Выбор и расчёт трассы прокладки волоконно-оптического кабеля

СОДЕРЖАНИЕ Задание на курсовой проект

1. Выбор и обоснование трассы прокладки ВОЛП между пунктами Орёл — Пенза

2. Расчёт необходимого числа каналов

3. Выбор системы передачи и типа ОК

3.1 Выбор системы передачи и определение требуемого числа оптических волокон в ОК

3.2 Выбор типа оптического кабеля

3.3 Характеристики системы передачи

4. Расчёт параметров оптического кабеля

4.1 Параметры кабеля

4.2 Передаточные характеристики

5. Расчёт длины регенерационного участка

5.1 Расчёт длины РУ, обусловленной дисперсией

5.2 Расчёт длины РУ, обусловленной затуханием

6. Смета на строительство и монтаж ВОЛП Заключение

волоконный кабель канал трасса

ВВЕДЕНИЕ

В современном информационном мире каждые пять лет объём передаваемой информации увеличивается вдвое, соответственно, встаёт задача передачи большого количества информации с максимальной скоростью и высокой степенью достоверности на большие расстояния и её обработка.

Ведущая роль в решении этой задачи принадлежит волоконно-оптическим линиям передачи (ВОЛП), которые по своим техническим характеристикам превосходят все существующие системы передачи информации.

Направляющей системой ВОЛП являются волоконно-оптические кабели, которые обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с обычными медными кабелями:

большая широкополосность, возможность работы в диапазоне частот 1014−1015 Герц, что позволяет обеспечить большое число каналов и, соответственно, громадную пропускную способность;

малая металлоёмкость, отсутствие дефицитных и дорогостоящих материалов в кабеле, основным сырьём для производства которого является двуокись кремния SiO2;

высокая помехозащищённость к внешним воздействиям, отсутствие переходных помех между отдельными волокнами, уложенными в кабель;

малые габариты и масса, что упрощает прокладку кабеля;

малое значение коэффициента затухания в широкой полосе частот, что позволяет обеспечить большую длину регенерационных участков;

отсутствие коротких замыканий, возможность использования кабеля в опасных зонах;

большая строительная длина обуславливает уменьшение числа соединительных муфт, что увеличивает надёжность и большую дальность связи.

Благодаря перечисленным преимуществам, волоконно-оптические линии передачи полностью вытеснили кабели других типов с рынка связи и, в настоящее время, подавляющее большинство всех прокладываемых кабелей приходится на волоконно-оптические кабели (ОК).

В настоящее время ОК по своему назначению подразделяются на магистральные, внутризоновые, местные (городские), объектовые и монтажные.

Магистральные ОК предназначены для передачи информации на большие расстояния. Соответственно, они должны обладать малым затуханием, малой дисперсией и большой широкополосностью. Магистральные кабели используются для соединения между собой крупных населённых пунктов, отстоящих друг от друга на значительные.

Внутризоновые ОК предназначены для передачи информации на расстояние до 600 км и используются, как правило, для соединения центра субъекта федерации (в случае России) с районными центрами субъекта.

В зависимости от условий прокладки и эксплуатации ОК подразделяются на подземные и подводные.

Подземные кабели укладываются либо непосредственно в грунт (тогда кабель в обязательном порядке должен иметь бронепокров), либо в телефонную кабельную канализацию.

Подводные ОК предназначены для организации связи через большие водные преграды. Укладываются, как правило, непосредственно на дно. Разумеется, такие кабели должны иметь бронепокровы и оболочки, защищающие от агрессивного воздействия морской воды.

Целью данного курсового проекта является выбор и расчёт трассы прокладки волоконно-оптического кабеля между заданными населёнными пунктами.

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТРАССЫ ПРОКЛАДКИ ВОЛП МЕЖДУ ПУНКТАМИ ОРЁЛ — ПЕНЗА.

Трассу для прокладки оптического кабеля между оконечными пунктами выбирают из следующих условий:

— минимальная длина кабеля между оконечными пунктами;

выполнение наименьшего объёма работ при строительстве;

возможность максимального применения наиболее эффективных средств индустриализации и механизации строительных работ;

удобство эксплуатации сооружений и надёжность их работы.

Из сказанного ясно, что кабель должен быть проложен в легкодоступных местах, однако на достаточном расстоянии от предметов и механизмов, могущих повредить его.

Как правило, кабель укладывают вдоль магистральных автомобильных дорог — это облегчает строительные работы и транспортировку людей и оборудования к месту прокладки. В случае отсутствия автомагистралей трассы проектируют вдоль автомобильных дорог областного и местного значений или, в отдельных случаях, вдоль железных дорог. При отсутствии автомобильных и железных дорог, трассы ОК должны проходить по землям несельскохозяйственного назначения или по сельскохозяйственным угодьям худшего качества, или лесным массивам, в обход возможных затоплений, обвалов, зон с большой плотностью населения грызунов.

При выборе трасс ОК учитывается наличие существующих подземных коммуникаций (нефтепроводов, газопроводов, кабелей связи, высоковольтных кабелей и т. д.).

Глубина прокладки подземных ОК в грунты I-IV групп составляет не менее 1,2 метра.

При пересечении автомобильных и железных дорог прокладка кабелей производится в асбоцементных трубах.

Проектируемая трасса проходит через города: Пенза, Тамбов, Липецк, Ливны, Орёл. Есть несколько вариантов прокладки кабеля между Орлом и Пензой, поскольку в данном регионе пролегает много магистральных автодорог. Но была выбрана трасса, соединяющее оконечные пункты по наиболее короткой и прямолинейной траектории.

2. РАСЧЁТ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА КАНАЛОВ Необходимое число каналов находится по формуле где 1 и 1 — коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям. Для потерь, составляющих 5%, они равны 1=1,3 и 1=5,6.

f1=0,05 — потери.

y=0,05 (эрл.) — средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом.

mа и mб — количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями АМТС.

mа = 0,3Nа, где Nа — численность населения Орловской области,

mб = 0,3Nб, где Nб — численность населения Пензенской области.

Численность населения в заданном пункте и его окрестностях с учётом среднего прироста определяется по формуле где Н0 — народонаселение в период проведения переписи.

Р — среднегодовой прирост населения в данной местности (примем его на уровне 2%).

t — период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения. Год перспективного проектирования обычно принимают на 5−10 лет вперёд по отношению к текущему. Примем этот период за 5 лет.

Таким образом, t = 5 + (tm — t0),

где tm — год составления проекта,

t0 — год, к которому относятся данные Н0.

Согласно данных статистики, население Орловской области в 2001;м году составило 891,1 тысячи жителей, а население Пензенской области в 2002;м — 1530,6 тысяч.

tП = 5 + (tm — t0)=5+(2002;2002)=5+0=5.

tО = 5 + (tm — t0)=5+(2002;2001)=5+1=6.

Тогда имеем:

mа = 0,31 003 520 = 301 056,

mб = 0,31 689 900 = 506 970.

Таким образом, проект предусматривает создание 620 телефонных каналов.

3. ВЫБОР СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ТИПА ОК

3.1 Выбор системы передачи и определение требуемого числа оптических волокон в ОК Общее число каналов равно

nаб = 2nтф + 3200 = 2620 + 3200 = 4440.

Здесь добавлено два телевизионных канала, поскольку каждый из соединяемых пунктов имеет свою сеть телевизионного вещания.

где p — коэффициент многоканальности.

что соответствует двум системам передачи «Сопка-4м», работающим на длине волны 1,55 мкм.

Определим количество оптических волокон в кабеле.

nов=2nсп=23=6. То есть следует выбрать восьмиволоконный кабель, в котором два волокна резервные.

3.2 Выбор типа оптического кабеля Для данной трассы выберем кабель ОКЛС-03−0,3/2,0−8. Этот ОК имеет центральный профилированный элемент, армированный стеклопластиковым стержнем, в пазы которого уложены оптические волокна, броню из стеклопластиковых стержней и защитную полиэтиленовую оболочку.

Кабель ОКЛС-03−0,3/2,0−8 вносит затухание 0,3 дБ/км и имеет дисперсию 2 пс/(нскм). Кабель выдерживает растягивающее усилие 2,5 кН, что приблизительно соответствует массе в 250 килограммов. Это позволяет укладывать кабель в грунты I-IV категорий.

3.3 Характеристики системы передачи Как было отмечено выше, выбрана система передачи «Сопка-4м». Она предназначена для организации связи по одномодовому оптическому кабелю на длине волны =1,55 мкм на магистральном участке первичной сети. Система обладает следующими параметрами:

4. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ

4.1 Параметры кабеля а) Относительное значение :

б) Апертура волокна в) аппертурный угол г) Нормированная частота д) Число мод, распространяющихся в световоде Однако, для аппаратуры «Сопка-4м» используется одномодовое волокно.

4.2 Передаточные характеристики а) Дисперсия В одномодовых волокнах, присутствует только хроматическая дисперсия и общее выражение упрощается:

рез=|хр|, где Здесь:

мат=М () — материальная дисперсия, где — ширина спектральной линии источника излучения (для полупроводникового лазера составляет величину порядка 2 нм), М () — удельная материальная дисперсия, l — длина трассы;

вв=B () — волноводная дисперсия, В () — удельная волноводная дисперсия;

пр=П () — профильная дисперсия, где П () — удельная профильная дисперсия.

Таким образом, можно записать:

рез=|М ()+B ()+П ()|=|(М ()+В ()+П ())|.

С увеличением длины линии дисперсия возрастёт, а полоса пропускания уменьшится. Это явление учитывается при определении длины регенерационного участка.

Известно, что М ()= -18 (пс/нмкм) В ()=12 (пс/нмкм) П ()=5,5 (пс/нмкм) рез=|(-18+12+5,5)|=|2(-0,5)|=1 (пс/км).

Б) Потери. Коэффициент затухания.

В общем случае коэффициент затухания ОВ определяется следующими составляющими:

общ=соб+каб, где соб=погл+расс+прим,

где, затухание, обусловленное поглощением:

В эту формулу длина волны подставляется в километрах. Тогда результат получится в дБ/км. Величина tg учитывает чистоту кварца.

Затухание, обусловленное рассеянием:

Здесь:

k = 1,3810−23 — постоянная Больцмана, Т = 1500 К — температура кристаллизации кварца,

= 8,110−11 м/Н — коэффициент сжимаемости кварца.

Таким образом, Затуханием, обусловленным влиянием примесей — прим, пренебрегаем.

Имеем:

соб=погл+расс=0,2 591+0,12 144 = 0,14 735 (дБ/км),

общ=соб+каб=0,14 735+0,5=0,64 735 (дБ/км).

5. РАСЧЁТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА

5.1 Расчёт длины РУ, обусловленной дисперсией Где Fт = 167,117 МГц — тактовая частота системы передачи.

На практике используется формула

5.2 Расчёт длины РУ, обусловленной затуханием где

П =38 дБ — энергетический потенциал аппаратуры;

анс=0,3 дБ — затухание на неразъёмных соединениях;

арс=0,5 дБ — затухание на разъёмных соединениях;

lсд — строительная длина кабеля.

Таким образом, Выбираем меньшее значение длины регенерационного участка:

lру 53,92 км.

На трассе длиной 704 километров потребуется установить четырнадцать необслуживаемых регенерационных пунктов. Необходимости в обслуживаемых пунктах регенерации нет, так как аппаратура «Сопка-4м» позволяет расставлять ОРП на расстоянии до 830 километров друг от друга.

Длина каждого регенерационного участка составляет 50 километров, длина регенерационных участков ОП1-НРП1 и НРП14-ОП2 составляет 52 километра.

6. СМЕТА НА СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ ВОЛП Смета на строительство объекта является одним из основных документов, на основании которого осуществляется планирование капитальных вложений, финансирование строительства и расчёт за выполненные строительно-монтажные работы (СМР) между заказчиком и подрядчиком.

Имеем:

Общая протяжённость трассы lобщ=704 км;

Прокладка ОК в городской кабельной канализации:

Пенза: 3 км, Орёл: 3 км;

Пересечение автомобильных и железных дорог: 26;

Пересечение водных преград: 8;

Количество муфт:

Расход кабеля:

lкаб=7041,04+6=738 (км) Смета на прокладку и монтаж кабеля приведена в таблице:

Заработная плата

Объектная смета на строительство линейных сооружений

Стоимость канало-километра Стоимость километра трассы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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 значительно большую пропускную способность.

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

В данном курсовом проекте был предложен вариант прокладки ВОЛП по маршруту Пенза-Орёл. На основании проекта составлена смета на строительство и монтаж трассы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Ионов А. Д. «Волоконная оптика в системах связи и коммутации», учебное пособие часть 1, Новосибирск, СибГАТИ, 1998.

Заславский К. Е. «Волоконная оптика в системах связи и коммутации», учебное пособие часть 2, Новосибирск, СибГУТИ, 1999.

Атлас автомобильных дорог, Минск 1997.

Сайт Internet: www.tl.ru/~kit/info/kol2000/intro.htm

Сайт Internet www. goldenrussia.ru/ru/page.php3?orlovskaya_obl.