Побудова магістральної ВОСПІ для траси Чернігів–Київ-Одеса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

За останній період розвитку в області зв'язку найбільшого поширення набули оптичні кабелі (ОК) і волоконно-оптичні системи передавання (ВОСП) які за своїми характеристиками набагато перевищують усі традиційні кабелі систем зв'язку. Зв'язок по волоконно-оптичних кабелях є одним з головних напрямів науково-технічного прогресу.

При застосуванні волоконно-оптичного зв'язку різко збільшується об'єм передаваної інформації в порівнянні з такими широко поширеними засобам, як супутниковий зв'язок і радіорелейні лінії; це пояснюється тим, що волоконно-оптичні системи передавання мають ширшу смугу пропускання.

Волоконно-оптичні системи передачі (ВОСП) знайшли широке застосування в системах зв'язку у всьому світі. Транспортні мережі зв'язку вже в даний час побудовані переважно на базі волоконно-оптичних ЛЗ.

Найбільш цікавою транспортною технологією, що набула широкого застосування - є синхронна цифрова ієрархія SDH. Ця технологія прийшла на зміну імпульсно-кодовій модуляції РСМ і плезіохронній цифровій ієрархії PDH і стала інтенсивно запроваджуватися у результаті масового встановлення сучасних цифрових АТС, що дозволяє оперувати потоками 2 Мбіт/с і утворення у регіонах локальних кілець SDH.

При створенні Україною національної служби зв'язку її не обминули вищезгадані події і проблеми. Тому у нас технологія SDH знайшла місце для існування. Більше того, її симбіоз із цифровою комутацією, не тільки дає змогу інтегрування зі світом і технічного переоснащення первинної мережі, але й поштовх до територіального реформування систем зв'язку України, яке являє собою поділ країни на чотири територіальні вузли - Центральний, Східний, Південний і Західний.

В Україні значна частина транспортної міжміської мережі вже побудована на базі ВОСП, планується їх якомога ширше впровадження у системи зв'язку із використанням активних і пасивних оптичних компонентів.

волоконний оптичний цифровий

1. Загальна характеристика магістральних ВОСПІ

Структурна схема ВОСПІ

Рис. 1.1 Структурна схема ВОСПІ УП - узгоджуючий пристрій, узгоджує діаграми направленості джерела і оптичного волокна; ПК - перетворювач коду, перетворює високорівневі електричні імпульси у низькорівневі оптичні; Р - регенератор, виконує наступні функції: 1)приймає і підсилює сигнал; 2) Відновлює форму імпульсів; 3) Коректує інтервали; ЕОП - електронно-оптичний перетворювач, пристрій що перетворює сигнал з електричної форми в оптичну

Основою такого пристрою є р - n структура, яка забезпечує генерацію квантів світла на основі явища оптичної генерації світла; ОЕП - оптично електричний перетворювач, основою даного пристрою є фото детектор, який підсилює оптичний сигнал, і перетворює оптичні імпульси в електричні.

Вирішуючий пристрій фото детектору по рівню амплітуди 0.3-0.9 А приймає рішення про значення сигналу в певні часові інтервали.

Джерела випромінення для магістральних ВОСПІ.

Для магістральних ВОСПІ в якості джерел випромінення використовую лазерні діоди, тому що вони працюють на довші відстані і забезпечують більшу швидкість передачі.

Існує декілька видів лазерних діодів:

· багатомодові (MLM) або з резонаторами Фабрі - Перо;

· одномодові (SLM);

· одномодові з розприділеним зворотнім звязком (DFB);

· DFB - лазери з зовнішнім модуляторм;

· Лазери з вертикальною резонаторною поверхнею (VCSEL).

Багатомодові лазери випромінюють декілька мод, існує одна домінантна мода потрібної довжини хвилі і бокові моди меншої довжини хвилі, відділені проміжками приблизно по 1 нм. Повна ширина спектру оптичного випромінення складає приблизно 4 - 5 нм. Використовують на мережах де швидкість передачі не перевищує декілька сотень Мбіт/с.

SLM - лазери зконструйовані так, що втрати в резонатаро різні для його різних мод. В цьому випадку потужність що переносять „другорядні” моди, зазвичай низького рівня, мнгше 1% повної потужності.

Сируктура DFB - лазера має встроєні можливості вибору довжини хвилі завдяки механізму зворотнього звязку. Мають саму вузьку спектральну лінію випромінення серед всіх відомих типів лазерів на даний час.

Для функціонування всіх попередніх типів лазерів потрібен струм порядку декількох десятків міліампер. Крім того його вихідний промінь, якмй подаєьться на стик з круглим оптичним волокном, має в поперечному січенні еліпс з коефіцієнтом стиску 3:1. Такий промінь погано стикується з циліндричною формою променя, який серцевина оптоволокна здатна прийняти. Нециліндричний промінь часто потребує додаткової опртики. Лазери типу VCSEL випромінює потрібний круговий промінь.

Лазери типу VCSEL представляє собою вертикальну структуру з ряду слоїв р - типу, активної області, і ряду слоїв n - типу. Число слоїв залежить від потрібної довжини хвилі. Вказані набори слоїв обєднують відбивачі Брегга, які виготовлені із комбінації слоїв In+Ga+As+(Al або P). Потрібні слої виготовляються методом епітаксильного вирощення на основі планарної технології. Ці лазери працюють в одномодовому режимі використовуючи резонатор виключно малої довжини хвилі (порядка 1 мкм), для якого рознесення мод перевищує смугу частот підсилення. Вихідна потужність і ширина спектру цих лазерів, як правило нижча чим аналогічні показники DFB - лазерів. Інше використання цих лазерів, є лазерні масиви, де кожен лазер працює на своїй довжині хвилі, що ідеально підходить для WDM - систем.

Порівняння параметрів СД і ЛД

Параметр	СВД типу ELED	FP (MLM)-лазер	DFB-лазер с з зовнішнім модулятором	Лазер типу VCSEL
Довжина хвилі, нм	850/1310	1310/1550	1550	850/1310
Потужність на стику з ОВ, дБм	-10 - -15	0,0	0,0	0,0
Спектральна ширина лінії, нм	30-60	< 3	<0,1	< 3
Максимальна швидкість передачі , Гбит/с	< 0,155	>2	> 10	2
Тип волокна	багатомодове	одномодове	З зміщенням дисперсії	Багатомодове або одномодове
Вартість	низька	Помірно висока	висока	середня
MTBF, години	109	108	107	108

Приймачі оптичного випромінення.

В якості приймачів оптичного випрмінення на магістральних ВОСПІ застосовують: p-i-n ФД і лавинні ФД.

p-i-n ФД мають високу швидкодію і середню чутливість, тому їх застосовують на середніх високо швидкісних ВОСПІ (Е4, STM1 - STM64).

Лавинні ФД мають високу чутливість але нижчу швидкодію ніж p-i-n ФД, тому застосовуються для середньо швидкісних потоків на великі відстані.

Серед p-i-n ФД найбільш краще виглядають кремнієві p-i-n ФД і InGaAs p-i-n ФД. Основним елементом кремнієвих ФД є кремній n - типу. Існує також тонкий шар p - типуна фронтальній поверхні пристрою. Його формування здійснюється шляхомтеплової дифузії або іонної імплантації відповідного легуйочого матеріалу. Таким матеріалом зазвичай є бор. Існує невеликий металічний контакт, нанесений на фронтальну поверхність фотодіоду. Вся зворотня сторона покрита металом, який використовується в якості контакту. Активна область покривається або нітридом кремнію, або монооксидом кремнію і виконує анти відбивальні функції. На рисунку приведена структура такого ФД:

Рис. 1.2 Узагальнена схема p-i-n ФД



Лавинні ФД (APD) представляють собою p-i-n ФД з підсиленням. На рисунку 1.2 схематично зображено поперечний переріз структури лавинного ФД. З рисунку видно зону поглинання А і зону помноження М. Поперек зони А приложено електричне поле Е, яке розділяє фотогенеровані дірки і електрони. Зона М представляє собою область високої електричної напруженості, здатної забезпечити підсилення внутрішньому потоку за рахунок ударної іонізації. Ця підсилююча зона достатньо велика, щоб забезпечити корисне підсилення М, порядка 100 (20дБ) для кремнієвих лавинних ФД. Крім того, здатність даного поля до помноження носіїв повинна дозволити досягнути ефективного підсилення при напруженості поля нижче напруженості пробою для даного діоду.

Рис. 1.3 Схема поперечного перерізу структури APD.

Оптичне волокно нa магістральних ВОСПІ.

На магістральних ВОСПІ застосовують одномодові оптичні волокна.

Розглянемо два типи одномодового оптичного волокна:

1)Одномодове оптичне волокно ООВ 3/125

Рис. 1.4 Поперечний переріз одномодового оптичного волокна

Параметри:

· затухання 0.3 дБ/км

· дисперсія 10^-8 нс/км

· числова апертура 0.11

· регенераційна довжина 70 - 90 км

· смуга пропускання до 2 ГГц/км

2)Одномодове оптичне волокно градієнтне ООВГ 3/125

Параметри:

· затухання 0.15 - 0.2 дБ/км

· дисперсія 10^-12 нс/км

· числова апертура 0.1

· регенераційна довжина 110 - 130 км

· смуга пропускання 2 - 4 ГГц/км.

Приклади магістральної апаратури ВОСПІ ІКМ

Ділянка		Кількість каналів	Vелек. Мбіт/с	Vопт., Мбіт/с	Код	л,мкм
Магістральні ВОСПІ	Сопка-4	1920	139.264	167.1168	10В1Р1R	1.3
	Сопка-4М	1920	139.264	167.1168	10B1P1R	1.3 або 1.55
	Сопка-5	7680	565	668	40B4P4	1.55

2. Функціональні модулі SDH мереж

Мережа SDH, як і будь-яка транспортна мережа, складається з окремих функціональних модулів обмеженого набору: мультиплексорів, комутаторів, концентраторів, підсилювачів, регенераторів і термінального обладнання. Цей набір визначається основними функціональними задачами, вирішуваними мережею:

· об'єднання вхідних потоків, що поступають через канали доступу, в агрегатний потік, придатний для транспортування в мережі SDH - задача мультиплексування, що вирішується термінальними мультиплексорами - TM або мультиплексорами вводу/виводу - ADM;

· транспортування агрегатних блоків по мережі SDH з можливістю введення / виведення вхідних/вихідних потоків - задача транспортування, вирішувана мультиплексорами введення / виведення - ADM, логічно управляючими інформаційним потоком в мережі, а фізично - потоком у фізичному середовищі, що формує в цій мережі транспортний канал;

· Концентрація (об'єднання) декількох однотипних частково заповнених потоків в аналогічний, але більш повно заповнений потік у вузлі-концентраторі - задача концентрації, що вирішується концентратором;

· Підсилення амплітуди сигналу, що передається на великі відстані, для компенсації його загасання - задача підсилення, що врішується з допомогою підсилювачів;

· відновлення (регенерація) форми, амплітуди і початкових параметрів сигналу для компенсації його загасання та інших форм деградації - задача регенерації, що вирішується за допомогою регенераторів - пристроїв, аналогічних повторювачам в ЛВМ;

· перевантаження віртуальних контейнерів відповідно до схеми маршрутизації з одного потоку чи сегмента мережі в інший, що здійснюється у виділених вузлах мережі, - задача комутації, або крос-комутації, вирішувана за допомогою цифрових комутаторів або крос-комутаторів - DXC;

· сполучення мережі користувача з мережею SDH - задача сполучення, вирішувана за допомогою кінцевого обладнання - в першу чергу інтерфейсних модулів, що приймають і опрацьовують для послідуючого мультиплексування або комутації триби PDH і SDH, а також різних погоджуючих пристроїв, наприклад, конверторів інтерфейсів, конверторів швидкостей, конверторів імпедансу і т.д.

2.1 Мультиплексори

Основним функціональним модулем мереж SDH являється мультиплексор.

Мультиплексори SDH, на відміну від звичайних мультиплексорів, використовуваних, наприклад, в мережах РDH, виконують як функції мультиплексування, так і функції пристроїв термінального доступу, дозволяючи підключити стандартні канали РDH ієрархії безпосередньо до своїх вхідних портів. Вони являються більш універсальними і гнучкими пристроями, які дозволяють вирішувати практично всі вище перераховані задачі, тобто крім задачі мультиплексування виконувати ще і задачі комутації, концентрації і регенерації.

2.2 Термінальний мультиплексор (ТМ)

Термінальний мультиплексор (ТМ) являється мультиплексором і кінцевим пристроєм SDH мережі з каналами доступу, що відповідають трибам PDH і SDH ієрархії (рис.2.1). Термінальний мультиплексор може або вводити канали, тобто комутувати їх з входу трибного інтерфейсу на лінійний вихід, або виводити канали, тобто комутувати їх з лінійного входу на вихід трибного інтерфейсу. Він також може здійснювати локальну комутацію входу одного

трибного інтерфейсу на вихід другого трибного інтерфейсу. Як правило ця комутація обмежується трибами 1.5 і 2 Мбіт/с.

Рис. 2.1 Синхронний мультиплексор (SMUX): термінальний мультиплексор (ТМ) або мультиплексор вводу / виводу (ADM)

Для мультиплексора максимального на даний час діючого рівня SDH ієрархії (STM -256), що має швидкість вихідного потоку 40 Гбіт/с, максимально повний набір каналів доступу може включати РDH триби 1.5, 2, 6, 34, 45 і 140 Мбіт/с і SDH триби 155, 622, 2500 і 10000 Мбіт/с. що відповідають STM -1, 4, 16, 64. Якщо РDH триби являються «електричними», то SDH триби можуть бути як електричними (STM -1) так і оптичними (STM - 1, 4, 16, 64). Ясно, що конкретний мультиплексор може і не мати повного набору трибів для використання в якості каналів доступу. Це визначається не лише бажаннями замовника, а й можливостями фірми-виробника.

Другою важливою особливістю SDH мультиплексора являється присутність двох оптичних лінійних виходів (каналів прийомо/передачі), що називаються агрегатними виходами і які використовуються не тільки для прийомо/передачі, але і для створення режиму повного резервування або захисту по схемі 1+1 з ціллю підвищення надійності. Ці виходи можуть називатись основними і резервними, або східними та західними. Східними та західними їх називають, щоб зазначити два протилежних напрямки поширення сигналу в кільцевій топології.

2.3 Мультиплексор вводу/виводу ADM

Мультиплексор вводу/виводу ADM може мати на вході такий самий набір трибів, що й термінальний мультиплексор. Він дозволяє вводити/виводити відповідні їм канали. Додатково до можливостей комутації, мультиплексор ADM дозволяє здійснювати наскрізну комутацію вихідних потоків в двох напрямках.

ADM також дозволяє здійснювати замикання каналу прийому на канал передачі на двох сторонах (східній та західній) у випадку виходу із ладу одного із напрямків, а також дозволяє пропускати основний оптичний потік в обхід мультиплексора. Це дає можливість використовувати ADM в топологіях типу кільця.

2.4. Концентратори

Концентратор являє собою мультиплексор об'єднуючий кілька, як правило однотипних потоки даних, які поступають від віддалених вузлів мережі в один розподілюючий вузол мережі SDH, не обов'язково також віддалений, але зв'язаний з основною транспортною мережею. Цей вузол може також мати не один, а два, три або більше портів типу STM-N або STM-N_1 і дозволяє організувати підключення однієї додаткової вітки в основному лінійному колі, або підключення двох додоаткових гілок до основного потоку чи кільця, або підключення декількох вузлів мережі до лінійної мережі або кільця SDH.

В загальному випадку концентратор дозволяє зменшити загальне число каналів, підключених безпосередньо до основної мережі SDH. Мультиплексор розподільного вузла в порті розгалуження дозволяє локально комутувати підключені до нього канали, даючи можливість віддаленим вузлам обмінюватись через нього між собою, не завантажуючи трафік основної транспортної мережі.

2.5 Регенератор

Регенератор являє собою вироджений випадок мультиплексора, що має один вхідний канал - як правило, оптичний триб STM-N і один або два агрегатні виходи (Рис. 2.2).

Завдання регенератора - збільшити допустиму відстань між термінальними вузлами мережі SDH за рахунок регенерації оптичних сигналів корисного навантаження. Регенерація оптичного сигналу не зводиться лишень до підсилення сигналу, амплітуда якого зменшилася до критичного рівня в результаті затухання сигналу при проходженні по волокну на довжині регенераційної секції. Необхідно також відновити до початкового вигляду всі параметри оптичного сигналу: його форму, крутизну фронтів, ширину на рівні половинної амплітуди та відношення сигнал/шум. Регенерація сигналу може проводитися лише в електричній формі.

Рис. 2.2 Мультиплексор в режимі регенератора

2.6 Підсилювачі

Оптичні підсилювачі дозволяють підсилити на 10-20 дБ ослаблений при проходженні по волокну сигнал без використання проміжних ОЕ-ЕО перетворювачів. Вони можуть вмонтовуватися в мультиплексори SDH або використовуватися у вигляді автономних пристроїв на лінії. Розрізняють три типи оптичних підсилювачів:

· бустери - вихідні потужні ОП, що встановлюються після оптичного передавача;

· лінійні підсилювачі - ОП, що встановлюються у вигляді автономних пристроїв на лінії;

· перед підсилювачі - ОП, що встановлюються на вході оптичного приймача.

2.7 Комутатори

В синхронній мережі комутатор дозволяє встановити зв'язок між різними каналами, що асоціюються з визначеними користувачами мережі, шляхом організації тимчасового перехресного зв'язку або крос-комутації між ними.

Фізично можливості внутрішньої комутації каналів закладені в самому мультиплексорі SDH, що дозволяє говорити про мультиплексор як про внутрішній або локальний комутатор. На рис. 2.3, наприклад, менеджер корисного навантаження може динамічно змінювати логічну відповідність між трибним блоком TU і каналом доступу, що рівносильне внутрішній комутації каналів. Окрім цього, мультиплексор, як правило, має можливість комутувати власні канали доступу, (рис. 2.6), що рівносильне локальній комутації каналів. На мультиплексори, наприклад, можна покласти задачі локальної комутації на рівні однотипних каналів доступу, тобто задачі, вирішувані концентраторами (рис. 2.6).

У загальному випадку доводитися використовувати спеціально розроблені синхронні комутатори - SDXC, що здійснюють не тільки локальну, але і загальну або прохідну комутацію високошвидкісних потоків (34 Мбіт/с) і синхронних транспортних модулів STM-N (рис. 2.5). Важливою особливістю таких комутаторів є відсутність блокування інших каналів при комутації, коли комутація одних груп TU (VC) не накладає обмежень на процес обробки інших груп TU (VC). Така комутація називається неблокуючою.

Рис. 2.3 Мультиплексор вводу / виводу в режимі внутрішнього коммутатора

Рис. 2.4 Мультиплексор вводу / виводу в режимі локального комутатора

Рис. 2.5 Загальний або прохідний комутатор високошвидкісних каналів

Можна виділити шість різних функцій, виконуваних крос-комутатором:

· маршрутизація (routing) віртуальних контейнерів VC, що проводиться на основі використання інформації в маршрутному заголовку POH відповідного контейнера;

· консолідація або об'єднання (consolidation/hubbing) віртуальних контейнерів VC, що проводиться в режимі концентратора / хаба;

· трансляція (translation) потоку від однієї точки до декількох точок, або до мультиточки (point-to-multipoint), здійснювана при використанні режиму зв'язку «точка - мультиточка»;

· сортування або перегрупування (drooming) віртуальних контейнерів VC, здійснювана з метою створення декількох впорядкованих, наприклад по типу контейнерів, потоків VC із загального потоку контейнерів VC, що поступає на комутатор;

· доступ до віртуального контейнера VC (test access), здійснюваний при тестуванні устаткування;

· введення / виведення (drop/insert) віртуальних контейнерів, здійснюване при роботі мультиплексора введення / виведення;

3. Базові топології SDH систем

Розглянемо базові топології реальних мереж SDH і особливості їх вибору при побудові архітектури реальних мереж SDH.

Топологія «крапка-крапка».

Сегмент мережі, що зв'язує два вузли А і B, або топологія «крапка - крапка», є найпростішим прикладом базової топології SDH мережі (рис. 3.1). Вона може бути реалізована

за допомогою термінальних мультиплексорів ТМ, як по схемі без резервування каналу прийому/передачі, так і по схемі із 100% резервуванням типу 1+1, використовуючи основний і резервний електричні або оптичні агрегатні виходи (канали прийому/передачі). При виході з ладу основного каналу мережа в лічені десятки мілісекунд може автоматично перейти на резервний.

Рис. 3.1 Топологія «крапка-крапка», реалізована з використанням ТМ

Не дивлячись на свою простоту саме ця топологія найбільш широко застосовується при передачі великих потоків даних по високошвидкісних магістральних каналах, що обслуговують магістральний цифровий телефонний трафік. Цю ж технологію застосовують для налаштування мережі при переході до нової більш високій швидкості в ієрархії SDH.

Топологія «послідовне лінійне коло»

Ця базова топологія використовується тоді, коли інтенсивність трафіку в мережі не така велика і існує необхідність відгалужень у ряді точок на лінії, де можуть вводитися і виводитися канали доступу.

Вона реалізується як з використанням термінальних мультиплексорів на обох кінцях кола, так і мультиплексорів вводу/виводу в точках розгалужень. Топологія може бути представлена або у вигляді простого послідовного лінійного кола без резервування, як на рис. 3.2, або складнішим колом з резервуванням типу 1+1, як на рис. 10. Останній варіант топології часто називають «приплюснутим кільцем».

Рис. 3.2 Топологія «послідовне лінійне коло», реалізована на ТМ і TDM

Рис. 3.3 Топологія «послідовне лінійне коло» типу «приплюснуте кільце» із захистом 1+1

Топологія «зірка», що реалізовує функцію концентратора. У цій топології один з віддалених вузлів мережі, пов'язаний з центром комутації або вузлом мережі SDH на центральному кільці, виконує роль концентратора, або хаба, де частина трафіку може бути виведена на термінали користувача, тоді як інша його частина, що залишилася, може бути розподілена по других віддалених вузлах (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Топологія «зірка» з мультиплексором як концентратор

Топологія «кільце

Ця топологія (рис. 3.5) широко використовується для побудови SDH мереж перших трьох рівнів SDH ієрархії: 155, 622, 2500 Мбіт/с. Основна перевага цієї топології - легкість організації захисту типу 1+1, завдяки наявності в синхронних мультиплексорах SMUX двох пар оптичних каналів прийому/передачі: схід - захід, що дають можливість формування подвійного кільця із зустрічними потоками.

Рис. 3.5 Топологія «кільце» із захистом 1+1

Особливість кільцевої топології в тому, що потоки в різних перерізах кільця повинні бути однаковими. Схема організації потоків в кільці можу бути або двох волоконною, або чотирьохволоконно. Кільцева топологія володіє рядом цікавих властивостей, до дозволяють

мережі самовідновлюватися, тобто бути захищеною від деяких характерних типів відмов.

Архітектура типу «кільце-кільце»

Інше часто використовуване в архітектурі мереж SDH рішення - з'єднання типу «кільце-кільце». Кільця в цьому з'єднанні можуть бути або однакового, або різного рівнів ієрархії SDH. На Рис. 3.6. показана схема з'єднання двох кілець одного рівня - STM 4, а на Рис. 3.7. каскадна схема з'єднання трьох кілець - STM 1, STM 4, STM 16.

Рис. 3.6 Два кільця одного рівня

Рис. 3.7 Каскадне з'єднань трьох кілець

4. Технічні характеристики і склад обладнання SL - 16 v.1

Лінійне обладнання синхронної цифрової ієрархії SL - 16 v.1

Синхронне лінійне устаткування SL16 v.1 забезпечує передачу до 16 синхронних цифрових сигналів STM_1 при швидкості передачі 155.520 Мбіт/с або до 16 плезіохронних цифрових сигналів при швидкості передачі 139.264 Мбіт/с. Сигнали передаються по одномодовому оптичному волокну з довжиною хвилі 1300 нм або 1550 нм. Швидкість передачі складає 2,5 Гбіт/с. Залежно від конфігурації устаткування на трибунарні порти мажуть подаватися електричні або оптичні сигнали STM-1.

Лінійне устаткування SL16 складається з наступних блоків:

· кінцеве лінійне обладнання SLT16;

· станційний лінійний регенератор SLR16;

· стійка для установки лінійного устаткування (від 2-х до 4-х комплектів обладнання);

· програмне забезпечення управління системою (SMSW) для робочого терміналу;

· програмне забезпечення для управління SDH мережами на основі платформи EM-OS;

· інтерфейси QD2 i Qx.

На рис. 4.1. приведена структура двонаправленого тракту передачі, організованого на базі обладнання SL16:

Рис. 4.1 Структура тракту передачі на базі SDH обладнання SL16

AUX додаткові канали Qx, QD2 інтерфейси системи керування мережею (TMN)

F1 F1 інтерфейс: 2488.320 Мбит/с, СЦІ SRL16 Лінійний регенератор в коді NRZ

F2 F2 інтерфейс: електричної 155 Мбит/с SLT16 Лінійний термінал СЦІ

СЦІ, або 140 Мбит/с ПЦІ

F(OT) Інтерфейс робочого терминалу T3 Вхід синхронізації

(Вихід T3 - в стадії підготовки)

Основні вживані позначення:

AUX - додаткові канали;

Qx, QD2 - інтерфейс системи управління мережею (TMN);

F1 - F1 інтерфейс: 2488.320 Мбіт/с, в коді NRZ, SDH;

F2 - F2 інтерфейс: електричний 155 Мбит/с SDH, або 140 Мбит/с PDH;

SRL16 - лінійний регенератор SDH;

SLT16 - лінійний термінал SDH;

F(OT) - інтерфейс робочого терміналу;

T3 - вхід синхронізації.

Для управління і експлуатації обладнання обслуговуючим персоналом можуть бути використані наявні в продажу звичайні термінали (персональні комп'ютери або робочі станції).

Сигнали F2 можуть надходити на лінійне обладнання по оптичному або електричному інтерфейсу в залежності від необхідної комплектації. Чотири вхідних порти сигналів F2 об'єднані на одній платі аналогічно чотирьом вихідним портам F2, також об'єднаним на одній платі. На будь-який порт може бути виведений або сигнал SDH зі швидкістю 155 Мбіт /с, або сигнал PDH зі швидкістю 139,264 Кбіт /с (140 Мбіт/с). Перемикання сигналів різних типів на різні виходи (входи) здійснюється або за допомогою робочого терміналу, або безпосередньо з пульта управління, що містить дисплей і входить до складу конфігурованого вузла.

Середовище передачі

Як передавальне середовище обладнання SL16 використовується оптичне волокно. Оптичне волокно має відповідати Рекомендаціям G.652 і G.653 МСЕ-Т. Дисперсія волокон, що відповідає Рекомендації G.652, оптимізована для діапазону 1300 нм, тоді як дисперсія волокон, відповідних Рекомендації G.653, оптимізована для діапазону 1550 нм. Тим не менш волокна, відповідні Рекомендації G.652, можуть бути використані для обох діапазонів. Всі вузли устаткування SL16 можуть бути обладнані оптичними платами як для діапазону 1300 нм, так і для діапазону 1550 нм.

Структура тракту передачі, оптичний діапазон

Структура двонаправленого тракту передачі, організованого на базі обладнання SL16 наведена на рисунку 15. Для передачі сигналів STM-16 відповідно до Рекомендації G.957 МСЕ-Т використовується лінійний код NRZ (без повернення до нуля) з скремблюванням.

У лінійному регенераторі вхідний оптичний сигнал перетворюється в електричний, підсилюється, регенерується і перетворюється назад в оптичний сигнал. Лінійний регенератор забезпечує доступ до каналу службового зв'язку і додаткових допоміжних каналів передачі даних секції регенерації. У діапазоні 1300 нм допустиме загасання в оптичному кабелі секції регенерації складає 25 дБ, а в діапазоні 1550 нм 27.5 дБ. Між двома кінцевими пунктами допускається розміщувати до 48 регенераторів SL16. При цьому сумарна величина фазового тремтіння не перевищує допустимого значення. Тракти передачі з більшою довжиною можуть бути організовані шляхом каскадного включення секцій регенерації, на кінцях яких включено лінійне кінцеве обладнання.

Динамічний діапазон: 1300 нм - Q=32 дБ, 1550 нм - Q=46 дБ. Є оптичні додаткові блоки з попередніми підсилювачами і оптичними підсилювачами, що дозволяє збільшити Q до 55-60 дБ.

Застосування в мережах передачі інформації

Модульна конструкція устаткування SL16 означає, що воно може бути використано для різних застосувань. Наступні важливі функціональні характеристики можуть бути оптимізовані для конкретного випадку шляхом використання різних варіантів конструктивного виконання:

· Оптичні приймачі та передавачі для різних діапазонів довжини хвилі (1300 нм або 1550 нм) і різної довжини лінії передачі;

· Оптичні підсилювачі, що дозволяють збільшити довжину секції регенерації, наприклад, для підводних кабельних ліній;

· Перемикаємий електричний інтерфейс F2 для плезіохронних 140 Мбіт/с або синхронних 155 Мбіт/с сигналів;

· Наявність оптичного виходу інтерфейсу F2;

· Дублювання виходу інтерфейсу F2 для різних спеціальних випадків;

· Наявність плат, що забезпечують доступ до байтам секційного заголовка (SOH), (плати ZK11 і OPF2);

· Обладнання службового зв'язку.

Таким обраеом, система SL16 оптимально підходить для наступних ділянок мереж передачі:

· Міжстанційні тракти передачі (без регенераторів SLR);

· Магістральні тракти передачі великої протяжності (з регенераторами

SLR16 і без них).

Електричні і оптичні сигнали

Велика частина пристроїв здійснює мультиплексування і обробку інформації, представленої в електричній формі, тому майже всі внутрішні інтерфейси апаратури є електричними за винятком оптичних підсилювачів і передпідсилювачів, що здійснюють підсилення оптичних сигналів і мають оптичні інтерфейси. Для підключення зовнішніх сигналів STM-1 (F2) існують як оптичний, так і електричний інтерфейси. Електричні сигнали представлені в коді CMI відповідно до Рекомендації G.703 МСЕ-Т, оптичні сигнали представлені в двійковому коді (NRZ) відповідно до Рекомендації G.957 МСЕ-Т. Лінійні інтерфейсні сигнали з боку F1 (STM-4 для SL4 або STM-16 для SL16) є оптичними.

Характеристики обладнання SL16 v.1

· При роботі на довжині хвилі 1300 нм довжина регенераційної ділянки обмежується максимально можливими втратами 25 дБ, а при довжині 1550 нм - 27,5 дБ;

· Прийнятність використання лінійного обладнання для всіх мережевих структур, наприклад, з'єднання точка-точка , структура «ланцюга» з відгалуженнями, структури «кільця» і мережевих структур змішаного типу;

· Модульна структура кінцевого лінійного обладнання задовольняє будь-яким варіантам конфігурації;

· Комплексні засоби резервного перемикання: резервування плати, лінії, кільця і резервування тракту передачі;

· Необмежене крізне перемикання за допомогою комутаційної матриці (на рівні VC-4) сигналів лінійних (первинних) і трибунарних (вторинних) інтерфейсів;

· Багатий вибір для оптичних підсилювачів і бустерів;

· Локальна конфігурація і контроль окремих елементів мережі за допомогою локального терміналу через F-інтерфейс;

· Центральна конфігурація і контроль окремих елементів мережі за допомогою системи управління мережею (наприклад, EM-OS через Q-інтерфейс);

· Завантаження програмного забезпечення безпосередньо на окремі модулі;

· Плата додаткового каналу передачі інформації з багаточисельними варіантами конфігурації для доступу до технологічного службового зв'язку і допоміжних каналів;

· Автоматичне відключення лазера для обох напрямків передачі при обриві волокна.

5. Побудови ВОСПІ для траси Чернігів - Київ - Одеса на основі обладнання SL - 16 v.1

Оптична потужність, яка поступає на приймач випромінювання ПРОМ, залежить від: потужності джерела випромінення ; втрат потужності в роз'єднуваних з'єднаннях джерела випромінювання з волокном і волокна з приймачем випромінювання ; втрат потужності в нероз'єднуваних з'єднаннях волокон , при стикуванні сусідніх будівельних довжин оптичного кабеля; втрати потужності внаслідок затухання в кожному з послідовно зєднаних волокон , де - коефіцієнт затухання ОВ будівельної довжини ОК.

Потужність джерела випромінювання повинна перекривати всі ці втрати, і її рівень повинен бути більшим мінімально допустимого рівня потужності (чутливості) ПРОМ на деяке значення експлуатаційного запасу. Цей запас необхідний через погіршення (деградації) параметрів ПОМ, ОК і ПРОМ, а також для ремонтно-відновлюваних робіт при пошкодженні ОК.

Вибір оптичного кабелю:

В якості оптичного кабелю застосую кабель марки ОКЛК_01-6-10/125-0.3/2.0-4(8,16) який працює на довжині хвилі 1550 нм. Цей кабель призначений для прокладки в трубах, шахтах і тунелях, блоках і колекторах кабельної каналізації, в ґрунтах всіх категорій, тобто для підземної прокладки. В даному кабелі використовуються одномодове ОВ з ненульовою зміщеною дисперсією.



Параметри кабеля ОКЛ_01-6-10/125-0.3/2.0-4(8,16)

Параметри
Значення	1,55	0,22	1,5	1,5	0,1	6	1

Параметри приймального і передавального модулів SL16:

Передавальний модуль - лазерний діод з підвищеною потужностю та інтегральним зовнішнім модулятором:

· рівень передачі: від +12 до +15 дБп (вибираємо +15дБп)

Приймальний модуль - InGaAs-ЛФД з підвищеною чутливістю:

· рівень чутливості при BER = 10^-10: від -40 до -15 дБп(вибираємо -25дБп)

Енергетичним потенціалом Q називається запас потужності, який витрачається при проходженні оптичного сигналу по лінійному тракту (затухання в роз'ємах, волокні і розподілюючих пристроях).

(дБ) (5.1)

(дБп) (5.2)

Р₀ - порогова потужність, яку сприймає фотодетектор при реєстрації оптичного сигналу на виході оптичного волокна з коефіцієнтом помилок не нижче, ніж 10^-9.

Розрахунок довжини регенраційної ділянки

Розрахунок довжини регенераційної ділянки по затуханню, км:

(5.3)

Мінімальна довжина ділянки регенерації, км



(5.4)

де - діапазон АРП приймальної частини апаратури, N - кількість штук ОК довжиною L, А_з=6дБ - запас потужності апаратури ВОСПІ. Отже, за формулою (5.3) отримуємо:

За формулою (5.4) отримуємо:

Розрахунок довжини регенераційної ділянки по дисперсії, км:

Знаходимо критичну швидкість передачі

(5.5)

де (5.6)

Використовуючи формули (5.5) і (5.6) отримуємо:

Так як ВВкр, то довжина регенераційної ділянки обмежена також по дисперсії:

(5.7)

Із двох значень вибираємо менше. Отже, довжина регенераційної ділянки для заданих компонент, коду і швидкості передачі обмежена дисперсією і становить 94км.

З обчисленої вище довжини регенераційної ділянки, яка для нашого обладнання становить -94 км можна визначити необхідну кількість регенераторів між відповідними містами:

- Чернігів - Київ - 141 км (2 регенератори);

- Київ - Одеса - 475 км (5 регенераторів);

Розміщення регенераторів буде мати вигляд:



Рис. 5.1 Карта ВОСПІ траси

1НРП - с.Семиполки (Бобровицький р-н, Київська обл.);

1 ОРП - м. Київ (столиця України);

2НРП - с.Потієвка (Білоцерківський р-н, Київська обл.);

2ОРП - м.Умань (Районний центр, Черкаська обл.);

3НРП - м. Криве Озеро (Районний центр, Миколаївська обл.);

4НРП - с. Марціяново (Ширяївський р-н, Одеська обл.);

3ОРП - Одеса(обласний центр)

6. Побудова резервної РРСПІ для траси Київ-Одеса на основі обладнання Alcatel 9600 LSY для потоку STM-4

Alcatel 9600-LSY є рішенням для радіозв'язку на великі відстані в регіональних і національних мережах. Продукти сімейства Alcatel 9600-SKY працюють в діапазонах 4, 4u, 6l, 6u, 7 , 8, 11 ГГц. Вони підтримують конфігурації N+0/N+1, здатні працювати з потоками N*STM-1 або STM-N,проте крім цього підтримуються і порівняно невеликі конфігурації типу 1+0/1+1/2+0. Архітектура цих продуктів заснована на блоках для установки всередині будівель,які включають високопродуктивні системи, що вміщають до 10 приймачів-передавачів на одній стандартній стійці ETSL, з обмеженим енергоспоживанням.Системи Alcatel 9600 LSY володіють могутніми засобами протидії загасанню сигналів в багато маршрутному середовищі. До них відносяться: поперечні еквалайзери, багатоканальні безконтактні перемикачі, блок компенсації просторового розносу, що конфігуруються ATPC і багаторівнева кодова модуляція . Висока потужність передавача, оптимальна чутливість приймача і малі втрати при відгалуженнях роблять 9600 ідеальним рішенням для магістральних систем передачі інформації. Компактність пристроїв 9600 LSY і економічне енергоспоживання скорочують терміни установки і технічного обслуговування,а однорідність систем, що працюють на різних частотах і в різних конфігураціях, скорочує потребу в запчастинах і полегшує підготовку фахівців.

На розповсюдження радіохвиль поблизу поверхні землі впливають вертикальні зміни в показнику заломлення атмосфери. Унаслідок рефракції радіохвилі проходять по зігнутих шляхах у вертикальній площині. Величина кривизни шляху міняється з часом через зміну тиску, температури і вогкості. За нормальних умов розповсюдження траєкторія радіопроменя згинається так, що має форму дуги, вигнутої до землі, і радіогоризонт розширяється. Проте, коли градієнт рефракції збільшується, траєкторія променя згинається у зворотний бік, що приводить до зменшення радіогоризонту. Коли траса радіозв'язку проходить низько над поверхнею землі можуть з'явитися додаткові дифракційні втрати на наземних перешкодах. Наприклад, якщо вісь променя тільки торкається перешкоди, загасання сигналу може скласти від 6 до 20 дБ, залежно від типу поверхні. У критичних випадках перешкода може фактично закривати весь радіопромінь. В цьому випадку пропадає пряма видимість між передаючою і приймальною антенами і сигнал, що приймається, може стати настільки слабким, що РРЛ перестане функціонувати.

У селах і смт Гребінка, Станишівка, Княжики, Ольшанка, Саврань, Тарасівка, Петрівське, Петрівка встановлюємо ПРС(проміжні радіорелейн станції). Які призначені для прийому від попередньої станції модульованих сигналів, їх підсилення і передачі на наступну станцію. Ці станції обладнують автоматизованою апратурою і не є обслуговуваними. Управління і спостереження за ними проводиться х КРС чи ВРС автоматично чи дистанційно за допомогою спеціальної системи телеобслуговування.

ВРС (вузлові радіорелейні станції) встановлюються в тих пунктах траси РРЛ, де необхідно здійснити виділення і ввід телефонних повідомлень, виділення чи заміну програм телебачення. Виділені телефонні, телевізійні і інші повідомлення далі подаються до відповідних споживачів. ВРС так само як і КРС, мають обслуговуючий технічний персонал.

В усіх інших пунктах встановлюємо ПРС (проміжні радіорелейні станції), які призначені для прийому від попередньої станції модульованих сигналів, їх підсилення і передачі на наступну станцію. Ці станції обладнуються автоматизованою апаратурою і є не обслуговуваними. Управління і спостереження за ними проводиться з КРС чи ВРС автоматично чи дистанційно за допомогою спеціальної системи телеобслуговування РРС (радіорелейні станції) встановлюються так, щоб населені пункти знаходились лише поза зоною ближнього випромінення антени, в зоні дальнього випромінення антени.

Всі РРС встановлено на найвищих точках рельєфу для зменшення висоти антенних опор. Оскільки регіони по трасі є достатньо заселені, електрифіковані, зв'язані авто- та залізничними шляхами то проблем із обслуговуванням не може бути.

Одна з найголовніших задач при проектуванні радіорелейної лінії зв'язку - вибрати висоти антен так, щоб втрата прямої видимості між ними було надзвичайно рідкісною подією.

Для цього необхідно мати точну інформацію як про профіль траси так і про відхилення радіопроменя унаслідок зміни метеорологічних умов на трасі. Необхідно гарантувати достатній просвіт для найгіршого випадку (найнижчого променя ) на трасі. Цього може бути досягнуто відповідним вибором висот антен, які, проте не можуть бути більш ніж фактично необхідні як з економічних причин, так і унаслідок ( на трасах і із значними віддзеркаленнями від земної поверхні) помітного збільшення ризику міжсимвольної інтерференції і спотворення сигналу.

Рис. 6.1 Розташування одно - та багатопрольтної РРЛ

Для побудови радіорелейної траси я використовую обладнання 9600 LSY фірми Alcatel, яке працює на довжині хвилі , і задовольняє необхідну швидкість передачі інформації, а саме потік STM-4. Це обладнання дозволяє організувати 4 радістволів з загальною швидкістю передачі 4ЧSTM1. В якості антени використовується параболічна антена діаметром 0.75 м. з коефіцієнтом підсилення 35 дБ.

Параметри радіoсистеми 9600 LSY :

Частотний діапазон 3,6 - 4,2 Ггц, 3,8 - 4,2 Ггц

Ширина каналу (STM-1),Гц 28/29/40 Мгц

Модуляція 128 QAM

Багатократне використання частот

Вихідна отужність передавача - +32 дБп

Чутливість приймача -74.3 дБп

Конфігурація системи N+1або N+0

Для розрахунку я вибрав проліт м. Київ - cмт. Гребінка.

Профіль інтервалу відображає вертикальний розріз місцевості між сусідніми радіорелейними станціями зі всіма висотними відмітками. Для зручності при побудові профілів використовують параболічний масштаб, у якому всі висоти відкладаються не по радіусах, як потрібно робити в дійсності, а по осі ординат, а відстані - не по дузі кола, а по осі абсцис. Тоді лінія, яка зображує на профілі рівень моря, або умовний нульовий рівень, від якого враховуються усі висоти, матиме вигляд параболи.

(6.1)

а - геометричний радіус Землі (а = 6370 км),

Ri - відстань до критичної точки =47,5,

R0 - довжина прольоту=60.

(6.2)

Тому основним критерієм для розрахунку висоти підвісу антен на прольоті є умова відсутності екранування перешкодами мінімальної зони Френеля при субрефракції радіохвиль. Відомо, що основна частина енергії передавача поширюється у бік прийомної антени усередині мінімальної зони Френеля, що представляє еліпсоїд обертання з фокусами в крапках передавальної і приймальні антен.

Радіус мінімальної зони Френеля при поширенні радіохвиль у вільному просторі:

(6.3)

де л=0.04 м - довжина хвилі.

Для нашого випадку радіус мінімальної зони Френеля становить:

(6.4)

При виборі висот антен необхідно вибрати просвіт H таким щоб перша зона Френеля не торкалась поверхні.Просвіт, що існує близько 80% часу повинний бути рівним радіусу мінімальної зони Френеля. Тоді просвіт без врахування рефракції (а саме для цього випадку будуються профілі прольотів):

(6.4)

- середнє значення градієнта діелектричної проникності тропосфери; - стандартне відхилення.

(6.5)

Тоді, значення просвіту:

(6.6)

Висоти підвісу антен визначаються з профілю траси. Для цього вікладаємо по вертикалі від критичної крапки розрахований просвіт, і знаходимо висоти ho та h1.

Рис. 6.2 Профіль прольоту м. Київ - смт. Гребінки

Енергетичний розрахунок

Енергетичний розрахунок виконується для кожного прольоту РРЛ. Середній рівень потужності сигналу на вході приймача, виражений в дБм, визначається на основі першого рівняння передачі:

, (6.5)

де - рівень потужності передавача;

- коефіцієнти підсилення відповідно передавальної та приймальної антен по потужності відносно ненаправленої антени;

- коефіцієнти корисної дії (ККД) відповідно передавального та приймального антенно-фідерного тракту;

- послаблення поля у вільному просторі;

- множник послаблення поля вільного простору, який залежить від виду рефракції радіохвиль, (для відкритої траси приблизно рівний 1 або 0дБ, тому не враховується). Величина виражені в децибелах відносно 1 мВт.

Послаблення вільного поля у вільному просторі визначається за формулою:

(6.6)

З формули (6.6) можна отримати:

ККД антенно-фідерного тракту у зв'язку з конструктивними особливостями (прийомо-передавачі об'єднані з антеною у моноблок) становлять приблизно 0.9 або -0.5 дБм.

Коефіцієнт підсилення відповідно передавальної та приймальної антен по потужності відносно ненаправленої антени разраховується за формулою:

(6.7)

де D - діаметр дзеркала антени; q = 0,6...0,9 - коефіцієнт використання поверхні дзеркала антени.

Потужність сигналу на вході приймача з формули (6.5) рівна:

Потужність прийнятого сигналу , а чутливість приймача , тобто запас послаблення становить 22.6 дБп, що дає можливість надійного зв'язку за несприятливих погодних умов, які погіршують радіозв'язок, таких, як: опади, температура, тиск, вологість.

Вихідні дані:
Частота	7,5 ГГц
Довжина регенераційної ділянки	60 км
Потужність передавача	35 дБм
Коефіцієнт підсилення антени	29,9 дБ (одна антена)
Втрати у хвилеводах	5 дБ на 100 м
Втрати у розділюючих пристроях	5,9 дБ
Розраховано
10 lg Pпер	35 дБ
-10lg(л/4рd)2	-145,5 дБ
10lg(G1G2)	59,8 дБ
Втрати у хвилеводі аG	-5 дБ
Втрати у розділюючи пристроях аВ	-5,9 дБ
10 lgPпр	-51,7 дБм

Рис 6.3 Діаграма рівнів інтервалу РРЛ прямої видимості

Для зменшення впливу РРС одна на другу профіль траси виконано зигзагоподібним.

Аналогічний розрахунок проводять для інших прольотів траси:

- смт. Гребінка(1ПРС) (Василівський р-н., Київська обл.) - с.Станишівка(2ПРС)(Таращанський р-н, Київська обл.);

- с. Станишівка(2ПРС) - с. Княжики(3ПРС)(Жашківський р-н, Черкаська обл.);

- с. Княжики(3ПРС) - смт. Ольшанка(4ПРС)(Районний центр, Кіровоградська обл.);

- смт. Ольшанка(4ПРС) - смт. Саврань(5ПРС)(Районний центр, Одеська обл.);

- смт. Саврань(5ПРС) - с. Тарасівка (6ПРС)(Врадіївський р-н, Миколаївська обл.);

- с. Тарасівка (6ПРС) - с. Петрівське(7ПРС) (Ширяївський р-н, Одеська обл.);

- с. Петрівське(7ПРС) - с.Петрівка(8ПРС)(Іванівський р-н, Одеська обл.);

- с. Петрівка(8ПРС) - м.Одеса(2КРС)(Обласний центр).

Рис. 6.4 Маршрут для РРЛ прямої видимості Київ - Одеса

Висновок

В даній курсовій роботі я наводив основні способи побудови та управління оптичними транспортними мережами. Я розглянув функціональні модулі, які входять в SDH мережу та різновиди її топології.

Першим завданням курсового проекту була побудова оптичної транспортної мережі на основі обладнання SL16 v.1. Це обладнання дозволяє передавати 16 потоків STM-1 або 16 потоків Е4, загальною швидкістю лінійного цифрового сигналу 2,5 Гбіт/с. Знаючи характеристики цього обладнання, вибравши передавальний, приймальний модулі, а також оптичний кабель, я розрахував, що довжина регенераційної ділянки для заданих компонент, коду і швидкості передачі обмежена дисперсією і становить 494км. Необхідна кількість регенераторів для побудови мережі східного територіального вузла наведена вище у роботі і для всієї траси становить 7 регенераторів.

Другим завданням було розрахунок РРСПІ для траси Київ - Одеса. Для вирішення цієї задачі необхідно було скористатися топографічною картою необхідної місцевості. У роботі вище наведене зображення першого прольоту траси та його діаграма рівнів. Проміжні станції між двома містами необхідно розміщувати зигзагоподібно. Це робиться з тою метою, щоб зробити обладнання дешевшим і використовувати двочастотну схему розподілу прийому і передачі.

Список літератури

1. Климаш М.М., Лаврів О.А., Бак Р.І. Оптичні та радіоканали телекомунікацій. - Львів, 2010. - 424с.

2. «Синхронні цифрові SDH.» Слепов Н.Н. - 4_е изд. - М.: Эко-Трендз, 1999.

3. Цифровые сети связи. Основы планирования и построения. Шмалько А.В.

4. Оптические системы передачи: Ж.И. Корнейчук, Т.В. Макаров, И.П. Панфилов. - Київ: «Техніка», 1994 р

5. Системы связи и радиорелейные линии: Под ред. Н.И. Калашникова. - М.: Связь, 1977 р.

Размещено на Allbest.ru

...