Волоконно-оптические системы связи

1 Выбор и обоснование проектных решений.

1.1 Трасса кабельной линии передачи.

1.2 Характеристика оконечных и промежуточных пунктов.

1.3 Обоснование и расчет уровня ТКС.

1.4 Выбор и характеристика транспортной системы.

1.4.1 Транспортные системы SDH.

1.5 Выбор оптического кабеля.

1.6 Расчет предельных длин участков регенерации.

1.7 Схема организации связи.

1.7.1 Общие положения.

1.7.2 Схема организации связи с ВОСП SDH.

2 Расчет параметров ВОЛП.

2.1 Расчет быстродействия ВОЛП.

2.2 Расчет вероятности ошибок ПРОМ.

2.3 Расчет порога чувствительности ПРОМ.

2.4 Расчет затухания соединителей ОВ.

2.5 Расчет распределения энергетического потенциала.

3 Организация управления сетью связи.

3.1 Общие положения.

3.2 Сеть управления электросвязью.

3.3 Функции управления.

3.3.1 Общие функции управления.

3.3.2 Управление сообщениями об аварийных ситуациях.

3.3.3 Конфигурирование элементов и сети.

3.3.4 Управление конфигурацией.

3.4 Управление оборудованием и сетью связи фирмы Alcatel.

3.4.1 Система управления Alcatel.

3.4.2 Рабочая станция 1353 ЕМ.

3.4.3 Конфигурирование элементов и сети.

3.4.4 Маршрутизация.

3.5 Организация служебных каналов.

4 Синхронизация цифровой сети.

5 Надежность оптической линии передачи.

5.1 Термины и определения по надежности.

5.2 Расчет параметров надежности.

6 Технико-экономическое обоснование.

6.1 Цель проекта.

6.2 Вид расчета.

6.3 Расчет капитальных затрат.

6.4 Тарифы и цены.

6.5 Расчет тарифных доходов.

6.6 Расчет годовых эксплуатационных расходов.

Заключение

Список использованной литературы.

В настоящее время ускорение технического прогресса невозможно без совершенствования средств связи, систем сбора, передачи и обработки информации. В вопросах развития сетей связи во всех странах большое внимание уделяется развитию систем передачи и распределения (коммутации) информации.

Наиболее широкое распространение в последнее время получили многоканальные телекоммуникационные системы (ТКС) передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), работающие по волоконно-оптическим кабелям (ОК).

В настоящее время волоконно-оптическая связь широко применяется не только для организации телефонной связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонии, радиовещания, передачи данных и т. д.

Дальнейшему развитию методов и аппаратуры волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) способствуют уникальные свойства волоконно-оптических линий связи (ВОЛС):

— малые затухание и дисперсия оптических волокон (ОВ);

— гибкость в реализации требуемой полосы пропускания;

— широкополосность;

— малые габаритные размеры и масса ОВ и ОК;

— невосприимчивость к внешним электромагнитным полям;

— отсутствие искрения при обрывах, коротком замыкании и ненадёжных контактах;

— допустимость изгиба световода под малым радиусом;

— низкая стоимость материала световода;

— возможность использования ОК, не обладающих электропроводностью и индуктивностью;

— высокая скрытность связи;

— высокая прозрачность ОВ;

— возможность постоянного усовершенствования системы связи по мере появления источников с улучшенными характеристиками.

Кроме того, отечественными и зарубежными фирмами разработана и продолжает разрабатываться широкая номенклатура волоконных световодов и оптических кабелей для ВОСП различных предназначений и структур. Для широкополосных систем дальней связи, в частности магистральных, изготавливаются кабели с одномодовыми волокнами, т. е. волокнами, в которых распространяется лишь основной тип колебаний. Здесь одновременно предъявляются и наиболее высокие требования по снижению затухания и дисперсионных искажений. Изготавливаются волокна, обеспечивающие сохранение поляризации в распространяющемся оптическом излучении.

Такие кабели, предназначенные для магистральной связи, весьма сложны в изготовлении и относительно дороги. Кроме того, их использование предусматривает сочетание с лазерными передающими оптическими модуляторами (ПОМ), к которым также предъявляются повышенные требования в отношении спектральной чистоты излучения, высокой стабильности всех характеристик излучения и т. д. Например, АО «Самарская оптическая кабельная компания» для использования на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) производит оптические кабели ОКЛ, кабели ОКГТ-4, встраиваемые в грозозащитный трос и самонесущие кабели ОКС-26. В них используется оптические волокна фирмы Corning — крупнейшего производителя ОВ в мире.

В последнее время на ВСС широко внедряются ТКС синхронной цифровой иерархии (СЦИ, англ. SDH), работающих также по ВОЛС.

SDH — это набор цифровых структур, стандартизированных с целью транспортирования нужным образом адаптированной нагрузки по физическим цепям. В SDH реализуется комплексный процесс перемещения информации, включающей в себя не только передачу сигналов, но и глубокую автоматизацию функций контроля, управления и обслуживания (ОАМ — Operation, Administration and Manaqement).

SDH разработана с учетом недостатков РDH и по сравнению с последней имеет следующие преимущества:

1) Возможность передачи широкополосных сигналов, предполагаемых в будущем.

2) Синхронизация сети и синхронная техника мультиплексирования.

3) Использование синхронной схемы передачи с побайтным мультиплексированием.

4) Временное выравнивание за счет побайтового двухстороннего стаффинга.

5) При мультиплексировании осуществляется синхронизация под входные сигналы.

6) Возможность плезиохронной работы при необходимости. В этом случае стаффинг осуществляется за счет двустороннего побитового выравнивания.

7) SDH удачно сочетается с действующими системами РDH и позволяет существенно улучшить управляемость и эффективность этих сетей.

8) Мультиплексирование с использованием техники указателей (пойнтеров). Фазовые соотношения между циклом SТМ и полезной нагрузкой записывается с помощью указателей. Таким образом, доступ к определенному каналу возможен за счет использования указателя.

9) Возможность ввода/вывода компонентных сигналов на любом пункте.

10) Встроенная система оперативного переключения сокращает потребности в аппаратуре, улучшает производительность и надежность сети, позволяет выполнять кросскоммутацию потоков на различных уровнях согласно планируемой конфигурации сети, а также ускоряет процедуры восстановления сети в аварийных ситуациях.

11) SDH обеспечивает надежную трассу передачи системой указателей, которая способствует безупречной работе даже в случае, когда узлы несинхронизированы. Для стыковки сигналов РDH применяется юстификация по битам. Все это вместе гарантирует исключительно низкий коэффициент ошибок по битам.

12) Кольцевые сети SDH обеспечивают экономичное резервирование маршрута и оборудования без сложных схем резервирования сети.

13) Высокая надежность и самовосстанавливаемость сети с использованием резервирования и автоматического переключения в обход поврежденного участка за счет полного мониторинга сети и использования кольцевых топологий.

14) Простота перехода с одного уровня SDH на другой. Структура мультиплексированного сигнала SТМ — N идентична структуре сигнала SТМ-1. Скорости транспортировки сигналов SТМ — N определяются умножением базовой скорости 155,52 Мбит/с на N, поэтому при мультиплексировании не требуется формирования нового цикла.

15) Гибкая структура цикла предоставляет возможность для наращивания пропускной способности системы.

16) Прозрачность сети SDH для передачи любого трафика, обусловленная использованием виртуальных контейнеров.

17) Возможность прямого преобразования электрического сигнала в оптический без сложного линейного кодирования. Управление за счет контроля количества ошибок на различных участках передачи информации.

18) Единый всемирный стандарт для производителей оборудования, высокий уровень стандартизации SDH технологий и стандартизованный линейный код NRZ обеспечивают совместимость мультиплексного и линейного оборудования разных фирм — изготовителей.

19) Предоставление услуг по требованию, обеспечиваемое гибкими элементами сети и эффективным управлением сетью.

20) Сокращение издержек технической эксплуатации (ТЭ) и технического обслуживания (ТО) вследствие широких возможностей сетевого управления в системах SDH. Управление функциями передачи, резервирования, оперативного переключения, ввода/вывода и контроля на каждой станции и во всей транспортной системе осуществляется программно и дистанционно по каналам, встроенным в цикл STM, полная автоматизация процессов эксплуатации сети SDH, радикально повышает её гибкость и надежность, а также качество связи.

Наличие служебных битов в составе передаваемых структур позволяет:

— контролировать их прохождение по сети и обеспечивать качество услуги «абонент-абонент»;

— контролировать состояние элементов сети;

— организовать управление сетью (реконструкция, самовосстановление при авариях), что создает предпосылки для достижения её высокой надежности и живучести.

Таким образом, на сетях связи всех уровней на ВОЛС некоторое время будут совместно находиться на эксплуатации ВОСП РDH и SDH. Такое положение сохранится до полного вытеснения систем РDH системами SDH. Поэтому на данном этапе развития ВСС весьма важным является умение проектировать цифровые оптические линии передачи и оценивать качество их функционирования.

1 Выбор и обоснование проектных решений.

1.1 Трасса кабельной линии передачи.

Исходя из задания на ДП волоконно-оптическая линия связи должна быть построена способом подвески ОК на опорах высоковольтной линии передачи.

Такое решение принято на основании следующих особенностей сооружения ВОЛС по линиям электропередачи (ЛЭП) по сравнению с традиционным способом прокладки кабеля в грунт:

— уменьшение сроков строительства;

— отсутствие необходимости отвода земель и согласования с землепользователями, центральными и местными административными органами;

— уменьшение количества повреждений в районах городской застройки и промышленных зон;

— снижение капитальных и эксплуатационных затрат в районах с тяжелыми грунтами.

Трасса ВОЛС определяется наличием существующих линий электропередачи.

Трасса волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) разделяется на десять регенерационных участка (РУ):

РУ — 1 Волгоград — р. п. Городище — 15,9 км РУ — 2 Городище — Иловля — 79,9 км.

РУ — 3 Иловля — Фролово — 74,1 км РУ — 4 Фролово — Михайловка — 53,6 км РУ — 5 Михайловка — Даниловка — 85,7 км РУ — 6 ДаниловкаКотово — 61,8 км РУ — 7 Котово — Камышин — 60,2 км РУ — 8 Камышин — Дубовка — 146 км РУ — 9 Дубовка — Котлубань — 52,6 км РУ — 10 Котлубань — Волгоград — 53,6 км.

Общая протяженность трассы составляет 683,4 км.

Трасса проектируемой ВОСП пересекает следующие естественные препятствия, электрифицированные и не электрифицированные железные дороги; магистральные автомобильные дороги; асфальтированные и грунтовые дороги; линии связи; трубопроводы и нефтепроводы; садоводческие постройки; огороды; реки, овраги.

Все переходы и пересечения выполняются в соответствии с электрическими и механическими расчетами на существующих опорах ВЛ 220кВ. Расположение ВОК в пролетах выше фазных проводов и, соответственно, габарит по вертикали от ВОК до пересечения больше, чем между линейными проводами и инженерными сооружениями, перечисленными выше.

Спуск с опор ВЛ и заходы в здания производятся в соответствии с правилами проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше,.

Подробное описание проектируемой трассы ВОЛС возможно только после натурного обследования.

1.2 Характеристика оконечных и промежуточных пунктов.

Существующая внутризоновая сеть Волгоградской области построена по радиальному принципу с преимущественным тяготением трафика от районов к областному центру. Исходные данные на строительство сети SDH разработаны с учетом переключений существующих внутризоновых каналов связи и их увеличением для нужд внутризоновой сети Волгоградской области с организацией кольца Волгоград — Городище — Иловля — Фролово — Михайловка — Даниловка — Котово — Камышин — Дубовка — Котлубань — Волгоград.

По проектируемой трассе расположены два города областного подчинения (г. Михайловка, г. Камышин) и два районных центра (р. п. Даниловка, г. Котово), в которых сосредоточены предприятия, такие как Себряковский цементный завод, Камышинский х/б комбинат, Кузнечно-литейный завод, Котовский завод электролампового оборудования, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции (мясомолочного животноводства, зерна, овощей), предприятия пищевой промышленности и нефтегазодобывающей промышленности.

В перечисленных районах сосредоточено 443,8 тыс. населения.

1.3 Обоснование и расчет уровня ТКС.

На существующих ВОЛС внутризоновой сети Волгоградской области предусмотрена замена оборудования ПЦИ типа ФК-34, ФК-35 на оборудование СЦИ уровня STM-4, переносимого с ГТС г. Волгограда с частичным их дооборудованием и постановкой двух новых мультиплексоров в объеме линейных, станционных и энергосооружений.

Мультиплексоры типа Alcatel 1651, снимаемые с ГТС г. Волгограда в соответствии со схемой организации связи предусматривается установить на АМТС г. Волгограда и в зданиях РУС р. п. Городище, р. п. Иловля, г. Фролово, г. Михайловка, р. п. Даниловка, г. Котово.

В высвобождаемых с сети ГТС г. Волгограда мультиплексорах 1651 SM, оптимизированных на длину волны 1,33 мкм., при их переносе на внутризоновую сеть предусматривается замена агрегатных плат на агрегатные платы, оптимизированные на длину волны 1,55 мкм. Исключение составляет участок ВОЛС Волгоград — Городище протяженностью 15, км, на котором агрегатные платы в мультиплексорах Alcatel1651, оптимизированные на длину волны 1,33 мкм не заменяется.

Для определения необходимого числа каналов при проектировании используем методику кольцевой сети или линии передачи, соединяющей несколько АТС, при неизвестных количествах каналов (или потоков 2 Мбит/с) между АТС.

На участке ВОЛС Камышин — Дубовка протяженностью 146 км проектом предусматривается установка двух новых мультиплексоров типа Alcatel 1660, в состав которых входят оптические усилители, позволяющие перекрыть затухание, вносимое ОК.

Для ввода-вывода трибутарных потоков Е1, превышающих количество 63Е1, в г. г. Волгограде и Михайловке также предусматривается установка мультиплексоров типа Alcatel 1641, переносимых из г. Волгограда.

Для организации каналов т. ч. и каналов n х 64 кбит/с для нужд корпоративной сети ОАО «Волгоградэлектросвязь» и для предоставления услуги аренды каналов сторонним юридическим лицам и операторам проектом предусматривается разбивка потоков Е1 с помощью функций кросс-коннекции.

1.4 Выбор и характеристика транспортной системы.

Схема распределения потоков разработана с учетом расширения ГТС и СТС Волгоградской области, организации потоков для мультиплексорной сети ПД ОАО «Волгоградэлектросвязь», для каналов радиовещания, для сетей сторонних операторов и перспективы развития внутризоновой сети.

Для организации на внутризоновой сети синхронного кольца предусматривается оборудование SDH уровня STM-4 со скоростью передачи 622 Мбит/С по схеме резервирования 1+1. В качестве оборудования предусматривается оборудование мультиплексоров типа Alcatel 1651, Alcatel 141.

Для исключения строительства НРП в связи с большой протяженностью участка Камышин — Дубовка (L=146 км) предусматривается в РУС Камышин и РУС Дубовка установить новые мультиплексоры OPTINEX-1660SM с входящими в их состав оптическими усилителями.

1.4.1 Транспортные системы SDH.

Новые возможности цифровых коммутаторов и технических средств транспортной среды (возможность реализации мощных транспортных сетей на базе ВОЛС и мультиплексоров SDH: терминальных, ввода/вывода, с кросс-коммутацией) с перспективой увеличения пропускной способности без существенной реконструкции, способность SDH к глубокой автоматизации и контролю элементов сети и качества услуг, а также к автоматическому и программному управлению сложными конфигурациями.

Достижения современной техники коммутации и передачи сместили акценты в распределении затрат. Стоимость канало-километра стремительно снижается, а стоимость точки коммутации если не растет, то снижается значительно меньшими темпами. С другой стороны, появление SDH и мощных мультиплексоров с кросс-коммутацией превратили сеть передачи по сути в распределённый коммутатор.

Транспортная сеть или система (ТС) может охватывать участки зоновых линий передачи. ТС органически объединяет сетевые ресурсы, которые выполняют функции передачи информации, контроля и управления (оперативного переключения, резервирования и т. д.). ТС является базой для всех существующих и планируемых служб интеллектуальных, персональных и других сетей. Информационной нагрузкой ТС SDH являются сигналы PDH. Аналоговые сигналы предварительно преобразуются в цифровую форму с помощью имеющегося на сети аналого-цифрового оборудования. Универсальные возможности транспортирования разнородных сигналов достигаются в SDH благодаря использованию принципа контейнерных перевозок. В ТС SDH перемещаются не сами сигналы нагрузки, а новые цифровые структуры — виртуальные контейнеры, в которых размещаются сигналы нагрузки. Сетевые операции с контейнерами выполняются независимо от их содержания. После доставки на место и выгрузки из виртуальных контейнеров (VC) сигналы нагрузки обретают исходную форму. Поэтому ТС SDH является прозрачной для любых сигналов.

ТС SDH содержит информационную сеть и систему обслуживания.

Таблица 1.1 — Соответствие слоёв SDH с информационными структурами.

Рисунок 1.1 — Послойное строение сети SDH.

Архитектура информационной сети представляет собой функциональные слои, связанные между собой отношениями клиент-слуга. Все слои выполняют определённые функции и имеют стандартизированные точки доступа. Каждый слой оснащён собственными средствами контроля и управления и может создаваться и развиваться независимо. На рисунке 1.1 показано послойное строение сети SDH, а в таблице 1.1 — соотношение указанных слоёв с информационными структурами SDH. Указанное свойство SDH облегчает эксплуатацию сети и позволяет достичь наиболее высоких технико-экономических показателей. Сеть SDH содержит три топологически независимых слоя: каналов, трактов и среды передачи. Создание сетевых конфигураций, контроль и управление отдельными станциями и всей информационной сетью осуществляется программно и дистанционно с помощью системы обслуживания SDH. Система решает задачи обслуживания современных сетей связи: оптимизирует эксплуатацию аппаратуры разных фирм-производителей в зоне одного оператора и обеспечивает автоматическое взаимодействие зон разных операторов. Система обслуживания делится на подсистемы. Доступ к каждой SDH-подсистеме осуществляется через главный в этой подсистеме (шлюзовый) узел или станцию SDH.

В слое среды передачи находятся самые крупные структуры SDH: синхронные транспортные модули (STM), представляющие собой форматы линейных сигналов. Они же используются на интерфейсах сетевых узлов.

На рисунке 1.2 показаны циклы STM-1 и VC-4. Административный блок AU-4 образуется по алгоритму.

C-4 + POH = VC-4, VC-4 + AU PTR = AU-4,.

где POH — трактовый заголовок VC-4;

AU PTR — указатель административного блока.

Рисунок 1.2 — Структура цикла STM-1 и фрагменты отображения AU-4 на STM.

Цикл STM имеет период повторения 125 мкс и изображен в виде прямоугольной таблицы из 9 рядов и 270 столбцов (9×270 = 2430 элементов). Каждый элемент соответствует объёму информации 1 байт (8 бит) и скорости транспортирования 64 Кбит/сек, а вся таблица — скорости передачи первого уровня SDH:

64×2430 = 155 520 кбит/сек = 155,520 Мбит/сек.

Первые 9 столбцов цикла STM-1 занимают служебные сигналы: секционный заголовок (SOH), который состоит из заголовка регенерационной секции RSOH (первые три ряда) и заголовка мультиплексной секции MSOH (последние 5 рядов) и указателя административного блока (AU-указателя), т. е. указателя позиции первого байта цикла нагрузки. Остальные 261 столбец отводятся для нагрузки.

Для организации соединений в сетевых слоях трактов используются виртуальные контейнеры VC-12. VC — блочная структура с периодом повторения 125 мкс или 500 мкс (в зависимости от вида тракта). Каждый VC состоит из поля нагрузки C-n и трактового заголовка POH (рисунок 1.5).

STM-1=(((E1+<�байты>+VC-12_POH+TU-12_PRT)x3_TUG-2)x7_TUG-3+NPI+ +FS_TUG-3)x3_VC-4+VC-4_POH+FS_VC-4+AU-4_PTR)x1_AUG+RSOH+MSOH.

STM-1 = (32_E1+2_байты+1_{VC-12_POH}+1_{TU-12_PRT})*3_TUG-2)*7_TUG-3+3_NPI+ +15_{FS_TUG-3})*3_VC-4+9_{VC-4_POH}+18_{FS_VC-4}+9_{AU-4_PTR})*1_AUG+3*9_RSOH+5*9_MSOH .

Рисунок 1.3 — Пример формирования STM-1.

На рисунке 1.3 приведён пример логического формирования модуля STM-1 из потоков E1 2 Мбит/с по схеме Европейского института стандартов в области связи (ETSI), а на рисунке 1.4 — схема группообразования по схеме ETSI,.

где TU — субблок;

TUG — группа субблоков;

AUG — группа административных блоков;

FS — балласт, фиксированное пустое поле;

NPI — индикация нулевого показателя.

Рисунок 1.4 — Схема группообразования по ETSI.

В проекте по результатам расчётов количества организуемых каналов выберем уровень STM-4 и аппаратуру фирмы Alcatel.

Таблица 1.2 — Технические параметры аппаратуры SDH уровня STM — 4.

Alcatel 1660 SM представляет собой компактный мультиплексор ввода/вывода (ADM) и небольшой узел кросскоммутации с портами STM-1, STM-4 и STM-16, матрицей высокого уровня (НО) 96×96 VC4 и матрицей низкого уровня (LO) 64×64 эквивалента STM-1. При использовании в качестве сетевого узла в кольце STM-4 это устройство поддерживает отличные возможности доступа к сигналам 2 Мбит/с (до 756 трактов 2 Мбит/с на 300-миллиметровой стойке). Alcatel 1660 SM поддерживает множество различных конфигураций, включая кросс-коннект 64×64 STM-1. Alcatel 1660 SM может терминировать два независимых друг от друга кольца STM-16 с различными механизмами защиты ANC-P или MS-SPRing, а также с представлением доступа к 32-м компонентным потокам STM-1. Интерфейсы STM-16 с нормированной длинной волны оптического излучения («colored») могут использоваться для прямого сопряжения с оборудованием DWDM без промежуточных адаптеров длин волн. Все системные блоки могут дублироваться для повышения надежности. Для коммутации АТМ и IP-маршрутизации Alcatel 1660 SM использует карту коммутации /маршрутизации с пропускной способностью 2,5 Гбит/с (на одной полке можно использовать две таких карты).

1.4 Выбор типа оптического кабеля.

Выбор ОК для проектируемой ВОЛС осуществляется, исходя из следующих основных требований [10]:

1) Число ОВ в оптическом кабеле и их тип — одномодовые, градиентные, многомодовые — определяются требуемой пропускной способностью с учетом развития сети на период 15 — 20 лет, выбранной системой передачи (транспортной системой), схемой организации линейного тракта (однокабельная однополосная) и с учетом резервирования.

2) Затухание и дисперсия ОВ в ОК, зависящие от излучения, должны обеспечивать заданную (или максимальную) длину РУ и высокую экономичность ВОСП и ВОЛС, которые должны конкурировать с существующими системами передачи на базе симметричных и коаксиальных кабелей.

3) Защитные покровы и силовые элементы ОК должны обеспечивать необходимую защиту ОВ от механических повреждений и воздействий, достаточную надежность работы ОК. Кабель должен допускать прокладывание примерно такое же, как и большинство электрических кабелей.

4) Кабель должен с малым затуханием, достаточной легкостью и за приемлемый отрезок времени сращиваться в муфтах ОК и соединяться с помощью разъемов в полевых и станционных условиях.

5) Механические и электрические свойства ОК должны соответствовать их конкретному применению и условиям окружающей среды, включая стойкость к воздействию статических и динамических нагрузок, влаги, содержанию ОК под избыточным воздушным давлением для обеспечения достаточной надежности работы в течение проектируемого срока эксплуатации ОК.

6) Отдельные световоды в кабеле должны быть различимы для их идентификации.

Оценивая параметры и конструкцию ОК применительно к различным звеньям сети связи, при проектировании ВОЛС для внутризоновой связи используем градиентные ОВ на длине волны 1,3 мкм, кабель типа ОКСН 10.01.022.

При выборе ОК с определенным видом ОВ (одномодовым) оценим соответствие пропускной способности ОВ, зависящей от его дисперсионных свойств, скорости передачи ВОСП в линейном тракте.

В транспортных системах SDH фирмы Alcatel в качестве линейного используется код без возврата к нулю NRZ, поэтому скорости передачи цифрового сигнала в линейном тракте равны скоростям передачи STM соответствующего уровня.

1.5 Одномодовые ОВ.

В одномодовых ОВ межмодовая дисперсия отсутствует (передается одна мода). Уширение импульса обусловлено хроматической дисперсией, которую разделяют на материальную и волноводную.

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью групповой скорости моды от частоты и определяется профилем показателя преломления ОВ.

В нормальных условиях материальная дисперсия преобладает под волноводной. Обе компоненты могут иметь противоположный знак и различаются зависимостью от длины волны. Это позволяет, оптимизируя профиль показателя преломления, минимизировать общую дисперсию ОВ на заданной длине волны за счет взаимокомпенсации материальной и волноводной дисперсией.

Для одномодовых ОВ в паспортных данных указывается нормированная среднеквадратичная дисперсия (= 6 пс/(нмкм)), которая с ненормированной величиной связана выражением.

= 10^-3 _н, нс/км, (1.1).

где — ширина полосы оптического излучения, нм, определяется из справочных данных соответствующего источника излучения; =5 нм.

Тогда = 10^-6 5 10^-9 6 10^-12 = 0,003 нс/км (1.2).

1.6 Расчет предельных длин участков регенерации.

Известно, что длина регенерационного участка ВОСП определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ /7/.

Длина РУ с учетом только затухания оптического сигнала, то есть потерь в ОВ, устройствах ввода оптического излучения (как правило, потерь в разъемных соединениях), неразъемных соединениях (сварных соединениях строительных длин кабеля) можно найти из формулы [2]:

А_ру = Э = l_ру + А_р n_р + А_н n_н, дБ, (1.3).

где А_ру — затухание оптического сигнала на регенерационном участке, дБ;

Э — энергетический потенциал системы передачи, дБ,.

— коэффициент затухания ОВ, дБ /км,.

l_ру — длина регенерационного участка, км,.

А_р, А_н — затухание оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях, дБ.

n_р, n_н — количество разъемных и неразъемных соединений ОВ на регенерационном участке.

В этой формуле количество неразъемных соединений ОВ на длине регенерационного участка равно:

n_н = ,.

где l_с — строительная длина ОК.

Подставив количество неразъемных соединений на регенерационном участке в уравнение (1.3), получим:

Э = l_ру + А_р n_р + А_н ,.

Э = l_ру + А_р n_р + l_ру — А_н ,.

l_ру = Э — А_р n_р + А_н .

Отсюда можно выразить длину регенерационного участка.

l_ру = .

Современные технологии позволяют получать затухания А_р 0,5 дБ, А_н 0,1 дБ. Кроме того, на регенерационном участке количество разъемных соединений n_р = 2.

Тогда можно найти максимальную и минимальную длины регенерационных участков с учетом потерь на затухание в ОВ, потерь в устройствах ввода/вывода оптического сигнала (в разъемных соединителях), потерь в неразъемных сварных соединениях при монтаже строительных длин кабеля.

l_{ру max} =, км, (1.4).

где Э_з — энергетический (эксплутационный запас) системы, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ, Э_з = 6 дБм,.

lру max = = 61 км.

При проектировании оптической линии передачи SDH энергетический потенциал ВОСП рассчитывается как разность уровней передачи и минимального уровня приема.

При расчете минимальной длины регенерационного участка результат может получиться с отрицательным знаком. Это означает, что минимальная длина РУ равна нулю.

Как было отмечено выше, длина регенерационного участка ВОСП зависит также и от дисперсии сигнала в ОВ. Максимальная длина РУ с учетом дисперсионных свойств ОВ рассчитывается по следующей формуле:

l_{ру max} =, км, (1.5).

где — дисперсия сигнала в ОВ, определенная для одномодового ОВ,.

В` - скорость передачи цифрового сигнала в линейном тракте.

lру max = =133,9 км.

Из рассчитанных максимальных длин по формулам (1.4) и (1.5) в проекте выбираем наименьшее значение, равное 61 км.

Затухание, рассчитанное по формуле.

А_{ру max} = l_{ру max}, дБ ,.

должно быть не больше допустимого затухания на РУ.

Ару max = 0,03 10^-9 61 = 1,83 10^-9 дБ.

1.7 Схема организации связи.

1.7.1 Общие положения.

Схема организации связи разрабатывается на основе размещения ОП, ОРП, НРП, технических возможностей аппаратуры и технического задания с целью получить наиболее экономичный вариант организации необходимого числа каналов ТЧ, ОЦК или цифровых потоков более высокого порядка между соответствующими населенными пунктами или АТС (МТС), если строится городская сеть.

В процессе разработки схемы организации связи решены вопросы организации цифровой связи, служебной связи, телеконтроля и телемеханики. Кроме того, на схеме организации связи показаны количество систем передачи (транспортных систем), распределение каналов, тип аппаратуры оконечных и промежуточных пунктов, сервисного оборудования.

1.7.2 Схема организации связи с ВОСП SDH.

На сетях связи РФ часто используется следующие сетевые структуры (топологии) [12]:

— цепочечная (линейная) сетевая структура с вводом/выводом компонентных сигналов (рисунок 1.5);

— кольцевая структура с вводом/выводом компонентных сигналов (рисунок 1.6).

На внутризоновой сети в настоящее время используются цепочечные структуры. Разновидностью цепочечной структуры является структура «точка-точка» без ввода/вывода компонентных сигналов между оконечными пунктами.

——— Резервная (опция).

Х — Регенераторы (опция).

ОМ-4 — Оконечный мультиплексор 4-го уровня.

МВВ-4 — Мультиплексор ввода-вывода 1-го уровня.

Рисунок 1.5 — Цепочечная (линейная) сетевая структура.

На рисунках 1.5 и 1.6 приняты следующие обозначения:

КС — компонентные сигналы,.

В, З — восточный и западный порты мультиплексора ввода/вывода.

На внутризоновой сети используются цепочечные и кольцевые структуры.

Линейная цепь, показанная на рисунке 1.5, является самой простой по структуре, но требует универсальных мультиплексоров ввод/вывода с встроенными устройствами оперативного переключения. Такие мультиплексоры, работающие на высоких агрегатных скоростях (например, STM-4), производятся фирмой Alcatel.

Рисунок 1.6 — Кольцевая сетевая структура.

На проектируемом кольце транспортной сети Волгоградской области проектом предусматривается защитный механизм SNCP, обеспечивающий быстродействие и надежность защиты, а также возможность взаимодействия с другими перспективными кольцами при дальнейшем развитии внутризоновой сети.

Переход на другой тип защиты трафика по MS-Spring невозможен по следующим причинам:

1) В мультиплексорах СЦИ уровня STM-4 фирмы Alcatel, переносимых с сети ГТС г. Волгограда, механизм поддержки MS-Spring не реализован.

2) Переход на МS-Spring потребует задействования дополнительно по 2 волокна в оптическом кабеле на каждом участке сети, что труднореализуемо, так как на участке Камышин — Дубовка в настоящее время ОАО «Волгоградэлектросвязь» выкупило в ВОК ОАО «Ростелеком» только два волокна.

Сеть SDH, охватывающая все районы области, позволяет соединить основные узлы телефонной сети качественными высокоскоростными каналами связи. Сеть SDH используется и как транспортная среда для передачи данных, предоставления услуг широкополосной связи с интеграцией служб (B-ISDN).

Синхронизация сети SDH осуществляется от источника эталонной частоты типа SYSTEM-2000 с рубидиевым генератором. Эталонный генератор обеспечивает относительную нестабильность частоты.

.

где f — отклонение частоты задающего генератора от номинала;

fзг — номинальное значение частоты задающего генератора.

Корреляция частоты задающего генератора осуществляется через искусственный спутник Земли от центра Всемирного координирования времени. После подключения городской сети SDH к Транссибирской линии (ТСЛ) синхронизация задающего генератора будет осуществляться выделенной из этой линии тактовой частотой.

Географически эталон частоты (ЗГ) размещается на АМТС.

2 Расчет параметров ВОЛП.

2.1 Расчет быстродействия ВОЛП.

Выбор типа ОК может быть оценен расчетом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.

Быстродействие системы определяется инертностью ее элементов и дисперсионными свойствами ОВ.

Полное допустимое время запаздывания в системе определяется скоростью передачи В`, Мбит/с, способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяется по формуле [11]:

t_доп. =, нс ,.

где — коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (вид используемого линейного кода) и равный 0,7 для кода NRZ и 0,35 для всех других кодов.

t доп. = =1,13 нс.

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем SDH является код NRZ.

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле.

t_ож. = 1,111, нс,.

где t_пер — быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения;

t_пр — быстродействие приемного оптического модуля (ПРОМ), определяемого скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД),;

t_ов — уширение импульса на длине РУ.

t_ов = l_ру, нс.

где — дисперсия, определяемая по формуле (1.1) для одномодового волокна.

Быстродействие ПОМ и ПРОМ СП синхронной иерархии приведено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Быстродействие ПОМ и ПРОМ.

Таким образом,.

t_ов = 0,03 10^-9 13,39 = 0,402 10^-9 нс,.

t_ож = 1,111 v 0,1² + 0,08² + 0,402² = 0,42 нс.

Так как t_ож. t_доп., то выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно. Величина.

t = t_доп. — t_{ож. ,} нс.

называется запасом по быстродействию. При достаточно большом его значении можно ослабить требования к компонентам ВОСП.

t = 1,13 — 0,42 = 0,71 нс.

При t_ож. t_доп. станционное и линейное оборудование проектируемой ВОСП будут обеспечивать безыскаженную передачу линейного сигнала.

2.2 Расчет вероятности ошибок ПРОМ.

Вероятность ошибок зависит от отношения сигнал/шум на входе решающего устройства регенератора. Вероятность ошибок, приходящихся на один регенерационный участок, зависит от типа сети (местная, внутризоновая, магистральная) и определяется по формуле [9]:

Р _ош.1 = Р_ош.км l_ру ,.

где Р_ош.км — вероятность ошибок, приходящихся на 1 километр линейного тракта;

l_ру — длина регенерационного участка, км.

Вероятность ошибок, приходящуюся на 1 км линейного тракта, можно принять равной для внутризоновой сети 1,67 10^-10.

Рош.1 = 1,67 10^-10 13,39 = 2,24 10^-9.

Если длина проектируемой ВОЛП составит 60,2 км, а длина регенерационного участка 13,39 км, то общее число РУ можно рассчитать по формуле.

n_ру =.

n_ру = = 4,5,.

Тогда суммарная вероятность ошибок на проектируемой линии передачи будет равна.

Р_ош. = n_ру Р_{ош. 1,}.

P_ош = 4,5 2,24 10^-9 = 1,01 10^-8.

Допустимая вероятность ошибок в канале ВОСП на внутризоновой линии обычно задается равной [11].

Р_ош.доп. 1,67 10^-10 L,.

где L — длина проектируемой линии, км.

Р_ош.доп. 1,67 10^-10 60,2 = 1,01 10^-8.

При правильном выборе проектных решений соблюдается условие.

Р_ош. Р_ош.доп. ,.

следовательно, на проектируемой ВОЛП обеспечивается достаточно высокое качество каналов.

Для рассчитанного значения Р_ош. защищенность Аз сигнала от помех на выходе канала ВОСП составит 20,7 дБ.

Таким образом, можно найти отношение сигнал/шум.

(Р_ош.) = 10^0,05Аз ,.

(Р_ош.) = 10^{0,05 20,7} = 2,24 10¹⁰.

2.3 Расчет порога чувствительности ПРОМ.

Одной из основных характеристик приемника оптического излучения является его чувствительность, т. е. минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум или вероятности ошибок.

Из теории следует, что в условиях идеального приема, то есть при отсутствии шума и искажений для обеспечения вероятности ошибок не хуже 10^-9 требуется генерация 21 фотона на каждый принятый импульс. Это является фундаментальным пределом, который присущ любому физически реализуемому фотоприемнику и называется квантовым пределом детектирования. Соответствующая указанному пределу минимальная средняя мощность оптического сигнала длительностью.

=.

называется минимальной детектируемой мощностью (МДМ).

Минимальная средняя мощность оптического сигнала на входе ПРОМ, при которой обеспечиваются заданные отношения сигнал/шум или вероятность ошибок, называется порогом чувствительности.

МДМ можно рассчитать по формуле (5.84) [8], однако существуют приближенные формулы расчета абсолютного уровня МДМ при вероятности ошибок не хуже 10^-8 в зависимости от скорости передачи В` в линейном тракте:

— 70 + 10,5 lg B` при B` 50 Мбит/с,.

P min = для ЛФД.

— 70 + 10 lg B` при B` 50 Мбит/с.

Рmin = - 70 + 10 lg 622,080 = - 42,06 дБ.

Точность расчетов по приведенным формулам достаточная для оценки порога чувствительности ПРОМ.

Зная абсолютный уровень МДМ и максимальный уровень передачи ПОМ, можно получить приближенную оценку энергетического потенциала ВОСП:

Э = Р_пер. — Р_пр., дБ, где Р_пр. Р_min — уровень приема ПРОМ.

Э = - 4 — (- 34) = 30 дБ.

2.4 Расчет затухания соединителей ОВ.

Уровень оптической мощности, поступающей на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала системы, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных и неразъемных соединителях.

Потери мощности в ОВ нормируются и составляют, например, во втором окне прозрачности 0,7 дБ, а в третьем окне прозрачности 0,1 дБ/км (берутся из паспортных данных ОК).

Потери мощности в неразъемном соединителе нормируются и составляют 0,1 дБм.

Потери в разъемном соединителе нормируются и составляют 0,5 дБм. Потери в разъемном соединителе нормируются определяются суммой /10/.

А_р =, i = 1, 2, 3, 4,.

где а₁ — потери вследствие радиального смещения на стыке ОВ (рисунок 2.1.);

а₂ — потери на угловое рассогласование ОВ (рисунок 2.2);

а₃ — потери на осевое рассогласование ОВ (рисунок 2.3);

а₄ — неучтенные потери.

Рисунок 2.1 — Радиальное смещение ОВ Рисунок 2.2 — Угловое рассогласование ОВ Рисунок 2.3 — Осевое рассогласование ОВ Потери вследствие радиального смещения в одномодовых ОВ рассчитываются по формуле [7]:

а₁ = 10 lg [exp (-² / ²)], дБ,.

где — величина максимального радиального смещения двух ОВ на стыке, = 1,52 мкм;

— параметр, определяющий диаметр луча, = 10 мкм.

а₁ = 10 lg [exp ()] = 0,1.

По результатам расчетов можно заметить, что для ОВ с градиентным профилем показателя преломления оптические потери вследствие радиального смещения выше. Это связано с тем, что их числовая апертура, максимальная по оси, убывает до нуля к периферии сердцевины.

Угловое рассогласование ОВ также приводит к существенным оптическим потерям. В формулы для расчетов указанных потерь, кроме угла рассогласования, входят еще и показатели преломления ОВ и воздуха. Из-за того, что в паспортных данных ОВ не приводятся величины показателей преломления, расчет потерь из-за углового рассогласования вызывает определенные трудности. Поэтому для одномодовых ОВ можно принять а₂ = 0,35 дБ. Следует заметить, что одномодовые ОВ более чувствительны к угловому рассогласованию и при одинаковом угле потери в них примерно в два раза выше, чем в многомодовых ОВ.

Оптические потери в разъемных соединителях увеличиваются также в результате осевого рассогласования.

Для расчета потерь из-за осевого рассогласования в одномодовых ОВ можно воспользоваться следующей формулой [1].

а₃ = -10 lg (1 — Z tg), дБ,.

где Z — максимальное расстояние между торцами ОВ;

d — диаметр ОВ;

a — апертурный угол.

Для достижения малых величин потерь для одномодовых ОВ можно принять максимальные значения Z = 2,95 мкм, a = 3,96.

а₃ = -10 lg (1 — 2,95 tg) = 0,04 дБ.

Неучтенные потери в разъемном соединители можно принять равными а₄ = 0,01 дБ.

При существующих технологиях потери в разъемном соединителе не превышают величины А_р = а₁ + а₂ + а₃ + а₄ 0,5 дБ, Ар = 0,1 + 0,35 + 0,04 + 0,01 = 0,5.

а в неразъемных соединениях — не более А_р 0,1 дБ.

2.5 Расчёт распределения энергетического потенциала.

Уровень оптической мощности сигнала, поступающего на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных соединителях, потерь мощности в неразъемных соединениях.

Составим таблицу (таблица 2.2) с исходными данными для расчета распределения энергетического потенциала по длине ВОЛП. Для транспортных систем SDH в технических данных приводятся обычно два уровня передачи: Р_пер.mах и Р_пер.min. При малых длинах РУ, при проектировании городских сетей рекомендуется выбирать уровень Р_пер.min. и работу на длине волны 1,3 мкм, что исключает перегрузку приемных усилителей.

В случае, когда нет необходимости использовать промежуточные регенерационные пункты, рекомендуется выбирать режим работы ПОМ с оптическим усилителем и ПРОМ — с оптическим предусилителем.

Исходные данные для расчета распределения энергетического потенциала.

Кольцевая внутризоновая сеть Волгоградской области охватывает Волгоград — Городище — Иловлю — Фролово — Михайловку — Даниловку — Котово — Камышин — Дубовку — Волгоград. Расчет приводится для участка Камышин — Котово.

Рассчитывается уровень приема в Котово, общее затухание на оптической соединительной линии Камышин — Котово, а также уровни оптического сигнала после каждого соединения. Уровень передачи оптического сигнала Р_пер. = - 4 дБм.

Уровень сигнала после первого разъемного соединителя (РС) Р_р1 = Р_пер — А_р = - 4,0 — 0,5 = - 4,5 дБм.

Уровень сигнала после первого неразъемного соединителя (НС) станционного оптического кабеля и линейного ОК.

Р_р1 = Р_р1 — А_н = - 4,5 — 0,1 = - 4,6 дБм.

Рассчитаем уровни сигнала НС с интервалом 2 км.

Р_н2 = Р_н1 — l_c — А_н = - 4,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 6,1 дБм.

…

Р_н3 = Р_н2 — l_c — А_н = - 6,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 7,6 дБм.

Р_н4 = Р_н3 — l_c — А_н = - 7,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 9,1 дБм.

Р_н5 = Р_н4 — l_c — А_н = - 9,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 10,6 дБм.

Р_н6 = Р_н5 — l_c — А_н = - 10,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 12,1 дБм.

Р_н7 = Р_н6 — l_c — А_н = - 12,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 13,6 дБм.

Р_н8 = Р_н7 — l_c — А_н = - 13,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 15,1 дБм.

Р_н9 = Р_н8 — l_c — А_н = - 15,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 16,6 дБм.

Р_н10 = Р_н9 — l_c — А_н = - 16,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 18,1 дБм.

Р_н11 = Р_н10 — l_c — А_н = - 18,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 19,6 дБм.

Р_н12 = Р_н11 — l_c — А_н = - 19,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 21,1 дБм.

Р_н13 = Р_н12 — l_c — А_н = - 21,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 22,6 дБм.

Р_н14 = Р_н13 — l_c — А_н = - 22,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 24,1 дБм.

Р_н15 = Р_н14 — l_c — А_н = - 24,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 25,6 дБм.

Р_н16 = Р_н15 — l_c — А_н = - 25,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 27,1 дБм.

Р_н17 = Р_н16 — l_c — А_н = - 27,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 28,6 дБм.

Р_н18 = Р_н17 — l_c — А_н = - 28,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 30,1 дБм.

Р_н19 = Р_н18 — l_c — А_н = - 30,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 31,6 дБм.

Р_н20 = Р_н19 — l_c — А_н = - 31,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 33,1 дБм.

Р_н21 = Р_н20 — l_c — А_н = - 33,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 34,6 дБм.

Р_н22 = Р_н21 — l_c — А_н = - 34,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 36,1 дБм.

Р_н23 = Р_н22 — l_c — А_н = - 36,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 37,6 дБм.

Р_н24 = Р_н23 — l_c — А_н = - 37,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 39,1 дБм.

Р_н25 = Р_н24 — l_c — А_н = - 39,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 40,6 дБм.

Р_н26 = Р_н25 — l_c — А_н = - 40,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 42,1 дБм.

Р_н27 = Р_н26 — l_c — А_н = - 42,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 43,6 дБм.

Р_н28 = Р_н27 — l_c — А_н = - 43,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 45,1 дБм.

Р_н29 = Р_н28 — l_c — А_н = - 45,1 — 2 0,7 — 0,1 = - 46,6 дБм.

Р_н30 = Р_н29 — l_c — А_н = - 46,6 — 2 0,7 — 0,1 = - 48,1 дБм.

Р_н31 = Р_н30 — l_c — А_н = - 48,1 — 0,2 0,7 — 0,1 = - 48,34 дБм.

Уровень сигнала после второго РС на АТС — Котово Р_р2 = Р_н3 — А_р = - 48,34 — 0,5 = - 48,84 дБм.

Уровень сигнала после второго РС — уровень приема на АТС — Котово.

Р_пр = Р_р2 = - 48,84 дБм.

Общее затухание на оптической СЛ АТС-Камышин — АТС-Котово составляет.

А_ру = Р_пер — Р_пр = - 4 — (- 48,84) = - 44,84 дБм.

По результатам расчетов можно сделать вывод, что затухание на оптической СЛ значительно меньше энергетического потенциала ВОСП, равного Э= 25 дБм. Эксплутационный запас системы можно принять а_з = 6 дБм.

Для транспортных систем SDH в технических данных приводятся максимальный уровень приема. Рассчитанный уровень приема не должен быть больше максимально возможного уровня приема, но он не должен быть ниже минимально возможного уровня приема.

Р_пр.min Р_пр Р_пр.maх .

Аналогичные расчеты выполняются для всех других СЛ. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.3.