Модернизация участка Матак-Каркаралы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данном дипломном проекте разработаны вопросы по модернизации линий связи зоновой сети на участке Матак- Каркаралы с применением перспективного оптического кабеля.

В проекте произведены расчеты числа каналов связи, длины участка регенерации и основных параметров оптического волокна. Предложена система передачи (ВОСП), приведена краткая характеристика ее.

Приводится вопросы сварки, измерения и соединения оптического волокна, также в проекте рассмотрены вопросы охраны труда и безопасности жизнедеятельности.

Составлено технико-экономическое обоснование проекта, который характеризует экономическую целесообразность реализации данного проекта.

Введение

Связь Казахстана на качественно новом этапе исторического развития определяется новым геополитическим положением. Основой электросвязи Казахстана является взаимоувязанная сеть связи, обеспечивающая предоставление пользователям услуг электросвязи на территории страны.

Взаимоувязанная сеть связи - комплекс технологических сопряженных сетей электросвязи общего пользования и ведомственных сетей с общим централизованным управлением, независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности. [13]

Первые волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) в странах СНГ начали строиться в начале 80-х годов XX века на основе использования многомодового оптического волокна, преимущественно это были соединительные линии связи между узлами сети ГТС использующие 30-канальную цифровую систему передачи «Соната». Хотя первоначально закладываемый эксплуатационный срок ВОЛС составлял не менее 25 лет, тем не менее, для устойчивого функционирования используемой системы передачи требовалось поддержание характеристик ВОЛС в допустимых пределах.

Первые соединительные линии ВОЛС прокладывались преимущественно в городской черте и имели небольшую протяженность, обычно не более 1-2 км. Свойственная кабелю с многомодовым волокном модовая дисперсия сигнала, для применяемых низкоскоростных (2 или 8Мбит/с) систем передачи на коротких расстояниях составляла небольшую величину и не нуждалась в измерении. Локализация неисправности в соединительной линии небольшой протяженности, проложенной по кабельной канализации, производилась методом визуального осмотра.

Ситуация изменилась коренным образом с появлением в 90-х годах XX века для телекоммуникационных систем одномодового волокна (имеющего меньшее километрическое затухание и величину дисперсии на порядок меньшую, по сравнению с многомодовым волокном) и мощных лазерных источников сигнала. Протяженность безрегенерационных участков ВОЛС увеличилась до десятков ста километров, скорости передачи цифрового сигнала, реализуемые в появившихся системах передачи синхронной цифровой иерархии (SDH), достигли 622Мбит/с (уровень STM-4) и выше. Изменилась и концепция построения сетей связи, основополагающими стали кольцевая и смешанная (кольцевая + линейная) топологии, дающие новые возможности по созданию резервных маршрутов передачи телекоммуникационного трафика.

В Казахстане начало строительства первых линий ВОЛС с одномодовым типом оптического волокна приходится на вторую половину 90-х годов, это были магистральные линии междугородней связи.

Цифровые системы передачи (ЦСП) информации характеризуются специфическими, отличными от аналоговых систем, свойствами. Основные преимущества этих систем заключаются в следующем: более высокая помехоустойчивость, что позволяет значительно облегчить требования к условиям распространения сигнала по линии передачи; возможность интеграции систем передачи сообщений и их коммутации; незначительное влияние параметров линии передачи на характеристики каналов; возможность использования современной технологии в аппаратуре ЦСП; отсутствие явления накопления помех и искажений вдоль линии передачи; более простая оконечная аппаратура по сравнению с аппаратурой систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК); легкость засекречивания передаваемой информации.

В данном дипломном проекте рассматривается вопросы модернизации участка зоновой сети Матак-Каркаралы на базе ВОЛС. Эксплуатируемая на участке аппаратура К-60 со средой передачи (электирческий кабель) не отвечают требованиям по количеству и по качеству каналов.

Данный участок зоновой сети является продолжением единой трассы, т. е. трассы ВОЛС Караганда- Матак, поэтому в проекте предлагается использовать однотипный кабель и однотипное оборудования с целью упрощения вопросов по взаимодействию систем и монтажа кабеля.

зоновый сеть кабель оптический

1. Анализы существующего положения по теме проекта и разработки по их технической реализации

1.1 Краткая характеристика существующего участка зоновой сети

На рассматриваемом участке Матак-Каркаралы проложен один симметричный кабель ЗКП 1х4х1,2, по которым осуществляется работа аналоговой системы передачи К-60П, обеспечивающих организацию 60 каналов связи. Ниже приведены технические характеристики и структурная схема каналообразующей аппаратуры К-60.

Система передачи К-60П предназначена для организации шестидесяти каналов тональной частоты на цепях симметричных кабелей МКС и МКБ. На железнодорожном транспорте ее широко используют для работы по кабелям МКП. Система связи двух кабельная однополосная, линейный спектр частот равен 12-252 кГц. Дальность передачи 12500 км. Максимальная длина переприемного участка по тональной частоте составляет 2500 км. Для обеспечения такой дальности в цепь включают обслуживаемые и необслуживаемые промежуточные усилители.

Номинальный относительный уровень передачи в линию без предыскажения по всем каналам равен -5 дБ, с предыскажением по верхнему каналу -1 дБ, по нижнему -11 дБ. Для поддержания остаточного затухания в аппаратуре оконечных и промежуточных станций постоянным током имеются устройства автоматической регулировки усиления--АРУ. Работой устройств автоматической регулировки усиления управляют токи контрольных частот: 16 кГц - наклонная, 112 кГц - криволинейная, 248 кГц - плоская. На оконечных станциях и ОУП-3 используют трехчастотные (плоско-наклонно-криволинейные); на ОУП-2 - двухчастотные (плоско-наклонные) АРУ; на НУП - частотно-зависимую грунтовую АРУ.

Наибольшее усиление усилительных станций на высшей предаваемой частоте для ОП и ОУП составляет 61 дБ, для НУП - 55 дБ. Необслуживаемые усилительные пункты размещают вдоль магистрали в среднем через 19 км, ОУП-2 - через 250-300 км, ОУП-3 - через 500-600 км.

Оконечные и обслуживаемые усилительные пункты имеют местные источники электропитания, НУП получают электропитание дистанционно с ОУП или ОП.

Наибольшее число НУП между ОУП (ОП) при организации дистанционного питания по системе провод-земля равно 12, по системе провод-провод - 6.

Для уменьшения взаимных помех между каналами систем, работающих на параллельных цепях в одной четверке кабеля, в системе передачи предусмотрены два варианта линейного спектра частот. В дополнительном варианте применена инверсия спектров.

Дополнительные данные К-60 и схема частотных преобразований системы передачи К-60П (рисунок 1) даны в конце пояснительной записки [П.А.].

На всей длине линии связи установлено 5 необслуживаемых усилительных пунктов (НУП). Кабель проложен вдоль автотрассы Караганда- Каркаралы (рисунок 2) [П.А.].

Дистанционное питание организованно по системе "провод-провод", питание 3-х НУП - ов осуществляется от г. Каркаралы остальные запитаны от пгт. Матак.

На существующей кабельной магистрали организованны магистральная и участковая служебная связь, так же имеется система телеконтроля, осуществляющая контроль за работой оборудования.

В результате старения (порядка свыше 20 лет) и под действием внешних атмосферных влияний полиэтиленовое покрытие стало пористым, пропускающим влагу, из-за чего изменились параметры кабеля. Изоляция жил не соответствует требуемым нормам, нарушена целостность экрана, в результате чего ухудшилась помехозащищенность, появились взаимные влияния и влияния внешние. Все это приводит к ухудшению качества связи и, как следствие, претензии со стороны потребителей.

На всей протяженности трассы, кроме муфт, выполненных при строительстве кабельной линии, имеется большое количество муфт, возникших в результате механических повреждений кабеля.

Все это приводит к большим эксплуатационным расходам по ремонту и обслуживанию существующей линии связи, которые, в основном, складываются из транспортных расходов и расходов, связанных с приобретением кабеля, необходимого для устранения частых повреждений, и попытками довести параметры кабеля до необходимых норм.

Эксплуатируемая система передачи К-60П снята с производства, и к ней не выпускаются запасные части, которые необходимы для замены вышедших из строя блоков. В результате чего, приходится покупать запчасти с аналогичных, демонтированных, но исправных систем. В результате старения элементов и пересыхания монтажа увеличивается повреждаемость оборудования, что приводит к ухудшению надежности.

Кроме того, используемые аналоговые каналы с ограниченным спектром (0,3-3,4 ) и наличием помех не могут обеспечить большую скорость передачи необходимую, на данном этапе, для передачи данных.

1.2 Постановка задачи проекта

1.7 Первичные сети ВСС

Чтобы построить сети связи необходимы так называемые системы передачи, то есть аппаратура, с помощью которой по линиям связи создают каналы и групповые тракты. А затем организуют из линий, а также узловых и оконечных станций первичные и вторичные сети электросвязи.

Первичные сети состоят только из линий связи, регенерационной (усилительной) и каналообразующей аппаратуры на станциях. Вторичные сети содержат, кроме того, узлы коммутации, позволяющие переключать каналы связи на различные направления. А вот уже на основе вторичных сетей создаются многочисленные службы связи, предоставляющие разные услуги. Линии связи, проложенные между городами и в крупных городах, промежуточные регенерационные (усилительные) пункты, оконечные пункты -- все это первичная сеть, служащая для получения аналоговых и цифровых типовых каналов и трактов.

Первичная сеть ВСС (Взаимоувязанные сети связи) делится на магистральную, зоновые и местные сети (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Магистральная, зоновая и местная первичная сети

Типовые каналы электросвязи имеют одни и те же характеристики, вне зависимости от того, на каком участке первичной сети они образованы: эти характеристики строго стандартизованы и четко выполняются. Стандартизованных каналов электросвязи довольно много, но мы имеем в виду только два: аналоговый канал тональной частоты (канал ТЧ) с шириной полосы 0,3-3,4 КГц и основной цифровой канал, пропускная способность которого 64 Кбит/с. По линиям связи первичной сети образуются именно такие каналы. Возможно создание и широкополосных аналоговых каналов, и цифровых каналов с большей пропускной способностью, но подавляющее большинство имеющихся каналов именно таковы.

На базе названных выше элементарных каналов организуют вторичные сети: телефонные, телеграфные, передачи данных, факсимильные. Число служб электросвязи растет прямо на глазах и в настоящее время их число составляют за тридцать. Назовем лишь некоторые: городской, междугородный и международный телефон, абонентский телеграф (так называемый "телетайп"), телекс, телетекс, телефакс, бюрофакс, видеотекс и т.д.

Конечно, самая большая вторичная сеть и самые многочисленные службы - телефонные. Наибольшая часть каналов ТЧ и цифровых в нашей стране (надо думать, что и за рубежом) используются для образования телефонных сетей. Более того, часто думают (об этом свидетельствуют многие публикации), что телефонная сеть -- единственная вторичная сеть, других просто нет. На самом деле это не так: есть еще телеграфные сети -- по ним работают телекс (абонентский телеграф) и телеграфная служба во всех отделениях связи. Есть сети передачи данных, причем не только с темпом 64 Кбит/с, но и более скоростные, например 2048 Кбит/с (канал Е1).

1.8 Расчет необходимого числа каналов

Данная трасса является составной частью зоновой сети, поэтому при расчете учитывается численности населения областного и районного центра. Численность населения в любом областном центре и области в целом может быть определена на основании статистических данных переписи населения. Согласно этим данным численность населения в г. Караганда на 2007-2008 годы составила 700,5 тыс. чел, а в г. Каркаралинск - 10,5 тыс. чел. Численность населения с учётом прироста определяется по формуле:

, (1.1)

где H₀ - население в период проведения переписи, тыс. человек; Р - среднегодовой прирост населения в данной местности (принимается равным 2-3%); Т - период, определяемый, как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперёд. В настоящем проекте год перспективного проектирования принимаем на 10 лет вперёд. В соответствии с этим параметр Т определяем по формуле:

T=10+(T_m-T₀), (1.2)

где T_m - год составления проекта; T₀ - год к которому относятся данные H₀;

Среднегодовой прирост населения в Карагандинской области принимаем равным 3% (согласно данным статуправления). Пользуясь формулой (1.2) определим параметр Т:

T=10+(2012-2009)=12 лет.

Численность населения в г. Караганда согласно формуле (1.1) составит:

тыс. человек.

Численность населения в г. Каркаралинске составит:

тыс. человек.

Учитывая что телефонные каналы междугородней и международной связи имеют превалирующее значение необходимо сначала определить количество телефонных каналов между заданными населенными пунктами. Для этого воспользуемся следующей формулой:

n_ТФ=LK_Ty, (1.3)

где: L и - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности к заданным потерям, обычно потери принимаются равными 5%, тогда L=1,3, а =5,6; K_T - коэффициент тяготения; y - удельная нагрузка, то есть средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, y=0,08 Эрл; m_a, m_в - количество абонентов обслуживаемое оконечными АМТС, соответственно в пунктах А и Б.

Взаимосвязь между выбранными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основе статистических данных, полученных предприятиями связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи выражают через коэффициент тяготения К_Т, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах, от 0,1 до 12 %. В проекте коэффициент тяготения К_Т принимаем равным 10%, т.е. K_T = 0,1.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащённости населения телефонными аппаратами в г. Караганде равным 0,8, в г. Каркаралинске - 0,2 количество абонентов в зоне АМТС можно определить по формулам:

m_a¹=0,8H_Т¹, (1.4)

m_в²=0,2H_Т², (1.5)

Подставляя данные в формулы (1.4) и (1.5) определим количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС:

m_a¹ = 0,8998,746 = 798,996 тыс. чел.

m_в² = 0,214,97 = 2,994 тыс. чел.

Пользуясь формулой (1.3) определим количество телефонных каналов:

n_ТФ=1,30,10,08+ 5,6 = 37 каналов.

По кабельной линии передачи выделяют каналы и для других видов связи: телеграфные данные, радиовещание и т.д., также учитывают транзитные каналы. В данном случае число транзитных каналов учитывать не будем, они будут браться в расчёт при выборе системы передачи.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, т.е. каналов ТЧ, целесообразно общее число каналов между пунктами выразить через каналы ТЧ.

Обычно общее число каналов рассчитывают по упрощённой формуле:

n = 2n_ТФ, (1.6)

n = 372 = 74 канала

Данный расчёт был произведён без учёта количества транзитных каналов. Так если учитывать транзитные потоки, а также перспективу дальнейшего развития сети и возможность повреждения, при котором может возникнуть необходимость организации обходного пути через данную магистраль, то на проектируемой магистрали требуемая скорость передачи составит 155 Мбит/с (1890 каналов).

В качестве системы передачи предлагаю использовать оборудование СЦИ, работающее по волоконно-оптическому кабелю.

Планируемая схема организации связи представлена на рисунке 3 [П.А.].

На схеме также показано требуемое количество ИКМ потоков, которые необходимо выделить в соответствующих пунктах.

2. Техническая часть

2.1 Волоконно-оптические линии связи

2.1.1 Основные сведения о ВОЛС

В волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) информация передается электромагнитными волнами высокой частоты, около 200 ТГц, что соответствует ближнему инфракрасному диапазону оптического спектра 1500 нм. Волноводом, переносящим информационные сигналы в ВОСП, является оптическое волокно (ОВ), которое обладает важной способностью передавать световое излучение на большие расстояния с малыми потерями. Потери в ОВ количественно характеризуются затуханием. Скорость и дальность передачи информации определяются искажением оптических сигналов из-за дисперсии и затухания. 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 стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам:

- широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей Гц. Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка бит/с (1Тбит/с). Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут;

- очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в оптическом волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0,22 дБ/км на длине волны 1,55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1,55 мкм имеет затухание 0,154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более «прозрачные», так называемые фторцирконатные оптические волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2,5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с;

- ОВ изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди;

- оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике;

- так как оптические волокна являются диэлектриками, следовательно, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. В оптической системе они электрически полностью изолированы друг от друга, и многие проблемы, связанные с заземлением и снятием потенциалов, которые до сих пор возникали при соединении электрических кабелей, теряют свою актуальность. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды;

- системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на ОВ могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии;

- важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить волоконно-оптический кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Но существуют также некоторые недостатки волоконно-оптических технологий:

- при создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет, и свет в электрические сигналы. Для соединения ОВ с приемо-передающим оборудованием используются оптические коннекторы (соединители), которые должны обладать малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Погрешности при изготовлении таких элементов линии связи должны быть порядка доли микрона, т.е. соответствовать длине волны излучения. Поэтому производство этих компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее;

- другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование.

Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что, несмотря, на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.

2.1.2 Конструкционные особенности ВОК

Одним из важнейших компонентов ВОЛС является волоконно-оптический кабель (ВОК). Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи.

По условиям эксплуатации кабели подразделяют на: монтажные, станционные, зоновые, магистральные.

Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину.

Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров.

Приведенные выше особенности и требования определяют конструкции и типы оптических кабелей. В настоящее время условно можно выделить четыре типа конструкций ОК (условно потому, что по компоновке оптических волокон и по назначению они могут быть разделены на большее число типов и конструкций) [14, 15]:

а) многоповивные, или кабели повивной скрутки;

б) кабели пучковой скрутки;

в) кабели с профильными несущими сердечниками;

г) ленточные кабели.

К этому перечню следует добавить также одноволоконные кабели, в том числе для внутристоечных соединений (это кабели patchcord длиной 3 м с концами, разделанными в оптические разъемы), кабели для подводной прокладки и кабели для подвески на высоковольтных линиях электропередачи или вдоль линий контактной сети на железных дорогах.

На рисунке 2.1 представлены эскизы поперечных сечений оптических кабелей разных типов: типы «а» и «б» относятся к классической конструкции, типы «в» и «г» характерны для большинства оптических кабелей.

1-световод; 2-модули; 3-трубка пластиковая; 4-силовой элемент.

а -- повивной скрутки; б -- пучковой скрутки; в -- с профильным сердечником; г -- ленточный

Рисунок 2.1 -Типовые конструкции оптических кабелей.

ОК типа «а» выполнен в виде повивов из оптических модулей, закрученных вокруг центрального упрочняющего элемента. Такая конструкция эффективна при числе оптических модулей не более 20. Типовой повивной ОК имеет внешний диаметр 12 мм и от 6 до 8 оптических модулей. Оптический модуль представляет собой полимерную трубку со свободно уложенным в ней волокном.

Оптический кабель типа «б» состоит из пучков оптических модулей, повитых вокруг центрального упрочняющего сердечника. Пучок представляет собой полимерную трубку, внутри которой имеются профильные сердечники с продольными пазами. В эти пазы свободно уложены оптические волокна. В отличие от ОК повивной скрутки, повивы в оптическом модуле кабеля типа «б» имеют одинаковые направление и шаг. Кабель этого типа содержит 25--50 модулей, в типовой конструкции -- 40. Внешний диаметр кабеля равен 15...25 мм.

Оптический кабель типа «в» состоит из сердечника, представляющего собой несущий пластиковый элемент с винтообразными пазами, в которые свободно, без натяжения, уложены световоды с первичной защитной оболочкой или оптические модули, диаметр которых меньше ширины паза. Сердечник с оптическими волокнами или модулями обматывается изоляционной лентой и покрывается оболочкой. В некоторых конструкциях ОК упрочняющий сердечник имеет круглое сечение, вокруг которого по спирали навиты прокладки с чередующимися между ними свободно лежащими оптическими модулями. В кабелях типа «в» содержится обычно 8--10 световодов. Их внешний диаметр -- до 20 мм.

Сердечник кабелей типа «г» собран из отдельных плоских лент с параллельно уложенными на расстоянии друг от друга в несколько десятых долей миллиметра световодами. Скрученные ленты образуют сердечник кабеля. Упрочняющие элементы в таком ОК расположены в оболочке. Благодаря плотной укладке кабель такой конструкции можно изготовить с весьма небольшим диаметром. Так, кабель из 144 оптических волокон имеет внешний диаметр 12 мм. Малые размеры сердечника позволяют осуществлять компоновку в сочетании с другими кабельными элементами.

Каждый из рассмотренных типов ОК имеет свои преимущества и недостатки. Их применение в каждом конкретном случае диктуется условиями прокладки, эксплуатации и характером решаемой задачи.

Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети [12].

2.1.3 Распространение световых лучей в оптических волокнах

Оптическое волокно (рисунок 2.1) состоит из сердцевины, по которой происходит распространение световых волн, и оболочки, предназначенной, с одной стороны, для создания лучших условий отражения на границе раздела «сердцевина - оболочка», а с другой - для снижения излучения энергии в окружающее пространство. С целью повышения прочности и тем самым надежности волокна поверх оболочки, как правило, накладываются защитные упрочняющие покрытия.

Рисунок 2.1 - Общий вид типового ОВ

Такая конструкция ОВ используется в большинстве оптических кабелей (ОК) в качестве базовой Сердцевина изготавливается из оптически более плотного материала. Оптические волокна отличаются диаметром сердцевины и оболочки, а также профилем показателя преломления сердцевины, т.е. зависимостью показателя преломления от расстояния от оси ОВ (рисунок 2.3) [13].

Все оптические волокна делятся на две основные группы: многомодовые MMF (multi mode fiber) и одномодовые SMF (single mode fiber). В многомодовых ОВ, имеющих диаметр светонесущей жилы на порядок больше длины волны передачи, распространяется множество различных типов световых лучей - мод. Многомодовые волокна разделяются по профилю показателя преломления на ступенчатые (step index multi mode fiber) и градиентные (graded index multi mode fiber).

Основными факторами, влияющими на характер распространения света в волокне, наряду с длиной волны излучения, являются: геометрические параметры волокна, затухание, дисперсия.

Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического волокна основан на явлении полного внутреннего отражения на границе сред с разными показателями преломления. Процесс распространения световых лучей в оптически более плотной среде, окруженной менее плотной показан на рисунке 2.2. Угол полного внутреннего отражения, при котором падающее на границу оптически более плотной и оптически менее плотной сред излучение полностью отражается, определяется соотношением:

(2.1)

где n₁ - показатель преломления сердцевины ОВ; n₂ - показатель преломления оболочки ОВ, причем n₁ > n₂.

Рисунок 2.2 - Распространение излучения по ступенчатому и градиентному многомодовым и одномодовому ОВ

При попадании светового излучения на торец ОВ в нем могут распространяться три типа световых лучей, называемые направляемыми, вытекающими и излучаемыми лучами, наличие и преобладание какого-либо типа лучей определяется углом их падения на границу раздела «сердцевина - оболочка». Те лучи, которые падают на границу раздела под углом (лучи 1, 2 и 3), отражаются от нее и вновь возвращаются в сердцевину волокна, распространяясь в ней и не претерпевая преломления. Так как траектории таких лучей полностью расположены внутри среды распространения -- сердцевины волокна, они распространяются на большие расстояния и называются направляемыми.

Лучи, падающие на границу раздела под углами (лучи 4), носят название вытекающих лучей (лучей оболочки). Достигая границы «сердцевина - оболочка», эти лучи отражаются и преломляются, теряя каждый раз в оболочке волокна часть энергии, в связи с чем исчезают вовсе на некотором расстоянии от торца волокна. Лучи, которые излучаются из оболочки в окружающее пространство (лучи 5), носят название излучаемых лучей и возникают в местах нерегулярностей или из-за скручивания ОВ. Излучаемые и вытекающие лучи являются паразитными и приводят к рассеиванию энергии и искажению информационного сигнала.