Трасса прокладки ВОЛП между пунктами Екатеринбург-Серов

Введение

Научно-технический прогресс во многом определяется скоростью передачи информации и ее объемом. Возможность резкого увеличения объемов передаваемой информации наиболее полно реализуется в результате применения волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП), которые по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, имеют значительно более широкую полосу пропускания.

В мире достигнут огромный прогресс в развитии ВОЛП. В настоящее время волоконно-оптические кабели и системы передачи для них выпускаются многими странами мира. В связи с появлением систем передачи синхронно-цифровой иерархии получают широкое применение современные отечественные волоконно-оптические кабели и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП).

Применение оптических кабелей целесообразно и экономически эффективно на всех участках взаимоувязанной сети связи РФ. Это не только значительно повышает технико-экономические показатели систем передачи, но и обеспечивает возможность поэтапного перехода к цифровым сетям интегрального обслуживания.

В нашей стране широко используются ВОЛП на межстанционных соединительных линиях ГТС, магистральных и внутризоновых линиях, на локальных компьютерных сетях и сетях кабельного телевидения.

Строительство волоконно-оптических линий связи так же, как электрических кабельных линий связи, осуществляется строительно-монтажными управлениями акционерного общества «Союз-Телефонстрой», а также передвижными механизированными колоннами концерна «Связьстрой», в системе которых организуются линейные или прорабские участки. Силами этих участков выполняются такие основные виды работ по строительству, как разбивка трассы линии и определение мест установки НРП на местности в соответствии с проектом на строительство, доставка кабеля, оборудования и других материалов на кабельную трассу, испытание, прокладка и монтаж кабеля и оконечных устройств, проведение приемосдаточных испытаний.

Основной задачей технической эксплуатации ВОЛП является обеспечение качественной и бесперебойной их работы. Бесперебойная работа ВОЛП достигается постоянным техническим надзором за их состоянием, систематическим выполнением профилактических мероприятий по предупреждению повреждений и аварий, своевременным устранением возникающих неисправностей и проведением необходимых дополнительных работ.

Техническая эксплуатация магистральных ВОЛП координируется акционерным обществом «Ростелеком» через территориальные центры магистральных связей (ТЦМС). В состав ТЦМС входят технические узлы магистральных связей (ТУСМ), а в состав ТУСМ, в свою очередь, — сетевые узлы связи (СУС) и кабельные участки (КУ).

Содержание курсового проекта, представляет собой разработку и проектирование кабельной магистрали для организации многоканальной связи различного назначения между городами Екатеринбург и Серов.

Курсовой проект содержит следующие этапы проектирования кабельной магистрали:

выбор трассы;

конструктивный расчет кабеля;

расчет параметров передачи;

расчет защиты от влияний;

расчет объема строительных работ;

расчёт параметров надёжности.

1. Выбор и обоснование трассы прокладки ВОЛП Трассу для прокладки оптического кабеля выбирают исходя из следующих условий:

— минимальной длины между оконечными пунктами;

— выполнения наименьшего объема работ при строительстве;

— возможности максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;

— удобства эксплуатации сооружений и надежности их работ.

Проектирование кабельной трассы осуществляется следующим образом:

сначала выполняется обоснование экономической целесообразности и необходимости реализации данной конкретной линии, затем осуществляется детализация проекта по конструкциям кабелей, типам оконечных разделочных устройств, используемого активного оборудования.

Проектирование кабельной трассы делится на два основных этапа. На первом из них работа проводится с использованием технической документации, существующей кабельной канализации, коллекторов и других инженерных сооружений, трассы которых совпадают с направлением прокладки создаваемой линии.

На втором этапе проектная документация уточняется и корректируется на месте — визуальным осмотром. На этом этапе осуществляется уточнение мест расположения промежуточных и оконечных муфт.

В процессе ознакомления с трассой особое внимание должно быть обращено на сложные участки: речные переходы; пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населенных пунктах. На основании этих данных затем выбирают наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛП, составляют календарный план производства работ по участкам с учетом трудоемкости операций, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК. Кроме того, решаются вопросы организации служебной связи с помощью радиостанций УКВ диапазона.

Оптические кабели могут прокладываться:

— в кабельной канализации;

— по техническим эстакадам;

— по стенам зданий;

— с подвеской на столбах.

При этом должны выполняться требования, необходимые для нормального функционирования ВОЛП.

В нашем случае прокладку трассы Екатеринбург — Серов целесообразней производить вдоль автомобильной дороги (красный цвет):

Екатеринбург — Невьянск — Нижний Тагил — Серов.

Выбранная трасса представлена на следующем рисунке (рис.1).

Также возможен вариант прокладки кабеля вдоль железной дороги (зелёный цвет):

Екатеринбург — Новоуральск — Нижний Тагил — Кувша — Верхотурье — Серов.

Я выбрал первый вариант по следующим причинам:

* Наименьшее расстояние между оконечными станциями;

* Минимальное количество препятствий;

* При прокладке вдоль железной дороги будет наблюдаться влияние э/м полей;

* При прокладке трассы вдоль железной дороги необходимо будет платить железной дороге за эксплуатацию земель, тогда как при прокладке вдоль автомобильной дороги 50 метров по обе стороны от дороги считаются ничейной землёй;

* удобство обслуживания и ремонта проложенной трассы.

Длина трассы составляет 360 км.

2. Расчет необходимого числа каналов Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Сначала определим количество людей, проживающих в г. Екатеринбурге и г. Серове на момент выполнения проекта, по следующей формуле:

Н_t= Но • (1 + Р/100)^t ,(тыс. чел),

где Р — коэффициент среднегодового прироста населения, Р= 2,5%;

t= 5 + (t_m — t_o),

где t_m — год составления проекта, а t_o — год, в который производилась перепись.

t =5 + (2003—2001)= 7.

Но — количество народонаселения на момент переписи.

Следовательно получаем:

В г. Екатеринбурге: Н_t = 4582,4 • (1+ 2,5/100)⁷ = 5447 тыс. чел.

В г. Серове: Н_t = 101 • (1 + 2,5/100)⁷ = 120 тыс. чел.

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи, зависит от различных факторов. Взаимосвязь определяется на основании статистических данных, полученных предприятием связи за предшествующие года. Эти взаимосвязи выражаются через коэффициент тяготения f₁ = 0.05(5).

Число телефонных каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется по формуле:

N_тлф = ?₁• f₁• y • (m_a • m_b / (m_a + m_b)) +?_1,

где ?₁, ?₁ — коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, ?₁= 1,3; ?₁= 5,6.

у — коэффициент Эрланга, у = 0,05 Эрл.

m_a, m_b — количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями.

Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равный 0.38, количество абонентов можно определить по формуле:

m = 0,38*Н_t, тыс. чел

m_a = 0.38 • 5447 = 2069,86 тыс. чел. кол-во абонентов в городе Екатеринбурге

m_b = 0.38 • 120 = 45,6 тыс.чел. кол-во абонентов в городе Серове Следовательно:

N_тлф =1,31 • 0,05 • 0,05 • ([2069,86•45,6] *10³ / (2069,86 + 45,6)) + 5,6 = 151.7? 152.

По проектной ВОЛП предполагается организация других видов связи, например, телеграфная связь, передача данных и т. д. Общее число каналов между двумя междугородними станциями заданных пунктов определяется по формуле:

N_общ = N_тлф + N_тв + N_пв + N_пд + N_пг + N_тр + N_тг,

N_тлф — количество телефонных каналов для двухсторонней связи;

N_тв — количество телевизионных каналов;

N_пв — количество каналов проводного вещания;

N_пд — количество каналов передачи данных;

N_пг — количество каналов передачи газет;

N_тр — количество траязитньтх каналов;

N_тг — количество телеграфных каналов.

Следует учесть, что:

N_тлф= N_тг + N_тр + N_пг + N_пд + N_пв .

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то есть каналы тональной частоты, как это делается в аппаратуре передачи данных, то необходимо произвести соответствующий пересчет, принимая во внимание, что один телевизионный канал составляет 1600 каналов тональной частоты.

Следовательно общее количество каналов рассчитывается по следующей формуле:

N_общ = 2 • N_тлф + N_тв = 2 • 152 + 1600 = 304 + 1600 = 1904.

Берём N_ТВ = 1600N_ТФ, так как передача будет вестись в одном направлении из Екатеринбурга в Серов.

3. Выбор системы передачи и определение требуемого числа оптических волокон в ОК Выбор системы передачи определяется числом каналов, организуемых на данном направлении, видами передаваемой информации, требованиями к качественным показателям каналов передачи и соображениями экономической эффективности. Как правило, существует несколько вариантов выбора системы передачи и предпочтение отдается такой системе, которая обеспечивает возможность качественной передачи требуемого объема информации и одновременно требует меньших затрат на строительство и последующую эксплуатацию. Выбор наиболее рациональной системы определяется технико-экономическим сравнением вариантов. При этом следует также учитывать возможность использования существующих сооружений связи.

Волоконно-оптическая система передачи (ВОСП) — совокупность активных и пассивных устройств, предназначенных для передачи информации на расстояния по оптическим волокнам.

В данном курсовом проекте я буду использовать систему передачи фирмы PHILIPS «PLE2 — 140», т.к. она предназначена для организации связи по одномодовому ОК на длине волны = 1,55 мкм и позволяет получить требуемое число каналов (1904).

n_общ. = 1904 канала

n_с.п. = ,

где Р — коэффициент многоканальности. Для «PLE2 — 140» число обслуживаемых каналов Р = 7680.

n_с.п. =7680 /1920 = 1. Таким образом, нам необходимо нужно взять одну систему передачи «PLE2 — 140». Определим минимальное количество оптических волокон в кабеле:

Выбираем 16-тиволоконный кабель с учётом развития сети, с учётом транзитов, проходящих по данной трассе и с учётом сдачи каналов в аренду.

Основные параметры ВОСП типа «PLE2 — 140»:

* Скорость передачи информационного сигнала — 139,264 Мбит/с;

* Длина волны излучателя — 1,55 мкм;

* Линейный код — 20 В + 2В;

* Максимальная длина связи — 250 км;

* Максимальная длина между обслуживающими (полуобслуживаемыми) пунктами — 830 км;

* Коэффициент ошибок одиночного регенератора, не более 10^-10;

* Среднее значение коэффициента ошибок при максимальной длине линейного тракта 10^-10;

* Тип источника излучения — ППЛ (Фабри — Перо с пониженной мощностью излучения);

* Тип приёмника излучения — ЛФД (Ge — APD в режиме номинальной чувствительности);

* Тип оптического волокна — ООВ;

* Коэффициент затухания — 0,7 дБ/км;

* Максимальная длина участка регенерации — 70 км;

* Энергетический потенциал — 39 дБ;

* Уровень средней оптической мощности на выходном оптическом разъёме 1.25 дБм;

* Рекомендуемый тип ОКС — ОКЛС.

* Максимальная принимаемая оптическая мощность при коэффициенте ошибок 10^-8 (-39дБм).

• Выбор типа ОК.

При разработке конструкции ОК следует учитывать ряд требований:

кабель должен быть надежно защищен от наружных механических воздействий;

при изгибе кабеля или при его растягивании в процессе прокладки ОВ должны оставаться неповрежденными по всему сечению кабеля;

в конструкции должны быть, как минимум, две медные жилы, по которым к регенераторам подается дистанционное электропитание по системе «провод — провод», в отдельных случаях оно может подаваться по системе «провод — металлическая оболочка» .

На практике обычно используют концентрическую конструкцию ОК. Она характеризуется осесимметричным расположением оптических модулей (ОМ) в сердечнике кабеля, которые образуют один или несколько повивов. ОМ — это конструктивный элемент, состоящий из одного или нескольких ОВ и армирующих элементов, расположенных в общей оболочке, причем каждое ОВ является самостоятельной передающей средой. Помимо ОМ в конструкцию ОК обязательно входят силовые армирующие элементы, демифирующие слои и наружное покрытие.

Оптическое волокно снаружи покрывают тонкой лаковой пленкой и однослойным или двухслойным полимером, отсюда внешний диаметр волокна 0.5 — 1 мм. ОВ свободно без натяжения располагается внутри полой пластмассовой трубки, заполненной мягкими синтетическими волокнами.

Выбираем кабель ОКЛС — 0,1 — 0,3/2,0 — 16. Этот кабель применяется в грунтах всех категорий (кроме подверженных мерзлотным деформациям), в кабельной канализации, трубах, болотах, коллекторах на мостах и в шахтах, через неглубокие болота и несудоходные реки, в условиях повышенных электромагнитных влияний.

Рисунок 3. Эскиз кабеля ОКЛС — 0,1 — 0,3/2,0 — 16

— сердцевина оптического волокна (ОВ);

1 — отражающая оболочка;

2 — защитная оболочка ОВ;

3 — оптические волокна;

4 — полиэтиленовая оболочка;

5 — центральный силовой элемент;

6 — синтетические нити или стальные проволоки;

7 — профилирующий сердечник;

8 — упрочняющие элементы (стальные проволоки);

9 — изолирующая оболочка;

10 — медные изолированные жилы;

11 — полиэтиленовая оболочка, шланг ОКЛС — 0,1 — 0,3/2,0 — 16 имеет центральный профилированный элемент, армированный стеклопластиковым стержнем, в пазы которого уложены оптические волокна, броню из стеклопластиковых стержней и защитную полиэтиленовую оболочку. Этот кабель имеет следующие характеристики:

— коэффициент затухания не более 0,3 дБ/км;

— дисперсия не более 2 пс/(нм км);

— диаметр модового поля ОВ 8,5 1 мкм;

— диаметр оболочки 125 3 мкм;

— неконцентричность сердцевины и оболочки не более 0,7 мкм;

— наружный диаметр 16,8 2 мм

— допустимые растягивающие усилия 2500 Н;

— стойкость к раздавливающим усилиям на 1 см длины 1000H;

— допустимая температура эксплуатации от —40 до +50° С;

— расчетная масса 1 км кабеля 277 кг;

— строительная длина кабеля 2 км.

4. Расчет параметров ОК Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n₁ и n₂.

Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки — создание лучших условий отражения на границе сердцевина оболочка и защита от помех из окружающего пространства.

Магистральные кабели предназначаются для передачи информации на большие расстояния и на большое число каналов. Они должны обладать малыми затуханиями и дисперсией и большой информационно — пропускной способностью.

Оптический кабель характеризуется следующими параметрами:

1) числовая апертура, которая характеризует световод с точки зрения условий ввода излучения в световод (ширина диаграммы направленности излучений источника) и вывода излучения из световода, которое определяет чувствительность фотоприемника.

NА =sin ?_a=vn₁²-n₂² = 0,122.

Так как NA <0,2, то необходимо использовать низкотемпературные волокна.

Отсюда найдем значение апертурного угла:

2) нормированная или характеристическая частота: является важнейшим обобщенным параметром волоконного световода, используемым для оценки его свойств. Это частота, при которой процесс передачи энергии по световоду прекращается и только одна одномодовая волна НЕ₁₁ не имеет критической частоты, для нее нормированная частота находится по формуле:

V=2 •? • a • NA / ?= 2 • 3,14 • 4 • 0,122 / 1,55 = 1,977

Так как 2,405 > V, то это означает что режим одномодовый.

Число передаваемых мод можно определить по формуле:

3) при определенной длине волны наступает такой режим, когда луч падает на оболочку световода и отражается перпендикулярно. В световоде устанавливается режим стоячей волны и энергия вдоль не переносится. Это соответствует случаю критической длины волны ?_кр и критической частоты f_кр.

Тогда критическая частота определяется по формуле:

f_кр = 2,405с / (? • d • NA) = 2,405 • 3 • 10⁸/ З, 14 • 8 • 10^-6 • 0,122 = 2,35 • 10¹⁴Гц При частоте выше критической вся энергия поля концентрируется внутри сердечника световода и эффективно распространяется вдоль нее. Ниже критической частоты энергия рассеивается в окружающем пространстве и не передается по световоду.

4) критическая длина волны

?_{кр =} с / f_кр = З • 10⁸ / 2,35*10¹⁴ = 1,27мкм.

Таким образом, в световоде могут распространяться лишь волны длиной, меньше, чем ?_кр = 1,27 мкм.

5) коэффициент затухания Ослабление световодных трактов волоконно-оптических кабелей? обусловлено собственными потерями в волоконных световодах (?_с) и дополнительными потерями, обусловленными деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитной оболочки при изготовлении кабеля (?_к).

Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения (?_п) и потерь рассеяния (?_р). Потери на поглощение существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей (?_пр) могут быть значительными.

Дополнительные потери в оптических кабелях обусловлены деформацией оптических волокон в процессе изготовления кабеля, скруткой, изгибами волокон и технологическими неоднородностями в процессе изготовления волокна.

Их классифицируют по следующим составляющим:

? ₁— вследствие микроизгибов;

?₂ — вследствие макроизгибов ОВ и других нарушений прямолинейности;

?₃ — за счет потерь в защитной оболочке;

?₄ — вследствие термомеханических воздействий на волокно в процессе изготовления кабеля

?₁= ?_п + ?_р дБ/км, где

? _п= 8,69 •? • n₁ • tg? /? = 8,69 • 3,14 • 1,49 • 10^-12 / (1,55 • 10^-9) = 0,0262 дБ/км

?_р = К_р/ ?⁴ = 0,8 / 1,55⁴ = 0,139 дБ/км.

tg?- тангенс угла диэлектрических потерь световода, К_р— коэффициент рассеяния, равный 0,8 мкм⁴дБ/км (для кварца).

В курсовом проекте следует принять _к = 0.1 дБ/км.

Таким образом, суммарное затухание составило:

? = 0,0262 + 0,139 + 0,1 = 0,265 дБ/км

6) Дисперсия В предельном идеализированном варианте по ОВ возможна организация огромного числа каналов на большие расстояния, а фактически полоса передаваемых частот ограничена. Это обусловлено тем, что сигнал на приёмный конец приходит размытым вследствие различия скоростей распространения в световоде отдельных его составляющих. Данное явление носит название дисперсии и оценивается величиной уширения передаваемых импульсов:

Полоса частот

Пропускная способность ОК зависит от типа и свойств 0 В (одномодовые или многомодовые, градиентные или ступенчатые), а также от типа излучателя (лазер или светоизлучающий диод).

Сравнивая дисперсионные характеристики различных ОВ, можно отметить, что лучшими данными обладают одномодовые световоды, так как в них отсутствует модовая дисперсия.

В ступенчатых многомодовых 0 В, наоборот, наблюдается весьма значительная дисперсия. Разные моды имеют различное время распространения, в результате чего на приёмном конце нарушаются фазовые соотношения составляющих сигнала и сигнал сильно искажается (размывается).

Рис. 6.1 Ход лучей в 0В: а — одномодовом; 6 — многомодовом ступенчатом;в — многомодовом градиентном.

В градиентных ОВ происходит выравнивание времени распространения различных мод, так как лучи распространяются по волнообразным траекториям. При этом лучи распространяющиеся близко к оси ОВ проходят меньший путь, но в среде с большим показателем преломления, а периферийные лучи имеют больший путь, но в среде с меньшим показателем преломления. В результате время распространения различных лучей выравнивается, и они приходят на приёмной конец кабеля практически в одинаковое время. Поэтому искажения передаваемого сигнала в многомодовых градиентных ОВ меньше, чем в ступенчатых. Для работы в диапазоне длины волны от 1,2 до 1,3 мкм наибольшее распространение получили градиентные волокна с параболическим законом изменения профиля показателя преломления.

Причинами дисперсии является некогерентность источников излучения, определяемая хроматической дисперсией. В свою очередь хроматическая дисперсия делится на материальную (возникает в следствии частотной зависимости показателя преломления материала сердцевины) и волноводную (связана с частотной зависимостью продольного коэффициента). Еще одной причиной дисперсии является наличие большого числа мод.

Следовательно:

_рез. = пс/км

В одномодовых ОВ модовая дисперсия отсутствует. Результирующее значение дисперсии определяется хроматической дисперсией.

Материальная дисперсия обусловлена тем, что показатель преломления сердцевины изменяется с длиной волны.

_мат=М (); пс/км где М () — удельная дисперсия материала,.

— ширина спектра источника излучения, нм (для выбранной СП).

волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длинны волны:

_вол=В (); пс/км, где В () — волноводная дисперсия, .

профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала.

_пр=П (); пс/км, где П () — удельная профильная дисперсия, .

Для одномодового волокна _мод = 0.

= 1 3 нм для ППЛ.

Примем = 1 нм.

Материальная и волноводная составляющие дисперсии рассчитываются следующим образом:

_мат = *М (), пс/км Для = 1,55 мкм М () = - 18 пс/(км*нм)

_мат = - 18*1 = - 18 пс/км

_в = *В (), пс/км Для = 1,55 мкм В () = 12 пс/(км*нм)

_в = 12*1 = 12 пс/км

_пр = П (), пс/км Для = 1,55 мкм П () = 5,5 пс/(км*нм)

_пр = 5,5*1 = 5,5 пс/км Таким образом, получаем:

_рез = = |- 18 + 12 + 5,5| = 0,5 пс/км

7) максимальная ширина полосы пропускания (?F)

Она определяет объем информации, который можно передавать по ОК. Ограничение не применительно к цифровым системам передачи обусловлено тем, что импульс на приеме приходит размытым, искаженным вследствие различия скоростей распространения в световоде отдельных его частотных составляющих. Полоса частот связана с дисперсией соотношением:

?F = 0,44 /? _рез = 0,44 / (0,5 • 10^-12) = 880 ГГц • км.

5. Расчет длины регенерационного участка После того как выбраны типовая система передачи и оптический кабель, на основе заданных качества связи и пропускной способности линии определяют длины регенерационных участков l_р

По мере распространения оптического сигнала по кабелю, с одной стороны, происходит снижение уровня мощности; с другой стороны, — уширение передаваемых импульсов.

Таким образом, длина l_р ограничена либо затуханием, либо уширением импульсов в линии. Затухание лимитирует длину участка по потерям в тракте передачи. Дисперсия приводит к расширению передаваемых импульсов, в результате чего сигнал на приеме получается размытым, искаженным.

Для качественного приема сигналов достаточно выполнить требование:

L_B < 4.4*10⁵/(_рез.*F_т*)

где — тактовая частота сигнала выбранной системы передачи (139,264 Мбит/с);

() — суммарная дисперсия одномодового ОВ в выбранном ОК;

(нм) — ширина спектра источника излучения для выбранной СП.

= 1 нм Отсюда следует, что:

L_B < 4.4*10⁵/(0,5*139,264*1) = 6318,9 км Вторым расчетным соотношением для l_р является длина регенерационного участка, определяемого затуханием линии:

км.

км.

где а_нc, а_рc — затухание в неразъемных и разъемных соединениях соответственно;

А_макс, А_мин (дБ) — максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания выбранной аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10^-10;

_ок (дБ/км) — километрическое затухание выбранного ОК;

_нс (дБ) — среднее значение затухания мощности оптического излучения на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации;

L_стр — среднее значение строительной длины на участке регенерации;

_рс (дБ) — затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя;

n — число разъемных оптических соединителей на участке регенерации;

М (дБ) — системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации.

Системный запас М учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменение характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОЛП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора. Диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2дБ (наиболее благоприятные условия эксплуатации) до 6дБ (наихудшие условия эксплуатации).

Максимальное значение перекрываемого затухания определяется:

А_макс = P_Tmax — P_Rmin, дБ, где P_Tmax — максимальная мощность оптического излучения передатчика,

P_Rmin — гарантированная чувствительность приемника.

Минимальное значение перекрываемого затухания определяется:

А_МИН = P_Tmax — P_Rmax, дБ, где P_Tmax — максимальная мощность оптического излучения передатчика,

P_Rmax— уровень перегрузки приемника.

Принимаем n = 6.

L_макс = 104,76 (км)

L_мин = 47,62 (км) Так как:

L_В > L _макс, то:

окончательный выбор аппаратуры и кабеля остаётся неизменным, с учетом требуемой способности ВОЛП (F_T) на перспективу развития.

Если бы L_В < L _макс, то для проектирования должны были быть выбраны аппаратура или кабель с другими техническими данными (,), обеспечивающие больший запас по широкополосности на участке регенерации.

Таким образом, получили, что длину регенерационного участка надо выбирать «по затуханию», т. е. L_р.у. = 104,76 км.

Описание основных функциональных блоков структурной схемы аппаратуры PHILIPS ««PLE2 — 140 «

Блоки агрегатных интерфейсов обеспечивают следующие функции:

LPCкоммутация трактов низкого порядка, маршрутизирует потоки в нужные позиции STM. HPCкоммутация трактов высокого порядка, аналогична LPC.

HPAадаптация тракта высокого порядка, преобразует VC низкого порядка в VC-4 путём установки указателей TU и сборки/разборки полных VC-4.

НРТ — окончание тракта высокого порядка, завершает служебные байты тракта VC-4 путём добавления/извлечения VC POH в/из соответствующего контейнера.

MSAадаптация секции мультиплексирования, обрабатывает AU указатель.

MSTокончание секции мультиплексирования, управляет байтами MSOH (на передаче — генерация и вставка последних пяти рядов SOH, на приёмепроверка целостности входного сигнала путём контроля чётности В2, MS-AIS, MS-FERF).

RSTокончание регенерационной секции, управляет байтами R-SOH (на передачегенерация и вставка последних трёх рядов SOH, по приёму — проверка целостности входного сигнала, проверка чётности В1).

SPIсинхронный физический интерфейс, элетрооптический/ оптоэлектрический конвертор и детектор потери входного сигнала на приёме.

Блоки компонентных потоков обеспечивают следующие функции:

PPIплезиохронный физический интерфейс.

LPAадаптация тракта низкого порядка, обеспечивает размещение/извлечение поступающего сигнала в/из соответствующего контейнера (С-12, С-3, С-4).

LPTокончание тракта низкого порядка, управляет байтами РОН, структурируя виртуальный контейнер (VC-12, VC-3).

HPAадаптация тракта высокого порядка, обрабатывает указатель потока TU (TU-12, TU-3).

HPTокончание тракта старшего порядка, управляет POH, структурируя VC-4.

LPCкоммутация трактов низкого порядка, выполняет подключение любой позиции кадра STM-1, обеспечивая взаимодействие агрегатных блоков.

MSP SNCP/Iосуществляет выбор между основными и резервными блоками и восточной/западной стороной сигналов от агрегатных блоков.

Блок трансмультиплексора содержит плезиохронный мультиплексор, формирующий 16 потоков 2 Мбит/с из сигнала 34 Мбит/с. Затем полученные 2 Мбит/с потоки вместе с ещё пятью потоками 2 Мбит/с размещаются как обычно.

Блок ввода/вывода потоков 1631 FOX CO позволяет ввести/вывести три потока STM-0. Выполняются следующие функции: SPIобеспечивает взаимодействие электрических/оптических сигналов с внешним источником. Со стороны приёма извлекает из сигнала импульсы тактирования.

RSTокончание регенерационной секции, управляет первыми тремя строками SOH.

MSTоконечная нагрузка секции мультиплексирования, управляет последними пятью стоками SOH.

MSAадаптация секции мультиплексирования, обрабатывает AU.

HPTокончание тракта высокого порядка, управляет в направлении передачи служебным байтом (POH), структурируя виртуальный котейнер VC-3.

HPAадаптация тракта высокого порядка, синхронизирует в направлении приёма указатель AU-3 и указатели TU-12, которые могут находиться в контейнере VC-3.

LPCкоммутация трактов низкого порядка, выполняет подключение любой позиции кадра STM-0, обеспечивая взаимодействие агрегатных блоков.

MSPзащита секции мультиплексирования, выбирает основной/резервный модуль. вления Q2, Q3, F. Оптический агрегатный порт STM-4 (соединители SC, FC, DIN) слот 5+6,9+10; максимальное количество: 2.

6. Схема размещения регенераторов Схема размещения регенераторов:

Длина трассы составляет 360 км. Для системы «PLE2 — 140» максимальная длина регенерационного участка 70 км. Я выбираю длину РУ, равной 104,76 км.

7. Составление сметы на строительство и монтаж ВОЛП Смета на строительство является основным документом, на основании которого осуществляется планирование капитальных вложений, финансирования строительства и расчет за выполнение строительно-монтажных работ между подрядчиком и заказчиком.

В курсовом проекте определяем затраты только на строительство и монтаж линейных сооружений.

Стоимость, определяемая локальными сметами, включает в себя прямые затраты, накладные расходы и плановые накопления.

Прямые затраты учитывают основную заработную плату на:

* Прокладка кабеля вручную (прокладка ОК в траншею с автомобиля при помощи рабочих);

* Прокладка кабеля кабелеукладчиком. Строительство магистральных и внутризоновых ВОЛП характеризуется большой протяженностью, различными климатическими, почвенно-грунтовыми и топографическими условиями. Прокладку ОК осуществляют комплексны механизированные колонны, в состав которых входят строительные машины и механизмы общестроительного назначения (тракторы, бульдозеры, экскаваторы и т. д.), а также специальные машины и механизмы для прокладки кабеля (кабелеукладчики, тяговые лебедки, пропорщики грунта, машины для пролома грунта под препятствиями и др.).

* Устройства перехода через автомобильные и железные дороги (ОК затягивают в асбоцементные и пластмассовые трубы) которые прокладываются закрытым (горизонтальным проколом, бурением) или открытым способом.

* Устройства переходов через реки. Прокладка ОК на размытых берегах, имеющих уклон более 30 градусов, на подъемах и спусках, должна производится вручную зигзагообразно с отклонением от оси направления прокладки на 1,5 метра на участке длиной 5 метров. В скальных грунтах кабель прокладывают на песчаной подушке.

Накладные расходы учитывают затраты на организацию, управление и обслуживание строительства. Плановые накопления представляют собой нормативную прибыль строительно-монтажных организаций и определяются в размере 8% от суммы прямых затрат и накладных расходов.

Для расчёта сметы необходимо определить следующие параметры:

1. Общая протяжённость трассы:

L_общ. = 360 км.

2. Прокладка ОК в кабельной канализации: в Екатеринбурге l_k1 = 4, км в Серове l_k2 = 4, км

l_k = l_k1 + l_k2 = 4 + 4 = 8, км

3. Безтраншейная прокладка:

l_б = 0.85*L_общ = 0.85*360 = 306 км

4. Прокладка кабеля механизированным способом:

l_мех. = 0.1*L_общ = 0.1*360 = 36 км

5. Прокладка ОК вручную:

l_вр. = 0.05*L_общ = 0.05*360 = 18, км

6. Общая длина кабеля:

L_каб. = (l_б + l_мех + l_вр)*1.04 + l_k = (306 + 36 + 18)*1.04 + 8 = 382,4, км

7. Пересечение автомобильных и железных дорог: 18 переходов

8. Пересечение водных преград: трасса ВОЛП пересекает 10 рек.

9. Количество муфт:

1) число муфт в кабельной канализации

n_M1 = (l_k/l_с.д.) — 1 = 8/2 — 1 = 3, шт.

2) число муфт по трассе:

n_M2 = (L_маг/ l_с.д.) — 1 = (360/2) — 1 = 179, шт.

3) Общее число муфт:

n_общ = n_M1 + n_M2 = 3 + 179 = 182, шт.

Смету на строительство и монтаж сведем в таблицу 1.

Таблица. 1

Таблица 2. Объектная смета на строительство линейных сооружений.

где, С_кан.км — стоимость канала на километр длины трассы;

С_{км.трассы} — стоимость одного километра трассы;

С_общ — общая стоимость (всего по смете);

n_кан — число каналов;

l_маг — длина всей магистрали;

8. Расчет параметров надежности ВОЛП Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем работы средств связи является надежность.

Надежность — комплексное свойство, которое в зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров. Надежность ОК — свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

При проектировании должна быть произведена оценка показателей надежности. В курсовом проекте необходимо рассчитать коэффициент готовности (Кг) и время наработки на отказ (То).

Коэффициент готовности кабеля (ВОЛП) — вероятность того, что кабель (ВОЛП) окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю.

Наработка на отказ — среднее значение времени наработки между двумя последовательными отказами.

Время восстановления ОК — продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ.

Требуемые показатели надежности для магистральной первичной сети (СМП) ВСС РФ с максимальной протяженностью Lм (без резервирования) приведены в таблице 3 в соответствии с РД 45.047 — 99.

Таблица 3 — Показатели надежности для СМП, L_М = 1400 км

Расчет параметров надежности в курсовом проекте будем производить для канала ОЦК на перспективной цифровой сети.

Среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км кабеля в год:

= 0,34

Тогда интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП (L)

определится как:

где L — длина проектируемой магистрали:

8760 — количество часов в году.

При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии) коэффициент простоя (неготовности) определяется по формуле:

где Тв — время восстановления, а коэффициент готовности:

При длине канала (магистрали) L, не равной Lм, среднее время между отказами определяется как

(час) где L — длина проектируемой ВОЛП, км;

Т0 — средне значение времени между отказами, ч.;

Т0 и Lм — из табл. 3.

Для случаев эксплуатации ВОЛП на основе оптимальной стратегии восстановления, начинающегося с обнаружения предотказного состояния объектов технической эксплуатации (ОТЭ), т. е. повреждения, необходимо для инженерных расчетов показателей надежности использовать выражение:

где t1 — время подъезда (из табл. 3).

Так как рассчитанный коэффициент готовности больше заданного в таблице, то значит вероятность того, что кабель (ВОЛП) окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю будет больше, это во-первых, а во-вторых, время наработки на отказ намного больше заданного, т. е. время между двумя последовательными отказами составляет 9333 часов.

Методы измерения затухания Измерение затухания осуществляется на всех стадиях производства оптического кабеля, строительства и эксплуатации ВОЛП. Измеряют коэффициент затухания оптического кабеля, затухание строительных длин, затухание смонтированного участка регенерации, затухание соединений ОВ.

Для оценки затухания ОВ необходимо измерить мощности оптического сигнала на входе и выходе ОВ. Основные проблемы измерения затухания ВОЛП связаны с вводом оптического излучения в ОВ. Наиболее существенная из этих проблем — неопределенность ввода мощности оптического излучения в ОВ. При вводе излучения в световод всегда имеется некоторая неопределенность уровня введенной в ОВ мощности. Эта величина зависит от качества обработки входного торца световода, точности юстировки возбуждающего пучка излучателя относительно данного торца, соотношения между показателями преломления сердцевины световода и среды, заполняющей пространство между сердечником и излучателем, стабильности последнего, другими словами зависит от ряда случайных факторов. Поэтому определить долю оптической мощности источника излучения, введенную в ОВ (мощность оптического излучения на входе волокна), сложно.

Проблема неопределенности ввода излучения в ОВ решается методами сравнения, которые позволяют исключать возникающую за счет указанной неопределенности систематическую погрешность. Из всех известных методов сравнения, предназначенных для измерения затухания в процессе строительства и эксплуатации ВОЛП, практически применяются методы: 1) обрыва; 2) измерения вносимого затухания; 3) обратного рассеяния. Первые два относятся к прямым методам. Они достаточно просто реализуются относительно недорогими средствами. Метод обратного рассеяния требует применения специальных дорогостоящих средств измерения — оптических рефлектометров.

Метод обрыва.

Использование метода обрыва для измерения затухания ОВ рекомендуется МЭК (Стандарт 793−1-с 1). Метод отличается достаточно высокой точностью. Так, им можно выполнять измерения в пределах до 10 дБ с абсолютной погрешностью не более 0,03 дБм. Основной недостаток метода обрыва — его разрушающий характер. При каждом измерении теряется 1… 5 м волокна, так как приходится обрезать концы ОВ.

Метод обрыва основан на сравнении мощностей оптического излучения, измеренных при неизменных условиях ввода на выходе измеряемого образца ОВ длиной L (Р_вых) и на входе его короткого участка (Р_вх), образованного за счет обрыва кабеля в начале измеряемого образца (L? 1 м). После регистрации мощностей Р_вх и Р_вых затухание определяется по формуле:

а=101g (P_вх/P_вых).

При необходимости коэффициент затухания, дБм/км, рассчитывается по формуле:

?= а (l -1₀).

При измерении методом обрыва принципиально важно обеспечить постоянство мощности, вводимой в исследуемое волокно и неизменность модового состава излучения. Соответственно необходимо, чтобы в процессе измерений соблюдалось постоянство условий ввода оптического излучения и сохранялось строго неизменным положение волокна в юстировочном устройстве.

В силу своих особенностей данный метод наиболее широко применяется при входном контроле оптического кабеля.

Измерение вносимого затухания Оптическими вносимыми потерями называют отношение суммарной мощности оптического излучения на входных оптических полюсах компонента ВОСП к суммарной мощности оптического излучения на выходных полюсах компонента ВОСП, выраженное в децибелах. Соответственно при измерении вносимого затухания определяют разность уровней мощности, воспринимаемой приемником излучения при его непосредственном подключении к источнику излучения, и мощности, поступающей на приемник при его включении на выходе измеряемого волокна, концы которого армированы оптическими соединителями.

Вносимое затухание определяется как разность уровней:

а_вн = Р_вх — Р_вых

Погрешность данного метода относительно велика, однако она вполне приемлема для паспортизации регенерационных участков.

Метод обратного рассеяния В основе метода лежит явление обратного рэлеевского рассеяния. При реализации этого метода измеряемое волокно зондируют оптическими импульсами, вводимыми в ОВ через оптический направленный ответвитель. Из-за флуктуации показателя преломления сердцевины вдоль волокна, отражений от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине волокна, возникает обратнорассеянный поток. Мощность этого потока, измеренная в точке ввода оптических зондирующих импульсов в волокно с некоторой задержкой t относительно момента посылки зондирующего импульса пропорциональности мощности, обратнорассеянной в точке кабеля, расположенной на расстоянии l_x ⁼ tv/2 от места измерения, где vгрупповая скорость распространения оптического импульса. Соответственно при измерении с конца кабеля зависимости мощности обратного рассеянного потока от времени определяется распределение мощности обратнорассеяного оптического сигнала вдоль кабеля — характеристика обратного рассеяния волокна. По этой характеристике можно определить функцию затухания по длине с конца кабеля, фиксировать месторасположение и характер неоднородностей. Как правило, регистрируют отдельные реализации характеристики обратного рассеяния, а затем их усредняют во времени и уже усредненные значения выводят на устройства отображения.

Для реализации данного метода разработаны специальные приборы-оптические рефлектометры во временной области. Они получили широкое распространение благодаря своей универсальности, так как обеспечивают одновременное определение целого ряда важнейших параметров: степени регулярности кабеля, мест неоднородностей и повреждений, потерь в местах соединений, затухания и др.

Упрощенная структурная схема измерения затухания методом обратного рассеяния приведена на рис. 5. Зондирующие импульсы поступают от источника излучения 2 через направленный ответвитель 3 в оптическое волокно 4. Поток обратного рассеяния регистрируется в чувствительном фотоприемном устройстве 5 и преобразуется в электрический сигнал, который после специальной обработки подается на вход устройства отображения 6. При использовании в качестве устройства отображения электронного осциллографа этот сигнал вызывает соответствующее отклонение луча по оси Y на экране. Вертикальная ось экрана градуируется в децибелах по мощности (дБм). Отклонение луча по горизонтальной оси X происходит под действием пилообразного напряжения генератора развертки осциллографа. Вследствие этого положение луча по оси X изменяется в зависимости от времени запаздывания сигнала t. Зная групповое время запаздывания оптического сигнала в сердцевине ОВ, можно осуществить градуировку горизонтальной оси в единицах длины для измеряемого типа ОВ.

Блок управления 1 обеспечивает согласованную работу лазера и электронного осциллографа. Рефлектограмма на экране осциллографа строится по усредненной временной характеристике. Кроме того, указанный блок управляет работой рефлектометра по заданной программе, обрабатывает данные, а также выполняет ряд сервисных функций.

К основным недостаткам рефлектометров следует отнести относительно небольшой динамический диапазон, что обусловлено малой мощностью излучений обратного рассеяния. Кроме того, рефлектометры являются весьма сложными и дорогостоящими приборами. Наиболее распространены на сегодняшний день стационарные рефлектометры с отображающим устройством на основе электронно-лучевой трубке. Однако в последнее время появились и малогабаритные переносные рефлектометры с жидкокристаллическим дисплеем.

Рис. 5. Структурная схема измерения затухания ОВ методом обратного рассеяния.

Заключение

В результате проведения выше изложенных расчетов и рассуждений в данной курсовой работе была спроектирована внутризоновая волоконная линия связи, соединяющая между собой Екатеринбург и Серов. На основе исходных данных было рассчитано необходимое число каналов, параметры оптического кабеля, по рассчитанным параметрам выбран тип оптического и тип аппаратуры. Также была приведена схема размещения регенерационных участков. В заключение всей курсовой работы была приведена смета на строительство и монтаж ВОЛП.

На сегодняшний день, очевидно, что научно-технический прогресс во многом определяется скоростью и точностью передачи информации, её объёмом. Возможность резкого увеличения объёма передаваемой информации наиболее полно реализуется в результате применения волоконно-оптических кабелей связи, которые по сравнению со всеми существующими средствами передачи, имеют большую пропускную способность.

В настоящее время ОК выпускаются многими странами мира, в том числе и Россией.

оптический кабель связь регенерационный

Список литературы

Гроднев И. И. Волоконно-оптические линии связи. -М.: Радио и связь, 1990. -224с.

Ионов А. Д. Волоконная оптика в системах связи и коммутации, Часть 1.-Новосибирск, 1998.-128с.

Гроднев И. И. Верник С.М. Линии связи.-М.:Радио и связь, 1988.-543с.

Статистический справочник (http://www.GKS.ru)

Заславский К. Е. Волоконная оптика в системах связи и коммутации, Часть 2.-Новосибирск, 1998.

Конспект лекций