Волоконно-оптические линии связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Выбор и обоснование проектных решений

1.1 Трасса кабельной линии передачи

1.2 Характеристика оконечных и промежуточных пунктов

1.3 Выбор и характеристика транспортной системы

1.4 Выбор типа оптического кабеля и муфт

1.5 Выбор регенератора

1.6 Схема организации связи и распределения оптических волокон

1.7 Расчет предельных длин участков регенерации

2. Расчёт параметров ВОЛП



Введение

В настоящее время ускорение технического прогресса невозможно без совершенствования средств связи, систем сбора, передачи и обработки информации. В вопросах развития сетей связи во всех странах большое внимание уделяется развитию систем передачи и распределения (коммутации) информации. Наиболее широкое распространение в последнее время получили многоканальные телекоммуникационные системы (ТКС) передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), работающие по волоконно-оптическим кабелям (ОК).

Дальнейшему развитию цифровых способов передачи способствуют уникальные свойства волоконно-оптических линий связи (ВОЛС):

- малые затухание и дисперсия оптических волокон (ОВ);

- гибкость в реализации требуемой полосы пропускания;

- широкополосность;

- малые габаритные размеры и масса ОВ и ОК;

- невосприимчивость к внешним электромагнитным полям;

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

- допустимость изгиба ОВ под малым радиусом;

- возможность использования ОК, не обладающих электропроводностью и индуктивностью;

- высокая скрытность связи;

- высокая прозрачность ОВ;

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

Поэтому на данном этапе развития ВСС весьма важным является умение проектировать цифровые оптические линии передачи и оценивать качество их функционирования.



1. Выбор и обоснование проектных решений

1.1 Трасса кабельной линии передачи

Оконечные пункты: Омская область, г. Омск - Новосибирская область, г. Новосибирск.

Промежуточные пункты: Село Минино, Татарский район, Новосибирская область, г. Барабинск, Барабинский район, Новосибирская область, село Кокошино, Чулымский район, Новосибирская область.

1.2 Характеристика оконечных и промежуточных пунктов

В данном проекте рассматриваются вопросы построения ВОЛП между г.Омск и г.Новосибирск, протяженностью 650 км.

На протяжении всей линии будет расположено три промежуточных пункта. Проектируемый кабель будет проложен в грунт вдоль автомобильной трассы М51.

На обоих оконечных пунктах будет расположена аппаратура «Супер Гвоздь», так как она способна передавать поток 22Е1.

Аппаратура на оконечных пунктах будет располагаться в техническом помещении.

Данная ВОЛП будет соединять АТС г. Омск с АТС г. Новосибирск. Данная линия связи может быть также востребована другими организациями.

1.3 Выбор и характеристика транспортной системы

В соответствии с заданием на проектирование необходимо было выбрать ОЦТС, поддерживающую скорость передачи 45 Мбит/с. В учебном пособии и интернете огромное разнообразие таких ОЦТС.

Рис. 1. - Пункты размещения регенераторов: Омская область, г. Калачинск:

В качестве системы передачи мной был выбран оптический мультиплексор «Супер Гвоздь».

Рис. 2. - Внешний вид мультиплексора:

Табл. 1:

Параметры	Значения
Возможные схемы организации связи Супер Гвоздь	1. «точка-точка»,«точка-точка по одному волокну».Пунктов связи-2; 2. «связь по одному волокну между несколькими пунктами связи». Пунктов связи - до 48; 3. «кольцо с резервированием». Пунктов связи - до 48; 4. «кольцо». Пунктов связи - до 48
Количество оптических линейных трактов	1 или 2; 2 в полукомплектах для промежуточного пункта связи
Скорость группового потока каждого оптического линейного тракта, Мбит/с	155,520
Состав группового потока Супер Гвоздь:
1) Поток Ethernet с пропускной способностью 100 Мбит/с	1
2) Потоки Е1 (2,048 Мбит/с)	24
3) Каналы RS-232 с пропускной способностью 64 кБит/с	12
4) Канал контроля и управления	1
Резервирование группового потока	Автоматическое у полукомплектов для промежуточного пункта связи. Отсутствует у всех остальных модификаций полукомплектов
Максимальное время перерыва связи в случае обрыва сегмента кабеля оптического кольца	От 500 мкс до 1 мс в зависимости от количества полукомплектов включенных в кольцо
Количество выделяемых первичных цифровых потоков Е1 (2.048 Мбит/с) на одном полукомплекте	4 или 24 в зависимости от модификации полукомплекта
Количество выделяемых потоков Ethernet с пропускной способностью 100 Мбит/с	1 или 0 в зависимости от модификации полукомплекта
Контроль и управление с помощью Программного обеспечения «Центр Управления ЦВОЛТ»	Конфигурация сети, контроль и управление полукомплектами осуществляется или локально непосредственно в пункте связи или удаленно с помощью программного обеспечения через интерфейс Ethernet. Каждый полукомплект имеет свой IP-адрес задаваемый пользователем. Из одного пункта связи можно контролировать и в тестовом режиме управлять всеми местными и удаленными полукомплектами. Тестовый режим управления подразумевает кратковременное изменение (5 минут) настроек полукомплекта. По окончании тестового времени, все настройки, установленные аппаратно, восстанавливаются. Данная функция добавлена с мая 2008 года.
Возможность организации общей сети с использованием потока Ethernet с пропускной способностью 100 Мбит/с	Есть. В этой сети любой пакет Ethernet принятый одним полукомплектом передается «наружу» всеми другими полукомплектами образованной сети
Тип синхронизации аппаратуры	100% асинхронная
Среда передачи	Оптическое одномодовое или многомодовое волокно
Минимально допустимое затухание участка регенерации, дБм	0
Максимально допустимое затухание участка регенерации, дБ	Для полукомплектов с оптическими модулями, работающими по двум волокнам 30, для полукомплектов с оптическими модулями, работающими по одному волокну 20
Минимально допустимая длина участка регенерации, км	0
Максимальная длина участка регенерации, км	Зависит от затухания, хроматической дисперсии оптического волокна и мощности передающего лазера. На обычном волокне может достигать 120 км., в зависимости от типа используемого лазера. На лазерах, которые будут использоваться массово при работе по одному обычному одномодовому волокну, гарантированная дальность передачи по одному волокну 60 км. Для передачи на большие расстояния рекомендуется использовать полукомплекты, работающие по двум волокнам. Пользователь при заказе должен оговаривать тип лазера
Тип источника излучения	Лазерный диод
Длина волны излучения, нм	1310, 1550 выбирается при заказе
Номинальная мощность излучения лазера на оптическом стыке по передаче, дБм	для двухволоконных оптических модулей 0, для одноволоконных оптических модулей -8
Максимальная мощность излучения на оптическом стыке по передаче, дБм	0
Максимальная чувствительность оптического приемника, дБм	-33
Требования к оптическому кабелю	Любой многомодовый или одномодовый
Тип разъемов для подключения оптического волокна	для полукомплектов Супер Гвоздь с оптическими модулями, работающими по двум волокнам - FC; для полукомплектов Супер Гвоздь с оптическими модулями, работающими по одному волокну - SC. По требованию клиента возможна поставка оптических адаптеров на любой другой оптический разъем
Параметры тракта Е1 (2,048 Мбит/с)	Полностью соответствуют рекомендации G.703
Интерфейс потока Ethernet	10Tx/100Tx
Напряжение питания	Каждый полукомплект Супер Гвоздь может работать от постоянного напряжения от -36 В до -72 В или от переменного напряжения 220 В, 50 Гц
Потребляемая мощность полукомплекта, не более Вт	20
Габаритные размеры полукомплекта, мм.	482х188х45
Конструктивное исполнение	Конструктивно полукомплекты Супер Гвоздь выполнены в виде закрытого корпуса высотой 1U для установки в шкаф или стойку 19-дюймового конструктивна
Вес полукомплекта, не более, кг	1,7
Возможность монтажа	- в открытую стойку 19-ти дюймового конструктивна; - в шкаф 19-ти дюймового конструктивна; - на стол
Условия эксплуатации	Аппаратура должна устанавливаться в отапливаемом помещении. Допустимый перепад температуры окружающего воздуха, от 50С до 400С. Допустимая влажность окружающего воздуха до 80% при температуре 250С. Допустимое понижение атмосферного давления до 60 кПа (456 мм. рт. ст.)



1.4 Выбор типа оптического кабеля и муфт

В соответствии с заданием необходимо выбрать кабель для прокладки в грунт. В качестве фирмы-производителя мною была выбрана фирма СОКК (Самарская оптическая кабельная компания).

Данная фирма занимается производством всех видов волоконно-оптических кабелей для любых способов монтажа и условий эксплуатации. Для прокладки в эта фирма разработала кабель ОКЛК.

Рис. 3. - Внешний вид кабеля ОКЛК:

Применение:

Оптические кабели связи предназначены для прокладки в грунт всех категорий, в том числе в районах мерзлоты и с карстовой активностью, через водоемы и судоходные реки.

Опции:

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

- Применение воды блокирующих 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 10000 Н/10 см.;

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

Описание конструкции.

Кабели типа ОКЛК (до 144 ОВ, с допустимой растягивающей нагрузкой до 40 кН):

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

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

3. Кордель - сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции;

4. Поясная изоляция в виде лавсановой ленты, наложенная поверх скрутки;

5. Гидрофобный гель, заполняющий пустоты скрутки по всей длине;

6. Внутренняя оболочка выполнена из композиции ПЭ низкой или высокой плотности;

7. Броня в виде стальных оцинкованных проволок или диэлектрических высокопрочных стержней.

8. Наружная оболочка выполнена из композиции ПЭ низкой или высокой плотности.

Марка оптического кабеля: ОКЛК-01-6-16-10/125-0,36/0,22-3,5/18-0,25. Для прокладки в здании фирма СОКК разработала кабель ОКЛ-Н.

Рис. 4. - Внешний вид кабеля ОКЛ-Н:

Опции кабеля ОКЛ-Н:

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

- применение воду блокирующих нитей, лент («сухая» конструкция сердечника);

- применение вспарывающих кордов;

- изготовление оболочки из материалов, не распространяющих горение;

- применение вспарывающих кордов.

Марка оптического кабеля: ОКЛ-Н-01-6-16-10/125-0,36/0,22-3,5/18-0,25.

Рис. 5. - Поперечное сечение кабеля ОКЛ-Н:

1. Оптические волокна свободно уложены в полимерных трубках, заполненных тиксотропным гелем по всей длине;

2. Центральный силовой элемент (ЦСЭ), диэлектрический стеклопластиковый пруток, вокруг которого скручены оптические модули;

3. Кордели (при необходимости) - сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции;

4. Гидрофобный гель - заполняет пустоты скрутки по всей длине;

5. Поясная изоляция - в виде лавсановой ленты, наложенная поверх скрутки;

6. Наружная оболочка выполнена из композиции ПЭ, не распространяющего горение, стабилизированного свет, стойкого к УФ излучению.

Преимущества: минимальный вес и диаметр, высокие механические свойства, высокое электрическое сопротивление защитной оболочки в течение всего срока службы (для кабелей с АлПЭ оболочкой), оптимальная жесткость и низкий коэффициент трения оболочки (для задувки в специальные трубы), низкая температура прокладки и эксплуатации, использование материалов лучших зарубежных и отечественных изготовителей, удобство прокладки и монтажа, большой срок службы.

Табл. 2. - Параметры эксплуатации оптического кабеля ОКЛ-Н:

Температура эксплуатации	от -60 С до + 50 С
Минимальный радиус изгиба	не менее 20 диаметров кабеля
Минимальная температура прокладки	-10 С
Температура транспортировки и хранения	от -60 С до + 50 С
Срок службы	30 лет
Срок гарантийной эксплуатации	3 года
Минимальный радиус изгиба оптических волокон	не менее 3 мм. (в течение 10 мин)
Строительная длина	до 6 км

Табл. 3. - Параметры оптического кабеля ОКЛ-Н:

Кол-во ОВ в кабеле	16
Диаметр кабеля, мм.	12,2
Вес кабеля, кг/км	137
Механические характеристики
Раздавливающая нагрузка, Н/10 см	не менее2500
Растягивающая нагрузка, Н см,	не менее 1000
Радиус изгиба, мм.	монтаж 244 эксплуатация 180

Рис. 6. - Внешний вид муфты:



Для сращивания станционного и линейного кабелей используется горизонтальная, проходная оптическая Муфты серии 2179-CS.

Корпус муфты 2179-CS изготовлен из высокопрочного пластика, герметизация корпуса и кабельных вводов осуществляется высококачественными мастиками.

Муфта может быть закопана в землю без дополнительного защитного кожуха (грунты всех категорий, за исключением вечно мерзлотных и скальных), располагаться в кабельном колодце, установлена на опоре, стене или подвешена на тросе.

Особенности:

- использование механической герметизации корпуса и кабельных вводов позволяют проводить монтаж без использования источников нагрева;

- малые размеры;

- встроенный воздушный клапан для проверки герметичности;

- удобный крепеж при различных способах расположения.

Табл. 4. - Характеристики муфты:

Макс. кол-во кабелей (диаметр, мм.) 4	(10,2-25,4)
Макс. кол-во кассет, сварных сростков	4 кассеты х 12 сростков = 48 сростков
Диапазон рабочих температур, °С	от -40 до +80
Воздействие плесени	группа 0 по стандарту ASTM G 21
Вибрация	соответствует стандарту EIA FOPT-11, усл. 1
Погружение в воду	7 дней при =43°С
Размеры, мм.	398,8 х 175,3 х 106,7
Масса, кг	1,7

1.5 Выбор регенератора

Внешний вид регенератора.

Многоскоростной оптический регенератор RGN-10GXT с настраиваемым лазером во всем C-диапазоне поддерживает приложения передачи сигнала на различные расстояния (короткие, длинные, сверхдлинные) по одно или многомодовому волокну. RNG-10GXT обеспечивает 3R регенерацию и поддерживает множество скоростей. Встроенная Электронная Компенсация Дисперсии (EDC) позволяет передавать сигнал больше чем на 150 км.

Рис. 7:

Блок RNG-10GXT монтируется в активную полку и может работать автономно или под контролем системы управления.

При автономной работе блок обеспечивает вывод аварийной сигнализации на контакты полки, вывод статуса и доступ к настройкам через расположенный на фронтальной панели графический дисплей, сенсорные кнопки и светодиодные индикаторы.

Взаимодействие с интерфейсом системы управления реализовано через объединительную панель активной полки.

RNG-10GXT работает в одной из следующих конфигураций:

1. Режим 4-х портового транспондера: клиентский (XFP) и сетевой (настраиваемый дальнего действия) интерфейсы. Обеспечивает преобразование длины волны с SR-1 XFP (до 10км) или с SR MM XFP (до 300 м.);

2. Режим 2-х портового регенератора (без XFP): Использует встроенные чувствительный приемник и настраиваемый передатчик дальнего действия.

Характерные особенности LightGAIN RNG-10GXT:

- 3R регенерация;

- От 9,95 до 11,3 Гбит/с;

- MSA-совместимые XFP (SR);

- 2-ух или 4-х портовый режим;

- Дальность связи > 150 км.;

- 50 ГГц или 100ГГц межканальный интервал в C-диапазоне (соотв. 89 или 40 длин волн);

- Встроенный EDC;

- Диапазон рабочих температур от -5 до +55°C.

Применение LightGAIN RNG-10GXT:

- Увеличение дальности передачи для SDH/10GWAN/10GLAN приложений;

- DWDM мультиплексирование;

- SM и MM конверсия.

1.6 Схема организации связи и распределения оптических волокон

Построим несколько схематичных вариантов организации связи и распределения оптических волокон.

Рис. 8:

1.7 Расчет предельных длин участков регенерации

Длина регенерационного участка ВОСП определяется двумя параметрами: суммарным затуханием РУ и дисперсией сигналов ОВ.

Длина РУ с учетом затухания оптического сигнала, то есть потерь в ОВ, потерь в механических (разъёмных) соединениях, сварных (неразъёмных) соединениях можно найти из формулы:

Амакс = Э = Lру + Арс nрс + Анс nнс + Аt + Ав

Где:

Амакс - максимальное затухание оптического сигнала на регенерационном участке, дБ;

Э - энергетический потенциал системы передачи, дБ;

б - коэффициент затухания ОВ, дБ/км.;

Lру - длина регенерационного участка, км.;

Арс, Анс - затухание оптического сигнала на разъемном и неразъемном соединениях, дБ;

nрс, nнс - количество разъемных и неразъемных соединений ОВ на регенерационном участке.

Количество сварных (неразъемных) соединений ОВ на длине регенерационного участка считаем глядя на рисунок-схема организации связи: nнс = 25.

Lру = (Э - Эз - Арс nрс + Анс) / (б + Анс / Lс)

Где:

Эз=6 - энергетический (эксплуатационный запас) системы, необходимый для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и ОВ;

nрc=4 - на регенерационном участке количество механических (разъемных) соединений.

Lру = (33 - 6 - 4•0.5 + 0.1) / (0.22 + 0.1 / 4) = 102.449 км.



2. Расчёт параметров ВОЛП

Расчёт распределения энергетического потенциала по длине регенерационного участка.

Уровень оптической мощности сигнала, поступающего на вход ПРОМ линейного регенератора, зависит от энергетического потенциала ВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности оптического излучения в разъемных и неразъемных соединениях.

Таблица с исходными данными для расчета распределения энергетического потенциала по длине регенерационного участка.

Табл. 5:

Параметры	Обозначение	Единица измерений	Значение параметра
Уровень мощности передачи оптического сигнала	рпер	дБ	0
Минимальный уровень мощности приема	рпр	дБ	-33
Энергетический потенциал ОЦТС	Э	дБ	33
Количество неразъемных соединений	nнс	шт	25
Затухание оптического сигнала на неразъемном соединителе	Aрс	дБ	0,1
Количество разъемных соединений	nрс	шт	4
Затухание оптического сигнала на разъемном соединителе	Aнс	дБ	0,5
Коэффициент затухания ОК	б	дБ/км	0,22

Уровень сигнала после 4-го НС: pн4=-3.171, дБ;

Уровень сигнала после 5-го НС: pн5=-4.151, дБ;

Уровень сигнала после 6-го НС: pн6=-5.131, дБ;

Уровень сигнала после 7-го НС: pн7=-6,111, дБ;

Уровень сигнала после 8-го НС: pн8=-7.091, дБ;

Уровень сигнала после 9-го НС: pн9=-8.071, дБ;

Уровень сигнала после 10-го НС: pн10=-9.051, дБ;

Уровень сигнала после 11-го НС: pн11=-10.031, дБ;

Уровень сигнала после 12-го НС: pн12=-10.911, дБ;

Уровень сигнала после 13-го НС: pн13=-11.991, дБ;

Уровень сигнала после 14-го НС: pн14=-12.971, дБ;

Уровень сигнала после 15-го НС: pн15=-13.951, дБ;

Уровень сигнала после 16-го НС: pн16=-14.931, дБ;

Уровень сигнала после 17-го НС: pн17=-15.911, дБ;

Уровень сигнала после 18-го НС: pн18=-16.891, дБ;

Уровень сигнала после 19-го НС: pн19=-17.871, дБ;

Уровень сигнала после 20-го НС: pн20=-18.851, дБ;

Уровень сигнала после 21-го НС: pн21=-19.831, дБ;

Уровень сигнала после 22-го НС: pн22=-20.811, дБ;

Уровень сигнала после 23-го НС: pн23=-21.791, дБ;

Уровень сигнала после 24-го НС: pн24=-22.771, дБ;

Уровень сигнала после 25-го НС: pн25=-23.751, дБ;

Уровень сигнала после 26-го НС: pн26=-24.731, дБ;

Уровень сигнала после 27-го НС: pн27=-25.711, дБ;

Уровень сигнала после 28-го НС: pн28=-26.251, дБ;

Уровень сигнала после 3-го РС:

pр3 = pн28 - Арс = -26.251 - 0.5 = -26.751 дБ

Уровень сигнала после 4го РС:

pр4 = pр3 - Арс = -26.751 - 0.5 = -27.251 дБ

коммутация цифровой связь

По результатам расчета можно сделать вывод, что затухание на регенерационном участке меньше энергетического потенциала ОЦТС, равного Э = 33 дБ. Эксплуатационный запас ОЦТС можно принять равным Эз = 6дБ. Диаграмма распределения энергетического потенциала для рассмотренного случая приведена на рисунке 10.

Диаграмма распределения энергетического потенциала служит основой для расчета основных параметров оптического линейного тракта. Расчет допустимой вероятности ошибки.

Рис. 10:

Первоначально рассчитывается допустимая вероятность ошибки Рош.доп., приходящаяся на один регенерационный участок, исходя из норм на различные участки первичной сети: магистральной, внутризоновой, местной.

Допустимая вероятность ошибки, приходящаяся на один километр для различных типов участков первичной сети, приведена в табл. 6.



Таблица 6. - Допустимая вероятность ошибки, приходящаяся на один километр:

Допустимая вероятность ошибки, приходящаяся на один километр	Тип участка первичной сети
	Магистральная	Внутризоновая	Местная
рош.км.1/км	10-11	1,6710-	10-9

Допустимая вероятность одной регенерационной ошибки определяется по формуле:

Где:

рошкм - вероятность ошибки, приходящаяся на 1 километр линейного тракта;

Lpу - длина регенерационного участка, км.

Если длина оптического линейного тракта равна Lт, то общая допустимая вероятность ошибки равна:

Расчет ожидаемой вероятности ошибки одиночного регенератора. Ожидаемая вероятность ошибки определяется ожидаемой защищенностью от шумов, которая равна:

Допустимая вероятность ошибки одиночного регенератора pдоп может быть получена из данных табл. 7 соответствующим интерполированием.

Как следует из таблицы 7 величина допустимой защищенности одиночного регенератора для примера должна отвечать условию Аз.доп 21,7 дБ (определяется линейным интерполированием на интервале 20,5. 21,1). Определим ожидаемую вероятность ошибки одиночного регенератора.

Таблица 7. - Допустимая вероятность ошибки одиночного регенератора:

Рож	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-11	10-12
Аз, дБ	18,8	19,7	20,5	21,1	21,7	22,2	22,6	23

Подставив в формулу значение:

Так как ожидаемая защищенность больше защищенности допустимой, т. е., Аз.ож ? Аз.доп, то ожидаемая вероятность ошибки будет меньше допустимой и, следовательно, энергетический потенциал ОЦТС распределен правильно.

Размещено на Allbest.ru

...