Проект внутризоновой ВОЛП на участке Хабаровск – Амурск

Министерство связи и массовых коммуникаций ГОУ ВПО «СибГУТИ»

Кафедра ЛС Курсовой проект на тему:

" Проект внутризоновой ВОЛП на участке Хабаровск — Амурск"

Выполнил: студентка гр. М-63

Сощенкова Ю.С.

Проверил: Михайловская Ж.А.

Новосибирск 2009

• 1. Введение
• 2. Выбор и обоснование трассы ВОЛП
• 2.1 Характеристика оконечных пунктов
• 2.2 Выбор способа строительства трассы
• 3. Расчет необходимого числа каналов
• 4. Выбор системы передачи и определение требуемого числа волокон в ОК
• 5. Расчет параметров оптического кабеля
• 6. Выбор типа оптического кабеля и описание его конструкции
• 7. Расчет длины участка регенерации ВОЛП и размещение регенерационных пунктов
• 7.1 Определение длины регенерационного участка
• 7.2 Схема размещения регенерационных пунктов по трассе оптического кабеля
• 8. Расчет параметров надежности ВОЛП
• 9. Составление сметы на строительство линейных сооружений
• 10. Волоконно-оптические усилители
• Заключение

1. Введение

Современные оптические кабели связи (ОК) практически вытесняют традиционные медно-жильные кабели связи на всех участках Взаимоувязанной сети связи России. Так, строительство новых линий передачи на первичной и внутризоновых сетях связи ведется преимущественно с использованием ОК. ОК широко используются на соединительных линиях местной сети, при сооружении структурированных кабельных систем, в системах кабельного телевидения, на абонентских участках и т. д.

Оптические кабели в отличие от электрических кабелей с медными проводниками не требуют дефицитных металлов и изготавливаются, как правило, из стекла и полимеров. Помимо экономии меди, достоинствами оптических кабелей по сравнению с электрическими являются возможность передачи большого потока информации, малое ослабление сигнала и независимость его от частоты в широком диапазоне частот, высокая защищенность от внешних электромагнитных помех, малые габаритные размеры и масса, надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).

Системы передачи, работающие по волоконно-оптическим линиям, также обладают рядом преимуществ по сравнению с системами передачи, работающими по электрическому кабелю: широкая полоса пропускания, позволяющая организовывать требуемое число каналов по одному волоконно-оптическому тракту; возможность предоставления абоненту наряду с телефонной связью других услуг (телевидение, телефакс, широкополосное радиовещание, различные тематические и справочные службы, реклама и так далее); малое километрическое затухание и, следовательно, возможность увеличения длины регенерационного участка; немаловажное значение имеет и достигаемая скрытность связи.

Учитывая нарастающую тенденцию использования оптоволоконных кабелей для прокладки магистральных и внутризоновых линий связи, мы разработаем курсовой проект, задача которого — спроектировать линию связи между заданными пунктами, организовать систему связи, выбрав необходимое оборудование передачи и оптический кабель.

1 Исходные данные:

1) Оконечные пункты трассы: Хабаровск, Амурск

2) Длина волны: л=1380 нм

3) Показатель преломления сердцевины ОВ: n₁ =1,489

4) Относительная разность показателя преломления: =0, 19%.

2. Выбор и обоснование трассы ВОЛП

2.1 Характеристика оконечных пунктов

Разрабатываемая оптоволоконная трасса должна связывать административные центры края и района. Обоснуем необходимость в прокладке этой линии. Для этого дадим краткую характеристику этих городов, а также всего Хабаровского края и Амурского района.

Город Амурск расположен в центральной части Хабаровского края в долине реки Амур. Расстояние по железной дороге до Комсомольска-на-Амуре 28 км, до Хабаровска — 328 км. Внешнее транспортное сообщение, кроме железнодорожного, осуществляется по автодороге Амурск — Комсомольск-на-Амуре и далее по трассе до Хабаровска, расстояние составляет 450 км, а также водным транспортом по реке Амур. Территория района — 16,4 тыс. кв. км, города — 146,5 кв.км. Численность постоянного населения района на 01 июня 2009 года — 69,7 тыс. человек, города — 45,6 тыс. человек.

Хабамровск — город (с 1880 года) в России, административный центр Хабаровского края и Дальневосточного федерального округа РФ.

Население 579,1 тыс. чел. Площадь города — 386,4 кмІ.

Город расположен на правом берегу реки Амур на Среднеамурской низменности, в 20 км от границы с Китаем. Расстояние от Москвы по прямой — приблизительно 6100 км, по железной дороге — 8533 км. Железнодорожная станция, узел автодорог, аэропорт, речной порт.

Через город проходит Транссибирская железнодорожная магистраль, ветка на Байкало-Амурскую магистраль через Комсомольском-на-Амуре. Управление Дальневосточной железной дороги, её крупнейшие пассажирская (Хабаровск-1) и грузовая (Хабаровск-2) станции. От Хабаровска до Владивостока курсирует фирменный поезд «Океан». Пригородные железнодорожные перевозки осуществляются электропоездами. Город является связующей точкой федеральных автотрасс Чита-Хабаровск, Хабаровск-Владивосток (M60-Уссури), Хабаровск — Комсомольск-на-Амуре и строящейся трассы Хабаровск-Находка (Восток). В 1983 году сдан в эксплуатацию вокзал на 500 пассажиров в час. Междугородние автобусные маршруты связывают город с центральными и восточными районами края, городами Приморья и Еврейской автономной области. Через речной порт Амурское речное пароходство осуществляет доставку грузов на север. Осуществляются пассажирские речные перевозки по реке Амур, в том числе и в города соседнего Китая. Здесь же расположено крупнейшее производственное предприятие пароходства — Хабаровская ремонтно-эксплуатационная база флота (РЭБ). Авиаперевозки осуществляются через Новый (имеет статус международного с 1972 года) и Малый аэропорты, расположенные в 10 км от центра города. Здесь же развернута база ремонта авиационных судов. Через зону ответственности авиадиспетчеров Хабаровска проходят маршруты перелётов Япония — Европа.

2.2 Выбор способа строительства трассы

При прокладки трассы необходимо учитывать некоторые требования: минимальные капитальные затраты на строительство, удобство обслуживания, минимальные затраты на эксплуатацию. Для выполнения первого условия необходимо, чтобы трасса проходила вдоль отвода железных, либо автомобильных дорог. Допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет трассу. Также одним из критериев выбора является протяженность, которая, по возможности, должна быть минимальной. К минимизации затрат приведет наименьшее число пересечений трассы с автомобильными и железными дорогами, другими коммуникациями. Удобство обслуживания и минимальные затраты на эксплуатацию можно связать с наличием населенных пунктов на сети, которое позволит обеспечить обслуживающему персоналу подходящие жилищно-бытовые условия и условия работы.

Примем в рассмотрение два варианта прокладки трассы. Рассматриваемые варианты:

Хабаровск — Приамурский — Салыгон — Эльбан — Амурск — вдоль железнодорожной дороги.

Хабаровск — Вятское — Бол. Картель — Хурба — Амурск — вдоль автомобильной дороги общероссийского значения.

Сведем в таблицу основные показатели сравниваемых вариантов.

Таблица 1. Параметры сравниваемых вариантов

Выберем второй вариант пути по следующим причинам:

При прокладке вдоль железной дороги:

требуется дополнительное согласование с управлением ЖД;

значительно усложняется проведение работ на линии из-за установленного расписания движения ж/д транспорта;

возникают дополнительные трудности из-за наводок от токоведущих частей железной дороги;

трасса получается более длинной из-за особенностей построения железных дорог.

При прокладке вдоль автомобильной дороги:

не требуется дополнительного согласования, т.к. земли вдоль автодорог не являются чей-либо собственностью;

обеспечивается оперативное прибытие на место работ ремонтной бригады;

протяжённость трассы значительно меньше т.к. автодороги строятся по принципу кратчайшего пути.

Ситуационная схема трассы прокладки ОК приводится в приложении А.

3. Расчет необходимого числа каналов

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

Численность населения в любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте с учетом среднего прироста населения определяется по формуле:

где Н₀ — народонаселение в период проведения переписи, чел.

Так как проектируемая линия соединяет краевой и районный центр, то при расчете нагрузки необходимо учесть население края и района.

В Хабаровском крае 1401,915 тыс. чел., в амурском районе 24,834 тыс. чел.

Население Хабаровска: 579,168 тыс. чел., Амурска: 45,623 тыс. чел.

Тогда

Н₀₁ =579,168+1401,915−24,834=1956,249 тыс. чел.

Н₀₂ =24,834+45,623=70,457 тыс. чел.,

где Н₀₁ и Н₀₂ — народонаселение в пунктах, А и Б.

Р — средний годовой прирост населения в данной местности, % (принимается по данным переписи 2−3%, зададимся значением 2),

t — период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения. Год перспективного проектирования в данном курсовом проекте принимается на 5 лет вперёд по сравнению с текущим временем.

Следовательно,

t=5+ (t_m — t₀),

где t_m - год составления проекта,

t₀ — год, к которому относятся данные.

t=5+ (2009;2009) =5 лет

Количество населения:

Хабаровск:

Амурск:

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи, вообще говоря, зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Практически эти взаимосвязи выражаются через коэффициент тяготения f₁, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах (от 0,1 до 12%). Примем f₁=5%.

Для расчёта телефонных каналов используем приближенную формулу:

где ₁ и ₁ — постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потери задают 5%, тогда ₁=1,3; ₁=5,6; f_{1 -} коэффициент тяготения, f₁ = 0,05 (5%), у — удельная нагрузка, т. е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом; у = 0,05 Эрл; m_а и m_б — количество абонентов, обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах, А и Б.

Количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 0,38 количество абонентов в зоне АМТС можно определить по формуле:

Хабаровск:

Амурск:

Таким образом, число телефонных каналов между Хабаровском и Амурском:

Общее число каналов можно рассчитать по формуле:

n_аб=n_тф + n_тг + n_пв + n_пд + n_пг + n_тр,

где n_тф — число двухсторонних каналов для телефонной связи;

n_тг — то же для телеграфной связи;

n_пв — то же для передачи проводного вещания;

n_{пд -} то же для передачи данных;

n_пг — то же для передачи газет;

n_{тр -} транзитные каналы.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, т. е. каналов ТЧ, например 1 ТГ кан. = 124 ТФ кан.; 1 ПВ кан. = 3 ТФ кан. и т. д., целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы. Для курсового проекта можно принять:

n_тф n_тг + n_пд + n_пг + n_тр

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле: n_аб 2n_тф, где n_тф — число двухсторонних телефонных каналов. Тогда.

Также надо учесть каналы, необходимые для пользователей Internet. Нагрузка (в единицах измерения скорости передачи) рассчитывается по формуле:

где V=56 Кбит/с — скорость передачи;

Э=0,04 Эрл — удельная нагрузка в ЧНН;

N — количество пользователей.

Количество пользователей, определяется по формуле:

тыс. чел.

где и — количество жителей в соответствующих городах.

Тогда число каналов Internet:

Общее число каналов с учётом Internet:

Количество потоков: n_{потоков} =83

4. Выбор системы передачи и определение требуемого числа волокон в ОК

В оптических системах передачи используется то же принцип образования многоканальной связи, что и в системах работающих по электрическому кабелю, т. е. временное и частотное разделение каналов. В настоящее время все наибольшее распространение получают волоконно-оптические системы синхронной цифровой иерархии (Synchronous digital hierarchy, SDH-иерархические серии цифровых скоростей передачи и транспортных структур, стандартизированных рекомендациями МСЭ-Т).

Среди преимуществ стандарта SDH можно отметить следующее:

· допускает использование систем разных производителей (стыковка на промежуточном уровне),

· синхронный обмен данными в сети,

· расширенные возможности передачи/приема информации об операциях, администрировании, обслуживании и развитии структуры (OAM&P) — Operations, administration, maintenance, and provisioning),

· настройка сети на предоставление новых видов услуг.

Стандарт SDH определяет уровни скорости прохождения сигнала синхронного транспортного модуля (Synchronous Transport Module — STM). Основная скорость передачи сигнала составляет 155,520 Мбит/с. Более высокие скорости кратны основной скорости. Скорости передачи данных по каналам SDH представлены в табл.4.1.

Таблица 4.1 — Скорости передачи соответствующие STM-N

В качестве системы передачи в данном курсовом проекте предполагается взять оборудование фирмы «Nec» SMS-600V — MUX

Аппаратура SMS — 600V относится ко второму уровню SDH и соответствует стандарту ITU-T, ETSI и требованиям регламента SDH РФ. Система SMS-600V представляет собой мультиплексор уровня STM-4 (622,080 Мбит/с), который является представителем семейства изделий SDH, выпускаемых корпорацией «Nec». Выбор этого оборудования продиктован тем, что оборудование фирмы «Nec» одно их самых перспективных в настоящее время, имеет гибкую, легко управляемую структуру, обеспечивает возможность совместной работы аппаратуры разных стран-изготовителей.

Система фирмы «Nec» SMS-600V обладает улучшенными:

· качеством передачи;

· возможностью использования в автоматизированных системах связи;

· массогабаритными показателями;

· трудозатратами при производстве и эксплуатации.

Рис. 4.1 — Внешний вид аппаратуры фирмы «Nec» SMS-600V

Функциональные возможности SMS-600V определяются выбором сменных блоков и их конфигурацией. Особенностью оборудования является значительная гибкость — возможность применения различных электрических интерфейсов: 2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 140 Мбит/с;

Максимальное число компонентных сигналов:

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

· 6 34 Мбит/с в шести блоках: 1 интерфейс 34 М в каждом блоке;

· 4· STM — 1: два интерфейса STM — 1 в одном блоке.

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

Аппаратура SMS — 600V обеспечивает резервирование мультиплексорных секций по схеме 1+1, резервирование трактов VC-12, VC-3 и VC-4 в кольцевых конфигурациях и резервирование блоков по схеме 1+1 или 1: N.

Аппаратура SMS-600V контролируется и управляется с помощью встроенных микропроцессорных устройств и специализированного программного обеспечения. Если расстояние передачи между отдельными SMS-600V превышает значение, указанное в спецификации оптического интерфейса блока оптической линии, используется регенератор SMS-600R.

Характеристика системы SMS-600V

Режимы работ:

· терминальный (TRM);

· ввода-вывода (ADM);

· кольцевой (RING);

· локальный кроссконнект (LXC);

· регенератор (REG).

Интерфейсы магистральных линий:

· STM-1, оптический (резервирование типа 1+1, 1:

· 1);

· STM-1, электрический (резервирование типа 1:

· 1);

· STM-4, оптический (резервирование типа 1+1, 1:

1)

Поддержка интерфейса составляющих сигнала:

· 2 Мбит/с (резервирование 1: 3);

· 34 Мбит/с (резервирование типа 1: 4);

· 140 Мбит/с (резервирование типа 1: 4);

· STM-1 оптический (резервирование типа 1+1);

· STM-1 электрический (резервирование типа 1: 4);

· STM-4 оптический (резервирование типа 1+1).

Температурный режим: от — 5С до +45С.

Таблица 4.2 — Параметры оптического интерфейса STM-4

Электропитание:

Аппаратура SMS-600V питается от источника постоянного тока с заземленным плюсом и номинальным напряжением U_ном = 48 В (38,4 — 60 В). В аппаратуре SMS-600 имеется четыре блока питания с резервированием 3+1.

Источники синхронизации:

· линейный сигнал STM-4;

· компонентный сигнал STM-1;

· компонентный сигнал 2048 Кбит/с;

· внешний источник синхронизации 2048 кГц;

· внутренний генератор.

Так как в данном курсовом проекте я проектирую внутризоновую ВОЛП, то число волокон в ОК с учётом дальнейшей перспективы развития должно быть не менее 12.

оптический кабель внутризоновая связь

5. Расчет параметров оптического кабеля

1) Числовая апертура

Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки оптического волокна, найдем числовую апертуру:

(одномодовый кабель).

Отсюда найдем значение апертурного угла:

2) Значение нормированной частоты.

где — радиус сердцевины одномодового волокна.

.

3) Число мод

Для градиентного волокна:

.

4) Затухание

Необходимо рассчитать затухание за счет поглощения, за счет рассеяния и кабельное затухание.

Затухание за счет поглощения находится по формуле:

где. .

Затухание за счет рассеяния определяется по следующей упрощенной формуле:

где — коэффициент рассеяния.

.

Кабельное затухание примем равным. Затухание примеси:. Собственное затухание:

Рассчитаем суммарное затухание.

.

5) Дисперсия.

Дисперсия — это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ.

В одномодовом волокне проявляется волноводная, материальная и профильная дисперсии. Это три составляющие хроматической дисперсии. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды. Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала. Эти три вида дисперсии рассчитываются по формулам:

, .

,

— удельные материальная, волноводная и профильная дисперсии.

— ширина спектра источника излучения.

, .

Результирующая хроматическая дисперсия:

Так как, то в удельных величинах дисперсия будет такой же по величине:

.

6. Выбор типа оптического кабеля и описание его конструкции

Тип кабеля определяется заданной длиной волны, допустимыми потерями и дисперсией, а также условиями прокладки (категория грунта, наличие переходов через водные преграды и другое). Число волокон выбирается в зависимости от требуемого числа каналов и системы передачи, но не меньше четырех. В данном курсовом проекте число волокон выбираем 16. Выберем кабель ОКЛК-01−4-24−10/125−0,36/0,22−3,5/18−7,0.

Кабели оптические бронированные для прокладки в грунт и на переходах через водные каналы.

Опции:

· Использование оптических волокон в соответствии с Рекомендациями G.651, G.652, G.655

· Применение водоблокирующих нитей, лент («сухая» конструкция)

· Применение алюмополиэтиленовой оболочки

· Изготовление наружной оболочки из материалов, не распространяющих горение

· Изготовление полностью диэлектрической конструкции кабеля

· Применение вспарывающих кордов

· Изготовление кабелей усиленной конструкции — раздавливающие нагрузки не менее 10 000 Н/10 см

· Изготовление кабелей с допустимыми растягивающими нагрузками 7, 10, 20, 40 кН

Описание конструкции кабеля типа ОКЛК (до 24 ОВ)

1. Оптические волокна свободно уложены в полимерных трубках (оптические модули), заполненных тиксотропным гелем по всей длине.

2. Центральный силовой элемент (ЦСЭ — диэлектрический стеклопластиковый пруток (или стальной трос в ПЭ оболочке), вокруг которого скручены оптические модули.

3. Гидрофобный гель — заполняет пустоты скрутки по всей длине.

4. Поясная изоляция — лавсановая лента, наложенная поверх скрутки.

5. Кордели — сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции.

6. Внутренняя оболочка — композиция ПЭ низкой или высокой плотности.

7. Броня — повив стальных оцинкованных проволок или диэлектрических высокопрочных стержней.

8. Наружная оболочка — композиция светостабилизированного ПЭ.

Преимущества:

· минимальный вес и диаметр;

· высокая стойкость к воздействию растягивающих и раздавливающих нагрузок;

· высокая молниестойкость;

· высокое электрическое сопротивление защитной оболочки в течение всего срока службы;

· надежная защита от повреждения грызунами;

· низкая температура прокладки и эксплуатации;

· использование материалов лучших зарубежных и отечественных изготовителей;

· удобство прокладки и монтажа;

Параметры эксплуатации

Температурный диапазон:

· эксплуатация — от минус 60єС до плюс 50єС

· монтаж — не ниже минус 10єС

· транспортирование и хранение — от минус 60єС до плюс 50єС

Строительная длина — от 1 до 6 км

Срок службы — не менее 30 лет

Основные технические параметры

Типы волокон, используемые компанией ЗАО " СОКК"

Технические параметры оптических волокон

7. Расчет длины участка регенерации ВОЛП и размещение регенерационных пунктов

7.1 Определение длины регенерационного участка

При проектировании высокоскоростных ВОЛП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию (L) и длина участка регенерации по широкополосности (L_B), так как причины, ограничивающие предельные значения L и L_B независимы.

В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию:

L _макс — максимальная проектная длина участка регенерации;

L _мин — минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величин длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения:

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

А_макс определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передачи и уровнем чувствительности приемника для ВОСП:

А_мин определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОСП:

_ок (дБ/км) — километрическое затухание выбранного ОК, для выбранного кабеля составляет 0,34 дБ/км (для второго окна прозрачности);

_нс (дБ) — среднее значение затухания мощности оптического излучения на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации, среднее расчетное значение составляет 0,08дБ;

L_стр — среднее значение строительной длины на участке регенерации, для выбранного кабеля составляет 6 км;

а_рс (дБ) — затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя, среднее расчётное значение 0,3дБ;

n — число разъемных оптических соединителей на участке регенерации, равно 2;

(пс/нм•км) — суммарная дисперсия одномодового ОВ в выбранном ОК,

для выбранного кабеля составляет 3,5 пс/нм•км (для второго окна прозрачности);

(нм) — ширина спектра оптического излучения выбранной СП, для выбранного передающего модуля (SMS-600V) на уровне (-3 дБ) составляет 0,2нм, что соответствует 20% от =1 нм на уровне (-20 дБ);

В (МГц) — широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту для выбранной СП, для STM-4 B=622,08Мбитс;

М (дБ) — системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации, исходя из наихудших условий зададимся значением 6 дБ;

Тогда

Условие L_B > L _макс выполняется, следовательно, аппаратура и кабель выбраны верно.

7.2 Схема размещения регенерационных пунктов по трассе оптического кабеля

Согласно проведенным выше расчетам, необходимо установка регенераторов на трассе. Общая протяженность трассы 458 км. Установим 7 необслуживаемых регенерационных пунктов на расстоянии 64 км.

На всей трассе прокладывается ОК марки ОКЛК-01−4-24−10/125−0,36/0,22−3,5/18−7,0. Схема организации связи может быть выполнена на основе топологии «Простейшая сеть типа «точка-точка» .

Рис. 7.2.1 — Схема организации связи и размещения регенерационных пунктов на участке Хабаровск — Амурск

8. Расчет параметров надежности ВОЛП

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

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

При проектировании должна быть произведена оценка показателей надежности. Необходимо рассчитать коэффициент готовности (Кг) и время наработки на отказ (Т₀).

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

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

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

Требуемые показатели надежности для внутризоновой первичной сети (ВзПС):

· Коэффициент готовности >0,998;

· Среднее время между отказами >2050 часов;

· Время восстановления <4,24 часов.

Для оборудования линейных трактов на ВзПС и СМП должно быть:

· время восстановления НРП — Тв нрп < 2,5 час (в том числе время подъезда-2 часа);

· время восстановления ОРП, ОП — Тв орп < 0,5 час;

· время восстановления ОК — Тв ок < 10 час (в том числе время подъезда 3,5 часа)

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

Среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км. кабеля в год: = 0,34

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

где:

L — длина проектируемой магистрали; 8760 — количество часов в году.

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

где:

Т_в — время восстановления,

а коэффициент готовности:

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

где:

L — длина проектируемой ВОЛП, км;

Т₀ — норма на среднее значение времени между отказами, ч.;

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

где: t_{1 -} время подъезда Сравнивая полученные значения параметров надежности с нормативными показателями делаем вывод о надежности работы средств связи данного проекта.

9. Составление сметы на строительство линейных сооружений

Смета на строительство является основным документом, по которому осуществляется планирование капитальных вложений, финансирование строительства и расчета между подрядчиком и заказчиком за выполнение работы.

Рассчитаем общую длину кабеля по формуле:

где

L_каб — общая длина ОК;

L_{б -} длина трассы при бестраншейной прокладке (кабелеукладчиком) — 80% от общей протяженности;

L_м — длина трассы, разрабатываемой мехспособом (экскаватором) — 10% от общей протяженности;

L_{вр -} длина трассы, разрабатываемой вручную — 10% от общей протяженности;

L_{кан -} количество кабеля, прокладываемого в канализации — 3ч4км на каждый город, а т. к моя трасса проходит через 6 городов, получим:

L_кан==24 км

км.

Количество муфт по трассе рассчитывают по формуле:

где

n_тр — количество муфт на трассе;

L_тр — протяженность трассы;

L_сд — строительная длина выбранного кабеля

Количество муфт в кабельной канализации определяется как

где

L _{кк. -} протяженность кабельной канализации в каждом населенном пункте;

L_сд — строительная длина выбранного кабеля

Таким образом, общее число муфт:

Таблица 9.1 Локальная смета на прокладку и монтаж оптического кабеля

Таблица 9.2 Объектная смета на строительство линейных сооружений на участке ОП — ОП

Для оценки экономичности проекта определим показатели единичной стоимости, т. е. стоимости 1 канало-километра и 1 км трассы проектируемой магистрали. Эти показатели определяются по формулам:

Стоимость каналокилометра:

Тогда руб/канкм Стоимость 1 километра трассы:

Тогда

10. Волоконно-оптические усилители

Одним из основных узлов современных волоконно-оптических систем связи со спектральным уплотнением каналов (WDM — и DWDM-систем) является оптический усилитель. Создание широкополосных оптических усилителей (наряду с другими элементами) позволило в конце 90-х годов создать экспериментальные волоконно-оптические системы связи со спектральным мультиплексированием более ста каналов и достичь скорости передачи информации более 1 Тбит/с.

Принцип работы такой системы показан на рисунке внизу.

Рисунок 10.1-Принцип работы волоконно-оптических систем связи со спектральным мультиплексированием

Терабитные скорости передачи в системе достигаются за счет применения временного (ТDМ) и спектрального (WDM) уплотнения (мультиплексирования) сигналов. Полная скорость передачи информации В в мультиплексной системе равна произведению числа спектральных каналов N на скорость передачи информации в одном канале b: В = N· b.

Величина b определяется возможностью технологий временного уплотнения сигналов. В настоящее время практически реализованы системы со скоростями передачи в одном канале до 40 Гбит/с, имеются сообщения о многоканальной экспериментальной системе со скоростями передачи в одном канале до 160 Гбит/с. Число спектральных каналов N в системе, как уже говорилось выше, может достигать 100, с разделением по длине волны Dl между соседними каналами, равными (0,4ё0,8) нм. Таким образом, для реализации протяженых терабитных систем требуются широкополосные оптические усилители, спектральная полоса которых должна, по крайней мере, превышать 30 нм.

В настоящее время для волоконно-оптических систем связи разработаны три типа оптических усилителей: полупроводниковые оптические усилители, эрбиевые волоконные усилители (EDFA) и рамановские (ВКР) волоконные усилители. Полупроводниковые оптические усилители не нашли применения в системах со спектральным уплотнением каналов, поскольку физические особенности их функционирования приводят к неприемлемой величине перекрестных помех между каналами.

Наиболее широкое применение в настоящее время находят волоконные усилители. Современный уровень развития технологий позволяет вводить в световедущую жилу кварцевого волокна различные примеси, в частности, редкоземельные элементы, имеющие спектр люминесценции в окнах прозрачности волокна (l = 1,54 мкм, l = 1,32 мкм и др.) и пики поглощения в области генерации полупроводниковых лазеров (l = 808 нм; l = 980 нм; l = 1480 нм), через которые может осуществляться накачка активированного таким образом оптического волокна излучением этих лазеров.

Самыми распространенными в настоящее время являются эрбиевые волоконные усилители. Главным образом это определяется спектром люминесценции ионов эрбия, лежащим в области длин волн l = 1,54 мкм — области минимальных потерь современных кварцевых световодов. Эрбиевый волоконный усилитель характеризуется следующими основными параметрами:

коэффициентом линейного усиления (усиления при малом входном сигнале);

мощностью насыщения;

спектральной полосой усиления;

рабочей длиной волны;

эффективностью оптического преобразования и мощностью накачки.

Эти характеристики определяются параметрами активированного световода (световода, в который введены примеси эрбия) и оптической схемой-топологией усилителя.

В большинстве схем волоконных усилителей накачка осуществляется непосредственно в торец световедущей жилы активированного волокна.

В последнее время в результате разработки активированных эрбием световодов со сложным профилем показателя преломления и распределения ионов эрбия по диаметру световедущей жилы волокна начали применяться более эффективные схемы усилителей с накачкой через промежуточную оболочку световода.

Оптическая накачка эрбиевых волоконных усилителей осуществляется, как правило, в высокоэффективные полосы поглощения эрбия на длинах волн l «980 нм и l = 1480 нм. Для накачки используются полупроводниковые лазеры, излучающие на соответствующих длинах волн мощности порядка нескольких ватт. При этом эффективность оптического преобразования может достигать (50−60) %.

Ниже приводятся основные параметры коммерчески доступных эрбиевых волоконных усилителей:

коэффициент линейного усиления (малосигнального) — 30−40 дБ;

мощность насыщения — до 0,5 Вт;

спектральная полоса усиления — 30−40 нм;

диапазон рабочих (усиливаемых) длин волн — (1530−1570) нм;

коэффициент шума — (4−6) дБ.

Современные эрбиевые волоконные усилители обеспечивают усиление модулированных оптических сигналов в полосе до 40 ГГц. Имеются экспериментальные работы, в которых показана возможность усиления модулированных сигналов с скоростями модуляции до 160 Гбит/с.

Для многоканальных волоконно-оптических систем со спектральным мультиплексированием очень важным является спектральная полоса усиления и ее равномерность (плоскостность). Поскольку в настоящее время число каналов достигает 100, и практически трудно реализовать разделение отдельных спектральных каналов с интервалами менее чем 0,4 нм (100 ГГц), то эти параметры начинают оказывать определяющее влияние на полосу пропускания системы или скорость передачи информации.

Полоса пропускания, ее равномерность, динамический диапазон и другие перечисленные выше характеристики усилителя напрямую зависят от параметров активированного световода (его длины, диаметра световедущей жилы, распределения ионов эрбия по диаметру световедущей жилы, степени однородности накачки и т. д.), а также топологии усилителя. В связи с тем, что невозможно создать усилители с одним активным элементом (световодом), полностью удовлетворяющие требования DWDМ-систем, в последнее время стали разрабатываться многокаскадные эрбиевые волоконно-оптические усилители. Так, фирма Lucent Technologies сообщила о создании двухкаскадных эрбиевых волоконных усилителей, имеющих спектральную полосу усиления Dl = 35 нм с максимальным отклонением коэффициента усиления не более 0,6 дБ (или 2,5%) в пределах всей полосы. Современная технология изготовления активированных эрбиевых световодов позволяет сдвигать границы полосы усиления в пределах длин волн Dl = (1530ё1650) нм, перекрывая тем самым С и L полосы DWDМ-систем. Фирмой Алкатель разработан эрбиевый волоконный усилитель для DWDМ-систем, работающий в L спектральной полосе (Dl = 1570ё1603 нм) и имеющий среднее значение коэффициента усиления, равное 34 дБ с отклонением не более 1,8 дБ по всей полосе усиления. При мощности накачки, равной 1,76 Вт, выходная мощность усилителя составляла +26 дБм.

Последним достижением можно, на наш взгляд, считать разработку эрбиевых усилителей на основе теллуридного волокна (легированного примесями теллура), имеющих спектральную полосу Dl = 80 нм, которая перекрывает C и L рабочие полосы DWDМ систем. Именно с помощью таких усилителей была реализована экспериментальная система, обеспечивающая полную скорость передачи информации 3 Тбит/с (19 спектральных каналов емкостью 160 Гбит/с в каждом канале).

Кроме широкой полосы усиления важную роль играет равномерность коэффициента усиления во всей полосе или плоскостность спектральной характеристики. Это обусловлено необходимостью иметь одинаковое усиление сигнала в каждом спектральном канале. Как правило, ни один из усилителей не имеет плоской спектральной характеристики, поэтому выравнивание спектра усиления осуществляется оптическими фильтрами различных типов. В основном усилители, применяемые в системах со спектральном уплотнением, имеют неравномерность коэффициента усиления в пределах не более нескольких децибелл во всей полосе усиления.

В основе функционирования рамановских усилителей лежит явление вынужденного комбинационного рассеяния. При этом усиление оптического сигнала происходит в том случае, если он распространяется в световоде вместе с интенсивной волной накачки, а его длина волны лежит в полосе частот комбинационного рассеяния света в световоде.

Рамановские усилители перспективны для применения в волоконно-оптических системах связи в силу их следующих принципиальных преимуществ:

они могут усиливать на любой длине волны;

в качестве активной среды рамановских усилителей может использоваться сам волоконный световод;

спектр усиления этих усилителей зависит от спектра (длины волны) накачки, поэтому, в принципе, подбором источников накачки можно формировать очень широкую (более 100 нм) полосу усиления;

рамановские усилители имеют низкий уровень шумов.

Основным недостатком рамановских усилителей является их невысокая эффективность преобразования, что требует использования довольно мощного непрерывного излучения накачки (~1 Вт) для получения типичной для оптических систем связи величины усиления сигнала 30 дБ.

Однако в последнее время в литературе появились сообщения о разработке эффективных рамановских волоконных усилителей, в которых в качестве активного световода используются специальные волоконные световоды с большим содержанием германия, обладающие низкими оптическими потерями. Этот факт, а также разработка высокоэффективных рамановских лазеров для накачки усилителя будут играть всё возрастающую роль в волоконно-оптических системах связи.

Перспективным направлением является также разработка и создание гибридных волоконных усилителей, состоящих из различных комбинаций, включающих распределенный рамановский усилитель и эрбиевыйволоконный усилитель. Варианты схем гибридных усилителей приведены на рисунке.

Рисунок 10.2 — Четыре типа гибридных волоконно-оптических усилителей

На рисунке показаны четыре типа оптических систем гибридных усилителей. В схемах типа 1 и 2 используются распределенные рамановские усилители (секции обычного связного волокна) и дискретные эрбиевые волоконные усилители. Дискретный эрбиевый усилитель в схеме 1 представляет собой двухступенчатый эрбиевый усилитель с промежуточным устройством выравнивания коэффициента усиления по спектру (эквалайзером), а в схеме 2 применен одноступенчатый эрбиевый усилитель общий внешний эквалайзер. В схеме 3 используется двухступенчатый эрбиевый усилитель с промежуточным эквалайзером и рамановским усилителем, представляющий собой отрезок высокоапертурного волокна с легированной германием световедущей жилой. Четвертый вариант схемы содержит дискретный рамановский усилитель и внешний эквалайзер.

Разработка данных схем гибридных усилителей позволила получить равномерное усиление сигналов в полосе 82,8 нм с отклонением не более 3 дБ в пределах заданной полосы.

Указанные выше достижения в области оптических усилителей позволили всем основным крупным телекоммуникационным фирмам приступить к разработке и практической реализации мультиплексорных систем связи со скоростными пределами информации 1 Тбит/с и выше.

Заключение

В результате проведения выше изложенных расчетов и рассуждений в данной курсовой работе была спроектирована внутризоновая ВОЛП, соединяющая между собой Хабаровск и Комсомольск-на-Амуре. На основе исходных данных было рассчитано необходимое число каналов, параметры оптического кабеля, по рассчитанным параметрам выбран тип оптического кабеля и тип аппаратуры. Также была разработана схема организации связи на участке внутризоновой ВОЛП Хабаровск — Комсомольск-на-Амуре и приведена схема размещения регенерационных участков. В заключение всего курсового проекта была приведена смета на строительство и монтаж ВОЛП.