Проект строительства магистральной волоконно-оптической линии передачи между городами Новосибирск и Кемерово

Введение

В связи с развитием человечества всё растут требования к объёму, скорости, качеству передачи информации. В наше время каждый человек, который активно пользуется компьютером хочет не только скачивать отдельные документы и отправлять письма по электронной почте, но и смотреть фильмы или даже телевизионные программы, устраивать видеоконференцсвязь и телефонные разговоры и всё это с помощью компьютера и сети интернет. Причём, чтобы всё это было на очень высокой скорости для комфорта и по приемлемой цене. Всё это стало возможно с развитием и использованием волоконно-оптических систем передачи. Волоконно-оптические коммуникации имеют ряд преимуществ по сравнению с электронными системами, использующими передающие среды на металлической основе. Среди них можно указать следующие:

· Широкая полоса пропускания.

· Малое затухание оптического сигнала в волокне.

· Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле.

· Высокая помехозащищенность.

· Малый вес и объем.

· Высокая защищенность от несанкционированного доступа.

· Гальваническая развязка.

· Взрыво-пожаробезопасность.

· Экономичность.

· Длительный срок эксплуатации.

Указанные выше достоинства оптического волокна как среды для передачи информационных сигналов позволяет сформулировать следующие преимущества волоконно-оптических систем связи.

1) В волоконно-оптических системах связи передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, электромагнитных или радиочастотных помех.

2) Волоконно-оптическая связь более предпочтительна перед другими видами связи, когда одним из основных требований является безопасность ее работы в детонирующих, воспламеняющихся или электронебезопасных средах и условиях.

3) Волоконно-оптические системы связи идеально подходят для передачи данных в цифровых вычислительных системах, цифровой телефонии и видеовещательных системах, которые требуют использования новых физических явлений и принципов для развития и улучшения характеристик систем передачи.

К недостаткам волоконо-оптических систем можно отнести:

· Относительная хрупкость оптического волокна.

· Сложная технология изготовления как самого волокна, так и компонентов ВОЛС.

· Сложность преобразования сигнала (в интерфейсном оборудовании).

· Относительная дороговизна оптического оконечного оборудования (однако, оборудование является дорогим в абсолютных цифрах. Соотношение цены и пропускной способности для ВОЛП лучше, чем для других систем).

Однако преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки дальнейшие перспективы развития технологий ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны. Целью данного курсовогопроекта является разработка волоконно-оптической линии связи между двумя городами — Новосибирском и Кемерово, что в свою очередь даст возможность бурному развитию новых услуг связи и информационному взаимодействию данных пунктов между собой и со всем миром.

Задание на курсовой проект:

Вариант 89

Оконечные пункты трассы: г. Екатеринбург — г. Камышлов.

Длина волны: ?=1.31 мкм.

Показатель преломления сердцевины ОВ: n1=1.487

Нормированная разность абсолютных показателей преломления: = 0,002

Индивидуальное задание: приемосдаточные измерения

1. Выбор и обоснование трассы прокладки кабеля Трасса г. Екатеринбург — г. Камышлов.

Расстояние от Екатеринбурга до Камышлова по автодорогам — ~136 км, по железным дорогам — ~141 км.

1.1 Характеристика оконечных пунктов

1.1.1 Екатеринбург Екатеринбург (с 1924 по 1991 — Свердловск) — административный центр Свердловской области, четвёртый по численности населения город в России. Транспортно-логистический узел на Транссибирской магистрали, крупный промышленный центр (оптико-механическая промышленность, приборостроение и тяжёлое машиностроение, металлургия, полиграфическая промышленность, лёгкая и пищевая промышленность, военно-промышленный комплекс).

Екатеринбург — административный, культурный, научно-образовательный центр Уральского региона, наделённый статусом центра Уральского федерального округа; также здесь располагается штаб ОСК «Центр», Президиум Уральского отделения Российской академии наук, и 35 территориальных органов федеральной власти, из-за чего город ещё называют «столицей Урала».

Численность населения Екатеринбурга на 1 января 2010 года составляет 1 372 800 человек в границах города.

Экономика По данным государственной регистрации на начало 2008 года в Екатеринбурге зарегистрировано 122,3 тысячи предприятий и организаций; среднегодовая численность работников организаций составляет 445,1 тысяч человек.

В городе действует более 24 тысяч малых предприятий, в которых трудится более 280 тысяч человек.

В Екатеринбурге располагается несколько штаб-квартир крупных российских компаний — «Уралсвязьинформ», «МРСК Урала», «Энел ОГК-5», «Сталепромышленная компания», «Русская медная компания», «Свердловскэнергосбыт», концерн «Калина».

Наука и образование По уровню квалификации выпускаемых кадров екатеринбургские вузы являются одними из ведущих в России, в частности по количеству выпускников, представляющих нынешнюю управленческую элиту России, екатеринбургские вузы уступают только вузам Москвы и Санкт-Петербурга. В настоящее время в городе имеется 20 собственных государственных вузов, в которых в общей сложности обучается более 140 тысяч студентов.

Екатеринбург является четвёртым по величине научным центром страны после Москвы, Санкт-Петербурга и Новосибирска. В городе расположен президиум и значительное число институтов Уральского отделения Российской академии наук (УрО РАН). Всего в Екатеринбурге насчитывается 45 научно-исследовательских институтов и около 100 проектных и конструкторских организаций.

1.1.2 Камышлов Камышлов — город в России, входит в состав муниципального образования Камышловский городской округ и является его административным центром.

Город расположен на левом берегу реки Пышмы при впадении в неё реки Камышловки.

Население Камышлова составляет 28 410 чел. (2010 г.)

Экономика.

Предприятия по обслуживанию ж.д. транспорта, кожевенное объединение. Заводы — «Урализолятор», стройматериалов, электротехнический, «Лесхозмаш», металлообрабатывающий, дорожных машин. Швейная фабрика, молочный завод, птицекомбинат.

Культура, образование, наука.

В городе сохранились здания XIX — начала XX веков, в том числе Покровский собор, здание типографии, бывшей мужской гимназии, вокзал.

В городе находится историко-краеведческий музей. Здания, связанные с жизнью в городе известного поэта С. Щипачева. В окрестностях города действует один из крупнейших на Урале, курорт «Обуховский».

В 1914;23 (с перерывами) в Камышлове жил и работал учителем писатель П. П. Бажов.

1.2 Геолого-климатический анализ местности

Свердловская область

Площадь области составляет 194, 8 тыс. кв км.

По территории Расположена на восточных склонах Среднего и частично Северного Урала, на прилегающей окраине Западно-Сибирской низменности (Зауралье) и частично в пределах слабо всхолмленного Предуралья (крайний юго-запад).

На западе область граничит с Пермской областью, на юге — республикой Башкортостан и Челябинской областью, на востоке — с Курганской и Тюменской областями, на севере — с республикой Коми и Ханты-Мансийским автономным округом.

Благодаря географическому положению, территория области имеет большое разнообразие рельефных особенностей.

С севера на юг по территории области проходит Главный Уральский хребет, являющийся водоразделом Волжского и Обского речных бассейнов. Ширина горной части варьирует от нескольких десятков до сотни километров. В осевой части хребта, на севере области, наблюдается типичная для горных районов высотная поясность. Вершины, плато и перевалы покрыты горной каменистой тундрой, начинающейся на высотах более 800 м над уровнем моря. Ниже тундры встречаются территории занятые кедровым стлаником, березовым и пихтовым криволесьем.

Горные склоны, расположенные на высотах, ниже 600 м покрыты северо-таежными темнохвойными лесами с елью, пихтой и кедром.

Наиболее высоким вершинами на территории области являются: Конжаковский камень (1569 м) и Косьвинский камень (1519 м), расположенные вблизи поселка Кытлым.

Южная часть осевого Уральского хребта — низкогорна и представляет собой отдельно стоящие сопки, небольшие увалы и непротяженные, сильно разрушенные горные хребты. Самой высокой вершиной в южной части области является гора Шунут (750 м), расположенная вблизи г. Ревда. Горные склоны на юге области покрывают смешанные леса южно-таежного типа с преобладанием сосны и ели. Наиболее обширные пространства области (60% территории) расположены на территории Зауральской подгорной равнины и Западно-Сибирской низменности.

Для этой зоны характерны выположенные формы рельефа, обширные заболоченные территории (север области) и лесостепные ландшафты (восток и юго-восток области).

Юго-западные районы области относятся к Предуральской части Восточно-Европейской равнины. Для этих территорий характерен увалистый рельеф, южно-таежные и лесостепные ландшафты. Здесь встречаются единственные на территории области дубравы и уникальные горные степи, сохранившие свой облик с доледниковых времен.

На территории области располагаются национальный парк «Припышминские боры», «Висимский заповедник» и «заповедник Денежкин Камень». Для развития экотуризма созданы природные парки «Оленьи Ручьи», «Река Чусовая», «Бажовские места». В пределах области произрастает свыше 1900 различных видов растений и обитает около 212 видов различных животных и птиц.

Большинство рек области имеют истоки в горных районах и, в верховьях, имеют особенности, характерные для горных рек (быстрое течение, каменистое русло, бурные паводки и маловодная межень). Всего на территории области насчитывается более 18 тыс. рек общей протяженностью около 70 тыс. километров.

Крупнейшей и единственной судоходной рекой области является река Тавда. Она протекает в малонаселенной местности и как транспортная артерия не имеет большого значения. Наиболее крупными реками Волжского бассейна на территории области являются: р. Чусовая, р. Уфа, р.Сылва.

На крайнем севере области берут начало р. Вишера и р.Печора. Все реки западного направления имеют горный и предгорный характер. На берегах встречаются массивные скальные выходы, русла рек каменисты, изобилуют перекатами.

Большая часть территории области (75%) относится к бассейну реки Оби. Притоками Оби (2 — 4-го порядка) являются: р. Исеть, р. Пышма, р. Ница, р. Тура и р. Тавда (р.Сосьва и р. Лозва). В районах, примыкающих к водораздельному хребту, эти реки имеют быстрое течение, на берегах встречаются скалистые утесы. По мере выхода на Западно-Сибирскую равнину, их характер меняется — берега становятся пологи, скорость течения падает, пойма изобилует старицами и низовыми болотами.

На территории области насчитывается более 2.5 тыс. озер общей площадью 1,1 тыс. кв км.

Большинство из них расположено на восточном склоне Урала. Озера водораздельной зоны имеют горный характер: их берега каменисты, вода отличается прозрачностью. Крупнейшими водораздельным озерами области являются: оз. Таватуй (21,2 кв км) и оз. Исетское (24,0 кв км).

Для юго-востока области характерны лесостепные озера суффозионного происхождения. Эти озера мелководны, вода, зачастую, имеет выраженную щелочную реакцию, что позволяет использовать озерную воду и сапропель для бальнеологических процедур. Озера северо-востока области имеют характер типичный для Западно-Сибирской низменности.

Они образуются в поймах рек, как естественные водохранилища. Берега заболочены, воды насыщенны органическими веществами и бедны кислородом. На северо-востоке находятся два самых крупных озера области: Пелымский Туман (на реке Пелым, 32,2 кв км) и Вагильский Туман (на реке Вагиль, 31,2 кв км).

На территории области развита сеть искусственных водоемов. Всего в области имеется 134 водохранилища. Большинство из них создано в первой половине XVIII века, как заводские пруды при металлургических заводах. Самый первый в области пруд образовался в 1701 году на реке Нейве, при строительстве Невьянского завода.

Самые крупные водохранилища области связаны с созданием екатеринбургской и нижнетагильской систем водопровода (Верхне-Макаровское, Волчихинское, Черноисточинское водохранилища) и строительством крупных электростанций — Белоярское (БАЭС) и Рефтинское (Рефтинская ГРЭС).

На территории Свердловской области имеется более ста водоемов, происхождение которых связано с горнодобывающей деятельностью (горные выработки, карьеры, затопленные шахты). Многие из них утратили техногенный облик и превратились в живописные озера, отличающиеся большой глубиной и прозрачностью воды. Наиболее известны затопленные карьеры: Тальков камень, Асбест-камень, Сухореченский карьер, карьеры в окрестностях Алапаевска и Нижнего Тагила.

Около 15% территории области занимают болота. Они являются естественными регуляторами стока большинства уральских рек. Наиболее обширные болота встречаются на северо-востоке области, в бассейне реки Тавды. Верховые водораздельные болота встречаются и в горной части области. В таких болотах берут истоки многие уральские реки.

Климат на территории Свердловской области имеет умеренно континентальный характер, с продолжительной и холодной зимой и довольно жарким летом. Благодаря тому, что территория области в широтном направлении протянулась на 600 километров, часть области лежит в горной части, где наблюдается высотная зональность, а также тот факт, что части территории области лежат по разные стороны Уральского хребта, климатические условия на ее территории отличаются большим разнообразием.

Зима холодная, снежная, продолжительная, средняя температура января на юге области от -15°С до -17°С, на севере от -17°С до -20°С. Лето на равнине тёплое (средняя температура июля +18°С), в горах прохладное. Осадков от 400 до 800 мм в год. Число часов солнечного сияния 1400−2000 в год.

Благодаря открытости территории области для холодных арктических и теплых южных циклонов здесь создаются благоприятные условия для формирования погодных аномалий: зимой, быстрые переходы от суровых морозов до оттепелей, а в теплое время года — от жаркой погоды к резкому похолоданию.

Для Свердловской области характерны поздние заморозки (до начала июня) и установление временного снежного покрова в мае и во второй половине сентября.

Установление постоянного снежного покрова на территории области происходит во второй половине октября. Сход снежного покрова — во второй половине апреля.

Толщина снежного покрова сильно варьирует от расположения местности. Он достигает 500 мм на юго-востоке области, 700 мм на юго-западе и 900 мм на севере области.

В лесах сохранились многие промысловые звери — белка, куница, заяц-беляк, лисица, лось, из птиц — глухарь, рябчик, белая куропатка, тетерев.

1.3 Выбор трассы прокладки кабеля

Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.

Для обеспечения первого требования учитывают протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных и шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, необходимость защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.

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

Для соблюдения указанных требований траса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода автомобильных дорог или вдоль профилированных проселочных дорог. Допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет трассу.

При пересечении водных преград переходы выбирают в тех местах, где река имеет наименьшую ширину, нет скальных и каменистых грунтов, заторов льда и т. д. Следует избегать в месте перехода обрывистых или заболоченных берегов, перекатных участков, паромных переправ, стоянок судов, причалов и т. д.

Возможны несколько вариантов проектирования трассы. Рассмотрим маршрут вдоль автомобильной дороги и вдоль железной дороги (прокладка кабеля будет производиться в грунт).

1. Вдоль автомобильной дороги P-351: Екатеринбург — БогдановичКамышлов.

2. Вдоль железной дороги: Екатеринбург — БогдановичКамышлов.

Таблица 1.1 Характеристика вариантов трассы

Как видно из таблицы 1.1, наиболее оптимальным вариантом является прокладка кабеля по первому варианту, так как имеет наименьшее расстояния между оконечными пунктами, проходит по автомобильной дороге, что упрощает доступ ремонтной бригаде в случае каких-либо неполадок.

2. 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 и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения:

чел.,

где: — народонаселение в период переписи населения, чел.;

— средний годовой прирост населения в данной местности, %, (по статистическим данным это величина составляет примерно 2%)

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

Год перспективного проектирования принимается на 5−10 лет вперед по сравнению с текущим временем, следовательно:

где: — год составления проекта;

— год, к которому относятся данные .

Для Екатеринбурга (а): лет;

Для Камышлова (б): лет;

Соответственно: тыс. чел.;

тыс. чел.;

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Практически эти взаимосвязи определяются через коэффициент тяготения. В курсовом проекте следует принять .

Кроме того, телефонные каналы в междугородней связи имеют превалирующее значение, то необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используют приближённую формулу:

где: — постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%, тогда; ;

— коэффициент тяготения, ;

— удельная нагрузка, т. е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, ;

— количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания.

Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равным 1, количество абонентов в зоне АМТС:

Тогда соответственно:

тыс. — количество аб.;

тыс. — количество аб.;

канала.

Но по кабельной магистрали организуют каналы и других видов связи, а также должны проходить и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями заданных пунктов:

где: — число двухсторонних каналов для телефонной связи;

— то же для телеграфной связи;

— то же для передачи проводного вещания;

— то же для передачи данных;

— то же для передачи газет;

— транзитные каналы.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы. Для курсового проекта можно принять:

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:

Чтобы рассчитать необходимое число каналов, для начала рассчитаем общую необходимую скорость передачи:

1) Для телефонных каналов:

Pтф= 2•nтф• P1тф = 2•104•64 кбит/с = 13 312 кбит/с = 13 Мбит/с

2) Для телевизионных каналов:

На 1 телевизионный канал выделяется поток Е3 (34 Мбит/с). Допустим, что мы будем передавать 1 телевизионных передач. Тогда:

Pтв = nтв• P1тв = 1•34 Мбит/с = 34 Мбит/с

3) Под каналы в аренду выделим каналы на общую скорость 500 Мбит/с В итоге получаем канала.

Таким образом получаем, что количество потоков E1 будет равно:

3. Расчет параметров оптического волокна Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ, найдем числовую апертуру (числовая апертура — синус входной угловой апертуры)

n1 — показатель преломления сердцевины ОВ;

n2 — показатель преломления оболочки ОВ.

— нормированная разность абсолютных показателей преломления Отсюда найдем значение входной угловой апертуры (входная угловая апертура — максимально возможный угол ввода лучей на торец световода):

Значение нормированной частоты рассчитывается по формуле:

a — радиус сердцевины ОВ;

— длина волны, мкм.

Определим число мод:

При 0 <? < 2,405 наблюдается одномодовый режим распространения.

Расчет затухания

Собственное затухание волоконного световода рассчитывается по формуле с=п+р.

где п — затухание поглощения, зависит от чистоты материала и обуславливается потерями на диэлектрическую поляризацию.

дБ/км,

tg — тангенс диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ.

— длина волны, км.

дБ/км.

р — затухание рассеивания обусловлено неоднородностями материала и тепловыми флуктуациями показателя преломления:

k= 1,3810−23 Дж/К — постоянная Больцмана ;

Т=1500 К — температура затвердевания стекла при вытяжке;

= 8,110−11 м2/Н — коэффициент сжимаемости;

= 0,2471, дБ/км Дополнительные кабельные затухания Дополнительное затухание, обусловленное кабельными потерями (кабельное затухание — обусловлено условиями прокладки и эксплуатации оптических кабелей), состоит из суммы 7 составляющих:

к=i i=17

Где 1 — возникает вследствие приложения к ОВ термомеханических воздействий в процессе изготовления кабеля;

2 — вследствие зависимости коэффициента преломления материала ОВ;

3 — вызывается микроизгибами ОВ;

4 — вызывается вследствие нарушения прямолинейности ОВ (скрутка);

5 — вызывается вследствие кручения ОВ относительно его оси (осевые напряжения скручивания;

6 — возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ;

7 — возникает вследствие потерь в защитной оболочке.

к = 0,2, дБ / км.

Расчетное суммарное затухание будет:

=с+к, дБ/км

=с+к=0,031 + 0,2471 + 0,2 = 0,4781 дБ/км Расчет дисперсии Дисперсия — рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ.

Дисперсия определяется разностью квадратов длительностей импульсов на входе и выходе ОВ:

где значения и определяются на уровне половины амплитуды импульсов.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но и снижает дальность передачи сигналов. Она в общем случае обусловлена тремя основными факторами:

· Различием скоростей распространения направляемых мод;

· Направляющими свойствами оптического волокна;

· Параметрами материала из которого изготовлено ОВ.

Полная дисперсия рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии.

В свою очередь хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена тем, что показатель преломления сердцевины изменяется с длиной волны.

мат=М (); пс/км М () — удельная дисперсия материала,.

— ширина спектра источника излучения, нм.

=0,11 нм для ППЛ;

=1030 нм для СИД.

Примем =1 нм;

Для =1,31 мкм М ()= -5

мат= пс/км.

волноводная дисперсия — обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

вв=В (); пс/км В () = 8 — удельная внутимодовая дисперсия вв = пс/км.

профильная дисперсия проявляется в реальных ОК и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала.

пр=П (); пс/км П () = 4 — удельная профильная дисперсия.

пр = пс/км.

Результирующая дисперсия будет:

пс/км.

пс/км Поскольку взято одномодовое волокно, то модовая дисперсия в нем отсутствует.

2.5 Выбор системы передачи 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 таблице.

В качестве системы передачи в данном курсовом проекте предполагается взять систему Wave Star TM 4/1 PHASE.

Оконечный мультиплексор уровня STM-4 для сетей доступа.

Обладает связностью на уровне VC-12.

Используются стандартные полки и блоки серии PHASE.

Интерфейс L-4.1.

· Блок SIU-4L13F/SIU-4L13B (обычный с лазером Фабри-Перо/расширенный с лазером Фабри-Перо).

· Длина волны: 1296…1330 нм

· Тип лазера: FP (MLM)

· Максимальная среднеквадратическая ширина спектра: 1 нм

· Диапазон средней излучаемой мощности: −3…+2 дБм

· Коэффициент ослабления: 10 дБ Приёмник в эталонной точке R.

· Диод приёмника: Ge-APD

· Минимальная чувствительность: -32 дБм (BER=1E-10)

· Максимальное дополнительное затухание: 1 дБ

· Минимальная перегрузка: -4 дБм

· Максимальный коэффициент отражения приёмника: -20 дБ Оптический тракт между S и R.

· Возвратные потери кабеля в точке S: 20 дБ

· Максимальный коэффициент дискретного отражения между точками S и R: -25 дБ

· Максимальная хроматическая дисперсия: 130 пс/нм

· Диапазон затухания: 6…28.5 дБ

· Расстояние между регенераторами: 48 км (по дисперсии согласно G.652, затухание в ОВ 0.5 дБ/км)

5. 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.

Российская промышленность поставляет на отечественный рынок различные виды оптических кабелей связи, отвечающих требованиям международных стандартов. В конструкциях кабелей используются импортные материалы высокого качества, а также оптическое волокно, поставляемое в основном известными фирмами — Coring (США), Fujikura (Япония), Ericsson AB.

Основными поставщиками ОК являются следующие российские кабельные заводы: ЗАО «Лусенттекнолоджик-Связьстрой-1 ВОКК», ЗАО «Москабель-Фуджикура», ЗАО «Оптен», ЗАО «Оптика-кабель», ЗАО «Самарская оптическая кабельная компания», ЗАО «Сарансккабель-Оптика», ЗАО «Севкабель-Оптик», ЗАО «Трансвок», ЗАО «НФ Электропровод», ООО «Эликс-Кабель» .

В данном проекте будет рассматриваться прокладка кабеля в грунт при помощи кабелеукладчиков, а в населенных пунктах — прокладка кабеля в кабельную канализацию традиционным методом.

Физико-механические свойства оптических волокон во многом определяются качеством используемых стекол и особенностями процесса вытяжки. Несмотря на то, что стекло химически стойкий материал, под действием внешней среды происходит постепенное усиление имевшихся на поверхности волоконного световода дефектов, резко снижающих его прочность. Чтобы сохранить первоначальную прочность, на каждое волокно в процессе вытяжки наносится защитное покрытие, которое обеспечивает достаточную эластичность и одновременно препятствует образованию микротрещин на изгибах волокон, предохраняет поверхность волокон от царапин, а также разрушения различными жидкостями.

Общими основными требованиями, предъявляемыми к физико-механическим характеристикам оптического кабеля, являются:

· Высокая прочность на разрыв;

· Влагонепроницаемость;

· Термостойкость в рабочем диапазоне температур (от — 40С до + 50С);

· Гибкость и возможность прокладки по реальным трассам;

· Радиационная стойкость;

· Химическая и ударная стойкость;

· Простота монтажа и прокладки;

· Надежность работы в течение 20 лет.

· Для удовлетворения вышеизложенных требований ОК кроме волокон содержат:

· Силовые (упрочняющие) элементы, воспринимающие на себя продольную нагрузку на разрыв;

· Заполнители в виде сплошных пластмассовых стержней;

· Армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при внешних механических воздействиях;

· Наружные демпфирующие и защитные оболочки, предохраняющие от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.

Оптический кабель выбирают исходя из следующих требований:

· Требуемая пропускная способность;

· Дальность передачи;

· Область применения;

· Допустимое растягивающее усилие;

· Температурный диапазон;

· Дальность перевозок;

· Допустимый ток молнии в металлической оболочке.

Исходя из вышеперечисленных требований, проектом предусмотрено взять волоконно-оптический кабель ОКЛК-01−4-20−10/125−0,36/0,22−3,5/18−7,0 фирмы «Самарская Оптическая Кабельная Компания».

Параметры эксплуатации Температурный диапазон:

· эксплуатация — от минус 60? С до плюс 50? С

· монтажа — не ниже минус 10? С

· транспортирование и хранение — от минус 60? С до плюс 50? С Строительная длина — от 1 до 6 км Срок службы — не менее 25 лет

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.

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

В общем случае необходимо рассчитывать две величены 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 Амакс, Амин (дБ) — максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания выбранной аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10−10;

ок (дБ/км) — километрическое затухание выбранного ОК;

нс (дБ) — среднее значение затухания мощности оптического излучения на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации;

Lстр — среднее значение строительной длины на участке регенерации;

рс (дБ) — затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя;

n — число разъемных оптических соединителей на участке регенерации;

() — суммарная дисперсия одномодового ОВ в выбранном ОК;

(нм) — ширина спектра оптического излучения выбранной СП;

В (МГц) — широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту для выбранной СП;

М (дБ) — системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации.

Максимальное значение перекрываемого затухания (Амакс) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника для ВОСП на базе ЦСП. Минимальное значение перекрываемого затухания (Амин) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОСП на базе ЦСП.

В соответствии с методическими указаниями:

?нс= 0,06 дБ

?рс= 0,35 дБ

n = 4

Максимальное значение перекрываемого затухания Амакс:

где: — минимальная мощность излучения передатчика;

— гарантированная чувствительность приемника;

Следовательно: .

Минимальное значение перекрываемого затухания:

где: — максимальная мощность излучения передатчика;

— уровень перегрузки приемника.

Следовательно: .

Параметры оптических волокон и кабелей приведены в технических характеристиках на поставляемый оптический кабель () и определяются условиями и технологией прокладки ().

Системный запас () учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменение характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОСП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора.

Рекомендуемый диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2дБ до 6дБ.

Таким образом, исходя из технических характеристик аппаратуры и параметров ОК имеем следующие данные:

; ;

; ;

; ;

; ;

;; ;

Тогда:

Максимальная длина РУ:

Минимальная длина РУ:

Длина участка регенерации по широкополосности:

По результатам расчетов получено, что (101 > 70,24) значит, аппаратура и кабель выбраны с техническими данными, обеспечивающими запас по широкополосности на участке регенерации.

7. Схема размещения регенерационных пунктов по трассе оптического кабеля Размещение НРП производится с учетом полученных допустимых длин усилительных участков для выбранных ЦСП и характеристик кабеля.

В результате расчета и уточнения длин РП по секциям между ОРП определяется число НРП на каждой секции и составляется скелетная схема кабельной линии. Счет РП ведется от административного центра большего значения к меньшему. Согласно проведенным выше расчетам необходима установка регенераторов на трассе. Общая протяженность трассы 136 км. Соответствено необходимо установить на протяжении всей трассы один необслуживаемый регенерационный пункт. Мы установим его в п. Грязновское (на расстоянии 68 км от Екатеринбурга).

На всей трассе прокладывается ОК марки ОКЛК-01−4-20−10/125−0,36/0,22−3,5/18−7,0 производства ЗАО «Самарская Оптическая Кабельная Компания».

Рис. 7.1. Схема размещения регенерационных пунктов

Рис. 7.2 Схема организации связи

8. 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.

Для расчета локальной сметы необходимо определить длину кабеля с учетом эксплуатационного запаса при прокладке кабеля в грунте () и в кабельной канализации (?). В курсовом проекте примем =4%, ?=5.7%, тогда длина кабеля определится следующим образом:

Lкаб=(lб+ lм+ lвр)1,04+ lкан где lб — длина трассы при бестраншейной прокладке (кабелеукладчиком);

lм — длина трассы, разрабатываемой мехспособом (экскаватор);

lвр — длина трассы, разрабатываемой вручную;

lкан — количество кабеля прокладываемого в канализации.

Бестраншейная прокладка — 95%.

Прокладка в траншею, разрабатываемую мехспособом и разрабатываемую вручную — 5%;

Прокладка в канализации — 4 км на город.

Таким образом получаем:

Lкаб= (129,2 + 6,8)•1,04 + 2•4= 149,44 км Количество муфт по трассе:

Количество муфт в колодцах кабельной канализации:

;

lс.д. в кабельной канализации примем равной 2 км.

Общее количество муфт:

n=nтр+nкан Определим количество муфт:

шт.

n=nтр+nкан= 21+3= 24 шт.

Таблица 8.1 — Локальная смета на прокладку и монтаж оптического кабеля

* В методических указаниях приведены расценки в ценах 1984 г. Чтобы привести цены к реальным на сегодняшний день цифрам, принимаем коэффициент пересчёта, равный 34.

Таблица 8.2 — Объектная смета на строительство линейных сооружений

Произведем расчет стоимости канало-километра линейных сооружений для заданного числа каналов на магистрали, а также для максимального числа каналов, которые могут быть организованы по данному кабелю и системе передачи.

= 7,47 руб./кан.км.

= 65 418,3 руб./км.

9. 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. В курсовом проекте необходимо рассчитать коэффициент готовности () и время наработки на отказ ().

Коэффициент готовности кабеля (ВОЛС) — вероятность того, что кабель (ВОЛС)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.

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

Среднее число отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км кабеля в год: .

Интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП определиться как:

где: — длина проектируемой трассы;

8760 — количество часов в году.

Коэффициент простоя

где: часа — время восстановления;

Среднее время между отказами при длине магистрали, не равной :

где: — среднее значение времени между отказами, ч.

Коэффициент готовности:

.

Сравним полученные значения параметров надежности с нормативными показателями.

Показатели надежности:

Полученный в курсовом проекте коэффициент надежности получился выше, чем требуется в нормативных показателях, что свидетельствует о высокой надежности проектируемой ВОСП.

10. Приемосдаточные измерения При проведении приемосдаточных измерений должно измеряться и учитываться влияние оптических интерфейсов линейного оборудования ВОСП.

Комплекс измерений выполняется в процессе строительства и технической эксплуатации волоконно-оптических линий связи локальных и корпоративных сетей и предназначен для определения состояния кабельной системы и качества функционирования оптических трансиверов активного оборудования, для предупреждения повреждений и накопления статистических данных, используемых при разработке мероприятий по повышению надежности связи. Проверяют затухание, вносимое сростками кабелей, затухание, вносимое полностью смонтированной кабельной трассой, уровни мощности оптического излучения на выходе передатчика и входе приемника оптоэлектронных модулей оконечного оборудования, а также коэффициент ошибок. При необходимости определяют места повреждений и неоднородностей. В анализе оптоволоконных кабелей и узлов существенно различаются две категории задач: промышленный и эксплуатационный анализ.

К приемосдаточным относятся эксплуатационные измерения.

Измерения, выполняемые в процессе эксплуатации, предназначены для определения технического состояния линейных сооружений и аппаратуры, предупреждения повреждений и их устранения. Эти измерения делятся на профилактические, аварийные и контрольные. Их проводят с использованием специальной контрольно-измерительной аппаратуры и встроенных программно-аппаратурных тестов компьютерного оборудования.

Профилактические измерения предназначены для контроля технического состояния оптического кабеля и приемопередатчиков. Состав, объем и периодичность измерений зависит от условий эксплуатации, состояния контролируемых объектов и других факторов.

Аварийные измерения выполняются с целью быстрого определения места и характера повреждения оптического кабеля.

Контрольные измерения осуществляются после ремонта и предназначены для определения качества выполнения ремонтно-восстановительных работ.

кабель трасса оптический линейный Заключение В данном курсовом проекте был разработан проект строительства магистральной волоконно-оптической линии передачи между городами Новосибирск и Кемерово.

В проекте были рассмотрены вопросы строительства: прокладка кабеля с использованием кабелеукладчика, прокладка ОК в кабельной канализации связи, на переходах через автомобильные и железные дороги. На основе исходных данных было рассчитано необходимое число каналов, параметры оптического волокна. По рассчитанным параметрам мы выбрали тип оптического кабеля и тип аппаратуры. Также была приведена схема размещения регенерационных участков. В заключение всей курсовой работы была приведена смета на строительство и монтаж ВОЛС.

1. Н. И. Горлов, А. В. Микиденко, Е. А. Минина. Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОСП: Учебное пособие / СибГУТИ: Новосибирск, 2003 г.

2. Н. И. Горлов, Ж. А. Михайловская, Л. В. Первушина. Проектирование магистральных и внутризоновых ВОЛП: Методические указания по курсовому проектированию / СибГУТИ: Новосибирск, 2002 г.