Проектирование волоконно-оптической линии связи Новосибирск – Барнаул

Процесс накопления шума будет происходить на протяжении всей длины регенерационного участка. По аналогии с электронными усилителями аналоговых систем передачи с ЧРК введем понятие уровня шума P_ш.вх., приведенного ко входу ВОУ. Мощность шума на выходе ВОУ состоит из мощности усиленной спонтанной эмиссии и мощности квантового шума

Таким образом



Согласно данным, ?л = 0,4 (нм). Согласно паспортным данным используемого ОУ nf=6 дБ.

Определим частоту н, соответствующую длине волны л=1540 нм.

н = 194,670 ТГц

Ширине полосы пропускания оптического фильтра ?л=0,4 нм, соответствует значение, выраженное через ?н

?н = 12.3 ГГц

Учитывая, что NF*G>>1, после простых преобразований выражения

получим:

Таким образом, уровень шумов приведенный ко входу оптического усилителя составляет:

6.3 Определение помехозащищенности прямого направления

Помехозащищенность i-го участка составляет:

A_З.i = Р_ПР.i - Р_Ш.ВХ,

Где Р_ПР.i - уровень сигнала на входе i - того усилительного участка

Р_Ш.ВХ - уровень шумов приведенный ко входу оптического усилителя

Мощность помех от i - го усилительного участка определяется как:

Где Р_ПР - уровень сигнала в точке А.

По данной формуле определим мощность помех приведенную к точке А каждым участком.

Суммарная мощность помех определяется как



Суммарный уровень помех

Защищенность сигнала в точке А определяется как

То есть защищенность сигнала для прямого направления участка

транспортной сети составляет

Данное значение помехозащищенности сигнала соответствует необходимым нормам, определенным в разделе (6.1.) следовательно, на спроектированном участке транспортной сети заданное значение качества передачи будет выполнено.

7. Выбор приемного и передающего оптических модулей

Оптический передающий модуль - устройство, обеспечивающее преобразование входного электрического сигнала в выходной оптический сигнал. Для этих целей используются инфракрасные светоизлучающие диоды (СИД) или лазерные диоды (ЛД). Для них характерны широкий диапазон длин волн и мощностей, высокий КПД, возможность прямой модуляции током до нескольких десятков ГГц.

При выборе источника излучения нужно учитывать, что для передачи во внутриобъектовых системах целесообразно использовать СИД, а для передачи в зоновых и магистральных системах передачи - лазерные диоды.

Оптический приемный модуль - устройство, осуществляющее преобразование световых сигналов в электрические.

В данной ВОЛС будем использовать трансивер (приемо-передающий оптический модуль) XFP 10Gbps.

Трансивер XFP 10Gbps

XFP 10Gbps модули поддерживают уникальную технологию цифровой диагностики, которая в реальном времени позволяет проследить параметры работы устройства, такие как: рабочая температура, отклонение тока лазера, излучаемая оптическая мощность, принимаемая оптическая мощность, напряжение питания. Также поддерживается система сигнализации о выходе параметров за пределы установленных допусков.

Трансиверы поддерживают технологию волнового мультиплексирования WDM, обеспечивающую передачу нескольких независимых потоков данных по одному физическому волоконно-оптическому кабелю. Это достигается благодаря приему / передаче сигналов на разных длинах волн - 1310 нм и 1550 нм.

Для организации соединения по технологии WDM используется пара модулей, которые устанавливаются на разных концах линии связи. На одном конце модули использует длину волны 1550 нм для приема данных и 1310 нм - для передачи, а на другом, модули использует длину волны 1310 нм для приема данных и 1550 нм - для передачи.

Модули поддерживают работу с одномодовым оптическим кабелем. Трансиверы оборудованы 1 оптическим портом с разъемом SC или LC и дают возможность заменять модули без отключения и перезагрузки основного оборудования.

Таблица 7.1. Особенности трансивера XFP 10Gbps

Область применения: · 10GBASE-ER/EW 10G Ethernet · 1200-SM-LL-L 10G Fibre Channel · SONET OC-192 IR-2 · SDH STM S-64.2b · SONET OC-192 IR-3 · SDH STM S-64.3b · ITU-T G.709	Технические характеристики: · Поддерживаемые скорости: до 11,1 Гбит/с · Ширина спектральной линии: 0,1 нм · Диапазон длин волн: 1270-1600 нм. · Расстояние: 3 км, 10 км, 20 км, 40 км, 80 км. · Разъем: SC или LC типа · Скорость работы: 1250 Мбит/с.

8. Выбор оптических соединителей

Оптический соединитель - устройство, предназначенное для соединения различных компонентов волоконно-оптического линейного тракта в местах ввода и вывода излучения. Таким местами являются: приемный и передающий оптический модуль, соединения отрезков оптического кабеля между собой, а также другими компонентами.

К оптическим соединителям предъявляются следующие основные требования:

· Малые вносимые потери;

· Малое обратное отражение;

· Устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям;

· Высокая надежность;

· Простота конструкции.

Рассмотрим некоторые виды оптических соединителей:

Коннектор FС:

Данный вид соединителя разработан японской телекоммуникационной корпорацией NTT.

Коннектор FC рекомендуется для одномодовых применений в системах дальней связи и специализированных системах, а также в сетях кабельного телевидения. Тип соединения - резьбовое, М8х0.75 Коннектор может поставляться с желтым, синим или красным хвостовиком (для одномодовых применений), черным (для многомодовых). Коннекторы имеют керамические наконечники диаметром 2,5 мм.

Соединение шнуров, оконцованных коннекторами FC, через стандартную соединительную розетку характеризуется высокой надежностью, стойкостью к вибрации и одиночным ударам, так как наконечник коннектора развязан с корпусом и оболочкой кабеля. В отличие от коннектора ST, в данной конструкции предусмотрена развязка подпружиненного наконечника относительного корпуса, что усложняет и удорожает коннектор; однако такое дополнение полностью окупается повышением надежности.

Коннектор ST:

Коннекторы различаются не только применяемыми наконечниками, но и типом фиксации конструкции в розетке. Самым распространенным представителем в локальных оптических сетях является ST-тип коннектора (от англ. Straight Tip). Керамический наконечник имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом. Фиксация производится за счет поворота оправы вокруг оси коннектора, при этом вращения основы коннектора отсутствуют (теоретически) за счет паза в разъеме розетки. Направляющие оправы сцепляясь с упорами ST-розетки при вращении вдавливают конструкцию в гнездо. Пружинный элемент обеспечивает необходимое прижатие.Слабым местом ST-технологии является вращательное движение оправы при подключении / отключении коннектора. Оно требует большого жизненного пространства для одного линка, что важно в многопортовых кабельных системах. Более того, вращения наконечника отсутствуют только теоретически. Даже минимальные изменения положения последнего влекут рост потерь в оптических соединениях. Наконечник выступает из основы конструкции на 5-7 мм, что ведет к его загрязнению.

Коннектор SС:

Основным недостатком FC и ST-коннектора считается необходимость вращательного движения при подключении к розетке соединителя. Для преодоления этого недостатка, препятствующего более плотному монтажу на лицевой панели, был разработан коннектор типа SC. Конструктивно он представляет из себя прямоугольный в сечении пластмассовый корпус. Коннектор имеет механическую развязку наконечника, фиксирующего элемента и кабеля.

Подключение и отключение коннектора SC производится линейно (push-pull). Это предохраняет наконечники соединителей от прокручивания друг относительно друга в момент фиксации в розетке. Фиксирующий механизм открывается только при извлечении коннектора за корпус. К недостаткам коннекторов SC следует отнести несколько более высокую по сравнению с изделиями серии ST цену и существенно меньшую механическую прочность. Например, усилие вырыва коннектора из розетки регламентируется в пределах 45 Н, в то время как для серии FC это значение по нормативам почти вдвое выше, а практически может равняться прочности миникабеля. Все это не сказывается при стационарном использовании коннекторов SC; однако использовать их, как бортовые, нецелесообразно. Несмотря на меньшую механическую прочность, коннектор нашел широкое применение в одномодовых и многомодовых сетях и был принят, как основной, во многих странах Европейского союза. Он также разрешен к применению стандартами СКС.

Коннектор LC:

Соединитель LC от Lucent Technology - простой коннектор с развязанным от корпуса наконечником, механизм фиксации - аналогичный RJ-45.Малые размеры коннекторов обеспечивают стабильность их взаимного расположения в розетке. Потеридо 0.2 дБ. Наиболее простая и удачная конструкция из появившихся на рынке в последние годы. Технология оконцовки - традиционная.

Коннекторы могут с помощью зажима собираться в дуплексную пару, для которой существует спаренная розетка - так же, как это делается в разъеме SC. В последнее время появились спаренные корпуса коннекторов.

Качество и общие характеристики оптических коннекторов:

Таблица 8.1. Параметры оптических коннекторов

Характеристики	ООВ	МОВ
Диаметр волокна	125 мкм	125 мкм
Прямые потери (среднее значение + дисперсия)	0.19, 0.06 дБ	0.22, 0.09 дБ
Минимальные обратные потери	45 дБ	20 дБ
Гарантированная прочность закрепления кабеля	67 Н	67 Н
Изменение прямых потерь на коннекторе после 200 включений	< 0.03 дБ	< 0.05 дБ
Температурная устойчивость (-40 С +75 С) изменение прямых потерь	< 0.15 дБ	< 0.15 дБ
Материал ферула	термопластик	пластик

Ознакомившись с особенностями различных видов коннекторов и изучив их область применения и характеристики, остановим свой выбор на двух видах:

1) Коннектор типа LC. Использование данного коннектора объясняется по причине конфигурации трансивера XFP 10Gbps. Данный оптический модуль поддерживает только два вида соединителей: LC/SC.

2) Коннектор типа FC. Несмотря на основной недостаток данного вида соединителя (необходимостью вращательного движения при подключении к розетке соединителя), в других последующих соединениях будем использовать именно эту модификацию, т.к. она рекомендуется для систем дальней связи.

9. Расчет надежности проектируемой ВОЛС

Проблема обеспечения надежности весьма актуальна для волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), предназначенных для больших объемов информации и имеющих большую длину участков регенерации, т.е. более протяженные участки обслуживания. Поэтому очень важно предварительно рассчитать их надежность с тем, чтобы получить требуемые показатели в процессе эксплуатации аппаратуры ВОСП, т.к. отказ в работе аппаратуры несет за собой крупные экономические затраты.

Надежность объекта (ГОСТ 27.002-83) - его свойство сохранять во времени и установленных пределах значения всех параметров, характеризующих качество передачи информации в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Комплексный показатель надежности - коэффициент готовности (К_Г), определяющий вероятность работоспособности объекта в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается).

Безотказность (ГОСТ 27.002-83) - свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Ее характеризуют два показателя:

Т_о - среднее время между отказами системы (элемента), ч;

Л - среднее количество отказов за единицу времени, 1/ч.

Для восстанавливаемых объектов одним из важнейших свойств, составляющих надежность, является ремонтопригодность (ГОСТ 27.002-83). Под ремонтопригодностью понимается приспособленность СП к предупреждению неисправности, обнаружению ее характера и устранению последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Ремонтопригодность характеризуется средним временем восстановления V, затрачиваемым на обнаружение, поиск причины и устранение последствий отказа, ч.

Для обеспечения высокого коэффициента готовности при расчете надежности ВОСП удобно в качестве комплексного показателя надежности выбрать коэффициент простоя (К_П), определяющий вероятность того, что система окажется в неработоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов.

Коэффициент простоя ВОСП однозначно связан с коэффициентом готовности: К_П=1-К_Г и характеризует безотказность (через Л) и ремонтопригодность (через V).

Примечание: для оборудования линейных трактов на МСП, ВЗПС и СМП время восстановления необслуживаемого регенерационногопункта (НРП), обслуживаемого регенерационного пункта и оконечного пункта (ОРП, ОкП) и ОК должны быть соответственно меньше:

V_НРП< 2.5 ч (в том числе время подъезда к месту аварии 2 ч);

V_ОРП< 0,5 ч:

V_ОК< 10 ч (в том числе время подъезда 3,5 ч)

По данным статистики повреждений коаксиальных кабелей на магистральной первичной сети связи среднее число (плотность) отказов ОК из-за внешних повреждений на 100 км кабеля в год М = 0,34.

Тогда интенсивность отказов ОК за 1 ч на длине трассы ВОЛС L определяется как:

Л, где

8760 - число часов в году;

100 - длина трассы, при которой определяется значение М, [км].

Найдем интенсивность отказов для нашей линии:

Л

Коэффициент вынужденного простоя, - вероятность того, что система не будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени. При существующей на эксплуатации стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя определяется по формуле:

, где

- среднее время между отказами (или мреднее время наработки на отказ), [ч];

- время восстановления, [ч];

- интенсивность отказов, [1/ч];

Рассчитаем среднее время между отказами, выразив ее из формулы интенсивности отказов:

Для подвесных оптических кабелей, используемых в магистральных линиях связи, значение V = 5 часов. Тогда, подставив соответствующие значения в формулу (9.2), найдем коэффициент вынужденного простоя:

Коэффициент готовности, - это вероятность того, что система будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени.

Коэффициент готовности можно рассчитать по следующей формуле:



Подставив соответствующие значения, получим:

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что данная ВОЛС достаточно надежная, поэтому она является большим преимуществом по сравнению с другими видами связи.

10. Экономический расчет ВОЛС

Заработная плата рассчитывается в зависимости от количества рабочих, ответственных исполнителей, руководителей и рабочих мест.

Время на прокладку в грунт рассчитывается из соответствия: 2 ± 1 км в день на одну бригаду, в зависимости от состояния грунта, времени года, количества человек.

Бригада формируется обычно из соотношения: одна бригада на 50 - 100 км трассы и расставляются через каждые 25 - 50 км. Среднее количество человек примем равным 4.

Руководитель проекта - 1 человек.

Ответственный исполнитель - один человек на 300 км трассы.

Найдем количество бригад:

бригад

Найдем общее количество человек в бригадах:

человек

Ответственным исполнителем назначается один человек на 300 км трассы, в нашем случае длина трассы составляет 234 км. Назначим на эту роль 1 человека.

Рассчитаем количество дней, необходимое для подвеса оптического кабеля. Возьмем среднее число километров за день работы равное 4:

дней

Посчитаем общую заработную плату, которую необходимо выплатить рабочим за всю проделанную работу:

Таблица 10.1. Расчет заработной платы

Должность	Количество человек	Заработная плата при 100% занятости по проекту, [$/мес.]	Время работы, [мес.]	Заработная плата на период выполнения проекта, [$]
Руководитель	1	7000	0.5	3 500
Ответственный исполнитель	1	5000	0.5	2 500
Рабочие (5 бригад)	20	3000	0.5	30 000
ИТОГО	36 000

Таблица 10.2. Материалы, оборудование, комплектующие товары

Наименование продукта	Цена за 1 шт., (км.), [$]	Количество штук (км)	Суммарная стоимость, $
Оптический кабель ДПТ-ДОТа	2074	234	485316
Трансивер XFP 10Gbps	7 843	2	15 686
Регенератор	2168	3	6 504
Набор инструментов для разделки волоконно-оптического кабеля	546,38	1	546,38
Скалыватель Fujikura СТ-07 для оптических волокон	1 453,13	2	2 906,26
СварочныйаппаратOptiSplice One (Corning)	15 000	1	15 000
Рефлектометр FOD-7005	10 870	1	10 870
Измеритель мощности 1,31/1,48/1,55; -53…+23dBm	1 014	1	1 014
Зарплата рабочим			36 000
Прочие расходы			15 000
Общие затраты на строительство магистрали	588 842,64

11. Стоимость каналокилометра

$, где

P - суммарные затраты, $;

n - общее число каналов;

S - длина трассы.

Заключение

В данном курсовом проекте была спроектирована ВОЛС Новосибирск - Красноярск. Был произведен расчет характеристик этой линии связи, ее параметров, рассмотрены виды и варианты прокладывания оптического кабеля. Данная работа проанализировала затраты, необходимые для реализации поставленной задачи.

Был получен большой опыт в проектировании данной линии связи.

В результате проведенной работы была разработаны линейная часть система передачи информации со следующими параметрами:

· скоростью передачи 10 Гбит/с;

· рабочей длиной волны 1540 нм;

· протяженностью трассы 234 км;

· вероятность ошибки (BER) - не более 10-¹⁵;

· энергетическим бюджетом в 32 дБ;

Спроектированная линейная часть передачи данных включает 3 регенерационных пункта, система удовлетворяет поставленным требованиям.

Некоторые результаты проекта апробировались на научно-технических мероприятиях Всероссийского и Международного уровня в рамках докладов и публикаций работ проекта ГПО на кафедре СВЧиКР.

Список использованной литературы

1) Ефанов В.И. «Курсовое проектирование ВОЛС». - Томск, 2007 г.: 99c.

2) Ефанов В.И. Направляющие системы электросвязи. Часть 2. Волоконно-оптические линии связи: учебное пособие. - Томск, 2007. - 163 с.

3) Ефанов В.И. Проетирование, строительство и эксплуатация ВОЛС: Учебное пособие. - Томск: Томск. гос. ун-т. систем упр. и радиоэлектроники, 2007. - 103 с.

4) Н.Н. Слепов. «Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи». - М.: Радио и связь, 2000. - 486 с

5) Википедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org

6) Энергия коммуникаций [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://energycomm.ru/

7) Каталог «ИНКАБ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://incab.ru/optical-cable/outdoor/dpom/

8) А.П. Коханенко, С.Н. Шарангович, Проектирование оптических цифровых телекоммуникационных систем. Уч.-мет. пособие по курсовому проектированию. - Томск: Изд-во Том. гос. Ун-та систем ууправления и радиоэлектроники, 2012. - 120 с.

Размещено на Allbest.ru

...