание в волокне при рассеивании и поглощении можно определить по выражению (2.9), первое слагаемое в нем описывает затухание на рассеянии, второе – на поглощении света веществом.

Расчет потерь необходим для определения теоретического предела затухания [3]:

,

где tg() – тангенс угла потерь, 10-11;

     K – постоянная Больцмана, 1,3810-23 Дж/К;

      – коэффициент сжимаемости кварца, 8,110-11 м2/Н;

     T – абсолютная температура плавления кварца, 1500 К.

дБ.

  1.  Определение затухания на микроизгибах

Затухание на микроизгибах можно определить по следующей формуле [3] (затухание определяется в расчете на один микроизгиб):

,

где h – величина микроизгиба.

Используя данное выражение, построим график зависимости затухания от величины микроизгиба.

Рисунок 2.2 – График зависимости затухания от величины микроизгиба

  1.  Определение затухания на макроизгибах

Затухание на макроизгибах определяется как [3]:

.

Данная зависимость представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – График зависимости величины потерь от радиуса изгиба

  1.  Дополнительные потери при сращивании волокон

Дополнительные потери при радиальном смещении определяются по следующей формуле [2]:

,

где l – радиальное смещение, мкм.

Рисунок 2.4 – График зависимости величины потерь

от радиального смещения волокон

Дополнительные потери при угловом смещении, можно рассчитать так [2]:

,

где а – апертурный угол волокна, ;

      – угловое смещение, рад.

Рисунок 2.5 – График зависимости величины потерь

от углового рассогласования волокон

Дополнительные потери при осевом смещении определяют по следующему выражению [2]:

,

где s – осевое смещение, мкм.

Рисунок 2.6 – График зависимости величины потерь

от осевого смещения волокон

  1.   Расчет эффективного радиуса поля моды

Эффективный радиус поля моды можно рассчитать по следующей формуле [2]:

,

мкм.

Зная, эффективный радиус поля моды, и считая, что в волокне распространяется только одна мода (так как V<2.405), можно найти распределение энергии в волокне [1]:

,

где  – интенсивность излучения на оси ОВ (при r=0), берется нормированная величина;

      r – расстояние от оптической оси.

Рисунок 2.7 – График распределения энергии излучения в волокне

2.4 Конструкции ОК и его прокладка

Так как путь прокладки ОК выбран вдоль железной дороги, то это предъявляет определенные требования к ОК.

Специфические требования к ОК:

  •  должен выдерживать значительные усилия на растяжение, вследствие провисания под собственным весом и изменения погодных условий;
  •  должен быть устойчив к изменению погодных условий.

В ОК передача сигнала в одном направлении осуществляется по одному ОВ, в другую – по другому. Кроме того, в ОК необходимо заложить несколько большее количество ОВ (+2) для последующего использования и резервирования.

Пример ОК для подвешивания на контактных линиях железнодорожного полотна и его конструкция приведены на рисунке В.1 приложения В [5], характеристики данного кабеля приведены в таблице В.1 приложения В [5].

Технология подвешивания ОК к контактной сети железнодорожной линии та же, что и для медного кабеля на опоры электропередач. Однако к ОК должны быть применены гораздо меньшие нагрузки. Если прикладываемая нагрузка привела к обрыву ОК (особенно в пролете), то часть ОК, до опорного столба, необходимо удалить, сварить с новым сегментом, а затем продолжать подвешивание на опорах. Места сварок ОВ закрывают специальными оптическими муфтами для исключения влияния внешних воздействий на сварное соединение. Технические характеристики выбранной оптической муфты представлены в таблице Д.1 приложения Д. В пунктах приема/передачи внешний ОК с помощью разъёмного коннектора подсоединяют к кроссовой панели (шкафу), с выхода которой к оборудованию доступа идет кроссовый шнур.

2.5 Определение длины регенерационного участка линии

Как отмечалось выше, регенерационные пункты выгоднее ставить в населенных пунктах или около них. Вдоль линии могут быть обслужены (подключены) еще несколько пунктов. Выгоднее всего потоки информации разделять с помощью мультиплексоров ввода/вывода, которые являются и регенераторами (восстанавливают сигнал по форме и амплитуде).

Таким образом, выполнение условий обеспечения энергетического баланса  линии и дисперсии сигнала, можно проверить для участка максимальной протяженности.

Ниже построим диаграмму уровней сигнала на длине волны 1.31 мкм для двух сегментов Томск-Итатка и Итатка-Асино (смотри рисунок 2.8). Считаем уровень сигнала на входе сегмента равным 0 дБм, максимальную строительную длину кабеля 6 км. Распределение потерь по линии сведено в таблицу 2.2.

Сегмент линии будет состоять из следующих частей, определяющих затухание в линии:

  •  двух разъемных соединителей (коннекторов). В данной проекте будут использоваться коннекторы FC-типа (вносимые потери <0.5 дБ). Подробные характеристики разъемного соединителя приведены в таблице В.2 приложения В;
  •  оптического волокна с затуханием на длине волны =1.31 мкм равным 0.34 дБ, однако реальное затухание в волокне надо брать по техническим характеристикам кабеля – 0.36 дБ;
  •  сварных соединений с потерями на одном 0.01 дБ;
  •  двух соединительных (кроссовых) шнуров с потерями 1 дБ в каждом.



Таблица 2.2 – Распределение уровней сигнала по длине трассы

Источник потерь

Распределенные уровни сигнала по длине трассы, дБм

Сегмент Томск-Итатка

Соединительный шнур (передающая сторона)

-1

Разъемный соединитель (коннектор)

-1.5

Сварное соединение

-1.51

Длина кабеля 6 км (6 км)

-3.67

Сварное соединение

-3.68

Длина кабеля 6 км (12 км)

-5.84

Сварное соединение

-5.85

Длина кабеля 6 км (18 км)

-8.01

Сварное соединение

-8.02

Длина кабеля 6 км (24 км)

-10.18

Сварное соединение

-10.19

Длина кабеля 6 км (30 км)

-12.35

Сварное соединение

-12.36

Длина кабеля 6 км (36 км)

-14.52

Сварное соединение

-14.53

Длина кабеля 6 км (42 км)

-16.69

Сварное соединение

-16.70

Длина кабеля 6 км (48 км)

-18.86

Сварное соединение

-18.87

Длина кабеля 3 км (51 км)

-19.95

Сварное соединение

-19.96

Разъемный соединитель (коннектор)

-20.46

Соединительный шнур (приемная сторона)

-21.46

Сегмент Итатка-Асино

Соединительный шнур (передающая сторона)

-1

Разъемный соединитель (коннектор)

-1.5

Сварное соединение

-1.51

Длина кабеля 6 км (6 км)

-3.67

Сварное соединение

-3.68

Длина кабеля 6 км (12 км)

-5.84

Сварное соединение

-5.85

Длина кабеля 6 км (18 км)

-8.01

Сварное соединение

-8.02

Длина кабеля 6 км (24 км)

-10.18

Сварное соединение

-10.19

Длина кабеля 6 км (30 км)

-12.35

Сварное соединение

-12.36

Длина кабеля 6 км (36 км)

-14.52

Таблица 2.2 (продолжение)

Сварное соединение

-14.53

Длина кабеля 5 км (41 км)

-16.33

Сварное соединение

-16.34

Разъемный соединитель (коннектор)

-16.84

Соединительный шнур (приемная сторона)

-17.84

Как видно из таблицы 2.2, энергетический баланс системы (по сегменту максимальной протяженности) должен быть не менее 21.46 дБ. К этому запасу  необходимо добавить ещё 3 дБ на технологические погрешности и на старение полупроводниковых материалов. Итого получается не менее 24.46 дБ.

Если в нашей системе использовать светоизлучающий диод (СИД), то мощность вводимую в волокно можно определить по следующей формуле:

,

где  - мощность, излучаемая СИД;

- числовая апертура ОВ.

Так как используется оптическое волокно с числовой апертурой 0.12, то потери при вводе в него излучения составят 18.4 дБ. Таким образом, при использовании СИД с =1 мВт (0 дБм) энергетический баланс системы должен быть более 42.86 дБ. Pin-фотоприемника с таким уровнем чувствительности не существует (при заданной скорости). Выходом может послужить использование лавинного фотодетектора (ЛФД) с чувствительностью равной приблизительно –54 дБм, однако это сильно поднимает стоимость оборудования.

Другой вариант, использование не СИД, а дешевого лазерного диода (ЛД) на основе резонатора Фабри-Перо, при котором . В этом случае на приемном конце возможно использование pin-фотодиода. Использование комбинации pin-фотодиода и ЛД с шириной спектральной линии излучения () равной 2 нм позволяет существенно сократить материальные затраты на приемопередающее оборудование.

Отметим, что при использовании ЛД с =0 дБм (смотри таблицу Г.1 приложения Г) энергетический запас системы должен быть не менее 24.46 дБ.

Если в линии использовать линейный код NRZ+скремблер, то к энергетическому запасу необходимо добавить ещё 3 дБ. Итого 27.46 дБ.

В данном проекте будет использован оптический модуль LFO-14-i, технические характеристики которого представлены в таблице Г.1 приложения Г. Технические характеристики выбранного pin-фотодиода (PD-1375-ip с чувствительностью в –35дБм) приведены в таблице Г.2 приложения Г.

Для выполнения энергетического баланса системы необходимо, чтобы было выполнено следующее условие:

,

.

Так как энергетический баланс системы выполняется, то теперь необходимо проверить пропускную способность волокна.

Если будет выполнено следующее условие (выражение 2.19), то пропускная способность волокна будет удовлетворять скорости передачи [2].

,

где ;

– поляризационно-модовая дисперсия, определяемая как [2]:

;

– материальная дисперсия, которую можно вычислить по следующей формуле [2]:

;

– волноводная дисперсия, вычисляемая по выражению [2]:

;

– коэффициент поляризационно-модовой дисперсии;

– ширина спектра излучения лазера;

– длина ОК между сегментами;

с – скорость света, 3108 м/с.

Подставив формулы (2.21 – 2.23) в (2.20), а выражение (2.20) в неравенство (2.19), и, взяв недостающие данные из таблиц А.2, Б.1 и подпункта 2.3.2, получим допустимую скорость передачи по ОВ:

.

Используя формулу (2.24) можно построить зависимость скорости передачи сигнала от допустимой длины трассы. График зависимости представлен на рисунке 2.9.

Подсчитаем допустимую скорость передачи по ОВ (выражение 2.24) для сегмента Томск-Итатка протяженность 51 км.

.

Рисунок 2.9 – График зависимости скорости передачи от расстояния

Из полученного результата видно, что ОВ способно пропускать цифровой поток со скоростью155 Мбит/с на расстояние 51 км.

На меньшем сегменте трассы Итатка-Асино, неравенство (2.18) тем более будет выполнено. В таблицу 2.3 помещены сведения о дисперсии сигнала и его затухании.

Таблица 2.3 – Характеристики сигнала в приемных пунктах трассы Томск-Асино

Сегмент трассы

Затухание сигнала, дБ

Дисперсия сигнала, пс

Томск-Итатка

21.46

2.04

Итатка-Асино

17.02

1.64


3 Расчет параметров линии передачи при её организации вдоль автомобильной дороги

Организация трассы вдоль автомобильной дороги встречает ряд трудностей, которые в конечном итоге не позволяют реализовать этот вид маршрута.

Трасса прокладки ОК представлена в графическом материале (синяя  пунктирная линия). Общая протяженность пути составляет 103 км. На трассе расположены населенные пункты (в скобках указана численность населения):

  •  пос. Халдеево (2.5 тыс. члк.);
  •  пос. Новомихайловка (2.5 тыс. члк.);
  •  пос. Ягодное (2.5 тыс. члк.).

Данный путь прокладки имеет ряд недостатков:

  •  большая протяженность пути;
  •  при подсоединении к линии дополнительных населенных пунктов гораздо меньшее количество абонентов;
  •  в промежуточных пунктах нет ни мелких ни крупных предприятий, то есть уменьшение количества заинтересованных лиц в подсоединении к линии.

Однако при этих недостатках существует значительный выигрыш – возможность быстро добраться до аварийного участка.

Конструкция ОК также сильно отличается от предложенной в пункте 2.4. При конструировании кабеля необходимо будет учесть не только приведенные в пункте 2.4 проблемы связанные с температурными режимами, но и защиту от грызунов и гораздо значительным промерзанием кабеля в грунте.

Неудобство прокладки кабеля в грунте – это также проблемы с устранением неполадок на трассе (необходимость аккуратно выкапывать кабель).


4 Смета на строительство проектируемой ВОЛС

КАЛЬКУЛЯЦИЯ СМЕТНОЙ СТОИМОСТИ

проекта сеть передачи данных Томск – Асино

(расчет проведен для линейной части системы по укрупненным показателям)

№ п/п

Наименование статей расходов

Сумма, долл.

  1.  

Заработная плата (проектировщиков)

2000

  1.  

Начисления на заработную плату

622.4

  1.  

Затраты по работам, выполненным сторонними организациями и предприятиями

231840

  1.  

Материалы и оборудование, комплектующие изделия

139321.34

Итого:

373783.74

РАСШИФРОВКА СТАТЕЙ ЗАТРАТ

Расшифровка статьи «Заработная плата»

Кол-во

Должность

(руководитель,

исполнитель и

т. д.)

з/п при 100%

занятости по проекту (долл./мес.)

% времени занятости по проекту

Запраши-ваемая з/п

(долл./мес.)

З/п на период выполнения проекта (долл.)

1

Руководитель

450

100

450

450

1

Ответственный исполнитель

350

100

350

350

4

Рабочий

6000

20

1200

1200

Итого:

2000

Расшифровка статьи «Затраты по работам сторонних организаций»

Название работ, выполняемых сторонней организацией

Организация - исполнитель

%  работ сторонней организации

Сумма,

Долл.

Прокладка ОК, сварочные работы, тестирование

СМУ 15

80

231840

Итого:

80

231840

Расшифровка статей «Материалы, оборудование, комплектующие изделия»

п/п

Наименование

Цена, долл.

Кол-во

Сумма, долл.

1

Волконно-оптический кабель, км

ОКА-М6П-10-0.36-4(30000)

1494

92

137448

2

Муфта оптическая (FSCO-B56), шт

98.81

14

1383.34

3

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

15

8

120

4

Шкаф кроссовый оптический

ШКО-H-MINI-SM-4-FC

92.5

4

370

Итого:

139321.34

Данные взяты из следующих источников:

  •  www.optik.ru - стоимость ОК, оптических муфт, соединительных шнуров;
  •  www.smu15.ru - стоимость прокладочных работ.

Рассчитаем ценовую характеристику проектируемой линии – каналокилометра:

,

    

где – суммарная стоимость проекта;

– общая протяженность трассы, выраженная в километрах;

– общее число каналов, выраженное в ОЦК.

Используя выражение (4.1), рассчитаем стоимость каналокилометра:

.


5 Расчет надежности ВОЛС

В таблице 5.1 приведены показатели качества местной первичной сети.

Таблица 5.1 – Показатели качества надежности

Показатели надежности для МПС, Lm≤200 км

ОЦК на перспективной цифровой сети

Оборудование линейного тракта

Коэффициент готовности

0.9994

0,9987

Среднее время между отказами, ч

>7000

>2500

Время восстановления, ч

< 4,24

<0.5

Если принять, что плотность отказов (М) ОК из-за внешних повреждений на 100 км кабеля в год составит 0,34, то интенсивность отказов ОК за 1 ч на 1 км трассы ВОЛС можно определить как [4]:

.

По формуле (5.1) определим плотность отказов:

.

Коэффициент простоя можно рассчитать по следующему выражению [4]:

,

где Т0 – среднее время между отказами;

V – время восстановления.

По формуле (5.2) рассчитаем коэффициент простоя:

.

Зная коэффициент простоя найдем коэффициент готовности по  следующей формуле [4] (причем полученный коэффициент должен быть не менее чем приведенный в таблице 5.1):

,

.


Заключение

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

  •  скоростью передачи 155.52 Мбит/с;
  •  рабочей длиной волны 1310 мкм;
  •  протяженностью трассы 92 км;
  •  вероятностью ошибки не более 10-10;
  •  энергетическим бюджетом в 35 дБ;
  •  затуханием сигнала в 27.46 на сегменте максимальной протяженности;
  •  дисперсией сигнала в 2 пс на сегменте максимальной протяженности;
  •  избыточностью системы 25.83%;
  •  стоимостью каналокилометра: ;
  •  коэффициентом готовности 0.99947.

Спроектированная линейная часть передачи данных включает один 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.

В ближайшем будущем линейную часть системы, скорее всего, заменять не потребуется. Это связано с довольно малым расстоянием между населенными пунктами, к тому же если к трассе подключить ещё несколько населенных пунктов, то возможен будет переход в передающей части на светоизлучающий диод.

Если потребуется увеличить скорость передачи, то возможно использование других несущих частот, однако это встретит ряд проблем, главная из которых дисперсия сигнала. Выходом может послужить использование WDM системы, работающей в окне прозрачности 1.31 мкм – (1.281.325) мкм. Что касается аппаратуры, то она может быть спокойно наращиваема.


Список использованных источников

  1.  Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи.– М.: СОЛОН-Р, 2001.– 237 стр.: ил.
  2.  Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: Эко-Тренз, 2001. – 267 с.: ил.
  3.  Иоргачев Д.В., Бондаренко Р.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. – М.: Эко-Тренз, 2002. – 282 с.: ил.
  4.  Ксенофонтов С.Н. Оценка надежности волоконно-оптический линий связи: учебное пособие. – М.: МТУСИ,  1993. –  39 с.: ил.
  5.  «Трансвок». Рекламные проспекты. Адрес: www.transvoc.ru.
  6.  «ФТИ-Оптроник». Характеристики светоизлучающих и фотоприемных модулей. Адрес: www.fti-optronic.com.  
  7.  «Телеком комплект сервис». Каталог продукции. Адрес: www.tkc.ru.
  8.  С.Т. Усотенко, Т.К. Каченюк, М.В. Терехова. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 316 с.
  9.  ГОСТ 2.701-84.
  10.   ОС ТУСУР 6.1-97.
  11.   ГОСТ 2.761-84.


Приложение А

(справочное)

Таблица А.1 – Расстояние между населенными пунктами Томск – Асино

По железной дороге

92 км

По автомобильной дороге

103 км

Таблица А.2 – Расстояние между населенными пунктами

Пункт А

Расстояние, км

Пункт Б

Томск (ж/д)

29

Малиновка (ж/д)

Малиновка (ж/д)

22

Итатка (ж/д)

Итатка (ж/д)

25

Светлый (ж/д)

Светлый (ж/д)

16

Асино (ж/д)

Томск (а/д)

37

Халдеево (а/д)

Халдеево (а/д)

40

Ягодное (а/д)

Ягодное (а/д)

13

Большедорохово (а/д)

Большедорохово (а/д)

13

Асино (а/д)

Таблица А.3 – Численность населенных пунктов

Название населенного пункта

Численность населения, тыс. члк.

Томск

482.1

Малиновка

5

Итатка

6.1

Светлый

7.5

Асино

30.9

Халдеево

2.5

Новомихайловка

2.5

Ягодное

2.5


 
Приложение Б

(справочное)

Таблица Б.1 – Характеристики ООВ SM-9/125 Lucent Technologies [3]

Фирменное обозначение

SM-9/125

Тип волокна

SSF

Соответствие ITU-T

G.652

Диаметр модового пятна, мкм, на , нм

1310

9.30.5

1550

10.51.0

Длина волны отсечки, нм

Волокно

11501350

Кабель

1260

Диаметр оболочки, мкм

1251.0

Диаметр покрытия, мкм

14510

Неконцентричность сердцевины и оболочки, мкм

0.8

Некруглость оболочки, %

1.0

Неконцентричность покрытия, мкм

12

Длина волны нулевой дисперсии, нм

13001322

1312 (норма)

Наклон кривой дисперсии, пс/нм2км

0.092

0.088 (норма)

Коэффициент хроматической дисперсии, пс/нмкм

18

(1550 нм)

Поляризационная модовая дисперсия, пс/

<0.2

Максимальное затухание на длине волны (дБ/км) на , нм

1310

0.350.40

1550

0.210.30

Затухание в пике OH (13833 нм)

<0.2

Эффективный групповой показатель преломления для волн, нм

1310

1.466

1550

1.467

Числовая апертура

0.12

Относительная разность показателей преломления, %

0.33

Собственный радиус изгиба, м

2

Профиль показателя преломления

ступенька

Рабочие окна прозрачности, нм

1310/1550


Приложение В

(справочное)

                   

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  

 

       

       Рисунок В.1 – Оптический кабель для подвески

на опорах контактной сети железных дорог [5]

Таблица В.1 – Технические характеристики ОК [5]

1

Количество оптических волокон в кабеле, шт.

4

2

Тип оптических волокон, по рекомендации ITU-T…

G.651
G.652
G.655

3

Коэффициент затухания, дБ/км, не более, на длине волны:

=1310 нм

=1550 нм

0,36
0,22

4

Длина волны отсечки, нм, не более:

1270

5

Номинальный диаметр кабеля (Dкаб), мм

11,8 – 23,7

6

Температура эксплуатации, °С

-60…+70

7

Температура монтажа, °С, не ниже

-10

8

Температура транспортировки и хранения, °С

-60…+70

9

Нормированная строительная длина, км, не менее

4,0

10

Расчетная масса кабеля, кг/км

120

11

Допустимое растягивающее усилие, кН

30,0

12

Допустимое раздавливающее усилие, кН/см, не менее

0,25

13

Минимальный допустимый радиус изгиба, мм

20 Dкаб


Особенности:

  •  срок службы - не менее 25 лет;
  •  модульная конструкция;
  •  полностью выполнен из диэлектрических материалов;
  •  не восприимчив к воздействию электрических полей;
  •  наличие высокопрочных защитных покровов (арамидные нити), центрального силового элемента (стеклопластиковый пруток);
  •  возможно изготовление с внешней оболочкой из полиэтилена, не распространяющего горение, трекингостойкого к воздействию гололеда;
  •  возможно изготовление строительных длин до 6 км;
  •  маркировка погонного метра с точностью не хуже 1%;
  •  поставляется на деревянных барабанах типа 17а, 18а.

Заказ кабеля: 

ОК А – М6 П – 10 – 0,36 – 4(30000)

ОК – оптический кабель;

А – силовой элемент из арамидных нитей;

М8 – количество оптических модулей в ОК;

П – тип центрального силового элемента – стеклопластиковый пруток;

10 – тип ОВ – SM;

0.36 – предельное затухание на рабочей длине света;

4 – количество ОВ в ОК;

(30000) – допустимое растягивающее усилие, Н.

Таблица В.2 – Оптический соединитель FC-типа [2]

Стандарт

FC

Обозначение

FC/PC

Физические характеристики

Тип соединения (фиксация)

Резьба М80.75, ключ

Стыковка

Скругленный торец, физический контакт, плавающий наконечник, конструкция без утягивания кабеля

Совместимое волокно

SMF: d/125

Оптические характеристики

Вносимые потери

<0.5 дБ

Обратные потери

<-27 дБ

Применение

Системы связи, кабельное телевидение, ЛВС


Приложение Г

(справочное)

Таблица Г.1 – Технические характеристики оптического модуля LFO-14-i (T=25С) [6]

Характеристики

Обозн.

Мин.

Типичное

Макс.

Ед. измер.

Максимальная скорость передачи

Vпер

-

-

622

Мбит/с

Оптические параметры

Мощность на выходе оптического волокна

PОР

0.8

1.0

-

мВт

Длина волны излучения

ОР

1290

1310

1330

нм

Полуширина спектра излучения



-

1.0

2.0

нм

Время нарастания/спада оптического импульса

R/F

-

0.3

0.7

нсек

Рабочий ток

IF

-

30

40

мА

Рабочее напряжение

UOF

-

1.1

1.5

В

Оптическое волокно 

Тип оптического волокна

SM

Тип оптического разъема

FC

Фотодиод обратной связи

Управляющий фототок

IРD

100

500

-

мкА

Темновой ток

ID

-

0.01

0.1

мкА

Емкость

CPD

-

10

20

пФ

Терморезистор

Сопротивление

RT

-

10

-

кОм

Микрохолодильник

Рабочий ток

IС

-

-

0.35

А

Рабочее напряжение

UС

-

-

6.5

В

Условия эксплуатации

Диапазон рабочих температур

TОР

-40

-

+55

C

Диапазон температур хранения

TST

-40

-

+70

C

Рисунок Г.1 – Спектральная                     Рисунок Г.2 – Ватт амперная  

  характеристика LFO-14-i                               характеристика LFO-14-i

Таблица Г.2 – Технические характеристики фотоприемного модуля PD-1375-ip (T=25С) [6]

Характеристики

Обозн.

Мин.

Типичное

Макс.

Ед. измер.

Максимальная скорость приема

Vпер

-

-

622

Мбит/с

Оптические параметры

Диаметр фоточувствительной области

D

-

120

-

мкм

Диапазон спектральной чувствительности

ОР

1100

-

1650

нм

Спектральная чувствительность

R

0.8

0.9

-

А/Вт

(UR=5 В, =1300 нм)

Чувствительность (Vпер=622 Мбит/с)

Rmin

-34

-35

-

дБм

Максимальный детектируемый сигнал

Rmax

-

-

0

дБм

Темновой ток

ID

-

1.0

2.0

нА

Емкость

CPD

-

1.5

1.7

пФ

Время нарастания/спада оптического импульса

R/F

-

0.3

0.5

нсек

Оптическое волокно 

Тип оптического волокна

SM

Тип оптического разъема

FC

Условия эксплуатации

Диапазон рабочих температур

TОР

-40

-

+55

C

Диапазон температур хранения

TST

-40

-

+70

C

Приложение Д

(справочное)

Таблица Д.1 – Технические характеристики оптической муфты

FSCO-B56 [7]

Количество входящих/выходящих кабелей, шт

4

Максимальное количество сплайс кассет для укладки волокон

4

Максимальное количество сращиваемых волокон, шт

48

Наружный диаметр оптического кабеля, мм

12 – 18

Температурный диапазон эксплуатации,°С

–60…+60

Допустимое усилие сдавливания, Н

1000

Размеры, диаметр (мм) х длина (мм)

162х405

5

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63447. Системы сбора, обработки, отображения и документирования информации 3.49 MB
  Вопросы классификации ССОИ. Эта система должна обеспечивать передачу сигналов от средств обнаружения до караульного помещения оператору ССОИ распознавание сигналов тревоги и вывод тревожной информации в форме доступной для восприятия человеком.
63448. Функции ССОИ в составе комплексов ТСОС 1.1 MB
  Из изложенного выше с очевидностью просматривается эволюция развития функций ССОИ. На предыдущих этапах развития ТСОС функции ССОИ заключались лишь в сборе и индикации на станционном аппарате информации о состоянии выходных цепей подключаемых СО.
63449. Объектовые средства обнаружения 172.5 KB
  Для обеспечения охраны и безопасности помещений необходимо выбрать соответствующие технические средства средства обнаружения которые в состоянии обеспечить высокую надежность выполнения возложенных на них задач. Средства обнаружения представляют собой системы и устройства устанавливаемые...
63451. Применение технических средств наблюдения для контроля территории 165 KB
  Телевизионные камеры и устройства для их оснащения Телевизионные камеры. Более простые и соответственно более дешевые камеры оснащаются как правило простейшими встроенными объективами более дорогие сменными объективами с улучшенными характеристиками и широкими функциональными возможностями.
63452. Выбор средств видеоконтроля для оборудования объектов 190.5 KB
  Учебные вопросы: Выбор средств видеоконтроля для оборудования объектов особенности их эксплуатации Размещение камеры в наблюдаемой зоне Условия эксплуатации ТСН Заключение Литература: ГОСТ Р 515582000. Телевизионные камеры цветного изображения в таких системах практически...
63454. Особенности построения систем контроля доступа 1.49 MB
  По мере накопления опыта создания и применения аппаратуры СКД началось ее активное внедрение на широкий рынок охранных систем. Особенности построения систем контроля доступа Под системой контроля доступа СКД понимают объединенные в комплексы электронные механические электротехнические аппаратнопрограммные...