Такую систему связи предполагается использовать на уже построенной трансатлантической линии ТАТ-8. Для этого придется поднять подводный ВОК, демонтировать все регенераторы и срастить все волокна напрямую. В результате на подводной магистрали не будет ни одного промежуточного регенератора.

Перспективными волноводами можно считать также и созданные совсем недавно дырчатые волноводы, т.е. волноводы с оболочкой, представляющей собой двумерный набор плотно упакованных и вытянутых при высокой температуре полых стеклянных волокон. Их можно считать одним из наиболее значительных достижений оптических технологий за последние пять лет. Замечательные свойства этих волноводов детально изучаются, область их практических приложений неуклонно расширяется, стремительно растет число научных групп, использующих дырчатые волноводы в своих исследованиях, в частности для абонентских сетей.

1.3 Обзор литературы по данной теме дипломной работы

оптический связь передача кабель

В данной дипломной работе были использованы различные источники литературы.

1. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи. Учебник для вузов. БХВ-Петербург, 2010 г.

Книга является учебником по современным сетям связи. Она будет полезна студентам, бакалаврам и магистрам, а также аспирантам, исследования которых прямо или косвенно затрагивают разные аспекты построения, эксплуатации и развития телекоммуникационных сетей. Инженеры и менеджеры, работающие в области электросвязи, тоже найдут для себя полезные сведения. Процессу усвоения пройденного материала, несомненно, будут способствовать помещенные после каждой лекции ключевые слова, контрольные вопросы, задачи и упражнения, дополнительная литература. В учебнике рассматриваются три сети, создававшиеся для поддержки следующих видов обслуживания: фиксированная телефонная связь, мобильные коммуникации и документальная электросвязь. Для каждой из трех сетей изложены идентичные по своему характеру базовые принципы построения и функционирования. Сформулирована основная цель дальнейшего развития трех рассматриваемых сетей - переход к сети связи следующего поколения.

2. Скляров О.К.. Волоконно-оптические системы передачи - фундамент телекоммуникационной сети. Технологии и средства связи. Москва 2008 г.

Данная книга предназначена для инженеров волоконно-оптических систем связи. В данной книге подробно описана роль волоконно-оптических систем связи в современной телекоммуникационной среде. Данная книга так же удобно для студентов по специальности связь которые углубленно изучают волоконно-оптические системы связи. В книге подробно описано применение волоконно-оптическего кабеля в телекоммуникационных сетях. В книге рассматриваются три основных частей волоконно-оптических систем связи.

3. Дональд Дж. Стерлинг, Лес Бакстер. Кабельные системы. М. Лори, 2008 г.

Книга содержит описание кабелей и соединительного оборудования на уровне компонентов. Одна из глав посвящена в основном построению сетей. Поскольку разработка новых типов кабелей ведется, главным образом, в соответствии с требованиями современных сетей в книге описаны некоторые перспективы влияния сетей на создание кабельных схем. Далее кабели рассматриваются с системной точки зрения: даны некоторые рекомендации по прокладке кабелей, их тестированию и обслуживанию.

4. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно- оптические сети. М.: Эко-Трендз, 2009 г.

В книге рассмотрены физические принципы волоконно-оптических сетей, их компоненты: оптические приемные и передающие устройства; соединительные шнуры; аттенюаторы; разветлители; мультиплексоры-демультиплексоры WDM; оптические распределительные коробки, панели и шкафы; оптическое распределительное оборудование для кросс-коннекта и интерконнекта. Описаны технологии и стандарты волоконно-оптических сетей FDDI, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, SDH, ATM. Приведены примеры расчета технических параметров волоконно-оптических сетей.

Рассмотрены транспортные волоконно-оптические сети для обеспечения абонентского доступа HFC, FTTC и FTTH. Особое внимание уделено волоконно-коаксиальным сетям, а также системам передачи цифрового телевизионного сигнала на большие расстояния при межстудийном обмене.

Представлено новое технологическое направление - полностью оптические сети. Дан анализ применения оптических усилителей EDFA при построении протяжных мультиплексных оптических магистралей (DWDM). Приведены общая классификация, архитектура полностью оптических сетей, принципы и примеры их построения.

5. Иоргачев Д.В., Бондаренко О.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. М.: Эко-Трендз, 2008 г.

Волоконно-оптическая линия связи - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".

Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии волоконно-оптических сетей помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизация, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей. Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическим волокне.

В данной книге излагаются теоретические основы функционирования волоконное - оптических кабелей, рассматриваются конструкции оптических волокон и волоконно-оптических кабелей, материалы, характеристики и параметры. Отдельные разделы посвящены конструированию, технологии изготовления и испытанию волоконно-оптических кабелей. Особое внимание уделяется основам технической эксплуатации волоконно-оптических линий связи.

6. Ксенофонтов С.Н., Портнов Э.Л. Направляющие системы электросвязи. Сборник задач: Учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия - Телеком, 2007г.

В учебном пособии приведены задачи и примеры их решения, а также необходимый справочный материал (краткие теоретические сведения, расчетные формулы, методические указания к решению задач) по курсу "направляющие системы электросвязи". Цель издания - помочь приобрести навыки решения практических задач по данному курсу.

1.4 Обоснование постановки задачи

Еще в середине 70-х годов существовала уверенность в том, что эта часть сети, состоящая из отдельных проводников, должна остаться металлической из экономических соображений. Впоследствии это мнение изменилось.

Около 70% меди, расходуемой на кабели связи, приходится на абонентские сети, хотя диаметры проводников выбраны настолько малыми, насколько это возможно. Если бы в будущем отрезки линий, передающих сигналы, выполнялись на оптических элементах, то можно было бы сэкономить только лишь треть затрат на медь, а абонентские сети необходимо было бы опять строить в каждом квартале новостроек.

Дальнейшим важным направлением являются постоянно растущие информационные потоки в промышленности, хозяйстве, а также в быту.

Поскольку на железнодорожном транспорте используется на ряду с цифровой системой передачей и аналоговая передача, то мы не можем применить современную аппаратуру работающую без согласования с аналоговой. Целью дипломной работы является показать что эксплуатация волоконно-оптического кабеля по экономическим соображениям дешевле, чем линии из цветных металлов. Для этого исследуем кабельную линию из цветного металла, и сравниваем с проектируемой волоконно-оптической линией связи. Считаем годовые затраты, и срок окупаемости волоконно-оптической линий связи. И доказываем что замена линии на волоконно-оптический кабель очень эффективно.

2. Сравнительный анализ характеристик волоконно-оптических систем связи

2.1 Построение схемы для организации связи

Схема организации оперативной железнодорожной связи между станции Коргас и станции Жетыген предназначена для обеспечения связи между ними, а также для обеспечения оперативной железнодорожной связью промежуточных станции Курозек и станции Шелек. На схеме указаны оконечные пункты и транзитные пункты, где предусмотрено выделение потоков, все мультиплексоры, установленные в этих пунктах, а так же соединения между ними.

В данной работе предложено использовать топологию сети "последовательная линейная цепь", без резервирования по другим линиям связи, как наиболее простую и экономически целесообразную.

В проекте предусмотрено резервирование оптических волокон аппаратурой Huawei OptiX OSN 1500B по схеме 1+1, т.е. на 2 рабочих (прием-передача) оптических волокна (1-2 ОВ), будет приходиться 2 резервных (3-4 ОВ).

Из 16 оптических волокон кабеля ОКМС, 4 ОВ будет использоваться для организации линейного тракта и резервирования системы передачи OptiX OSN 1500B, 2 ОВ планируется передать на договорной основе ОАО "КТЖ" в счет арендной платы за прокладку кабеля по опорам ЭЖД, остальные 10 ОВ целесообразно предать в аренду другим операторам связи с целью получения дополнительной прибыли [23].

Исходя из рассчитанного числа потоков, на проектируемом участке необходимо организовать:

- для телефонии: 3 потока Е 1 для передачи телефонии, 1 поток Е 1 для передачи поездной радиосвязи, 3 потока Е 1 для передачи каналов для пульта централизованного диспетчерского пульта;

- для передачи сигнала телеуправления: необходим трафик 112 Мб/с (56 потоков Е 1);

- для доступа в Internet: необходим трафик 10 Мб/с (5 потоков Е 1);

- для передачи Ethernet: необходим трафик 100 Мб/с (50 потоков Е 1).

2.2 Выбор системы передачи и её характеристика

Исходя из найденного числа каналов для обеспечения требуемой пропускной способности, выбираем оборудование синхронной цифровой иерархии SDH уровня STM-4 (622 Мб/с).

Аппаратуру и оборудование для систем передачи SDH предлагают многие известные фирмы-изготовители, такие как "Alcatel", "Siemens", "Nortel", "Huawei" и другие.

Так как в нашем случае количество потоков E1=118 (2048 Кб/с), то была выбрана система передачи компании HUAWEI OptiX OSN 1500B. Рассматриваемый мультиплексор (рисунок 2.1) это оборудование с поддержкой скорости передачи на уровне STM-4 (622 Мбит/с) и до STM-16 (2,5 Гбит/с).

OptiX OSN 1500 является оборудованием следующего поколения, разработанным фирмой Huawei. это оборудование интегрирует в себе следующие технологии:

- Синхронная цифровая иерархия (SDH);

- Мультиплексирование разделением по длине волны (WDM);

- Ethernet;

- Асинхронный режим передачи (ATM);

- Плезиохронная цифровая иерархия (PDH);

Автоматически коммутируемая оптическая сеть (ASON);

OptiX OSN 1500B обеспечивает платформу для передачи данных и речевых услуг.

Рисунок 2.1 Мультиплексор HUAWEI OptiX OSN 1500B

Главной отличительной особенностью платформы от оборудования OptiX OSN 1500 является поддержка механизмов резервирования на аппаратном уровне. Благодаря этому, у оператора связи появляется возможность использования высоконадежного и вместе с тем компактного и экономичного оборудования на уровне доступа [19].

Комбинируя различные технологии, оборудование OptiX OSN 1500B не только сохраняет гибкость и надежность, присущую технологии SDH, но также обеспечивает эффективную передачу трафика ATM и IP за счет возможности установки соответствующих интерфейсных модулей. В опорной сети, построенной на устройствах OptiX OSN, обеспечивается динамическое распределение полосы пропускания пользователям в соответствии с объемами проходящего трафика, так как система использует статистический, а не фиксированный метод мультиплексирования данных [14].

Поддерживаемые модули, максимально: 14хSTM-1, 14хSTM-4, 2хSTM-16, 20хFast Ethernet, 6хGigabit Ethernet, 10хSTM-1 электрический, 126хE1/T1, 12хE3/T3, мультисервисные ESCON/FICON/Fiber Channel/FDDI/ PDH (34Мбит/с~2.5Гбит/с), DVB-ASI [13].

Кроме того, в мультиплексор можно установить до 20 плат Fast Ethernet (рисунок 2.2) с двумя, четырьмя или восемью портами 10/100 Мбит/с, так же есть возможность установки до шести плат Gigabit Ethernet (1Гб/с). Любой порт, в таком модуле может работать во всех пяти режимах: дуплексный и полудуплексный, а также универсальный. После соответствующей обработки Ethernet-кадры помещаются в "контейнеры" VC-12. Данные могут быть также упакованы в каналы N2 Мбит/с.

Рисунок 2.2 Ethernet- плата 8-Port 10M/100M OptiX OSN 1500

2.2.1 Высокорентабельная платформа

Сервисные платы и ПО OptiX OSN 7500/3500/2500/1500 совершенно совместимы: эти системы формируют комплексную платформу. Такой подход позволяет значительно снизить затраты на обслуживание и запчасти. Интеллектуальная платформа OSN является высокоэффективной комбинацией услуг и возможностей, предоставляя оператору рентабельное решение. Кроме того, система поддерживает смешанную организацию сети с другим оборудованием компании Huawei. Преимущество такого подхода - в комплексном управлении через NMS (систему управления сетью) компании Huawei.

Гибкость конфигурации оборудования.

Оборудование совместимо с STM-16/4.

Поддержка online обновления оборудования от 622M до 2.5G.

Планирование большой емкости

Поддержка 20G VC-4/VC-3/VC-12.

Конфигурирование множества услуг.

Сервисные интерфейсы:

- STM-1 (оптический/электрический);

- STM-4/16 со стандартными или каскадными сервисами;

- E1/T1/E3/T3/E4;

- Прозрачная передача и коммутация услуг FE и GE;

- Услуги ATM;

- Услуги SAN и передачи видео;

Полное предоставление быстрых end-to-end сервисов с применением GMPLS

Высокая степень интеграции.

Габариты корзины: 221 мм (В) x 444 мм (Ш) x 262 мм (Г); каждая корзина имеет 9 слотов под сервисные платы, 4 из которых можно использовать как слоты под интерфейсные платы.

Гибкие режимы установки.

Оборудование имеет форму параллелепипедов с высотой 5U. Оно может монтироваться с 19' статив или статив ETSI с глубиной 300, либо крепиться на стену [14].

Отличная организация сети.

- Поддержка динамического добавления ячеистых (meshed) сетевых узлов;

- Поддержка сетевого наращивания и расширения ячеистой (mesh) сети c любой скоростью;

- Поддержка ячеистой (mesh) сети с 40 оптическими направлениями;

- Поддержка разных топологий сети SDH, включая цепь, кольцо, двойное кольцо, соприкасающиеся кольца;

- Поддержка колец RPR, VP-RING;

- На базе одной корзины можно создать четырёхволоконное кольцо STM-16 или два двух волоконных кольца STM-16;

Встроенная технология WDM.

- Предоставление двухканальной платы ввода/вывода длин волн;

- Предоставление платы преобразования спектральных каналов разной побитовой скорости.

Полный механизм поддержки сети.

- Восстановление ячеистой (mesh) сети.

- Поддержка распределенного восстановления с защитной перемаршрутизацией. Предоставление 5 типов схем защиты сервисов: бриллиантового, золотого, серебряного, бронзового и железного уровней, согласно различным SLA (соглашений о качестве предоставляемого сервиса)

- Защита SDH

- Поддержка 2F/4F MSP, SNCP и DNI, защита совместно используемого оптического виртуального канала

- Защита услуг передачи данных

Поддержка защитного кольца RPR для услуг Ethernet, а также защиты STP spanning tree. Поддержка защитного кольца VP-RING для сервисов ATM

- Полный механизм защиты оборудования.

- Интеллектуальная защиты модулей управления: горячее резервирования 1+1

- Поддержка горячего резервирования 1+1 основных модулей, включая модули кросс-коммутации и синхронизации

- Защита модулей электропитания

- Защита TPS

Выбор предложенной транспортной платформы обуславливается ещё и тем, что она легко может быть модернизирована с уровня STM-4 в уровень порядком выше STM-16, расширение количества потоков добавлением дополнительных трибутарных плат. Защита 1+1 блоков кросс-коммутации, синхронизации и питания. Защита 1:N трибутарных плат [8].

Для обеспечения резервирования OptiX OSN 1500 использует такие механизмы, как двухволоконная MSP, SNCP, DNI, MS, SPRing, а также кольца АТМ VP Ring, IP Ring ATM, виртуальная защита пути в совместно используемом волокне ("фирменная" разработка Huawei). Суть этого механизма заключается в том, что вся пропускная способность волокна делится на уровни VC-4 или VC-12 для формирования логических подсистем, которые отвечают за свой вид трафика. Для каждой подсистемы устанавливается свой режим защиты в зависимости от типа трафика. Таким образом, одно волокно может одновременно поддерживать различные режимы защиты для разных групп трафика.

2.3 Выбор типа оптического волокна

В проекте предложено использовать оптическое волокно Японской фирмы Fujikura Ltd (Фуджикура) марки FutureGuide-LA - это одномодовое оптическое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (Non Zero Dispersion Shift Fiber) и большой величиной площади эффективного сечения, и низкой величиной поляризационно-модовой дисперсии (по рекомендации G.655 МСЭ-Т). Предлагаемое оптическое волокно предназначено для магистральных волоконно-оптических систем передачи данных длинной от 100 км. и более со спектральным DWDM уплотнением, работающих в C- и L-диапазонах [9].

В таблице 2.1 указаны технические параметры оптического волокна FutureGuide-LA фирмы Fujikura Ltd.

Таблица 2.1 - Технические параметры оптического волокна FutureGuide-LA:

Параметры	Ед изм	FutureGuide-LA
Диаметр покрытия	мкм	245 ± 5
Диаметр оболочки	мкм	125,0 ± 1,0
Диаметр модового пятна на длине волны 1550 нм	мкм	9.6±0.4
Эффективное сечение (Aeff)	кв мм	72 (в среднем)
Затухание на длине волны 1550 нм	дБ/км	<0.2
Затухание на длине волны 1625 нм	дБ/км	0.25
Неоднородность затухания на длине волны 1550 нм	дБ/км	< 0,10
Изменение затухания в зависимости от длины волны (диапазоне 1525-1575 нм)	дБ/км	0.05
Длина волны отсечки	нм	1480
Диаметр поля моды на длине волны 1550 нм	мкм	9,6 ± 0,4
Хроматическая дисперсия на длине волны 1550 нм	пс/(нм*км)	2.5
Хроматическая дисперсия на длине волны 1625 нм	пс/(нм*км)	5.0
Поляризационно-модовая дисперсия	пс/vкм	< 0,10
Удельная полоса пропускания, на длине волны 1550 нм	МГц·км	252000
Максимальное относительное удлинение	%	1.0

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

В одномодовых волокнах определяющей является хроматическая дисперсия, которая выражается в различии показателей преломления и, следовательно, в скоростях распространения излучения с различными длинами волн. Величина дисперсии зависит от типа источника излучения, обычно нормируется в расчете на 1км, и измеряется в пс/км.

С точки зрения дисперсии, существующие одномодовые волокна, которые широко используются в сетях сегодня, разбиваются на три основных типа: волокна с несмещенной дисперсией SF (стандартные волокна со ступенчатым профилем), волокна со смещенной дисперсией DSF и волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF [10].

Все три типа волокон очень близки по затуханию в окнах одномодовой передачи 1310 и 1550 нм, но отличаются характеристиками хроматической дисперсии. Поскольку дисперсия влияет на максимальную допустимую длину безретрансляционных участков, то на первый взгляд естественно возникает желание выбрать волокно с наименьшим возможным значением дисперсии применительно к конкретной задаче, к конкретной длине волны. Это справедливо для случая передачи одной длины волны - одноканальной передачи. Многоканальное волновое мультиплексирование (WDM) в окне 1550 нм диктует иной рационализм. Исследования показывают, что когда длина волны нулевой дисперсии попадает в зону мультиплексного сигнала, начинают проявляться нежелательные интерференционные эффекты, приводящие к более быстрой деградации сигнала. Поэтому, заказчик кабелей связи должны отчетливо представлять себе преимущества и недостатки каждого волокна в аспекте эволюции традиционных сетей к полностью оптическим сетям [19].

По мере совершенствования систем передачи на длине волны 1550 нм встает задача разработки волокна с длиной волны нулевой дисперсии, попадающей внутри этого окна. В итоге в середине 80-х годов создается волокно со смещенной дисперсией DSF, полностью оптимизированное для работы в окне 1550 нм, как по затуханию, так и по дисперсии. На протяжении многих лет волокно DSF считается самым перспективным волокном. С приходом более новых технологий передачи мультиплексного оптического сигнала, большую роль начинают играть эрбиевые оптические усилители типа EFDA, способные усиливать многоканальный сигнал. К сожалению, более поздние исследования (в начале 90-х годов) показывают, что именно длина волны нулевой дисперсии (1550 нм), попадающая внутрь рабочего диапазона эрбиевого усилителя, является главным потенциальным источником нелинейных эффектов (прежде всего четырехволнового смешивания), которые проявляются в резком возрастании шума при распространении многоканального сигнала [19].

Дальнейшее исследования подтверждают ограниченные возможности DSF при использовании в системах WDM. Чтобы избежать нелинейных эффектов при использовании DSF в WDM системах, следует вводить сигнал меньшей мощности в волокно, увеличивать расстояние между каналами, и избегать передачи парных каналов. Четырехволновое смешивание - это эффект, приводящий к рассеянию двух волн с образованием новых нежелательных длин волн. Новые волны могут приводить к деградации распространяемого оптического сигнала, интерферируя с ним, или перекачивать мощность из полезного волнового канала. Именно из-за эффекта четырехволнового смешивания стало ясно, что необходимо разработать новый тип волокна.

Волокно NZDSF создано в начале 90-х годов с целью преодолеть недостатки DSF, проявляющиеся при работе с мультиплексным оптическим сигналом. Оно имеет особенность в том, что длина волны нулевой дисперсии вынесена за пределы полосы пропускания эрбия. Это уменьшает нелинейные эффекты и увеличивает характеристики волокна при передаче DWDM сигнала [20].

Рисунок 2.3 - График рабочей зоны стандартного волокна

Цель проекта - построить ВОЛС общей протяжённостью 210 километров станция Коргас - станция Жетыген с выделением потоков по трассе в 2-х на станциях и населённых пунктах при передаче сигнала на скорости 622Мбит/с с использованием современного оптического волокна типа NZDSF марки FutureGuide-LA фирмы Fujikura. Нами должна рассматриваться совместно с планами более далекой перспективы - инсталляция линии на скорость передачи до нескольких Гбит/с (увеличение трафика выделенного на услуги интернет, а так же возможность перехода на стандарт Fast Ethernet 1Гб/с) без использования последовательно установленных линейных усилителей между населёнными пунктами.

2.4 Выбор типа оптического кабеля

При выборе оптического кабеля (ОК) в проекте учитывались условия прокладки ОК, тип оптического волокна, а также число необходимых волокон.

В проекте предложена прокладка оптического кабеля по опорам ЭЖД.

Характерными особенностями конструкции оптического кабеля должны быть:

- малые размеры и масса;

- большая строительная длина (до 6 км и более);

- малая величина километрического затухания;

- отсутствие необходимости содержания оптического кабеля под избыточным воздушным давлением;

- стойкость к электромагнитным (гроза, линия ЭЖД и др.) воздействиям.

Оптические кабели, используемые при строительстве ВОЛС на грузонапряжённых участках железных дорог, должны иметь не менее 16 волокон; на малонагруженных участках или для подключения удаленных для магистрали объектов - не менее 8 волокон для обеспечения резервирования и защиты. Оптические волокна при этом должны быть одномодовыми и сертифицированы для длин волн 1,31 мкм и 1,55 мкм.

При выборе типа оптического кабеля следует отдавать предпочтение кабелям со стандартным волокном, обеспечивающим работу систем STM-1/16. При этом могут быть использованы как отечественные кабели, так и кабели зарубежных фирм при наличии сертификации Министерства связи.

На сегодняшний день промышленность освоила производство практически полностью номенклатуру оптических кабелей для магистральных, зоновых и местных сетей связи. В конструкциях кабелей применяются импортные материалы высокого качества, а также оптическое волокно, поставляемое, в основном, известными фирмами: Corning, Fujikura, Samsung, Lucent Technologies., так как оптический кабель подвешивается на опорах контактной сети, мы выберем самонесущий кабель марки ОКМС, производство Калужского предприятия ЗАО "Трансвок" Россия [12].

Применение кабелей ОКМС:

Магистральный самонесущий, диэлектрический, для подвески на опорах контактной сети и линий автоблокировки железных дорог, на опорах линий электропередачи (ЛЭП) до 500 кВ, воздушных линиях связи и эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 60°С до плюс 70°С;

Описание кабеля ОКМС:

Центральный силовой элемент (ЦСЭ) представляет собой стеклопластиковый стержень.

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

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

Защита от влаги: бандажная лента, наложенная продольно на сердечник кабеля. Внутренняя оболочка полиэтиленовая.

Броня: повив из арамидных упрочняющих нитей.

Защитная оболочка: светостабилизированный полиэтилен.

Для проектируемой ВОЛС в проекте предложено использовать кабель марки ОКМС - А - 4/2(2,4)Сп - 16(5) - "8 кН".

Характеристика кабеля ОКМС - А - 4/2(2,4)Сп - 16(5) - "8 кН":

- оптический кабель магистральный, самонесущий, диэлектрический;

- внешняя оболочка из трекингостойкого не распространяющего горение полиэтилена;

- защитные покровы из арамидных нитей;

- внутренняя оболочка из полиэтилена;

- количество оптических модулей - 4, количество заполняющих модулей - 2;

- номинальный внешний диаметр оптических и заполняющих модулей - 2,4 мм;

- центральный силовой элемент - стеклопластиковый пруток [12];

- 16 одномодовых оптических волокон с ненулевой смещённой дисперсией NZDSF, соответствующих рекомендации ITU-T G.655;

- Допустимое растягивающее усилие до 8 кН;

- строительная длина кабеля - 6км.

Рисунок 2.4 - Схема кабеля ОКМС

Выводы по 2 главе

В данной главе рассмотрено современное состояние производства волоконно-оптических систем связи. С 80-х годов волоконно-оптические системы связи развивались интенсивно. Последние 10 лет активно как начали широко применятся для передачи информации. За последнее время решено много проблем касающийся этого вида связи. В данной главе описано развитие волоконно-оптических систем связи. И каких результатов достигли на сегодняшний день. Поскольку дипломная работа посвящена кабелю, то и соответственно исследовали волоконно-оптический кабель. По собранным данным видим, что волоконно-оптический кабель стал очень востребован и эффективен для передачи информации. В ближайшие десять лет волоконно-оптический кабель сменит дорогие кабели из цветного металла [16].

3. Методы улучшения качества передачи информации по волоконно-оптическим системам связи

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

- организация и проведение подготовительных работ;

- прокладка или подвеска ОК;

- монтаж ВОЛС;

- проведение приемосдаточных измерений и сдача ВОЛС в эксплуатацию.

В данном дипломном проекте будет более подробно рассмотрен выбранный метод прокладки, особенности монтажа, измерений и защиты ОК от внешних влияний.

3.1 Прокладка оптического кабеля на опорах ЭЖД (электрофицированной железной дороги)

Наиболее важное отличие прокладки путем подвеса волоконно-оптических кабелей от других способов состоит в том, что места сращивания двух строительных длин должны располагаться на опоре вместе с технологическим запасом кабеля, достаточным для спуска с опоры, а также для восстановительных работ в случае аварийных ситуаций на линии. Сращивание строительных длин волоконно-оптического кабеля всегда выполняется в монтажном автомобиле или палатке. Это обуславливает необходимость резервирования больших длин технологического запаса, чем при прокладке в грунт. Кроме того, необходимо уделить внимание надежному закреплению запаса, поскольку нахождение на опоре сопряжено с постоянным воздействием ветровых нагрузок [18].

3.1.1 Методика независимого подвеса

Эта методика может быть применена для инсталляции самонесущих

волоконно-оптических кабелей типа ОКМС. Суть методики заключается в том, что волоконно-оптический кабель подвешивается отдельно от других кабелей, подвешенных на данной линии опор.

Применение этой методики, безусловно, сопряжено с относительным увеличением стоимости волоконно-оптического кабеля за счет конструктивных решений, направленных на сопротивление воздействиям окружающей среды.

3.1.2 Этапы инсталляционных работ

Для проведения инсталляции предварительно готовится трасса подвеса. На опоры и столбы подвешивается соответствующая арматура, предназначенная для протяжки и последующей фиксации кабеля в процессе инсталляции. Конструкции и типы арматурных узлов определяются проектными решениями.

По закрепленной арматуре протягивается трос-заготовка (аналогичная операция проделывается в процессе прокладки кабеля в канализацию или кабельную трубку, только в этих случаях в качестве заготовки используется прут из стеклопластика). Для временно обесточенных на период проведения работ линий такой заготовкой может служить тонкий стальной трос. Для инсталляционных работ, проводимых без снятия напряжения, необходимо предусмотреть диэлектрический трос, способный выдержать соответствующую нагрузку при инсталляции - например, трос из кевлара или тварона.

После протяжки троса к нему крепится протягиваемый волоконно-оптический кабель, и с помощью специализированной кабельной лебедки проводится протяжка строительной длины кабеля по опорам. Затем протянутый кабель натягивается с помощью лебедки и закрепляется в необходимых узлах. При этом контролируется стрела провеса, которая должна соответствовать проектной.

Заземления металлических несущих элементов устраиваются на оконечных опорах строительной длины.

Комплекс оптических измерений выполняется в соответствии с действующими нормами и правилами, как и в случае с традиционными способами инсталляции [11].

Подвес самонесущих кабелей, содержащих вынесенный силовой элемент (стальной трос или стеклопластиковые стержни), производится после установки консолей на всех опорах. Барабан с кабелем устанавливают на транспортере или кузове автомобиля на козлах. На конце строительной длины трос отделяют от кабеля и крепят к опоре оконечной вязкой. Барабан с кабелем везут по трассе, разматывают и поднимают на ролики, закрепленные на консолях. После его размотки на длине 5-6 пролетов кабель поверх пластмассового покрытия троса захватывают зажимом и натягивают блоками или лебедкой, прикрепленными к опоре. Кабель вынимают из роликов и последовательно крепят в консолях на всех промежуточных опорах, начиная с опоры, смежной с той, на которой выполнена оконечная вязка троса. При этом добиваются обеспечения требуемых стрел провеса троса в пролетах. После закрепления кабеля в консолях на первом участке его разматывают на втором и последующих.

Заземления металлических несущих элементов устраивается на оконечных опорах, а также на промежуточных: в населенных пунктах - через каждые 250 м, вне населенных пунктов - через 2 км. Провод заземления соединяют с тросом специальным зажимом, обеспечивающим надежное долговременное соединение.

При производстве работ по прокладке оптического кабеля типа ОКМС по опорам ЭЖД, для снижения затрат и согласований производства работ со службами СЖД, выбираем способ прокладки ОК без снятия напряжения с токоведущих проводов контактной сети. Для этого в качестве троса-заготовки выбираем трос из изоляционного материала [13].

3.1.3 Кабельная арматура

Арматура, используемая при независимом подвесе кабеля

При прохождении кабеля через опору для соблюдения высоты подвеса и во избежание повреждения элементами конструкции производится крепление кабеля к опоре. Для крепления волоконно-оптических кабелей к опорам, столбам и другим сооружениям разработаны специальные зажимы. Внутренняя поверхность зажимов, соприкасающаяся с оболочкой кабеля, выполнена из соответствующих материалов (например, полиуретана), препятствующих проскальзыванию кабеля внутри зажима, и в то же время способных сохранять свои свойства в течение всего срока эксплуатации. В зависимости от назначения зажимы делятся на анкерные и поддерживающие [10].

Анкерные зажимы применяются при устройстве узлов натяжения кабеля, выполняемых в местах поворота трассы (угол более 30°), при изменении высоты подвеса кабеля, при спуске кабеля с опор (столбов и пр.), при вводах в здания, а также на прямых участках для соблюдения стрелы провеса кабеля.

Поддерживающие зажимы предназначены для соблюдения высоты подвеса и стрелы провеса кабеля. Они применяются при устройстве проходных узлов. В этих узлах кабель фиксируется для предотвращения его проскальзывания в обе стороны.

Зажим представляет собой простую и надежную конструкцию из оцинкованной стали (хорошая защита от коррозии). За счет оптимальной конструкции вес всего зажима в сборе составляет не более 44 грамм, что позволяет минимально нагружать кабель. Габариты зажима в основной части 15 х 15 х 90 мм. Такой минималистический подход не может не сказаться на стоимости решения, а соответственно, и на экономической эффективности всего проекта.

Рисунок 3.1 - Подвеска ВОК на опорах контактной сети

К существенным недостаткам этих креплений следует отнести, в первую очередь, ограничения по возможности повторного монтажа. Это связано с нарушением внутреннего слоя, соприкасающегося с поверхностью кабеля. Производители не рекомендуют монтировать такие зажимы более 4-5 раз.

Жесткие конструкции выполнены из пластмассовых и (или) металлических деталей. Они содержат изготовленные из полимерных материалов накладки, соприкасающиеся с оболочкой кабеля и служащие для предотвращения его проскальзывания [1].

Следует отметить, что существуют разработки поддерживающих зажимов жесткой конструкции, рассчитанные на проскальзывание кабеля в аварийных ситуациях, то есть если нагрузка натяжения в одну сторону превысит допустимое значение.

Рисунок 3.2 - Поддерживающий зажим марки ПСО-Dк-04

Такая конструкция, в отличие от жесткой фиксации, позволяет снизить риск обрыва оптических волокон, например, в случае падения дерева на кабель или падения опоры, на которой подвешен кабель, частично компенсируя растягивающее усилие на кабель стрелой провеса. Однако если такой компенсации окажется недостаточно, возникает угроза разрыва оптических волокон на некотором расстоянии от места приложения растягивающего усилия. Опыт технической эксплуатации показывает, что такое расстояние может составлять более 200 м.

Анкерные зажимы жесткой конструкции могут быть выполнены как самозатягивающиеся: чем большее усилие приложено к кабелю в направлении, которое регулирует данный зажим, тем сильнее накладки охватывают оболочку кабеля (или несущий элемент) [15].

Такие зажимы могут быть рекомендованы для подвеса кабелей с небольшим расстоянием между опорами - кабелей локальных, распределительных и других сетей в тех случаях, когда не предъявляются высокие требования к надежности. При этом есть ограничение: асимметрия нагрузок на плечи такого зажима не должна превышать 5%.

Из рассмотренных типов зажимов для подвески ОК к опорам ЭЖД в проекте предлагается использовать натяжной клиновый анкерный зажим марки РА-07-520 изображенный на рис.6.1-6.2, и поддерживающий зажим ПСО-Dк-04 изображенный на рис. 6.3, как наиболее простые и надежные для самонесущего ОК. Такие зажимы могут использоваться при длине пролета до 110м с углом поворота до 25 градусов. Для крепления анкерных зажимов к опорам предполагается использовать хомуты ленточные, которые изготовлены из сплавов стали [20].

3.1.4 Виброгасители

Для защиты подвесных кабелей от галопирующего эффекта применяются демпферные устройства.

Наиболее распространенны виброгасители подвесного типа.

Выбор конкретного типа виброгасителей и их размещение производится на стадии проектирования с учетом определяющих факторов - массогабаритных характеристик, стрелы провеса, силы и скорости ветра.

В данной работе предлагается использовать виброгасители марки Д-4 изготовленные из сплава железа и алюминия. Такие зажимы достаточно малогабаритны (длина 383мм), имеют простую конструкцию и удобны для монтажа.

Рисунок 3.3 - Подвесной виброгаситель марки Д-4.

3.1.5 Ролики

При независимой инсталляции для протяжки кабеля до закрепления его в зажимах используются специальные ролики. Их конструкция позволяет быстро осуществлять монтаж и демонтаж с кронштейнов на опорах. Кроме того, конструкция роликов препятствует самопроизвольному соскакиванию кабеля в процессе инсталляции [21].

Для снижения растягивающих нагрузок на кабель в процессе инсталляции внутри шейки ролика вмонтирован подшипник.

При необходимости в местах поворотов трассы при инсталляции применяются блоки протяжных роликов для соблюдения допустимого радиуса изгиба кабеля. Эти приспособления позволяют увеличить количество пролетов, через которое одновременно протягивается трос-заготовка и далее строительная длина кабеля. Отсутствие или невозможность применения такого устройства требует фиксации кабеля анкерным зажимом на каждом участке изменения угла.

При протяжке кабеля будем использовать ролики марки РР-2 (Рисунок - 3.4), такие ролики имеют простую конструкцию, недорогие и удобны для монтажа, имеет блокирующее устройство, которое предотвращает сползание кабеля с ролика[1].

Муфты и защита мест сращивания подвесных оптических кабелей

Для защиты мест сращивания строительных длин кабеля служат устройства, называемые "муфтами". Конструкция муфт должна обеспечивать надежную защиту мест сращивания оптических волокон в течение всего периода эксплуатации. Муфты для металлических и волоконно-оптических кабелей имеют существенные различия. Рассмотрим конструкцию муфт для волоконно-оптического кабеля, используемых для сращивания строительных длин, которые называются линейными.

Линейные муфты предназначены для эксплуатации вне помещений. Такие муфты должны быть устойчивыми к влиянию факторов окружающей среды, как и волоконно-оптический кабель.

Рисунок 3.4 - Ролик РР-2 для протяжки кабеля.

Кроме того, материалы, которые применяются при производстве муфты, должны совмещаться с материалами, используемыми при производстве волоконно-оптического кабеля, и не оказывать взаимных негативных влияний. В качестве линейных муфт для подвесных ВОЛС могут применяться обычные муфты для волоконно-оптических кабелей, если они полностью соответствуют требованиям [4].

Рисунок 3.5 - Муфта в пластиковом корпусе с креплением технологического запаса кабеля на опоре

Кроме того, разработаны муфты, рекомендуемые производителями для применения исключительно на подвесных ВОЛС. Такие муфты отличаются материалом корпуса, чаще всего выполненного из сплавов стали или алюминия, и применяются для подвеса на высоковольтных линиях с высокими потенциалами, где использование обычных муфт может привести к разрушению материалов корпуса и разгерметизации.

В качестве альтернативного решения можно считать применение на высоковольтных ЛЭП дополнительных защитных металлических кожухов для муфт, что, помимо защиты от электромагнитных влияний, создает дополнительную механическую защиту.

3.1.6 Подвес линейных муфт ВОК. Выкладка эксплуатационного запаса в местах сращивания строительных длин

Смонтированная муфта может располагаться непосредственно на опоре или столбе в специальном защитном кожухе, обеспечивающем дополнительную защиту муфты.

В месте крепления муфты к опоре располагается и технологический запас кабеля. Производителями муфт разработаны устройства для крепления муфт к опорам и столбам. Некоторые подобные устройства позволяют закреплять также и технологический запас кабеля с соблюдением минимально допустимого радиуса изгиба кабеля.

Кольца волоконно-оптического кабеля при сматывании и технологический запас к устройству подвеса крепятся с помощью поясков, выполненных из материала, который обеспечивает требуемые свойства в течение всего срока эксплуатации под постоянным воздействием механических нагрузок и климатических факторов (циклической смены температуры, солнечных лучей).

В случае невозможности крепления к опоре или столбу существует способ крепления технологического запаса непосредственно к волоконно-оптическому кабелю, подвешенному в пролете [4].

3.1.7 Некоторые особенности технической эксплуатации подвесных ВОЛС

С целью своевременного выявления повреждений подвесных волоконно-оптических кабелей, несущих тросов, кабельной арматуры необходимо проводить периодические наблюдения. При этом контролируются: стрелы провеса кабеля и несущего троса (в зависимости от способа инсталляции); состояние арматуры - надежность крепления, отсутствие повреждений, в том числе коррозии; качество закрепления волоконно-оптического кабеля в зажимах (механическая прочность зажима, отсутствие повреждения внешней оболочки кабеля в месте зажима); состояние муфты отсутствие повреждений корпуса, прочность ее закрепления [6].

Наблюдения осуществляются путем тщательного осмотра непосредственно на опорах и определения стрелы провеса. Определение стрелы провеса может осуществляться с помощью вспомогательных мерных реек или визирования без снятия напряжения. Остальные этапы наблюдения проводятся с обязательным обесточиванием участка. Наблюдения должны проводиться два раза в год - в весенний и осенний период, на каждом регенерационном участке, посередине одной из строительных длин волоконно-оптического кабеля на четырех смежных пролетах. Дальнейшие наблюдения проводятся также на этих пролетах.

3.2 Перспективы волоконно-оптического кабеля

В ходе изучения различных аспектов технической эксплуатации телекоммуникационных систем возникает необходимость поиска новых подходов для решения проблем, которые могут появляться в процессе таких систем функционирования. Пути решения этих проблем находят свое отображение в документах международных организаций по стандартизации. Так, была определена необходимость ввода нормативов на повреждение кабеля огнестрельным оружием, а также повреждение оболочек кабеля термитами.

Вероятно, весьма скоро значительную долю в производстве подвесных кабелей будут составлять кабели ленточной конструкции, содержащие большое количество волокон [6].

Номенклатура подвесных волоконно-оптических кабелей постоянно пополняется новыми конструкциями, которые более полно удовлетворяют требованиям заказчика. Применение новых, усовершенствованных компонентов для реализации проектов строительства ВОЛС методом подвеса обеспечивает в конечном итоге экономию денежных средств или сокращение временных затрат на строительство ВОЛС.

3.3 Монтаж ВОЛС

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

Оптические кабели производятся определенной длины, которая называется строительной. В данном работе она составляет 6 км. Длина оптической линии превышает строительную, поэтому ОК, подвешенные к опорам ЭЖД необходимо сращивать. Для сращивания концы кабеля разделываются с помощью специального инструмента типа НИМ-25 согласно инструкции по монтажу выбранного типа оптической муфты. Сначала снимается шланговое покрытие и освобождаются оптические модули, затем снимается изоляция с модулей на расстоянии 0,5-2,0м. Далее волокна подготавливают к монтажу, снимая гидрофобный заполнитель специальными салфетками с нефрасом. Оптические волокна соединяют между собой методом сварки специальными сварочными аппаратами. Перед сваркой на волокна одевают КДЗС - устройства для защиты мест сварки от механических повреждений и производят скалывание волокна скалывателем ОВ. После этого волокна заряжают в сварочный аппарат, производят сварку ОВ, надвигают на место сварки КДЗС и помещают его в термопечь, которая имеется в сварочном аппарате. Соединенные таким образом оптические волокна укладывают и закрепляются стяжками в специальных кассетах (спайспластинах), а они в свою очередь устанавливаются внутри специального контейнера. Далее силовой пруток закрепляется зажимами, а места ввода ОК в контейнер герметизируются с помощью заранее одетых на кабель термоусаживающих трубок типа ТУТ и фена. Такой контейнер называется муфтой. Рассмотрим более подробно эти процессы [17].

3.3.1 Подготовка оптического волокна к сращиванию

Процесс подготовки ОВ к сращиванию включает в себя операции снятия первичного защитно-упрочняющего покрытия волокна и скалывания для получения хорошо обработанной торцевой поверхности волокна, а также обтирку зачищенных концов мягким материалом, пропитанным растворителем (спиртом).

В настоящее время в ОК, выпускаемых отечественной промышленностью, используются ОВ только с эпоксиакрилатным первичным защитно-упрочняющим покрытием. Такое покрытие может быть удалено либо механическим, либо химическим способом.

Наиболее удобным, исключающим указанные дефекты является химический способ снятия эпоксиакрилатного покрытия с помощью подогретого до определенной температуры растворителя. Для этой цели целесообразно использовать специальное нагревательное устройство типа УН-1. Конец ОВ погружают в подогретый растворитель (например, ацетон) и выдерживают в течение некоторого времени (как правило, около 20…25 с). Покрытие разбухает, отстает от поверхности световода и легко снимается механическим путем с помощью чистой мягкой ветоши.

Для получения качественной сварки торцы волокон должны быть зеркальными и строго перпендикулярными к оси волокна. Это достигается с помощью специальных скалывателей оптического волокна. Наиболее широко распространены ручные скалыватели. ОВ вставляются и фиксируются в зажим скалывателя и производятся две операции: насечка на волокне, а затем к волокну нажатием кнопки прикладывается растягивающее или изгибающее усилие и происходит скол. Качество скола оценивает уже сварочный аппарат, в котором с помощью специального зеркальца производится оценка качества скола по всей окружности волокна. Некачественно сколотое волокно сварочный аппарат сваривать не будет [7].

Стабильно высокое качество сколов ОВ при минимальных требованиях к квалификации персонала получают при использовании автоматических устройств - электронных скалывателей. Волокно с удаленным покрытием фиксируется в инструменте. Под действием электронно-управляемого двигателя резец вибрирует с низкой частотой и нарастающей амплитудой, приближаясь к волокну, которое натягивается синхронно с частотой вибрации резца. При нанесении резцом насечки на поверхности волокна под действием растягивающих усилий ОВ обламывается. Электронные скалыватели могут быть использованы как при монтаже, так и при подготовке к измерениям многомодовых и одномодовых кабелей.

Рисунок 3.6 - Скалыватель оптических волокон Fujikura CT-30

3.3.2 Сварка оптических волокон

Для соединения оптических волокон в настоящее время используются различные методы. Наибольшее распространение получил метод сварки ОВ, как наиболее надежный и не вызывающий больших потерь. Этот метод предложено использовать для проектируемой ВОЛС [7].

При сварке одномодовых волокон приходится решать сложные инженерные задачи, связанные с необходимостью обеспечения малых значений осевого и углового смещений, например, осевое смещение свариваемых одномодовых ОВ не должно превышать 0,1 мкм. Жесткий допуск по смещению продольных осей соединяемых одномодовых ОВ обусловлен тем, что силы поверхностного натяжения не могут обеспечить для данного типа волокна с диаметром сердцевины 5…8 мкм точную юстировку. Такие допуски при юстировке одномодовых ОВ не могут быть достигнуты вручную.

Рисунок 3.7 - Сварочный аппарат производства фирмы Fujikura FSM-11S

Современные сварочные аппараты для сварки ОВ автоматически осуществляют оптимальную взаимную юстировку ОВ, выбирают оптимальный режим сварки и осуществляют контроль потерь в месте сварки. Процесс сварки можно контролировать визуально в двух координатах на жидкокристаллическом дисплее. Перечисленные операции выполняет сварочный аппарат производства фирмы Fujikura FSM-11S (рисунок 3.7) который и будет использоваться при монтаже проектируемой ВОЛС. Место сварки волокон закрепляется в специальном устройстве, представляющем термоусаживающуюся гильзу типа КДЗС с металлическим упрочняющим стержнем [11]

3.3.3 Коммутационно-распределительные устройства. Муфты

Основными требованиями к конструкции коммутационно-распределительных устройств являются:

- надежная защита световодов оптического кабеля от механических повреждений;

- возможность закрепления концов кабеля;

- удобство размещения в корпусе технологического запаса волокна с соблюдением заданного радиуса изгиба, защитных гильз сварных соединителей и корпусов механических сплайсов (при их наличии). Потребность в таком запасе обусловлена как необходимостью выноса сращиваемых волокон за пределы корпуса муфты, например, для установки в сварочный аппарат, так и необходимостью обеспечения возможности повторного сращивания в случае обнаружения каких-либо дефектов;

- создание простого и удобного доступа к волокнам, сплайсам, розеткам и коннекторам разъемных соединителей во время ремонтных и профилактических работ;

- обеспечение удобства подключения коннекторов и розеткам разъемных оптических соединителей;

- хорошие массогабаритные показатели в сочетании с большой емкостью и высокой плотностью упаковки оптических портов.

Промежуточные (линейные) защитные муфты применяются главным образом для сращивания кабелей внешней прокладки. Потребность в установке муфты возникает при ремонтах поврежденного кабеля, а также при переходе с кабеля большей емкости на два или более кабеля меньшей емкости.

...