Проектирование междугородной магистрали между Москвой и Смоленском с использованием оптического кабеля

Выбор трассы зоновой линии связи и определение числа каналов. Изучение принципов построения трактов волоконно-оптической линии связи. Расчет параметров передачи оптических волокон. Составление сметы на строительство линейных сооружений магистрали связи.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 13.11.2013
Размер файла 874,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

  • Оглавление
    • Задание
    • 1. Выбор трассы зоновой линии связи и определение числа каналов
    • 2. Выбор системы передачи и определение требуемого числа оптических волокон (ОВ) в оптическом кабеле (ОК)
    • 3. Разработка конструкции и вычерчивание поперечного разреза ОК
    • 4. Принципы построения трактов волоконно-оптической линии связи
    • 5. Расчет параметров передачи ОВ
      • 5.1 Расчет числовой апертуры, нормированной частоты и числа мод
        • 5.2 Расчет ослабления сигнала в ОВ
        • 5.3 Дисперсия и пропускная способность ОВ
    • 6. Определение длины регенерационного участка
    • 7. Расчет надежности магистрали
    • 8. Составление сметы на строительство линейных сооружений магистрали связи
    • Выводы
    • Список литературы

Задание

При проектировании зоновой линии связи с использованием оптического кабеля (ОК) необходимо:

Выбрать и обосновать трассу зоновой линии связи между заданными пунктами, а также определить необходимое число каналов между ними; выбрать систему передачи и определить требуемое число оптических волокон (ОВ) в ОК; разобрать конструкцию и вычертить поперечный разрез ОК с указанием его марки;

описать принципы построения трактов волоконно-оптических линий связи (ВОЛС); рассчитать параметры передачи многомодового градиентного ОВ: а) числовую апертуру,

б) коэффициент затухания (ослабления), в) дисперсию и пропускную способность. определить длину регенерационного участка и привести схему размещения линейных регенераторов на проектируемой линии;

рассчитать надежность магистрали;

составить смету на строительство линейной части по укрупненным показателям и определить стоимость канало-километра линейных сооружений проектируемой оптической линии.

Исходные данные. Трасса Москва - Смоленск.

Исходные данные к расчету параметров передачи ОВ:

n1

, мкм

dc, мкм

1.470

1.24

49

Исходные данные к расчету длины регенерационного участка.

Рпер, дБм

, дБм

ан, дБ

ар, дБ

+5

-57

0.3

1.6

1. Выбор трассы зоновой линии связи и определение числа каналов

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Возможны несколько вариантов проектирования трассы. Рассмотрим маршрут вдоль автомобильной дороги и вдоль железной дороги.

Вдоль автомобильной дороги: Одинцово - Кубинка - Дорохово - Можайск - Бородино - Уваровка - Вязьма - Истомино - Ярцево - Каменка - Липуны - Смоленск.

Вдоль железной дороги: Одинцово - Голицыно - Кубинка - Дорохово - Можайск - Уваровка - Гагарин - Туманово - Вязьма - Семлево - Издешково - Сафоново - Ярцево - Кардымово - Смоленск.

К достоинствам обоих маршрутов можно отнести удобство доставки грузов, хорошие жилищно-бытовые условия, а также возможность размещения обслуживающего персонала и создание соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей.

Составим сравнительную таблицу:

Параметр

Вариант 1

Вариант 2

Длина трассы, км

378

467

Количество пересечений рек

10

10

Количество пересечений железных/автомобильных дорог

9

11

На основе сравнения можно сделать вывод о предпочтении первого варианта трассы (вдоль автомобильной дороги).

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.,

р - средний годовой прирост населения в данной местности, %,

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 .

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 . Учитывая это, а также то обстоятельство, что телефонные каналы в междугородней связи имеют превалирующее значение, необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используют приближённую формулу:

,

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

- коэффициент тяготения, ;

у - удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, Эрл;

и - 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 0.3, количество абонентов в зоне АМТС

.

Общее число каналов по упрощенной формуле
,
где - число двухсторонних телефонных каналов;
- число двухсторонних телевизионных каналов.
2. Выбор системы передачи и определение требуемого числа оптических волокон (ОВ) в оптическом кабеле (ОК)

Для организации связи будем использовать систему с аппаратурой ИКМ-480 на 480 каналов.

Требуемое число ОВ в ОК выбирают на основе рассчитанного числа каналов для телефонной связи и выбранной системы передачи. Следует учесть, что двустороннюю связь осуществляют по двум ОВ: по одному ОВ передаются сигналы в прямом направлении (Москва - Смоленск), а по другому - в обратном (Смоленск - Москва). В обоих направлениях сигналы передаются на одной и той же оптической несущей частоте.

При использовании одной несущей частоты получают следующее число ОВ: для организации 410 телефонных каналов требуется два ОВ (одно для передачи в сторону А - Б и одно в обратную сторону Б - А).

оптический волоконный связь магистраль

3. Разработка конструкции и вычерчивание поперечного разреза ОК

При разработке конструкции ОК следует учитывать ряд требований:

кабель должен быть надежно защищен от наружных механических воздействий;

при изгибе кабеля или при его растягивании в процессе прокладки ОВ должны оставаться неповрежденными по всему сечению кабеля;

в конструкции должны быть, как минимум, две медные жилы, по которым к регенераторам подается дистанционное электропитание по системе "провод - провод", в отдельных случаях оно может подаваться по системе "провод - металлическая оболочка".

На практике обычно используют концентрическую конструкцию ОК. Она характеризуется осесимметричным расположением оптических модулей (ОМ) в сердечнике кабеля, которые образуют один или несколько повивов. ОМ - это конструктивный элемент, состоящий из одного или нескольких ОВ и армирующих элементов, расположенных в общей оболочке, причем каждое ОВ является самостоятельной передающей средой. Помимо ОМ в конструкцию ОК обязательно входят силовые армирующие элементы, демифирующие слои и наружное покрытие.

Оптическое волокно снаружи покрывают тонкой лаковой пленкой и однослойным или двухслойным полимером, отсюда внешний диаметр волокна 0.5-1 мм. ОВ свободно без натяжения располагается внутри полой пластмассовой трубки, заполненной мягкими синтетическими волокнами.

Силовой элемент обычно располагают в центре конструкции кабеля. Его изготавливают из прочного полимера или стали. Для упрочнения конструкции силовые элементы дополнительно могут располагаться и среди ОВ в повивах. В зависимости от заданного числа ОВ в ОК расположение силовых элементов будет различным в разных повивах.

Наружное покрытие обеспечивает защиту сердечника кабеля от механических и климатических воздействий. Его обычно изготавливают в виде полиэтиленовой оболочки толщиной 0,5-2,5 мм.

Конструкция ОК типа ОКЗ-1-(0,7-1,5) - 4/4:

1 - оболочка оптического модуля, 1-2,5 мм; 2 - оптическое волокно; 125 мкм; 3 - силовые элементы (жилы); 4 - изоляция жилы; 5 - центральный силовой элемент; 6 - оболочка центрального силового элемента толщиной 0,5 мм, 1,7-3,9 мм; 7 - обмоточная лента толщиной 0,5 мм; 8 - оболочка из полиэтилена толщиной 1,5 мм; 9 - армирующий элемент (изолированные стальные проволоки) 1,5 мм; 10 - обмоточная лента толщиной 0,5 мм; 11 - наружная оболочка из полиэтилена толщиной 2 мм; 12 - защитное покрытие ОВ 0,5-1 мм.

4. Принципы построения трактов волоконно-оптической линии связи

Структурная схема ВОЛС

В направлении А - Б групповой сигнал с выхода передающей части аппаратуры ИКМ подается на преобразователь кода (ПК), где осуществляется преобразование двоичного кода в линейный сигнал ВОЛС. Такое преобразование необходимо, когда применяется стандартная аппаратура ИКМ, в которой используется двоичный код, содержащий импульсы положительной и отрицательной полярности и паузы. Этот двухполярный сигнал преобразуется в однополярный, содержащий только положительные импульсы и паузы.

Усилительный сигнал подается на электронно-оптический преобразователь (ЭОП), в качестве которого обычно используют полупроводниковый лазер (ПЛ) или светодиод (СД). Излучаемая лазером или светодиодом мощность, т.е. соответственно интенсивность света, примерно пропорциональны протекающему току сигнала. Согласующее устройство (СУ) предназначено для эффективного ввода излучения в ОВ.

На приеме оптический сигнал поступает через СУ в оптоэлектронный преобразователь (ОЭП), в качестве которого используют фотодиод (ФД). Здесь он преобразуется в электрический сигнал и через ПК поступает в приемную часть системы ИКМ. Таким образом, на передней стороне от ИКМ до ЭОП и на приемной стороне от ЭОП до системы ИКМ действует электрический сигнал, а от ЭОП до ОЭП по ОК передается оптический сигнал. Аналогично сигнал передается в направлении Б - А.

Через определенные расстояния, обусловленные дисперсией и затуханием кабеля, вдоль ВОЛС располагают линейные регенераторы (ЛР). В ЛР восстанавливается форма и длительность передаваемых по линии импульсных сигналов.

Структурная схема ЛР.

В ЛР имеются два полукомплекта (для прямого и обратного направлений передачи), которые преобразуют оптический сигнал в электрический; последний регенерируется, усиливается и затем обратно преобразуется в оптический сигнал, передаваемый далее по ОК.

5. Расчет параметров передачи ОВ

Простейшие ОВ представляют собой круглый диэлектрический (стекло или прозрачный полимер) стержень, называемый сердцевиной, окруженный диэлектрической оболочкой. Показатель преломления материала сердцевины всегда больше показателя преломления оболочки , где и - относительные диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки соответственно.

Распространение луча в ОВ

5.1 Расчет числовой апертуры, нормированной частоты и числа мод

Для передачи сигналов ОВ используется явление полного внутреннего отражения на границе раздела двух диэлектрических сред, при этом угол полного отражения

Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Телесный угол характеризуется числовой апертурой NA

Для различных при определим несколько значений числовой апертуры, выполняя условие .

1.44

1.445

1.45

1.455

1.46

NA

0.295

0.27

0.242

0.209

0.171

Расчет нормированной частоты и числа мод выполним для пяти значений , распределенных примерно равномерно в диапазоне мкм. Так как , то имеет место многомодовая передача.

- число мод,

- нормированная частота.

, мкм

0.93

1.085

1.24

1.395

1.55

N

598

440

337

266

217

34,595

29,653

25,946

23,063

20,757

Для уменьшения числа мод следует уменьшить диаметр световода и числовую апертуру. С увеличением диаметра сердцевины световода число передаваемых мод резко возрастает.

По графикам видно, что с увеличением длины волны нормированная частота и число мод N увеличиваются.

5.2 Расчет ослабления сигнала в ОВ

Ослабление сигнала в ОВ обусловлено собственными потерями и дополнительными кабельными потерями , обусловленными неоднородностями конструктивных параметров, возникающих при деформации и изгибе световодов в процессе наложения покрытий и защитных оболочек при изготовлении кабеля. Коэффициент затухания (ослабления) .

Величина в реальных условиях составляет 0,1-0,2 дБ/км. Собственные потери состоят из трех составляющих: ослабления за счет поглощения ; ослабления за счет наличия в материале ОВ посторонних примесей ; ослабления за счет потерь на рассеяние .

Для построения графиков зависимости составим таблицу, используя расчетные формулы:

, ,

где - тангенс угла диэлектрических потерь.

, .

.

, мкм

0.84

0.94

1.04

1.14

1.24

1.34

1.44

1.54

,

2.389

2.135

1.929

1.76

1.618

1.497

1.393

1.303

,

2.798

1.784

1.191

0.825

0.589

0.432

0.324

0.248

,

7.287

6.019

5.22

4.685

4.307

4.03

3.817

3.651

мкм

Рассеяние обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.

5.3 Дисперсия и пропускная способность ОВ

Полоса частот F, пропускаемая ОВ, определяет объем информации, который можно с заданным качеством передать по ОК. Теоретически по ОВ можно организовать огромное число каналов на большие расстояния, а практически F ограничена. Это обусловлено тем, что сигнал на другой конец приходит искаженным (импульс размывается, уширяется) вследствие различия фаз его составляющих. Данное явление оценивают величиной уширения передаваемых импульсов.

В многомодовых ОВ (МОВ) уширение импульса происходит в основном из-за модовой дисперсии и определяется как разность времени задержки в конце ОВ высшей и низшей из распространяющихся мод, прошедших по ОВ расстояние за самое большое и самое малое время соответственно. В геометрической интерпретации соответствующие этим модам лучи идут под разными углами к оси ОВ и проходят разные по длине расстояния.

В градиентных ОВ происходит выравнивание времени распространения различных мод за счет специально подобранного профиля показателя преломления: уменьшается от центра к периферии по параболическому закону. Это вызывает рефракцию - искривление траектории луча к осевой линии, что обуславливает волнообразный характер распространения лучей вдоль ОВ по винтовой линии. ГОВ подобно среде с распределенным линзовым эффектом, в которой световой пучок подвергается непрерывной подфокусировке. Кроме модовой дисперсии в ОВ существует еще хроматическая (частотная) дисперсия (материальная, волноводная и профильная). Помимо ОВ в общее уширение импульса вносят свой вклад оптический излучатель (лазер, светодиод) и фотоприемник (фотодиод).

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ход лучей в ОВ многомодовом градиентном

Уширение импульса, отнесенное к 1 км, называют дисперсией и рассчитывают по формулам

, ; .

Коэффициент широкополосности или пропускная способность ОВ - это километрическое значение полосы пропускания

, Гцкм; Гцкм.

Полоса пропускания ОВ с увеличением длины (км), сужается

.

Чем больше дисперсия и уширение импульса, тем меньше частотный диапазон использования ОВ.

6. Определение длины регенерационного участка

После того как выбраны типовая система передачи и оптический кабель, на основе заданных качества связи и пропускной способности линии определяют длины регенерационных участков .

По мере распространения оптического сигнала по кабелю, с одной стороны, происходит снижение уровня мощности; с другой стороны, - уширение передаваемых импульсов.

Таким образом, длина ограничена либо затуханием , либо уширением импульсов в линии .

Для качественного приема ИКМ сигналов достаточно выполнить требование

,

где Т, - длительность тактового интервала и тактовая частота ИКМ сигнала выбранной системы передачи; - длительность паузы.

Если длительность паузы равна длительности посылки, то

.

Отсюда следует

км (=34,4 МГц).

Второе расчетное соотношение для получают из требования превышения заданной допустимой мощности на приеме .

Уровень приема на входе регенератора не должен быть ниже минимально допустимого уровня приема , при котором обеспечивается требуемая достоверность передачи сигналов. Обозначив уровень передачи на выходе регенератора , имеем:

,

где ан , ар - затухание в неразъемных и разъемных соединениях соответственно; nн - количество неразъемных соединений на регенерационном участке, устанавливаемых на стыках строительных длин.

Выведем выражение для :

км.

Из определенных значений берем меньшее, т.е. =13 км.

Схема размещения регенерационных пунктов по трассе оптического кабеля.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

7. Расчет надежности магистрали

Расчет потока отказов.

L1 , %

L2 , %

L3 , %

85

5

10

1.85

10.55

7.40

,

Среднее время между отказами (наработка на отказ)

,частота

частота

Среднее время восстановления связи ():

ч.

Коэффициент готовности:

Вероятность безотказной работы линии:

Надежность магистрали

8. Составление сметы на строительство линейных сооружений магистрали связи

Наименование работ и материалов

Ед. изм.

Кол-во на всю линию

Стоимость материалов и работ, р.

Заработная плата, р.

на единицу измерения

на всю длину

на единицу измерения

на всю длину

Кабель

км

378

3900

1474200

-

-

Прокладка кабеля кабеле укладчиком

км

378

66

24948

17.1

6463,8

Прокладка кабеля вручную

км

19.8

630

11907

580

10962

Строительство телефонной канализации

км

37,8

1020

38556

300

11340

Протягивание кабеля в канализации

км

37,8

137

5178,8

74.2

2804,76

Устройство переходов через шоссейные и ж/д.

один переход

9

275

2475

139

1251

Устройство переходов через реки шириной:

до 100 м

до 200 м

один переход

3

7

80.6

105

241,8

735

21

36

63

252

Монтаж, измерение и герметизация муфт

км

0,5

288

144

102

51

Итого

=1558385.6

=33187.56

Заработная плата

33187.56

Накладные расходы на зарплату 87% от

0,87

28873.18

Итого

1620446.3

Плановые накопления 8% от

0,08

129635.7

Всего по смете (1+0,06)

1717673.1

Стоимость канало-километра линейных сооружений

,

Цены указаны в условных рублях. 1 у.р.=5000 р.

Выводы

В результате работы были получены следующие данные:

Необходимое число каналов - 410;

Система передачи - ИКМ-480;

Требуемое число оптических волокон в ОК - 2;

Числовая апертура - 0,209 при =1,455;

Коэффициент затухания 4,307 ;

Дисперсия , пропускная способность Гцкм.

Длина регенерационного участка - 13 км.

Стоимость канало-километра линейных сооружений - 0,9 .

Список литературы

Гроднев И.И., Верник С.М. "Линии связи". Москва. "Радио и связь", 1988 г.

Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу "Линии связи". Москва, 1995 г.

Справочник "Волоконно-оптические системы передачи и кабели". Москва "Радио и связь", 1993 г.

Атлас автомобильных дорог.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.