Магистральные линии связи «Алмата — Усть-Каменогорск»

• 1. Выбор трассы
• 2. Выбор системы передач
• 3. Основные технические характеристики системы передач
• 3.1 Расчет числа каналов
• 3.2 Выбор волоконно-оптического кабеля
• 3.3 Расчет участка регенерации
• 3.4 Расчет основных характеристик оптического волокна
• 3.5 Расчет потерь на стыковке
• 4. Выбор типа кабеля и описание его конструкции
• 5. Прокладка и монтаж кабеля
• 6. Устройство переходов через преграды
• 7. Расчет надежности проектируемой линии
• 8. Охрана труда и техника безопасности при строительстве КЛС
• Заключение
• Список используемой литературы

1. Выбор трассы

Трассу для прокладки ОК выбирают исходя из условий:

— минимальная длина между пунктами;

— выполнения наименьшего объема работ при строительстве;

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

— удобства обслуживания.

Для обеспечения первого требования учитывается протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных дорог и автомобильных шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.

Для обеспечения второго и третьего требования учитываются жилищно-бытовые условия и возможность размещения обслуживающего персонала, а также создание соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей.

Чтобы уменьшить транспортные расходы во время строительства и эксплуатации, трассу кабельной линии обычно прокладывают вдоль автомобильных или железных дорог. При выборе трассы прокладки оптического кабеля также должно быть учтено специфика строительства в конкретной местности, исходя из природно-климатических и географических условий. В данной местности отсутствует прямая железнодорожная линия между г. Усть-Каменогорск и г. Алматы. Поэтому прокладку будем осуществлять в грунт. Прокладка кабеля должна осуществляться вдоль автомобильных дорог, соединяющихзаданные города (Усть-Каменогорск-Алмата). Рассмотрим маршрут, определенные с помощью информационной системы АвтоТрансИнфо как самый быстрый и самый короткий:

Описание маршрута

оптический кабель магистральная связь Протяженность трассы прокладки кабеля составит 930 км.

2. Выбор системы передач

Емкость кабеля и система передачи выбираются исходя из необходимого числа телефонных каналов и каналов телевидения.

Тип кабеля и система передачи выбираются так, чтобы при соблюдении необходимых качественных показателей проектируемая линия была наиболее экономичной как по капитальным затратам, так и по эксплуатационным расходам.

Система связи по оптическому кабелю предусматривает передачу информации оп одному оптическому волокну, а прием по другому, что эквивалентно четырехпроводной однокабельной схеме организации связи.

В волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) применяется, как правило, цифровая импульсная передача. Это обусловлено тем, что аналоговая передача требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в оптических системах. Используя модуляцию интенсивности излучения света проще использовать цифровые системы передачи (ЦСП).

В настоящее время выпускается достаточно много ВОСП как отечественных, так и зарубежных. Большой интерес представляет аппаратура Синхронной Цифровой Иерархии (SDH).

Системы передачи Синхронной Цифровой Иерархии разработаны специально для ВОЛП и имеют следующие преимущества:

высокая скорость передачи STM-1 — 155 Мбит/с, STM-4 — 622Мбит/с, STM-16−2,5 Гбит/с;

упрощенная схема построения и развития сети связи;

малые габариты и энергопотребление;

высокая надежность сети;

полный программный контроль за состоянием сети;

гибкая система маршрутизации потоков;

высокий уровень стандартизации технологии SDH.

Исходя из требуемой скорости передачи выбираем:

Фирма Nortel

Аппаратура TN-4X относится ко второму уровню SDH и соответствует стандарту ITU-T, ETSI и требованиям регламента SDH.

Аппаратура формирует агрегатный сигнал STM-4 со скоростью передачи 622,080 Мбит/с из следующих плезиохронных и синхронных компонентных сигналов: 2, 34,140 Мбит/с, STM — 1.

Максимальное число компонентных сигналов:

252×2 Мбит/с в двенадцати блоках: 21 интерфейс 2 М в каждом блоке;

6 х 34 Мбит/с в шести блоках: 3 интерфейса 34 М в каждом блоке;

4 х140 Мбит/с: 1 интерфейс 140 Мбит/с в одном блоке;

4 х STM — 1: 1 интерфейс STM — 1 в одном блоке.

Допускается сочетание различных компонентных сигналов, не превышающих суммарную емкость STM — 4.

Мультиплексор ввода/вывода TN-4X конфигурируется в четырех режимах:

оконечном без ТSI;

оконечном с TSI;

ввода/вывода;

кольцевом;

В оконечном режиме с оперативным переключением осуществляется изменением временных позиций компонентных сигналов.

В режиме ввода/вывода осуществляется введение/выделение требующихся компонентных сигналов 2, 34 и 140 Мбит/с в агрегатный линейный сигнал и передача остальных компонентных сигналов из одного агрегатного сигнала в другой. В этом режиме возможна также перестановка временных позиций (TSI) компонентных сигналов 2 и 34 Мбит/с в дополнении к вводу/выводу.

В кольцевом режиме TN-4X обеспечивает кольцевую структуру с резервированием трактов, путем организации по двум оптическим волокнам двух встречных направлений передачи: по и против часовой стрелки. В этом режиме один компонентный электрический или оптический интерфейс STM-4 может обеспечить связь между кольцами.

Аппаратура TN-4X контролируется и управляется с помощью встроенных микропроцессорных устройств и специализированного программного обеспечения.

Она имеет интерфейс Q3 для системы сетевого контроля и управления рабочей станции NMS и интерфейс для системы станционной сигнализации.

Рабочая станция NMS подключается к сетевому элементу (мультиплексору) по локальной сети, с остальными сетевыми элементами связь осуществляется по встроенным в заголовок STM-4 DCC — каналам с использованием протокола QECC по рекомендации G.784.

Тип приемника — lnGaAs;

тип лазера — DFB.

Линейный код — бинарный скремблированный NRZ.

Интерфейсы аппаратуры TN-4X

Оптические интерфейсы STM-4

Соответствует рекомендации G.957;

Уровень передачи, дБм — 3. +2

Диапазон волн, нм 1530 — 1570

Ширина спектра на уровне — 20 дБ, нм 0.1.1

Подавление мод, дБ > 30

Чувствительность приемника при Кош < 10^-10, дБм — 32,5−8

Затухание линии, дБ 10−32

Максимальная дисперсия, пс/нм 3500

3. Основные технические характеристики системы передач

Система OptiX 2500+ представляет собой мультисервисную систему оптической передачи STM-16, разработанную компанией Huawei для поддержки ATM/IP и других широкополосных услуг. Система обладает матрицей кросс-коммутации большой емкости и мультисервисной конфигурацией, обеспечивает доступ к услугам SDH на различных уровнях. Система применима для использования в сетях различных уровней, и особенно в настоящее время пригодна для использования в областных транзитных сетях и сравнительно сложных локальных транзитных системах передачи с высокими требованиями к конфигурации.

Система обеспечивает ряд оптических интерфейсов STM-16 на основе оптоволокна G.652, включая оптические интерфейсы S-16.1, L-16.1 и L-16.2; при использовании дополнительного модуля EDFA, система также обеспечивает оптические интерфейсы V-16.2, U-16.2 для обеспечения нужного расстояния передачи. Более того, система может обеспечить оптический интерфейс стандартной длины волны в соответствие с Рекомендациями G.692, для непосредственного использования в системе DWDM.

OptiX 2500+ осуществляет передачу различных услуг — не только узкополосных, но и широкополосных услуг ATM и IP — на единой платформе. Таким образом, система реализует комбинированную мультисервисную передачу по одному волокну, а также доступ, конвергенцию услуг и совместное широкополосное использование ATM и Ethernet. Данные функции дают возможность передавать услуги ATM и IP непосредственно по сети передачи SDH, таким образом, предоставляя широкополосный режим организации сети передачи данных с большим потенциалом для последующего развития.

OptiX 2500+ предоставляет два входа питания — 48 В / - 60 В и может контролировать состояние напряжения источника электропитания (сильное падение напряжения, незначительное падение напряжения, незначительный скачок напряжения, серьезный скачок напряжения). Также система предоставляет функции ввода и вывода аварийной сигнализации, где ввод аварийной сигнализации подключается к выводному интерфейсу аварийной сигнализации другого оборудования и используется во время удаленного техобслуживания системы мониторинга окружающей среды пользователя

Оборудование оптической передачи OptiX 2500+ состоит из статива, подстатива, подстатива вентиляторов, статива коммутации и монтажных плат. Структура оборудования оптической передачи OptiX 2500+ приводится на рисунке 3.1.

В оборудовании оптической передачи OptiX 2500+ используется три вида стативов, которые отличаются по высоте. Статив состоит из полок, дверей (передней и задней), верхней панели, боковых панелей. Модуль электропитания устанавливается в верхней части статива. Полки в стативе могут поддерживать и нести все монтажные элементы. На полках статива равномерно расположены отверстия под крепежные винты диаметром 25 мм. Различные принадлежности оборудования закрепляются внутри статива посредством этих отверстий и их положение внутри статива можно регулировать. Боковые панели закрепляются на полках винтами. Спереди и сзади статив имеет открытую структуру, облегчая техническому персоналу выполнение техобслуживания монтажных плат и кабелей.

Подстатив OptiX 2500+ имеет размеры 668 мм (высота) Ч530 мм (ширина) Ч 542 мм (глубина). Вес отдельного подстатива составляет 27 кг. Подстатив может быть закрыт спереди и сзади передней и задней панелями соответственно, что предотвращает выделение электромагнитного излучения из статива и обеспечивает хорошие характеристики по EMC.

1. Передняя панель;

2. Модуль электропитания;

3. Статив передачи;

4. Верхний подстатив;

5. Подстатив вентиляторов;

6. Боковая панель;

7. Нижний подстатив

Подстатив состоит из двух частей: передней и задней. Передняя часть подстатива представляет собой пространство для установки монтажных плат, где расположено 16 слотов для плат с шириной от 24 до 32 или 40 мм. Ширина слотов плат IU1/P, IU2, IU11, IU12, SCC и IUP составляет 24 мм; ширина IU3-IU6, IU7-IU10 составляет 32 мм, а XCS — 40 мм. Задняя часть подстатива представляет собой пространство внешних интерфейсов и кабельное пространство с 10 позициям для плат (которые соответствуют позициям плат в передней части подстатива), включая: LTU1/FB2, LTU2-LTU4, LTU9-LTU12, FB1/LPDR и EIPC. В частности, EIPC располагается под LPDR. Основной функцией данного интерфейсного пространства является вывод электрических интерфейсов соответствующих монтажных плат и соответствующих кабелей посредством интерфейсных передаточных плат, соответствующих монтажным платам в передней части подстатива. В нижней части подстатива имеется пространство для оптических кабелей и кабелей 155M (если в слот вставлена плата SDE, ее соответствующие электрические интерфейсы выводятся через разъемы, расположенные на передней крышке платы). Матрица кросс-коммутации оборудования состоит из матрицы кросс-коммутации верхнего уровня с эквивалентной емкостью 128 VC-4 и матрицы кросс-коммутации нижнего уровня с эквивалентной емкостью 2016 VC-12 (или 96 VC-3).

2. Включает матрицу кросс-коммутации верхнего уровня с емкостью 48 48 VC-4 и матрицу кросс-коммутации нижнего уровня с емкостью 1008 1008 VC-12 или 48 48 VC-3.

б. Возможность наращивания емкости сети

Плата интерфейсов PDH/SDH оборудования OptiX 2500+ была сконструирована с учетом принципов совместимости и интеграции. Оборудование можно сконфигурировать как систему уровня STM-4 или STM-16, а систему STM-4 можно впоследствии модернизировать до системы STM-16. При сетевом планировании пользователя может интересовать только минимальная емкость системы для снижения первичных капитальных вложений, поскольку в будущем можно выполнить модернизацию и наращивание емкости согласно требованиям.

в. Гибкость конфигурирования

Оборудование OptiX 2500+ обладает достаточной гибкостью конфигурирования: сетевой элемент можно сконфигурировать как одиночный TM или ADM уровня STM-16; или как мульти-ADM с комбинацией уровней STM-1, STM-4 и STM-16; или как оборудование кросс-коммутации нескольких мультисистем.

г. Возможность гибкой организации сети

Благодаря большой емкости матрицы кросс-коммутации и всестороннему анализу при проектировании программного обеспечения OptiX 2500+ предлагает мощные возможности организации сети для удовлетворения множества сетевых требований при работе в качестве центрального узла. Оборудование поддерживает разнообразные сетевые топологии: точка-точка, цепь, кольцо, звезда и комбинированное сочетание данных топологий.

д. Совершенные механизмы защиты интерфейсов

Защита на аппаратном уровне осуществляется посредством горячего резервирования таких модуля электрических интерфейсов, модуля синхронизации и кросс-коммутации. Защита на сетевом уровне включает в себя защиту секции мультиплексирования линейной сети, кольцевой сети и защиту соединения с подсетью для сетей любого типа. При использовании режима защиты сети 1: N тракт защиты может использоваться для передачи дополнительных услуг. Широкополосные услуги в кольцевой сети поддерживают защиту секции мультиплексирования на уровне SDH и защиту однонаправленного кольца VP-Ring на уровне ATM.

е. Система сетевого управления с широкими функциональными возможностями

OptiX 2500+ обеспечивает систему сетевого управления на базе персонального компьютера OptiX iManager NES и систему сетевого управления на основе рабочей станции WS OptiX iManager RMS. OptiX iManager используется для централизованного администрирования и обслуживания в процессе эксплуатации (OAM) комплексных сетей на основе OptiX 2500+, а также для автоматического конфигурирования и диспетчирования каналов целью обеспечения безопасной работы сети.

Максимальная емкость управления OptiX iManager RMS достигает 512 сетевых элементов (256 сетевых элементов для OptiX iManager NES).

ж. Электропитание и функция мониторинга окружающей среды

OptiX2500+ имеет два входа электропитания — 48 В и может осуществлять мониторинг состояния напряжения электропитания (сильное понижение напряжения, понижение напряжения, повышение напряжения, сильное повышение напряжения); обеспечивает функцию, как входящего, так и исходящего предупреждения об изменении напряжения. Функция входящего предупреждения служит также для подключения к выходному интерфейсу предупреждения другого оборудования, при осуществлении удаленного обслуживания системы мониторинга состояния пользовательского оборудования также обеспечивается мониторинг температуры оборудования.

з. Функция управления SSM

OptiX 2500+ обеспечивает функцию управления SSM (сообщение о статусе синхронизации) источника синхронизации, благодаря которой система предотвращает появление петли синхронизации во время переключения с одного источника на другой. При помощи данной функции, когда система обнаруживает ухудшение синхросигнала, следующие узлы сети по направлению трафика могут сразу переключиться на другой источник синхронизации или перейти в режим удержания, не дожидаясь того, пока данный синхросигнал достигнет порогового значения. Таким образом, обеспечивается улучшенное качество синхронизации всей сети в целом. Кроме того, функции управления SSM упрощают планирование и построение сети.

Синхронизация сетевых элементов OptiX 2500+ NE также обладает функцией управления SSM. Порт внешней синхронизации может напрямую принимать синхросигнал внешнего оборудования синхронизации, а выходной порт оснащается SSM. Бит SSM во внешнем сигнале 2 Мбит/с можно гибко настроить, что позволяет проще организовать взаимодействие с оборудованием других поставщиков.

В сети можно установить пороговые значения SSM для различных сетевых элементов, что способствует организации управления синхронными сетями.

Система OptiX 2500+ поддерживает следующие модули с оптическим интерфейсом уровня STM-16.

Таблица 3.1 — Параметры оптических интерфейсов STM-16

Так же система OptiX 2500+ поддерживает и другие модули интерфейсов оптические интерфейсы STM-4, STM-1 и электрический интерфейс STM-1. Модуль интерфейсов SDH используется для приема и передачи оптико-электрических сигналов на уровнях STM-1, STM-4 и STM-16. Кроме того, он обеспечивает такие функции, определяемые в рекомендациях ITU-T G.783, как обработка заголовков секции и обработка заголовков тракта высокого уровня, выравнивание указателей, а также предоставление источника синхросигналов для блока синхронизации.

3.1 Расчет числа каналов

Число каналов, связывающих выбранные населённые пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом населённом пункте может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения.

Обычно перепись населения осуществляется один раз в пять лет, поэтому при перспективности проектировании следует учесть прирост населения. Количество населения в заданном пункте и его подчинённых окрестностях с учётом среднего прироста определяется по формуле (1.1).

Ht = Ho [1 + ], чел, (1.1)

где Ho — число жителей во время проведения переписи населения, чел;

H — средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается (23) %);

t - период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения, год.

Год перспективного проектирования проинимается на 510 лет вперёд по сравнению с текущим временем. Если в проекте принять 5 лет вперёд, то

t = 5 + (tn — to), (1.2)

где tn - год составления проекта;

to — год, к которому относятся данные Ho.

Используя формулы (1.1) и (1.2) рассчитаем численность населения во всех выбранных пунктах.

Усть-Каменогорск: t = 5 + (2013 — 2010) = 8

Ht = 309 769 [1 + ] = 208,89 (тыс. чел).

Калбатау t = 5 + (2013 — 2010) = 8

Ht = 10 471 [1 + ] = 16,51 (тыс. чел).

Аягуз: t = 5 + (2000 — 1997) = 8

Ht = 41 593 [1 + ] = 47,65 (тыс. чел).

Актогай: t = 5 + (2000 — 1997) = 8

Ht = 5 200 [1 + ] = 7,89 (тыс. чел).

Талды-Курган: t = 5 + (2000 — 1997) = 8

Ht = 132 600 [1 + ] =180,79 (тыс. чел).

Алматы: t = 5 + (2000 — 1997) = 8

Ht = 1 485 496 [1 + ] =907,66 (тыс. чел).

Взаимосвязь между выбранными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основе статистических данных, полученных предприятиями связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи выражают через коэффициент тяготения КТ, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах, от 0.1% до 12%. В проекте KT = 5%, то есть KT = 0,05.

3.2 Выбор волоконно-оптического кабеля

Выбор оптического кабеля (ОК) обуславливается условием прокладки ОК, типом волокна, а также числом волокон. В нашем случае кабель прокладывается в грунт, а также предусмотрены переходы через реки.

Характерными особенностями конструкции оптического кабеля должны быть:

· малые размеры и масса;

· большая строительная длина (4 — 6 км и более);

· малая величина километрического затухания;

· отсутствие необходимости содержания оптического кабеля под избыточным воздушным давлением;

· стойкость к электромагнитным (гроза, ЛЭП и др.) воздействиям.

Этим требованиям удовлетворяет оптический кабель с броней из круглых стальных проволок для подземной прокладки типа ОКЛК-01, выпускаемые ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания». Кабель типа ОКЛК-01 (рис. 4.3) предназначен для прокладки в трубах, коллекторах, кабельной канализации, грунтах всех категорий, на мостах, через болота, несудоходные реки.

Таблица 3.2 — Характеристики кабеля ОКЛК-01

Рис. 3.3 — Кабель типа ОКЛК-01

Центральный силовой элемент (ЦСЭ) представляет собой стеклопластиковый стержень.

Оптический модуль: пластмассовые трубки с четырьмя окрашенными одномодовыми оптическими волокнами, заполненными гидрофобным компаундом.

Кордель — заполнитель: полиэтиленовые стержни.

Сердечник: оптические модули и кордели — заполнители скручены вокруг ЦСЭ; пустоты сердечника заполнены гидрофобным компаундом.

Защита от влаги: водоблокирующая лента, наложенная продольно на сердечник кабеля. Промежуточная оболочка полиэтиленовая, толщиной не менее 1 мм.

Броня: повив круглых оцинкованных стальных проволок с заполнением гидрофобным компаундом.

Защитная оболочка: светостабилизированный полиэтилен, номинальной толщиной не менее 2,2 мм, пустоты в повиве бронепроволок заполнены гидрофобным компаундом.

Оптическое волокно, используемое в оптических кабелях связи, обладает емкостью полмиллиона телефонных разговоров или 600 ТВ цифровых каналов одновременно. Секрет такой емкости в чистоте кварцевого стекла, используемого для оптического волокна. Волокно состоит из сердечника, образованного легированным кварцевым стеклом, окруженного отражающей оболочкой из чистого кварцевого стекла. Слои акрилата защищают волокно и предохраняют от проникновения влаги и агрессивных химических соединений. Чистота и различные оптические свойства отражающей оболочки и сердечника позволяют направлять свет по волокну на расстояние, превышающее 300 км без усиления.

Рис. 3.4 — Одномодовое оптическое волокно.

Самарская оптическая кабельная компания использует в производстве кабелей связи волокно фирмы «CORNING Inc.», США, являющейся изобретателем технологии производства оптического волокна, мировым лидером в этой области. В таблице 4.3 указаны технические параметры оптического волокна SMF-28™CPC6 фирмы «CORNING Inc. «

Таблица 3.3 — Технические параметры оптического волокна SMF-28™CPC6

Стандартное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины 10 мкм и диаметр оболочки 125 мкм (рис. 4.4).

В этом волокне существует и распространяется только одна мода (точнее две вырожденные моды с ортогональными поляризациями), поэтому в нем отсутствует межмодовая дисперсия, что позволяет передавать сигналы на расстояние до 80 км со скоростью до 2,5 Гбит/с и выше без регенерации. Рабочие длины волн л1 = 1,31 мкм и л2 = 1,55 мкм.

С развитием магистральных и локальных волоконно оптических сетей связи было освоено производство нескольких дополнительных типов одномодовых оптических волокон, отличающихся величиной затухания, его распределением по спектру и дисперсией. Распространение света в волоконном световоде характеризуется множеством параметров, самыми важными из которых являются потери на распространение и дисперсия в заданном спектральном диапазоне.

Потери характеризуются величиной затухания световой волны на единицу длины волокна и измеряются в дБ/км. Дисперсия определяет степень уширения светового импульса по мере его прохождения по волокну. Существует три вида дисперсии в оптическом волокне: межмодовая, хроматическая и поляризационно-модовая. В зависимости от типа ОВ в нем преобладает тот или иной вид дисперсии.

В стандартных одномодовых волокнах (тип G.653) определяющей является хроматическая дисперсия, которая выражается в различии показателей преломления и, следовательно, в скоростях распространения излучения с различными длинами волн. Величина дисперсии зависит от типа источника излучения и измеряется в пс.

3.3 Расчет участка регенерации

Длинна регенерационного участка РУ цифровой волоконно-оптической системы (ЦВОСП) зависит от многих факторов, важнейшим из которых является:

энергетический потенциал (Э) ЦВОСП, равный:

Э = Рпер — Рпр, дБ,

где Рпер — абсолютный уровень мощности оптического сигнала (излучения), дБм;

Рпр — абсолютный уровень мощности оптического сигнала на входе приёмного устройства, при котором коэффициент ошибок или вероятность ошибки Рош одиночного регенератора не превышает заданного значения, дБм;

Э — энергетический потенциал определяет максимально-допустимое затухание оптического сигнала в оптическом волокне (ОВ), разъёмных и неразъёмных соединителях на РУ, а также в других узлах ЦВОСП.

дисперсия в ОВ, в, пс/нм км. Дисперсионные явления в ОВ приводят к расширению во времени спектральных и модовых составляющих сигнала, то есть к различному времени их распространения, что приводит к изменению формы и длительности оптических импульсных сигналов, к их уширению;

помехи, обусловленные тепловыми шумами резисторов, транзисторов, полупроводниковых диодов, усилителей, шумами источников оптического излучения, шумами из-за отражения оптического излучения от торцевой поверхности ОВ, модовыми шумами из-за интерферентности мод, распространяющихся в ОВ; этот вид помех интегрально учитывается как собственные шумы;

квантовый или фантомный шум, носителем которого является сам оптический сигнал (в силу его малости по сравнению с другими составляющими шумов оптического ЛТ, в проекте его не учитываем и влияние учитывается как влияние дестабилизирующих факторов);

коэффициент затухания ОВ; 1, дБ/км;

минимально детектируемая мощность (МДМ) Wмдм, соответствующая минимальному порогу чувствительности приёмного устройства — фотоприёмника ЦВОСП с заданной вероятностью ошибки.

Для определения длины РУ составляется его расчётная схема (рисунок 1.5).

ОС-Р — оптический соединитель разъёмный (их число на РУ равно 2);

НРП — необслуживаемый регенерационный пункт;

ПРОМ — приёмопередающий оптический модуль, преобразующий оптический сигнал в электрический, восстанавливающий параметры последнего и преобразующий его в оптический;

ОС-Н — оптический соединитель неразъёмный, число которых на единицу меньше числа строительных длин ОК, составляющих РУ;

Рисунок 1.5 — Расчётная схема РУ ЦВОСП

Как следует из рисунка 1.5 затухание РУ равно:

Ару = 2Аоср + q Аосн + 1 lру + Аt + Ав, дБ, (1.6)

где Аоср — затухание, вносимое разъёмным оптическим соединителем, равное 0,5…1,5 дБ;

q — число неразъёмных оптических соединителей;

Аосн — затухание, вносимое неразъёмным оптическим соединителем, дБ;

1 — коэффициент затухания ОВ, дБ/км;

lру — длина регенерационного участка, км;

Аt — допуски на температурные изменения параметров ЦВОСП, в том числе и ОК, для типовых ВОСП равные 0,5…1,5 дБ;

Ав — допуски на ухудшение параметров элементов ЦВОСП со временем (старение, деградация и т. п.), Ав=2…6 дБ (зависит от типов источника и приёмника оптического излучения и их комбинаций).

Для линейного оборудования СП синхронной цифровой иерархии всегда известным является уровень передачи, то есть Рпер = +2…-4 дБ.

Длину регенерационного участка найдём по формуле:

lру =, км (1.7)

Энергетический потенциал Э возьмём из технических данных аппаратуры SMA1, равный 36 дБ (таблица 1.2).

Все величины в формуле (1.7) известны, кроме q — числа неразъёмных оптических соединений. Число q на единицу меньше числа строительных длин.

Определим длину РУ lру мах, считая, что затухание вносимое неразъёмными соединителями равно нулю. При таком допущении длина РУ определится из выражения:

lру мах =, км (1.8)

lру мах = = 99 (км)

Теперь зная lру мах, определим число строительных длин ОК, составляющих РУ по формуле (1.9):

q= Ц (1.9)

где символ Ц означает округление в сторону большего числа.

q= = 50

Число неразъёмных оптических соединителей вычисляем по формуле (1.10):

q = q — 1 (1.10)

q = 50 — 1 = 49

Затухание, вносимое этими соединителями, равно q Аосн. Следовательно, длина РУ должна быть уменьшена на величину

l =, км (1.11)

l = = 16 (км)

С учётом (1.8) — (1.11) длину РУ определим по формуле:

lру = lру мах — l, км

lру = 99 — 16 = 83 (км)

3.4 Расчет основных характеристик оптического волокна

Оптическое волокно обладает рядом характеристик, которые принято делить на четыре группы: оптические (характеристики передачи); геометрические; механические и характеристики, определяющие возможность волокна противостоять внешним воздействиям.

Средой распространения и ограничения является кварцевое стекло с различной концентрацией легирующих добавок для получения различных показателей преломления (ПП) n1 и n2, n1 =1,46 и n2 = 1,457.

Определим относительное значение ПП:

= ,

= = 0,205

По оптоволокну эффективно передаются только лучи, Заключённые внутри телесного угла, величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется числовой аппертурой:

NA = sin =

NA = = 0,093

где — апертурный угол падения луча,

= arcsin 0,093 = 5,336

Для ООВ диаметр сердечника выбирается таким, чтобы обеспечить условия распространения только одной моды НЕ11. В этом случае, из условия одномодовости, нормированная частота:

V = ,

где d = 10 мкм — диаметр сердцевины ОВ;

=1,3 мкм — длина волны оптического излучения.

V = = 2,25

Одномодовая передача реализуется на гибридной волне НЕ11. Эта волна нулевое значение корня бесселевой функции Рnm=0,000, следовательно, она не имеет критической частоты и может распространяться при любой частоте. Все другие волны имеют конечное значение, и они не распространяются на частотах ниже критической. Интервал значений Рnm, при которых распространяется лишь один тип волны НЕ11, находится в пределах 0<�Рnm<2,25.

Поэтому при выборе диаметра сердцевины ОВ и выборе частоты передачи исходим из этого условия Рnm=1,883.

Определим критическую частоту, при которой распространяется лишь один тип волны НЕ11:

f =, Гц,

где с = 3 10 м/с — скорость света.

f = = 2,31 10 (Гц)

Определим также длину волны:

= = = 1,298 (мкм)

Таким образом, по данной направляющей системе распространяется лишь одна волна НЕ11 при о = 1,298 мкм.

Геометрические характеристики определяют размеры световода. Требования к ним одинаковы для всех типов волокон. Это связано с тем, что все типы одномодовых световодов должны допускать стыковку друг с другом.

Характеристики передачи определяют сферу практического применения световода. Среди характеристик передачи особое место занимают затухание и дисперсия в оптическом световоде, определяющие длину регенерационного участка.

Значения этих характеристик стремятся минимизировать в широком спектральном диапазоне рабочего окна прозрачности, чтобы полоса пропускания направляющей системы была максимальна.

3.5 Расчет потерь на стыковке

Внутренние потери являются следствием соединения двух неодинаковых волокон, обладающих, в основном, различными диаметрами и числовой апертурой.

В многомодовых стекловолокнах внутренние потери зависят от направления распространения света.

При распространении света слева — направо потери на стыке равны нулю, при обратном направлении распространения света часть его переходит в оболочку 50 мкм волокна и теряется.

Данные потери зависят от характера распределения оптической мощности по торцу волокна. При этом различают однородное распределение мощности, когда она одинакова во всех точках торца волокна, и равновесное распределение, когда мощность сконцентрирована в центре сердечника световода. В табл.1 приведены значения равновесных внутренних потерь на стыке различных многомодовых световодов.

Таблица 1

В одномодовых световодах внутренние потери не зависят от направления передачи и определяются только несоответствием диаметров поля моды сопрягаемых волокон. Внешние потери обусловлены четырьмя основными причинами: радиальное смещение волокон, угловое смещение, осевое смещение и качество торцов. Кроме того, необходимо учитывать деформации сердечника и соответствие между показателями преломления волокон. Для получения малых потерь на стыке торцов волокон должны находиться в тесном физическом контакте друг с другом, или зазор между ними должен быть заполнен веществом (иммерсионной жидкостью) в точности соответствующим показателям преломления сердечников волокон. На рис. 3 представлены возможные дефекты сопряжения оптических волокон и графики, отражающие количественную оценку внешних потерь.

В реальных соединениях необходимо учитывать воздействие суммарных, т. е. полных потерь, определение которых зависит от типа сопрягаемых волокон.

В многомодовых световодах полные потери на стыке волокон обычно меньше, чем сумма отдельных внутренних и внешних составляющих. Принято считать, что потери на стыке многомодовых волокон не зависят от длины волны. В действительности из-за несоответствия внутренних параметров волокон на стыке возникают пульсации (осцилляции) потерь, которые присходят вследствии того, что принимающее волокно не может принять все моды от передающего. Кроме того, потери на стыке зависят от относительного положения стыков. Стыки имеют тенденцию влиять на распределение мощности, и поэтому потери на конкретном стыке зависят от потерь на предыдущем.

Если волокно, А достаточно длинное, то мощность на его конце имеет равновесное распределение. Осевое смещение на первом стыке вызывает потери части мощности на конце распределения и перераспределяет мощность к внешним краям сердечника второго волокна. Если волокно Б короче, чем требуется для восстановления равновесного распределения мощности, то осевое смещение на втором стыке вызовет большую, чем на первом стыке потерю мощности.

В одномодовых волокнах полные потери на стыке практически соответствуют сумме внешних и внутренних потерь. Более того, такие волокна имеют только одну моду, и поэтому на их стыке отсутствуют пульсации, которые наблюдались в многомодовых волокнах. При отсутствии отражения потери на стыке монотонно уменьшаются с ростом длины волны, что обусловлено ростом диаметра поля моды.

Таким образом, потери на стыке одномодовых волокон проще в анализе, измерении и воспроизведении, чем на стыке многомодовых волокон.

Если в процессе соединения оптических волокон присутствует хотя бы одно из рассмотренных смещений, то часть оптической мощности отражается от места соединения. Такое явление получило название Френелевского отражения. Отражение на границе раздела двух сред (рис.6а) характеризуется параметром R, который представляет собой отношение мощности отраженной волны к мощности падающей волны, и рассчитывается по формуле:

где n1 и n2 — показатели преломления соответствующих сред. В результате мощность на выходе волокна уменьшается по сравнению с падающей мощностью. Такие потери за счет отражения получили название Френелевских потерь, рассчитываемых по формуле:

Например, потери на границе волокно-воздух, учитывая, что n1=1,46, a n2=1, составляют 0,15 дБ.

Соединения волокон, кроме того, вызывает изменение во времени взаимодействие передаваемых мод друг с другом, что приводит к флуктуации оптической мощности и появлению, так называемых, межмодовых шумов. Межмодовые шумы проявляются как в многомодовых, так и в одномодовых волокнах.

Взаимодействие мод, зависящее от времени, происходит вследствие ряда причин: изменение во времени длины волны излучения и параметров лазеров, характеристик волоконного световода.

Модовый шум можно увидеть, заглянув в торец относительно короткого многомодового волокна, возбуждаемого лазером. Различимые темные и светлые пятна — спеклы — являются следствием интерференции различных мод. Изменение спекл-картины на несовершенном стыке приводит к изменению потерь.

Интерференция мод зависит от временных соотношений между модами, поэтому лазерные источники излучения, способные сохранять временные свойства своего излучения, создают больший межмодовый шум, чем некогерентные источники излучения (светодиоды). С увеличением длины волоконного световода спекл-картина исчезает, что способствует уменьшению межмодовых шумов.

В идеальных одномодовых световодах межмодовый шум отсутствует. Однако реальные одномодовые волокна допускают распространение моды второго порядка, которая возникает на стыках сопрягаемых волокон. Благодаря разнице во времени распространения основной моды и моды второго порядка происходит интерференция мод и появление межмодового шума.

Этот этап проектирования заключается в расчете полных потерь бtot. Определяются следующие типы потерь:

Потери в оптоволокне бFO, которые вызваны процессов рассеивания и поглощения внутри ОВ. Метод расчета этих потерь был предъявлен выше. Единица измерения — dB / km.

Потери на регенерационном участке: 100•0,22 = 22

Потери в оптоволоконном кабеле (бCO). Лишнее затухание обусловлено потерями в кабеле, которые состоят минимум из семь типов коэффициентов затухания.

бco = ,

где:

б1 — появляется в результате применения термомеханических действий в процессе производства оптоволоконного кабеля (ОК);

б2 — появляется в результате зависимости коэффициента преломления материала ОК от температуры;

б3 — обусловленный микроизгибов ОК;

б4 — появляется в результате нарушения линейного характера ОК (выкручивание);

б 5 — появляется в результате выкручивание ОК соответственно своей оси;

б6 — появляется в результате неоднородного покрытия ОК;

б7 — появляется в результате потерях в защитные оболочки ОК.

Таким образом, лишние потери определяются, в общем, процессами рассеяния энергий, вызванные неоднородностями в результате феноменов выше отмеченных.

Значений коэффициентов затухания в ОК представлены в спецификациях производителей.

Значение потерь в оптоволоконном кабеле зависит от технологических факторов таких как: строительная длина, условия прокладки, условия эксплуатации.

4. Выбор типа кабеля и описание его конструкции

Широкое внедрение волоконно-оптических сетей (ВОС) на Взаимоувязанной сети России объясняется возможностью создания ВОС за короткий период времени, низкой стоимостью и высокой надежностью сетей. Оптический кабель (ОК) может быть проложен по опорам железных дорог, на линиях электропередачи, в силовых кабелях, в канализационных и водопроводных трубах, по руслу рек и дну озер, вдоль автомобильных дорог. Подразделяют оптические кабели по таким признакам, как: назначение и условияприменения; способ прокладки; конструктивные и технологические особенности; число ОВ и электрических жил (табл.1).

Таблица 1

В общем случае деление по группам, установленное ГОСТ и публикацией МЭК, достаточно условно, так как требования, предъявляемые к каждой группе кабелей в нашей стране и за рубежом, отличаются в значительной степени как по уровню параметров, так и по их комбинации. Сравнение групп позволяет выделить типовые конструкции, характерные для каждой группы, и провести их анализ. Выбор той или иной конкретной конструкции в пределах одной группы или вида зависит от многих переменных и определяется параметрами системы передачи, внешними воздействиями и стоимостью. Согласно классификации МСЭ-Т оптические кабели можно разделить на кабели для внешней и внутренней прокладки (табл.2).

Таблица 2

Классификация оптических кабелей для внешней прокладки, т. е. линейных кабелей, представлена на рис. 1,Оптический кабель для внутренней прокладки, т. е. внутриобъектовых кабелей, — на рис. 2.

По условиям применения кабели делятся на подвесные, подземные и подводные. Самый распространенный вид прокладки оптических кабелей — подземный (рис. 3). Способы прокладки подвесных и подводных оптических кабелей представлены соответственно на рис. 4 и 5.

Конструкция подводных оптических кабелей связи выбирается в зависимости от вида водной системы (река, озеро, залив, островные протоки) и существующего риска, связанного с рыболовством (табл. 3).

Таблица 3 Степень риска, связанная с применением подводных кабелей

5. Прокладка и монтаж кабеля

В процессе организации и осуществления строительства ВОЛС, как правило, выполняются следующие мероприятия:

организация и проведение подготовительных работ;

прокладка или подвеска ОК;

монтаж ВОЛС;

проведение приемосдаточных измерений и сдача ВОЛС в эксплуатацию.

В это главе курсового проекта будут более подробно рассмотрены выбранные методы прокладки, особенности монтажа, измерений и защиты ОК от внешних влияний.

Территория вдоль трассы, вдоль которой будет проложен ОК, имеет в основном равнинный рельеф с незначительными оврагами. Наиболее экономически выгодным и удобным для прокладки в грунт ОК является прокладка кабелеукладчиком (бестраншейная прокладка), обеспечивающая наиболее высокую степень механизации и скорость прокладки. При этом способе ножом кабелеукладчика в грунте прорезается узкая щель, и кабель укладывается на ее дно, на глубину 0,9−1,2 м. В целом бестраншейная прокладка кабеля — процесс динамичный, кабель испытывает механические нагрузки. Особенностью прокладки ОК является необходимость осуществления постоянного оптического контроля за целостностью и состоянием оптических волокон и кабеля в процессе прокладки. С этой целью все оптические волокна соединяются шлейфом и включаются в измерительный прибор.

В начале прокладки кабеля в местах расположения сростков отрывают котлованы размером 31,51,2 м. Кабель заправляют в кассету с запасом 5 м. перед прокладкой трассу планируют бульдозером. Подъем и уклоны не должны превышать 30%. Характер данной местности и почвы отвечают необходимым требованиям.

При выборе соответствующего кабелеукладочного оборудования особое внимание было обращено на конструкцию кассеты для подачи оптического кабеля. Полезная мощность на маховике двигателя базового трактора при минимальной глубине прокладки должна быть равна: 75 — 110 кВт при 0,9 м и 160 — 240 кВт при 1,2 м. При выборе базового трактора тип ОВ и его относительно малый диаметр и масса не являются определяющими факторами. В кабелеукладочном оборудовании особое внимание уделяется системе подачи кабеля и направляющей кассете. Используем способ, при котором кабельный барабан монтируется спереди трактора и кабель проходит над кабиной трактора через квадратную конструкцию с роликами или направляющими трубками, а затем через блок с гидроприводом, обеспечивающий размотку кабеля с барабана и подачу его в кассету. Кабель должен сделать один полный виток вокруг блока, скорость вращения которого должна превышать линейную скорость перемещения базового трактора.

Рисунок 1. — Прокладка ОК кабелеукладчиком

Эта система прокладки (рисунок 1) состоит из опорной конструкции, на которой устанавливаются барабаны, роликов или направляющих трубок, блока и направляющей кассеты, располагаемой сзади на кабелеукладчике. Радиус изгиба направляющей кассеты должен отвечать требования минимального радиуса изгиба ОК. Все ролики или направляющие приспособления в системе, вызывающие изменения направления похождения кабеля, должны соответствовать минимально допустимому радиусу изгиба кабеля. Он должен в 20 раз превышать диаметр кабеля. В моем случае кабель ОКЛК-01 имеет диаметр 28 мм, следовательно, минимально допустимый радиус изгиба должен превышать 560 мм. Допустимый радиус изгиба ОК должен оставаться постоянным, при повороте трассы с радиусом более крутым, чем допускает кабелеукладочная техника, должна отрываться траншея для выполнения маневра. Выглубление и заглубление ножа кабелеукладчика производятся только в предварительно отрытом котловане, размер которого должен быть больше наибольшей ширины ножа. Выше уровня прокладки ОК на 10.15 см одновременно с ОК прокладывается сигнальная лента, а на поворотах трассы и участках пересечений с подземными сооружениями устанавливаются электронные маркеры.

Во избежание защемления кабеля в направляющих роликах сделаны зазоры. Кабель подается на верхнюю часть кассеты. Между отверстием в кабельном барабане и осью, вставляемой в барабан, должен быть зазор 1,6…3,2 мм, при этом во избежание бокового соскальзывания барабана в осевом направлении на оси устанавливаются зажимные втулки.

Прокладка оптического кабеля на переходах через подземные коммуникации

На участке пересечения с автомобильными и железными дорогами ОК укладывают в защитные полиэтиленовые трубы, прокладываемые преимущественно закрытым способом. Проектируемая трасса имеет 2 перехода через железную и автодорогу. Используем для перехода метод горизонтального прокола.

Метод горизонтального прокола является достаточно простым и основан на образовании скважины за счет уплотнения массива грунта. Вначале вырывают два котлована — стартовый и приемный, они имеют требуемую глубину. В стартовом котловане устанавливают раму с домкратами. Затем труба с наконечником с постоянно добавляемыми секциями пронзает массив грунта. В конце труба должна выйти в приемном котловане. Схематично этот процесс изображен на рисунке 2.

>

Рисунок 2 — Схема метода горизонтального прокола

Проталкивание трубы, осуществляется домкратами. Через наголовник сменными нажимными удлинительными патрубками, шомполами или зажимными хомутами передается давление. Затем трубу циклически вдавливают, путем попеременного переключения домкратов на прямой и обратный ход, при этом прилагаемое усилие достигает 3000 кН.

Применение полиэтиленовой трубы оптического кабеля большой обеспечивает защиту кабеля от возможных повреждений, трубы ПНД не подвержены коррозии, экологически чисты, гигиеничны и безопасны. Срок службы таких труб оценивается в 5 — 100 лет, то есть гарантированный срок безаварийной эксплуатации трубопроводов увеличивается в 2 — 3 раза. Снижается риск аварий.

Монтаж ВОЛС

Монтаж оптических кабелей — наиболее ответственная операция, предопределяющая качество и дальность связи по ВОЛС. Соединение волокон и монтаж кабелей производятся как в процессе производства, так и при строительстве и эксплуатации кабельных линий.

Оптические кабели производятся определенной длины, которая называется строительной. В моем случае она составляет 4 км. Длина оптической линии превышает строительную, поэтому ОК, проложенные в канализации, грунте, необходимо соединять, то есть сращивать между собой. Для этого оптические волокна на концах ОК освобождают от модуля на длине до 0,5…1,0 м и соединяют между собой «торец-торец» путем сварки. Что бы осуществить сварку или склеивание, оптическое волокно на длине примерно 1 мм от конца освобождают от защитной оболочки, после чего с помощью специального устройства — скалывателя производят скалывание волокна. Далее производят сварку ОВ. Соединенные таким образом оптические волокна размещают в специальных кассетах, а они в свою очередь внутри специального контейнера, в котором закрепляются концы ОК в тех участках, на которых не снята его защитная оболочка. Такой контейнер называется муфтой. Рассмотрим более подробно эти процессы.

6. Устройство переходов через преграды

Подводная прокладка рассматривается как часть или отрезок подземной прокладки, когда приходится пересекать реки, ручьи, болота, озера, искусственные водоемы, каналы.

Несудоходные реки Убля и Потудань, через которые проектом предусмотрен переход, в месте переходов имеют ширину 30−50 метров, глубину не более 3 метров. В данном случае по действующим нормам через водные преграды шириной до 300 и глубиной до 6 м со скоростью течения до 1,5 м/с при плавном рельефе дна (включая подводную береговую часть), кабели связи следует прокладывать бестраншейным способом заглублением до 1,2 м.

В пойменной части трассы кабельного перехода через водную преграду подводный кабель до стыка с подземным кабелем должен прокладываться на глубине прокладки подземного кабеля.