Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
29
Министерство Образования
Российской Федерации
Томский государственный университет систем управления
и радиоэлектроники
Кафедра СВЧ и КР
Методическое пособие к выполнению курсового проекта
по курсу
Оптические Линии Связи
и пассивные компоненты ВОЛС
для студентов 4 курса
(специальность 071700)
Томск 2002
СОДЕРЖАНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
ВВЕДЕНИЕ
Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) благодаря уникальным возможностям по пропускной способности и затуханию волоконных световодов, а так же успехам в развитии технологии элементов ВОСП являются наиболее перспективными информационными системами. В области стационарных систем фиксированной связи передачи данных с большой пропускной способностью и высокой надежностью работы ВОСП не имеют конкурентов. У радиосистем, в том числе для подвижной связи, и спутниковых систем связи – свои преимущества, но по комплексу параметров (скорость передачи, помехоустойчивость, защищенность сведений) ВОСП является наилучшими системами передач.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) являются цифровыми системами передачи, использующими ОВ в качестве среды передачи.
Рисунок 1. Структурная схема ВОСП.
Основная задача ВОСП - передача данных (как правило, в цифровом виде) со скоростью B на расстояние L. Для решения этой задачи в состав ВОСП входит (рис. 1):
- передатчик оптической мощности (ПОМ), модулирующий входным
информационным потоком оптическое излучение с выходной
мощностью Pпер;
- приемник оптической мощности (ПРОМ) - фотоприемное устройство
(ФПУ), обеспечивающее при входной оптической мощности Pпр прием и
преобразование оптического сигнала в электрический;
- волоконно-оптический тракт, имеющий длину L и затухание .
Приемопередающая пара (ПОМ-ПРОМ) имеет энергетический потенциал Э, который зависит от мощности ПОМ, спектральной плотности шума ПРОМ и скорости передачи. Затухание волоконно-оптического тракта (с учетом эксплутационного запаса) не должно превосходить энергетический потенциал. Это ограничивает длину линии связи. В современных ВОСП энергетический потенциал достигает 40 дБ, это означает, что информационный оптический сигнал в начале волоконно-оптического тракта на 4 порядка больше, чем сигнал в конце волоконно-оптического тракта (то есть сигнал, необходимый для нормальной работы ПРОМ).
ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОСП
Инженерная методика проектирования начинается с изучения поставленных требований к каналу. Затем выбирается топология построения, которая определяется на значением системы, числом терминалов, перспективами дальней шего развития и модификации. Важнейшим этапом проектирования является выбор на основе требований к дальности связи типа опти ческого кабеля.
При выборе элементной базы проводят также эко номическую оценку системы, связанную с определением удель ной стоимости каждого элемента и общей суммы затрат на систе му. Это позволяет судить, что обусловливает основные затраты: волоконно-оптический кабель, оконечные устройства или ре трансляторы.
При выполнении данного курсового проекта сначала рекомендуется разработка технического задания, которое должно содержать краткие сведения по всем нижеперечисленным разделам с различными вариантами.
В техническом задании указывается:
1. Наименование и назначение ВОЛС.
2. Виды и объемы передаваемой информации.
3. Трассы прокладки ОК.
4. Массогабаритные и стоимостные характеристики.
Далее, в соответствии с инженерной методикой расчета, производят детальный анализ ВОСП и всего, что с ней связано.
Методика расчета ВОЛС предусматривает:
1. Выбор и обоснование линии связи между выбранными пунктами, а так же определение необходимого числа каналов между ними;
2. Выбор системы передачи и определение требуемых оптических волокон (ОВ) в (ОК);
3. Выбор пассивных оптических элементов;
4. Выбор источника излучения, фотоприемника и их параметров;
5. Расчет параметров передачи ОВ;
6. Расчет надежности магистрали;
7. Составление сметы на строительство линейной части по укрупненным показателям и определение стоимости канало-километра линейных сооружений проектируемой оптической линии.
В ходе выполнения данного курсового проекта необходимо придерживаться всех изложенных требований, однако для правильной и надежной работы ВОСП всей выше перечисленной методики может оказаться недостаточно.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
ВЫБОР ТРАССЫ ЗОНОВОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
В технологии прокладки ОК много общего с технологией прокладки электрических кабелей связи [1, 2, 3]. Спецификой прокладки ОК являются ограничения на величину изгиба кабеля и уровень прикладываемой механической нагрузки. Превышение нагрузок может привести к обрыву ОК, либо к дефектам волокна, которые в дальнейшем станут причиной отказов в работе оптической линии [4].
Прокладка ОК может проводиться:
в каналах кабельной канализации;
в грунте;
путем подвески ОК к опорам воздушных линий электропередачи или контактной сети железных дорог;
по стенам зданий и внутри помещений.
Трасса прокладки ОК определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы сводятся к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.
Для обеспечения первого требования учитывают протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных и шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, необходимость защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.
Для обеспечения второго и третьего требований учитывают жилищно-бытовые условия и возможность размещения обслуживающего персонала, а также создания соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей.
Трасса должна иметь наикротчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода автомобильных дорог или вдоль профилированных проселочных дорог. Допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет трассу.
При пересечении водных преград переходы выбирают в тех местах, где река имеет наименьшую ширину, нет скальных и каменистых грунтов, заторов льда и т.д. Следует избегать в месте перехода обрывистых или заболоченных берегов, перекатных участков, паромных переправ, стоянок судов, причалов и т.д.
Изыскания по выбору трассы осуществляются по картографическим материалам [5]. Обычно между заданными пунктами намечается несколько возможных вариантов прокладки кабеля. В проекте необходимо дать сравнительную характеристику двух-трех вариантов трассы и выбрать оптимальный. Результаты сравнительного анализа оформляют в виде таблицы; приводят выкопировку из карты с указанием всех возможных вариантов трассы и результаты их анализа. Объем этого раздела не должен превышать трех страниц.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА КАНАЛОВ НА МАГИСТРАЛИ
Число каналов связывающих выбранные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.
Численность населения в любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективном проектировании следует учесть прирост населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения
, чел. (1)
где - народонаселение в период переписи населения, чел.;
- средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается
по данным переписи 2-3%);
- период, определяемый как разность между назначенным годом
перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.
Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед по сравнению с текущем временем. В курсовом проекте следует принять 5 лет вперед. Следовательно, , где - год составления проекта; - год, к которому относятся данные .
Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Взаимосвязь между заданными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основании статистических данных, полученных предприятием связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи выражаются через коэффициент тяготения , который как показывают исследования, колеблется в широких пределах (от 0,1 до 12 %). В курсовом проекте следует принять 5 %.
Учитывая это, а так же то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используют приближенную формулу:
, (2)
где и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5 %, тогда =1,3;
=5,6;
- коэффициент тяготения, 0,05 (5 %);
- удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом,
=0,05 Эрл;
и - количество абонентов обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах А и Б.
В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,3 (в Томске 0,4), количество абонентов в зоне АМТС
, (3)
где находится из формулы (1).
Таким образом можно рассчитать число каналов для телефонной связи между выбранными оконечными пунктами. Но по оптическому кабелю организуют каналы и других видов связи, а также могут проходить и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями заданных пунктов
(4)
где - число двухсторонних каналов для телефонной связи;
- то же для телеграфной связи;
- то же для передачи телевидения;
- то же для проводного вещания;
- то же для передачи данных;
- то же для передачи газет;
- транзитные каналы.
Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, т.е. каналов ТЧ, например: 1 ТВ кан. = 1600 ТФ кан. ; 1 ТГ кан. = 1/24 ТФ кан. ; 1 ПВ кан. = 3 ТФ кан. и т.д., целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы. Для курсового проекта можно принять
Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле
, (5)
где - число двухсторонних телефонных каналов определяют по (2);
- число двухсторонних телевизионных каналов.
В курсовом проекте следует предусмотреть два двухсторонних телевизионных канала . Если трасса не проходит столицы государств или краев, то канал телевидения не предусматривается.
ВЫБОР ТОПОЛОГИИ И КОДА ПЕРЕДАЧИ
Так как передача информации производится в цифровом виде для нормальной работы системы необходимо обеспечить синхронизацию приемного оборудования.
Для синхронизации с выделением побитовых тактовых сигналов из информационных сигналов наиболее целесообразно использо вание кодов с повышенной избыточностью. При этом на малых ско ростях (до 10 Мбит) используют бинарные коды вида 2B3B. При более высоких скоростях передачи используют коды с меньшей избыточностью, например ти па ЗВ4В и др. (в этом случае синхронизация может осуществляться по символам).
С точки зрения помехоустойчивости оптоэлектронной системы передачи информации наиболее оптимальным является код NRZ (без возврата к нулю).
Кроме того, при выборе кода следует учесть, что энергетический запас канала падает, так как уменьшается средняя мощность источника излучения. Так, для кода NRZ это падение равно 3 дБ, RZ - 6 дБ.
При выборе топологии сети следует учитывать, что одним из ос новных требований, предъявляемых к структуре сети, является ее максимальная надежность, т.е. возможность функционирования се ти в полном объеме или частично при выходе из строя узлов или со единяющих узлы каналов связи.
Простейшие топологии, например «звезда», «кольцо» этим тре бованиям не удовлетворяют. Лучшей надежностью обладают сети с более сложной структурой: с дублированием каналов или переклю чением их в случае нарушения. Необходимо найти компромисс между стоимостью и надежностью. Наибольшая степень резервирования в полносвязной тополо гии, но она неэкономична.
ВЫБОР СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ОВ В ОК
В данном курсовом проекте целесообразней всего использовать оптическую систему передачи, созданную на базе стандартных систем ИКМ или СТМ(STM).
Рекомендуются системы, которые приведены в таблице 1. Например система ИКМ-1920 позволяет организовать 300 телефонных и один ТВ канал.
Таблица 1. Системы связи.
|
Система |
ИКМ |
СТМ |
|||||||
|
Обозначение |
ИКМ-30 |
ИКМ-120 |
ИКМ-480 |
ИКМ-1920 |
STM-1 |
STM-4 |
STM-16 |
STM-64 |
STM-256 |
|
, МГц. |
2,048 |
8,5 |
34,4 |
140 |
155 |
622 |
2500 |
10000 |
40000 |
Чем выше степень уплотнения, тем экономичнее получается линия, однако следует выбирать систему передачи из того расчета, чтобы запас на каналы не превышал 15-20 %. На практике возможен случай, когда по одному кабелю организуют совместную передачу двух или трех систем, например ИКМ-120 и ИКМ-480. В этом случае необходимо выполнить условие, чтобы регенерационные пункты совпадали или расстояния между ними были кратными.
Более подробная информация о современных системах передачи и волокнах используемых в них дана в Приложении 1.
Требуемое число ОВ в ОК выбирают на основе рассчитанного общего числа каналов для телефонной связи и выбранной системы передачи. Следует учесть, что двухстороннюю связь осуществляют по двум ОВ: по одному ОВ передают сигналы в прямом направлении А-Б, а по другому - в обратном Б-А. В обоих направлениях сигналы передаются на одной и той же оптической несущей, например на =230 ГГц (=1,3 мкм).
При использовании одной несущей частоты (одной длины волны) в системе ИКМ-1920 получают следующее число ОВ: для организации двух телевизионных каналов (двухстороннего действия) и 600 телефонных каналов требуется четыре ОВ (два для передачи в сторону А-Б и два в обратную сторону Б-А), для организации большего числа телефонных каналов понадобится еще одна из систем, указанных выше, которая потребует еще два ОВ. Таким образом, ОК должен содержать четыре или шесть отдельных ОВ.
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ОК
ОК выбирают преж де всего исходя из длины линии и скорости передачи [4], причем в за висимости от длины канала различают:
• магистральные каналы (600 км < L < 2500 км);
• зональные (100 км < L < 600 км);
• внутриобъектовые (городские) (10 км < L < 80...100 км);
• локальные (0,2 км < L < 3...5 км).
Исходя из этого, как правило:
• для магистральных систем связи используют ВОК с одномодовыми волокнами, на волне 1,55 мкм или 1,33 мкм, с затуханием 0,4дБ/км, полосой пропускания 5 ГГц;
• для зональных используют ВОК с применением градиентных волокон.
• для локальных сетей используют ВОК с многомодовыми волокнами со
ступенчатым профилем.
При разработке конструкции ОК следует учитывать ряд требований:
- кабель должен быть надежно защищен от наружных механических
воздействий;
- при изгибе кабеля или его растягивании в процессе прокладки ОВ должны
оставаться неповрежденными по всему сечению кабеля;
- в конструкции должны быть, как минимум, две медные жили, по которым к
регенераторам подается дистанционное электропитание по системе "провод
- провод", в отдельных случаях оно может подаваться по системе "провод -
металлическая оболочка"(если есть регенераторы).
Условия прокладки и эксплуатации предъявляют различные требования к уровню защищенности и конструкции оптического кабеля. Меньше всего защищены от внешних воздействий оптические волокна в кабелях для внутренней прокладки (patchcord), предназначенные для коммутации приборов и оборудования внутри помещения. Распределительные кабели (distribution cable) применяются как внутри зданий и сооружений, так и в городской канализации. При необходимости защиты от грызунов применяются кабели с дополнительным армированием стальной проволокой, либо с бронированием металлическими лентами.
На практике обычно используют концентрическую конструкцию ОК. Она характеризуется осесимметричным расположением оптических модулей (ОМ) в сердечнике кабеля, которые образуют один или несколько повивов (рис. 2). Помимо ОМ в конструкцию ОК обязательно входят силовые армирующие элементы, демпфирующие слои и наружное покрытие.
Рис. 2. Конструкция самонесущего кабеля (а), и оптический модуль (б).
Оптическое волокно (рис 2б) снаружи покрывают тонкой лаковой пленкой (толщина пленки 5-10 мкм) 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. Внешний диаметр трубки 1-2,5 мм.
Демпфирующие слои и синтетические волокна смягчают воздействие внешних механических усилий на ОВ. Пластмассовая трубка ОМ также выполняет роль демпфера.
Силовой элемент обычно располагают в центре конструкции кабеля. Его изготавливают из прочного полимера или стали. Для упрочнения конструкции силовые элементы дополнительно могут располагаться и среди ОВ в повивах. В зависимости от заданного числа ОВ в ОК расположение силовых элементов (металлических или пластмассовых) будет различным в разных повивах. На рис 2а видно размещение центрального силового элемента.
Наружное покрытие обеспечивает защиту сердечника от механических и климатических воздействий. Его обычно изготавливают в виде полиэтиленовой оболочки толщиной 0,5-2,5 мм. Если кабель предназначен для прокладки непосредственно в земле, то состав наружного покрытия входит металлическая (алюминиевая) оболочка или повив стальных проволок.
В курсовом проекте необходимо спроектировать и подробно описать кабель предназначенный для проектируемой линии связи, после этого нужно просмотреть предложения по их продаже и выбрать наиболее близкий по параметрам к разработанному. Далее во всех расчетах использовать выбранный кабель.
Примеры типов оптических кабелей и сферы их применения показаны в Приложении 2.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧИ ОВ
Чтобы рассчитать параметры оптического волокна в данном курсовом проекте, можно воспользоваться двумя подходами. Первый заключается в выборе показателя преломления сердцевины n1 и относительной разности показателей преломления (Δ=0,0010,05) исходя из технического задания. Так же задаются диаметры оболочки и сердцевины. Второй подход отличается от первого, тем что показатель преломления оболочки n2 рассчитывается по формуле Селмейера (7). При расчетах необходимо учитывать допустимые отклонения геометрических параметров ОВ от номинальных, которые приведены в табл. 2.
|
Параметр |
ITU-T Rec. |
ITU-T Rec. |
IEC 60793-2 |
|
|
ММ |
ОМ |
|||
|
Диаметр сердцевины ОВ |
±6% |
-- |
±3% |
-- |
|
Диаметр поля моды ОВ |
-- |
±10% |
-- |
±10% |
|
Некруглость сердцевины ОВ |
<6% |
-- |
<6% |
-- |
|
Диаметр оболочки ОВ |
±2,4% |
±2 мкм |
±3% |
±3 мкм |
|
Некруглость оболочки ОВ |
<2% |
<2% |
<2% |
<2% |
|
Неконцентричность сердцевины |
<6% |
-- |
<6% |
-- |
|
Неконцентричность поля моды |
-- |
±1 мкм |
-- |
-- |
Таблица 2 б) Типичные конструктивные параметры ОВ
|
Параметр: |
Размерность |
Тип ОВ |
|||
|
Одномодовое |
Одномодовое со смещенной дисперсией |
Многомодовое 50 мкм |
Многомодовое 62,5 мкм |
||
|
Диаметр сердцевины |
мкм |
5 |
8,3 |
50±3 |
62,5±3 |
|
Неконцентричность сердцевины |
мкм |
- |
- |
2 |
3 |
|
Диаметр оболочки |
мкм |
125±1 |
125±1 |
125±1 |
125±1 |
|
Некруглость оболочки, не более |
% |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
Диаметр защитного покрытия |
мкм |
250±15 |
250±15 |
250±15 |
250±15 |
|
(6) |
Где n2 – показатель преломления оболочки
n1 – показатель преломления сердцевины
- относительная разность показателей преломления сердцевины и оболочки.
Можно найти показатель преломления оболочки по формуле Селмейера, которая описывает спектральную зависимость показателя преломления от длины волны:
(7)
где Аi и li – коэффициенты формулы Селмейера (из индивидуального задания)
- длина волны источника излучения
|
(8) |
|
(9) |
- длина волны источника излучения
Диаметр сердцевины берется в зависимости от типа выбранного волокна (ООВ или МОВ) – приложение 1.
Обратите внимание, что одномодовый режим возможен при V<2,048, с учетом допусков из таблицы 2. Условие работы волокна в ММ режиме – V>2.048, это значит что в волокне помимо основной HE11 моды присутствуют моды низших порядков: H01, E01, HE21. Однако практически это волокно может работать как одномодовое, т.к. не основные моды имеют много больший коэффициент затухания, чем основная. Поэтому на достаточно большом расстоянии они затухнут, и будет распространятся только одна основная мода.
Для ОМ по волокну распространяется только один тип колебаний. При большем числе мод расчет ведется по формуле:
|
(10) |
Где MМОВ – число мод в МОВ
q – параметр, который определяет профиль показателя преломления (ППП). Для градиентного ППП (ГППП) q=2, для ступенчатого ППП (СППП) q=.
1 окно прозрачности: 1=0,8510-6
2 окно прозрачности: 2=1,3110-6
3 окно прозрачности: 3=1,5510-6
Тангенс угла потерь: tg()=10-11
Постоянная Больцмана: K=1,3810-23
Сжимаемость: k=8,110-11
Абсолютная температура плавления стекла: T=1500
(11)
Микроизгиб один: N=1
|
(12.a) |
|
(12.б) |
Радиус изгиба изменяется: R=0,410 см.
(13)
Данная формула не годится для слишком малого радиуса изгиба. Необходимо подобрать минимальный радиус, при котором получаются реальные значения.
полн[дБ]=км[дБ/км]L[км]
где полн – полное затухание в ОВ
км - километрическое затухание
L – длина ОВ
Дополнительные потери при радиальном смещении:
(14)
Дополнительные потери при угловом смещении:
(15)
Дополнительные потери при осевом смещении:
(16)
где d – диаметр сердцевины,
- радиальное смещение,
а – апертурный угол волокна, а=arcsin(NA),
- угловое смещение,
s – осевое смещение.
Затухание при рассеивании и поглощении можно определить следующим образом:
(17)
(17.а)
(17.б)
где k – постоянная Больцмана, k=1.3810-23 Дж/К,
- коэффициент Эйнштейна, =8.110-11 м2/Н,
Т – абсолютная температура плавления кварца, Т=1500.
Все расчеты необходимо провести для выбранного типа волокна взяв недостающие данные в расчетном задании или из Приложения 4.
Радиус поля моды (в мкм):
(18)
где - нормированная частота
Распределение энергии:
(19)
где 1 – масштабный коэффициент,
r – расстояние от оси.
где F – ширина ПП,
L – длина линии,
f – частота модуляции.
Дисперсия в объеме материала равна:
(21)
где 0 – длина волны излучения источника,
с – скорость света, с=3108,
n – показатель преломления,
- относительная спектральная ширина источника, =/0.
(22)
где τ – дисперсия определяемая по формуле (23).
Более подробно вопросы связанные с дисперсией освещены в следующем разделе.
При расчете оптического волокна по формулам (6)…(22), все расчеты необходимо производить с точностью до 4-го знака после запятой.
ДИСПЕРСИЯ
Импульсы света, последовательность которых определяет инфор мационный поток, в процессе распространения расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме.
Дисперсия – уширение импульсов при распространении света по ОВ– имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля длины L по формуле:
.
(23)
Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/км. Дисперсия в общем случае характеризуется тремя основными факторами, рассмат риваемыми ниже:
различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовой дисперсией)
направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией)
свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией).
Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну. Результирующая дисперсия τ определяется из формулы:
(24)
Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения и имеет место только в многомодовом волокне. Для ступенчатого многомодового волокна и градиентного многомодового волокна с параболическим профилем показателя преломлени ее можно вычислить соответственно по формулам:
, L<Lc , L<Lc
τмод.ст(L)= τмод.гр(L)= (25)
, L>Lc , L>Lc
Lc – длина межмодовой связи (для ступенчатого волокна порядка 5 км, для градиентного порядка 10 км).
Вследствие квадратичной зависимости от Δ значения межмодовой дисперсии у градиентного волокна значительно меньше, чем у ступенчатого, что делает более предпочтительным использование градиентного многомодового волокна в линиях связи. На практике, чаще пользуются термином полоса пропускания. При расчете полосы пропускания W можно воспользоваться формулой:
Измеряется полоса пропускания в МГц·км. Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничения на дальность передачи и верхнюю частоту передаваемых сигналов. Физический смысл W – это максимальная частота (частота модуляции) пе редаваемого сигнала при длине линии 1 км. Если дисперсия линейно растет с ростом расстояния, то полоса пропускания зависит от расстояния обратно пропорционально.
Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.
Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. В выражение для дисперсии одномодового волокна входит дифференциальная зависимость показателя преломления от длины волны:
=ΔλLM(λ), (26)
Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения от длины волны:
τвол(Δλ, L)=Δλ·L·2n2Δ/cλ=ΔλLB(λ),
введены коэффициенты М(λ) и B(λ) – удельные материальная и волноводная дисперсии соответственно, Δλ (нм) – уширение длины волны вследствие некогерентности источника излучения. Удельная дисперсия имеет размерность пс/(нм·км). Если коэффициент волноводной дисперсии всегда больше нуля, то коэффициент материальной дисперсии может быть как положительным, так и отрицательным. И здесь важным является то, что при определенной длине волны (примерно 1310 ± 10 нм для ступенчатого одномодового волокна) происходит взаимная компенсация М(λ) и В(λ), а результирующая дисперсия обращается в ноль. Длина волны, при которой это происходит, называется дли ной волны нулевой дисперсии λ0. Обычно указывается некоторый диапазон длин волн, в пре делах которых может варьироваться λ0 для данного конкретного волокна.
В табл. 2.4 представлены дисперсионные значения различных оптических волокон.
|
Тип волокна |
λ., нм |
Межмодовая дисперсия, ПС/КМ |
Удельная хроматическая дисперсия, пс/(нм·км) B(λ)+M(λ) |
Результирующая удельная полоса пропускания, МГц км, W = 0,44/τ |
||
|
Δλ=2нм |
Δλ =4нм |
Δλ =35 нм |
||||
|
MMF 50/125 |
850 |
414 1 |
99,6 3 |
958 |
766 |
125 |
|
1310 |
414 |
1,0 |
1062 |
1062 |
1050 |
|
|
1550 |
414 |
19,2 |
1058 |
1044 |
540 |
|
|
MMF 62,5/125 |
850 |
9732 |
106,74 |
441 |
414 |
114 |
|
1310 |
973 |
4,2 |
452 |
452 |
450 |
|
|
1550 |
973 |
17,3 |
451 |
450 |
384 |
|
|
SF 8/125 |
1310 |
0 |
< 1,855 |
|
61000 |
6900 |
|
1550 |
0 |
17.5 |
12600 |
6300 |
720 |
|
|
OSF 8/125 |
1310 |
0 |
21,26 |
10400 |
5200 |
594 |
|
1550 |
0 |
<1,7 |
|
65000 |
7400 |
1 – Δ=0,013n1=1,47
2 – Δ =0.02, n1=1,46
3 – λо=1297+1316 нм, Sо≤0,101 пс/(нм2-км)
4 – λо = 1322+1354 нм, So≤0,097 пс/(нм2-км)
5 – λо =1301,5+1321,5 нм, So ≤0,092 пс/(нм2-км)
* - Λо =1535+1565 нм, So ≤0,085 пс/(нм2-км) Технические характеристики взяты у волокон, производимых фирмой Corning.
Для того, чтобы при передаче сигнала сохранялось его приемлемое качество – соотношение сигнал/шум было не ниже определенного значения – необходимо, чтобы полоса пропускания волокна на длине волны передачи превосходила частоту модуляции. Ниже приво дятся примеры расчета допустимой длины сегмента с использованием табл. 3.
Пример: Стандарт Ethernet для многомодового волокна. Оптический интерфейс 10Base-FL предполагает манчестерское кодирование с частотой модуляции 20 МГц. При использовании светодиодов с Δλ = 35 нм (850 нм) удельная полоса пропускания для волокна 50/125 составляет 125 МГц-км и при длине оптического сегмента 4 км будет 31 МГц, что больше 20 МГц. То есть, с точки зрения дисперсии, протяженность в 4 км является допусти мой при указанной характеристике оптического передатчика и при данном типе волокна. Однако по затуханию, которое на этой длине волны составляет 3 Дб/км, динамического диапазона у стандартных приемопередатчиков на это расстояние может не хватить. Стандартом Ethernet 10Base-FL установлено допустимое расстояние 2 км с учетом менее строгих требований как к характеристикам кабельной системы (например волокно 62,5/125, наличие не скольких сухих соединительных стыков), так и к оптическим приемопередатчикам – оптиче ским трансиверам Ethernet (например Δλ= 50 нм ).
Пример: Стандарт ATM 622 Мбит/с (STM-4) для одномодового волокна. Оптический интерфейс ATM 622 Мбит/с использует кодировку 8В/10В, что соответствует частоте модуляции 778 МГц. При использовании лазера с Δλ = 0,1 нм (1550 нм) удельная полоса пропускания для ступенчатого одномодового волокна 8/125 составляет 252000 МГц-км (12600x20) и при длине оптического сегмента 100 км будет 2520 МГц, что значительно больше 778 МГц. То есть, с точки зрения дисперсии, при использовании лазера с Δλ = 0,1 нм (1550 нм) протяженность в 100 км является допустимой, даже если применяется стандартное ступенчатое волокно.
Поляризационная модовая дисперсия τмод возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды.
В одномодовом волокне в действительности может распространяться не одна мода, а две фундаментальные моды – две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. В иде альном волокне, в котором отсутствуют неоднородности по геометрии, две моды распространялись бы с одной и той же скоростью. Однако на практике волокна имеют неидеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляризационных составляющих мод.
Ко эффициент удельной дисперсии Т нормируется в расчете на 1 км и имеет размерность (пс/км1/2 ), а τмод растет с ростом расстояния по закону τмод =TL1/2. Для учета вклада в результирующую дисперсию следует добавить слагаемое τмод2 в правую часть (24). Из-за небольшой величины τмод может проявляться исключительно в одномодовом волокне, при чем когда используется передача широкополосного сигнала (полоса пропускания 2,4 Гбит/с и выше) с очень узкой спектральной полосой излучения 0,1 нм и меньше. В этом случае хрома тическая дисперсия становится сравнимой с поляризационной модовой дисперсией.
Главной причиной возникновения поляризационной модовой дисперсии является нециркулярность (овальность) профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации волокна. При изготовлении волокна только строгий контроль позволяет достичь низких значений этого параметра.
Расчет дисперсии производится по формулам (23)…(26) на основе данных расчитанных в предыдущем пункте.
ВЫБОР ИСТОЧНИКА И ПРИЕМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ
Оптический передатчик обеспечивает преобразование входного электрического сигнала в выходной оптический сигнал. При цифровой передаче оптический излучатель передатчика “включается” и “выключается” в соответствии с поступающим на него битовым потоком электрического сигнала. Для этих целей используются инфракрасные светоизлучающие диоды СИД(LED) или лазерные диоды ЛД(ILD).
В современных ВОСП к источникам света предъявляют следующие требования:
При выборе источника излучения нужно учи тывать что:
• для передачи во внутриобъектовых системах целесообразно использовать излучающие ИК – диоды;
• для передачи в зоновых и магистральных системах переда чи – лазерные диоды.
ЛД могут быть как одномодовыми, так и многомодовыми. В высокоскоростных системах передачи в качестве излучателей применяют исключительно одномодовые одночастотные ЛД.
Главным различием СИД и ЛД является их спектральная характеристика. При малых токах накачки имеет место спонтанное излучение, поэтому спектральная характеристика ЛД повторяет аналогичную характеристику СИД. При токах накачки выше порогового тока излучение канализируется, число мод в нем резко уменьшается, и характеристика сильно сужается. По этой причине при организации связи по одномодовым волокнам в качестве источника излучения применяют только ЛД, т. к. при этом резко уменьшается хроматическая дисперсия в ОВ и возрастает дальность связи.
Основные характеристики отечественных лазерных модулей приведены в табл. 4.
Таблица 4 Типы ПОМ
|
Модель (тип) |
Длина волны, нм |
Выходная мощность, мВт |
Ток накачки, Ма |
Ширина спектральной линии, нм |
Скорость передачи, Мбит/с |
|
ПОМ-361 |
1250-1350 |
0,10,2 |
150 |
100 |
- |
|
ПОМ-15А |
1270-1330 |
0,50,1 |
4080 |
5 |
5000 |
|
МДП-7 |
1200-1350 |
1 |
- |
- |
8 |
|
ПОМ-14М |
1270-1330 |
1,53 |
4080 |
0,18 |
560 |
|
ПОМ-15Б |
1500-1580 |
0,50,1 |
70120 |
0,01 |
2400 |
|
ПОМ-13Б |
1500-1580 |
0,50,1 |
80120 |
0,1 |
3000 |
|
ПОМ-14Б |
1520-1580 |
12 |
4080 |
0,18 |
560 |
Приемниками излучения называют устройства, преобразующие оптическую энергию в электрическую. В ВОСП в качестве приемников излучения используют фотодиоды.
К применяемым в ВОСП ФД предъявляют следующие основные требования:
Этим требованиям в настоящее время больше всего удовлетворяют p-i-n и лавинные фотодиоды (ЛФД), имеющие очень малую инерционность. При выборе фотоприемника учитыва ют, что для внутриобъектовых каналов лучше использовать p-i-n фотодиоды, а для зоновых и магистральных – ЛФД.
В табл. 5 представлены некоторые технические характеристики фотоприемных модулей. Все они имеют спектральный диапазон 700…1600 нс. (ЛМ означает лавинный ФД).
Таблица 5 Типы ФПМ
|
Тип модуля |
Скорость, Мбит/с |
Динамический диапазоН, дБ |
Чувствитель-ность, дБм |
Напряжение питания, В |
|
ФПМ-8М/ЛМ |
1 – 8 |
40 |
-50/-64 |
+5; -5/+5; -5; +45 |
|
ФПМ-34М/ЛМ |
8 – 34 |
30 |
-50/-60 |
+5; -5/+5; -5; +45 |
|
ФПМ-155М/ЛМ |
34 – 155 |
30 |
-44/-54 |
+5; -5/+5; -5; +45 |
|
ФПМ-622М |
622 |
>20 |
-37 |
+5; -5 |
|
ФПМ-622ЛМ |
622 |
>30 |
-44 |
+5; -5; +45 |
Основные характеристики отечественных лазерных модулей приведены в табл. 6.
Таблица 6 Типы ПРОМ
|
Скорость приема, Мбод |
Шумовая полоса, МГц |
Чувствительность |
Динамический диапазон, дБ |
Коэффициент передачи, В/мВт |
|
|
Миним. дБм |
Типовая дБм |
||||
|
4 |
2,5 |
-54 |
-55 |
50 |
400 |
|
16 |
11 |
-50 |
-51 |
45 |
200 |
|
68 |
50 |
-43 |
-45 |
40 |
70 |
|
160 |
110 |
-38 |
-40 |
36 |
35 |
|
320 |
220 |
-33 |
-35 |
30 |
8 |
|
565 |
350 |
-36 |
-37,5 |
25 |
0,8 |
|
678 |
420 |
-35 |
-36,5 |
24 |
0,7 |
|
1200 |
800 |
-31 |
-33 |
18 |
0,3 |
Влияние шумов значительно и поэтому требуемая минимальная мощность должна быть увеличена на 15 дБ при использовании ЛФД и на 30 дБ - при использовании p-i-n фотодиода. Это обеспечит требуе мый запас помехоустойчивости и вероятность ошибки менее 10-9.
РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ЗАПАСА СИСТЕМЫ
Энерге тический запас элементарного канала рассчитывается по формуле
Э=10lg(Рпер/Рф)=рпер – рф, дБм. (27)
где Рпер и рпер - мощность и уровень мощности вводимой в волокно;
Рф и рф - мощность и уровень мощности чувствительности приемника.
Уровень мощности определяется в дБм,
Рпер=10lg(Рпер/Р0) ; P0=1мВт; (28)
рф=10lg(Рф/Ро), дБм. (29)
При этом в зависимости от выбранного кода в линии средний уровень мощности определяют исходя из выражения
Рпер=Рс-ΔР,
где Рс - уровень средней мощности оптического сигнала; ΔР - изменение средней мощности, зависящее от кода (для NRZ ΔР = 3 дБ, для RZ ΔР = 6 дБ, для других кодов - пропорционально увеличению полосы по отношению NRZ).
Уровень вводимой мощности в волокно для ИК-диода пропорци онален квадрату апертуры:
Рс=Ризл(NA)2 (30)
Обычно NA = 0,15...0,2, т.е. при NA=0,2 (NA)2=4%, что соответ ствует потерям мощности 14 дБ.
Для устойчивой работы канала необходимо, чтобы энергетический потенциал не превышал величины потерь:
Э>. (31)
Суммарные потери в канале определяются соотношением
(32) где Lк - длина канала;
- погонное затуханиЕ, дБ/км;
Nнс - число не разъемных соединений;
Nрс - число разъемных соединений;
- затухание единичного неразъемного соединения;
- затухание единичного разъемного соединения.
Если неавенство (31) не соблюдается, то необходимо либо уменьшать длину Lк, либо выбирать ВОК с меньшим затуханием, либо уменьшать потери на стыках.
В практически используемых ВОК необходимо всегда предусма тривать энергетический запас, учитывающий деградацию компонен тов при различных эксплуатационных воздействиях. Как правило, он составляет 2...4 дБ. Схемотехническими и технологическими способами его можно снизить до 1дБ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА
Если приемная и передающая станции удалены на большое расстояние друг от друга (~100 и более км), могут потребоваться дополнительно одно или несколько регенерационных устройств для усиления оптического сигнала, ослабевающего в процессе его распространения, а также для восстановления фронтов импульсов. В качестве таких устройств используются повторители и оптические усилители.
Повторитель, который восстанавливает форму оптического сигнала до первоначальной, называется регенератором.
В линейных регенераторах имеются два полукомплекта (для прямого и обратного направлений передачи), которые преобразуют оптический сигнал в электрический; последний регенерируется, усиливается и затем обратно преобразуется в оптический сигнал, передаваемый далее по ОК.
При выполнении курсового проекта после того как выбраны система передачи и оптический кабель, на основе заданных качества связи и пропускной способности линии определяют, если необходимы, длины регенерационных участков .
Необходимость использования регенераторов обуславливается двумя факторами: с одной стороны по мере распространения оптического сигнала по кабелю происходит снижение уровня мощности; с другой стороны, - уширение передаваемых импульсов. Таким образом, длина ограничена либо затуханием , либо уширением импульсов в линии .
На рисунке (3) показан участок регенерации между выходом i-го и i+1 регенераторов.
Рисунок 3. Участок регенерации
В общем случае длина регенерационного участка состоит из строительных длин , где n - число строительных длин. С ростом длины линии уровень оптического сигнала (рис. 4) падает монотонно на строительных длинах кабеля и скачками - в точках соединения строительных длин из-за затухания на неразъемных соединениях ОВ.
Рис. 4. Зависимость уровня оптического сигнала от длины ОК
Разъемные соединители устанавливаются только в начале и конце регенерационного участка при стыковке выхода источника излучения (СИД или ЛД) с оптическим волокном и оптического волокна с фотоприемником Потери на разъемных соединениях в несколько раз выше потерь на неразъемных соединениях (табл 7). Кроме того возникают потери при макроизгибах и микроизгибах ОВ.
Табл. 7.Типовые потери в разъемах и соединениях оптических кабелей
|
Тип оптического волокна |
Потери в соединениях, дБ |
|
|
разъемных |
неразъемных |
|
|
Ступенчатый профиль 0,5. ..1,0 Градиентный профиль 0,5. .1, 5 Волоконный жгут 2...2,5 |
0,2...0,3 0.3...0.5 1 |
находится из условия, что уровень сигнала на входе регенератора не должен быть ниже минимально допустимого уровня приема , при котором обеспечивается требуемая достоверность передачи сигналов. Обозначив уровень передачи на выходе регенератора , имеем:
, (33)
где , - затухание в неразъемных и разъемных соединениях соответственно;
, - затухание на макро- и микроизгибах;
- количество неразъемных соединений на регенерационном участке, устанавливаемых на стыках строительных длин (39),
, (34)
- строительная длина ОК, (обычно =1; 2; 4; 6 км.) и выбирается в зависимости от констркции и соответственно ограничено массой.
Для учета дисперсии (уширения) сигнала необходимо выполнить требование
(35)
где Т, - длительность тактового интервала и тактовая частота сигнала в
выбранной системе передачи;
- длительность паузы.
- дисперсия (уширение импульса, отнесенное к 1 км.)
Если длительность паузы равна длительности посылки, то
, (36)
Отсюда следует
, (37)
т.е. для выбранного ОВ длина участка регенерации обратно пропорциональна скорости передачи системы.
Определив из (38), (39), находят максимальную длину регенерационного участка за счет дисперсии (37).
Для СОВ , с/км (38)
Для ГОВ , с/км (39)
Из определенных берут меньшее.
Число необслуживаемых регенераторов не должно превышать 10. При необходимости увеличить число необслуживаемых пунктов более 10, на магистрали предусматривают обслуживаемые регенерационные пункты через 10 необслуживаемых.
СМЕТА НА СТРОИТЕЛЬСТВО ПРОЕКТИРУЕМОЙ ВОЛС
Чтобы охватить наиболее полный расчет сметы на строительство проектируемой линии связи необходимо учесть каждый пункт из табл.8. Однако информация о стоимости работ по прокладке кабеля может оказаться недоступной. В этом случае можно приближенно считать, что стоимость всех работ по прокладке и обслуживанию линии равна стоимости самой линии.
Таблица 8 Смета на строительство
|
Наименование работ и материалов |
Единица измерения |
Количество на всю линию |
Стоимость материалов и работ, р. |
Заработная плата, р. |
||
|
На единицу измерения |
На всю линию |
На единицу измерения |
На всю линию |
|||
|
Кабель Прокладка кабеля кабелеукладчиком Прокладка кабеля вручную Строительство телефонной канализации Протягивание кабеля в канализации Устройство переходов через шоссейные и железные дороги Устройство переходов через роки шириной: До 100 м До 200 м Монтаж, измерение и герметизация муфт |
Км Км Км Км Км Один переход Один переход Км |
- |
||||
|
Итого |
Σ1 |
Σ2 |
||||
|
Заработная плата |
Σ2 |
|||||
|
Накладные расходы на зарплату 87% от Σ2 |
0,87 Σ2 |
|||||
|
Итого (Σ1+ 1,87Σ2) |
Σ3 |
|||||
|
Плановые накопления 8% от Σ3 |
0,08 Σ3 |
|||||
|
Всего (1+0,06) Σ3 |
РΣ |
Таблица 8 приведенная здесь является примером расчета сметы на строительство. В ней учитывается только стоимость материалов и работ, а так же заработная плата рабочих. В курсовом проекте необходимо привести наиболее полно заполненную таблицу с указанием источников , где были взяты данные. Далее необходимо рассчитать стоимость каналокилометра – основную характеристику, используемую при определении стоимости услуг линии связи.
Стоимость каналокилометра линейных сооружений определяется по формуле 40
, р/кан*км (40)
где nаб - общее число каналов, рассчитанное по формуле (5).
Ориентировочная стоимость ОК с градиентными ОВ марки ОКЛ-50-3... можно взять из табл.9, хотя лучше воспользоваться более новыми сведениями.
|
N |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
Стоимость р/км |
24500 |
27000 |
30000 |
40000 |
где N – число ОВ в повиве.
Стоимостные характеристики материалов, а так же заработная плата берется исходя из экономических условий данного времени.
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ВОЛС
Расчет и обеспечение требуемой надежности ВОЛС является очень объемной и трудоемкой задачей. Как правило, при ее выполнении требуется учесть довольно большое количество факторов, влияющих на функционирование проектируемой линии связи.
Требуемые показатели качества и на дежности для местной первичной сети (МСП), внутризоновой первичной сети (ВЗПС) и магистральной первичной сети (СМП) с максимальной протяженностью Lm приведены в табл.10.
Таблица 10 Показатели качества надежности
|
Показатели надежности для МСП, Lm ≤ 200 км |
Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой СП |
Канал ОЦК на перспективной цифровой сети |
Оборудование линейного тракта |
|
Коэффициент готовности |
0.997 |
0.9994 |
0,9987 |
|
Среднее время между отказами, ч |
>400 |
7000 |
>2500 |
|
Время восстановления, ч |
< 1.1 |
< 4,24 |
См. примечание |
|
Показатели надежности для ВЗПС, lm ≤1400 км |
Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой СП |
Канал ОЦК на перспективной цифровой сети |
Оборудование линейного тракта |
|
Коэффициент готовности |
>0,99 |
0.998 |
0,99 |
|
Среднее время между отказами, ч |
111.4 |
2050 |
>350 |
|
Время восстановления, ч |
< 1,1 |
< 4,24 |
См. примечание |
|
Показатели надежности для СПМ, Lm≤12500 км |
Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой СП |
Канал ОЦК на перспективной цифровой сети |
Оборудование линейного тракта |
|
Коэффициент готовности |
>0.92 |
>0.982 |
>0.92 |
|
Среднее время между отказами, ч |
>12.54 |
>230 |
>40 |
|
Время восстановления, ч |
>1.1 |
>4.24 |
См. примечание |
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 поврежде ний коаксиальных кабелей на магистральной первичной сети связи сред нее 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 определя ется как:
Λ=M*L/8760*100, (41)
При существующей на эксплуата ции стратегии восстановления, начи нающегося с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя (неготовности) определяется по формуле:
Кпа = Λ*V (1 + Λ*V) = V/(To+V), (42)
а коэффициент готовности:
Kг=1—Kn=To/(To+V), (43)
где: То — среднее время между отказа ми (или среднее время наработки на отказ), ч; V — время восстановления, ч;
Λ= 1/То — интенсивность отказов, 1/ч.
Среднее время между отказами се тевых трактов N-го порядка по отноше нию к среднему времени между отказами канала ОЦК (64 кбит/с) опреде ляется как:
To(N) = То (оцк) / 0.95N, (44)
Для последовательного соедине ния по надежности элементов системы передачи (на пример, участков магистрали или от дельных видов оборудования), сум марный коэффициент простоя равен:
Кп=Кп1 +Кп2+…, (45)
где: Кп1, Кп2,… — коэффициенты про стоя отдельных элементов СП, опреде ляемые в соответствии с выражением (42).
Анализ характерных причин неис правностей компонентов ВОСП (де градация зеркал лазерных граней, об разование «темных линий» в лазерах, развитие микротрещин ОК, рост зату хания при поглощении водорода, рост темнового потока в фотоприемнике и др.) показал, что не менее 70 % отка зов ВОСП может быть отнесено к по степенным. Проанализиловав вышесказанное можно организовать стратегию оптимальной эксплуатации ВОСП, когда сумарный коэффицент простоя будет минимален.
В ходе расчета сначала необходимо вычислить по данным характеристик надежности от дельных компонентов суммарные по казатели надежности всего комплекса ВОСП с использованием формул (41)…(45), затем полученные величины сравнить с требуемыми значения ми приведенными в табл 23 и сделать выводы по надежности проектируемой ВОСП.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
В табл. 11 представлены различные виды оптических волокон, а так же области их применения. Конкретный вид волокна выбирается исходя из проектируемой системы связи. Например для проектирования магистральной линии связи Омск – Новосибирск целесообразней всего использовать одномодовое волокно со смещенной дисперсией.
|
Волокно |
|||
|
Многомодовое волокно |
Одномодовое волокно |
||
|
Стандарт |
Область применения |
Стандарт |
Область применения |
|
ММF 50/125 Градиентное волокно |
ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) |
SF (NDSF) Cтупенчатое волокно |
Протяженные сети (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM, магистрали SDH) |
|
MMF 62.5/125 Градиентное волокно |
ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) |
DSF Волокно со смещенной дисперсией |
Сверхпротяженные сети, супермагистрали (SDH, ATM) |
|
NZDSF Волокно с ненулевой смещенной дисперсией |
Сверхпротяженные сети, супермагистрали(SDH, ATM), полностью оптические сети |
Как видно из табл. 11 многомодовые волокна со ступенчатым профилем показателя преломления в современных системах связи практически не используются. Это является следствием бурного развития методов производства ОВ. Сейчас рентабельность градиентных волокон стала сравнима, а то и выше волокон на основе ступенчатого профиля. Однако во многих функционирующих сетях все еще работают системы основанные на оптических волокнах со ступенчатым профилем.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Одним из важнейшим компонентов, определяющим надежность и долговечность ВОЛС, является волоконно-оптический кабель (ВОК). На сегодня в мире несколько десятков фирм, производящих оптические кабели различного назначения. Наиболее известные из них: AT&T, General Cable Company (США); Siecor (ФРГ); BICC Cable (Великобритания); Les cables de Lion (Франция); Nokia (Финляндия); NTT, Sumitomo (Япония), Pirelli(Италия).
В таблице 14 приведены ссылки на сайты некоторых производителей ОК.
Таблица 14 Каталоги ВО кабелей
|
сайт |
Название |
|
http://www.adp.ru/optic/cables/alcatel |
Каталог ВО кабелей производства ALTALEC |
|
http://www.adp.ru/optic/cables/MOHAWK |
Каталог ВО кабелей производства MOHAWK/CDT |
|
http://www.adp.ru/optic/cables/COMMSOP |
Каталог ВО кабелей производства COMMSCOPE |
|
http://www.adp.ru/katalog/optilan |
Каталог ВО кабелей производства TELDOR |
|
http://www.adp.ru/optic/cables/EL_PROV |
Каталог ВО кабелей НФ "Электропровод" (Россия) |
|
http://www.adp.ru/optic/cables/SARANSK |
Волоконно-Оптический Кабель “Сарансккабель-оптик” |
Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи.
По условиям эксплуатации кабели подразделяют на:
Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину.
Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров.
Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети.
При изготовлении ВОК в основном используются два подхода:
По видам конструкций различают кабели повивной скрутки, пучковой скрутки, кабели с профильным сердечником, а также ленточные кабели. Существуют многочисленные комбинации конструкций ВОК, которые в сочетании большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том числе - стоимостным.
Особый класс образуют кабели, встроенные в грозотрос.
МАГИСТРАЛЬНЫЕ КАБЕЛИ
НАЗНАЧЕНИЕ КАБЕЛЯ : Для прокладки в грунтах всех категорий, в том числе заражённых грызунами, кроме грунтов, подверженных мерзлотным деформациям, в воде, при пересечении неглубоких болот, водных преград и несудоходных рек , а также в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, на мостах, в кабельных шахтах, а кабели марок ОКНБ – М6П – …, ОКНБ – М8П – …, ОКНБ – М8Т – …, ОКНБ – М12П – …, ОКНБ – М12Т – …и внутри станций, зданий и сооружений.
Допустимое растягивающее усилие – не менее 10000 Н.
|
ПРИМЕР УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ : |
|
Наружный диаметр кабеля указан максимальный.
Описание конструкции кабеля
Поз. 1. Оптическое волокно (ОВ). Максимальное количество волокон в модуле с наружным диаметром 2 мм – 6 шт,
или служебная жила (СЖ) из медной мягкой проволоки диаметром 1,13 мм.
Поз. 2. Гидрофобный заполнитель (ГЗ).
Поз. 3. Оболочка оптического модуля (ОМ) из полибутилентерефталата, наружный диаметр 2,0 мм. Допускается вводить в конструкцию сплошные кордели заполнения (КЗ) из ПЭ, диаметром 2,0 мм или ОМ с наружным диаметром 2,0 мм с ГЗ без оптического волокна. Оболочка служебной жилы имеет наружный диаметр 2,0 мм.
Поз. 4. Пространство между модулями заполнено гидрофобным заполнителем.
Поз. 5. Скрепляющий элемент – обмотка полиэтилентерефталатной пленкой.
Поз. 6. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) – стеклопластиковый пруток диаметром 2, 0 мм.
Поз. 7. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) – стальной трос.
Поз. 8. Оболочка ЦСЭ из ПЭ. Наружный диаметр 3,3 мм для кабелей марки ОКБ – М8П – …, ОКНБ – М8П – …, ОКБ – М8Т –…, ОКНБ – М8Т –… и
6,0 мм для кабелей марки ОКБ – М12П – …, ОКНБ – М12П – …, ОКБ – М12Т –… и ОКНБ – М12Т –….
Поз. 9 Промежуточная оболочка кабеля из ПЭ. Для кабелей марки ОКНБ-М… промежуточная оболочка выполнена из ПЭ, не поддерживающего горение. Толщина оболочки зависит от марки кабеля и имеет значение от 0,8 до 1,0 мм.
Поз. 10. Бронепокров из стальных оцинкованных проволок. Для кабелей марки ОКБ – М6П –…, ОКНБ – М6П –… диаметр проволок 1,6 мм, для кабелей марки ОКБ – М8П –…, ОКНБ – М8П –…, ОКБ – М8Т – …, ОКНБ – М8Т – … диаметр проволок 1,8 мм, для кабелей марки
ОКБ – М12П –…, ОКНБ – М12П –…, ОКНБ – М12Т – …, ОКБ – М12Т – … диаметр проволок 2,4 мм.
Поз.11. Для кабелей марки ОКБ-М…-… пространство между броней и промежуточной оболочкой заполнено гидрофобным заполнителем, для кабелей марки ОКНБ-М…-… водоблокирующей лентой.
Поз.12. Защитная оболочка кабеля из ПЭ толщиной 2 мм. Для кабелей марки ОКНБ-М…-… защитная оболочка выполнена из ПЭ, не поддерживающего горение.
Допускается вводить вспарывающую нить (рип-корд) под защитную и (или) промежуточную оболочку.
Испытания кабеля проводятся в соответствии с ТУ 16.К12 – 16 – 97.
ГОРОДСКИЕ КАБЕЛИ
|
ПРИМЕР УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ : |
|
Предельно допустимое растягивающее усилие – не менее 1500 Н. |
Описание конструкции кабеля.
Поз. 1. Оптическое волокно (ОВ). Максимальное количество волокон в модуле с наружным диаметром 2 мм – 6 шт.,
или служебная жила (СЖ) из медной мягкой проволоки диаметром 1,13 мм.
Поз. 2. Гидрофобный заполнитель (ГЗ).
Поз. 3. Оболочка оптического модуля (ОМ) из полибутилентерефталата, наружный диаметр 2,0 мм. Допускается вводить в конструкцию сплошные кордели заполнения (КЗ) из ПЭ диаметром 2,0 мм или ОМ с наружным диаметром 2,0 мм с ГЗ без оптического волокна. Оболочка служебной жилы имеет наружный диаметр 2,0 мм.
Поз. 4. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) – стеклопластиковый пруток диаметром 2,0 мм.
Поз. 5. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) – стальной трос.
Поз. 6. Оболочка ЦСЭ из ПЭ. Наружный диаметр 3,3 мм для кабелей марки ОК – М8П – …, ОК – М8Т –… и 6,0 мм для кабелей марки ОК – М12П – …, ОК – М12Т –….
Поз. 7. Пространство между модулями заполнено гидрофобным заполнителем.
Поз. 8. Скрепляющий элемент – обмотка полиэтилентерефталатной пленкой.
Поз. 9 Наружная оболочка кабеля из ПЭ толщиной 2 мм.
По согласованию с заказчиком допускается вводить вспарывающую нить (рип-корд) под наружную оболочку.
ПОДВЕСНЫЕ КАБЕЛИ
|
ПРИМЕР УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ : |
|
Геометрические размеры кабеля |
|
Допустимое растягивающее усилие кабелей всех марок не менее 3000 Н. |
Поз. 1. Оптическое волокно (ОВ). Максимальное количество волокон в модуле с наружным диаметром 2 мм – 6 шт,
Поз. 2. Гидрофобный заполнитель (ГЗ).
Поз. 3. Оболочка оптического модуля (ОМ) из полибутилентерефталата, наружный диаметр 2,0 мм. Допускается вводить в конструкцию сплошные кордели заполнения (КЗ) из ПЭ, диаметром 2,0 мм или ОМ с наружным диаметром 2,0 мм с ГЗ без оптического волокна.
Поз. 4. Пространство между модулями заполнено гидрофобным заполнителем.
Поз. 5. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) – стеклопластиковый пруток диаметром 2, 0 мм.
Поз. 6. Скрепляющий элемент – обмотка полиэтилентерефталатной пленкой.
Поз. 7. Внешний силовой элемент – стальной трос.
Поз. 8. Внешний силовой элемент – стеклопластиковый пруток.
Поз. 9. Внешний силовой элемент – трос из высокопрочных нитей.
Поз.10. Наружная оболочка кабеля из ПЭ.
ВНУТРИОБЪЕКТОВЫЕ КАБЕЛИ
ПРИМЕР УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ :
|
ОК–М(0,9)–62,5–… |
Наружный диаметр кабеля указан максимальный.
НАЗНАЧЕНИЕ КАБЕЛЯ : Для прокладки внутри аппаратуры, станций, зданий и сооружений.
Поз.1. Оптическое волокно (ОВ).
Поз.2 – Упрочняющие нити.
Поз.3 – Защитная оболочка кабеля. Наружный диаметр 0,9 мм.
Расцветка защитной оболочки кабеля с ОВ: 62,5/125 – серая, 50/125 – оранжевая, 10/125 – желтая, 8/125 – зеленая.
Масса кабеля (справочная) – 0,9 кг/км.
Г
Е
ПРОМ
ПОМ
ВОтракт
Rн
(20)
Регене-ратор i
Регене-ратор i+1
’’’
р
р
н
Р
0
’’’
р