Прокладка оптического кабеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

«Проект внутризоновой ВОЛП на участке г. Новосибирск - г. Куйбышев»



Содержание

Введение

1. Выбор и обоснование трассы прокладки кабеля

2. Расчет необходимого числа каналов

3. Выбор аппаратуры ВОЛП

4. Выбор типа оптического кабеля и описание его конструкции

5. Расчет параметров оптического кабеля

6. Расчет длины участка регенерации ВОЛП

7. Схема размещения регенерационных пунктов по трассе оптического кабеля

8. Составление сметы на строительство линейных сооружений

9. Расчет параметров надежности ВОЛП

10. Определение места повреждение ОВ

Заключение

Список используемых источников



Введение

Современные оптические кабели связи (ОК) практически вытесняют традиционные медно-жильные кабели связи на всех участках Взаимоувязанной сети связи России. Так, строительство новых линий передачи на первичной и внутризоновых сетях связи ведется преимущественно с использованием ОК. ОК широко используются на соединительных линиях местной сети, при сооружении структурированных кабельных систем, в системах кабельного телевидения, начинают использоваться на абонентских участках и т.д.

Волоконно-оптические коммуникации имеют ряд преимуществ по сравнению с электронными системами, использующими передающие среды на металлической основе. Среди них можно указать следующие:

Широкая полоса пропускания.

Малое затухание оптического сигнала в волокне.

Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле.

Высокая помехозащищенность.

Малый вес и объем.

Высокая защищенность от несанкционированного доступа.

Гальваническая развязка.

Взрыво-пожаробезопасность.

Экономичность.

Длительный срок эксплуатации.

Указанные выше достоинства оптического волокна как среды для передачи информационных сигналов позволяет сформулировать следующие преимущества волоконно-оптических систем связи.

1) В волоконно-оптических системах связи передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, электромагнитных или радиочастотных помех.

2) Волоконно-оптическая связь более предпочтительна перед другими видами связи, когда одним из основных требований является безопасность ее работы в детонирующих, воспламеняющихся или электронебезопасных средах и условиях.

3) Волоконно-оптические системы связи идеально подходят для передачи данных в цифровых вычислительных системах, цифровой телефонии и видеовещательных системах, которые требуют использования новых физических явлений и принципов для развития и улучшения характеристик систем передачи.

К недостаткам волоконо-оптических систем можно отнести:

Относительная хрупкость оптического волокна.

Сложная технология изготовления как самого волокна, так и компонентов ВОЛС.

Сложность преобразования сигнала (в интерфейсном оборудовании).

Относительная дороговизна оптического оконечного оборудования (однако, оборудование является дорогим в абсолютных цифрах. Соотношение цены и пропускной способности для ВОЛП лучше, чем для других систем).

Однако преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки дальнейшие перспективы развития технологий ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.

Целью данного курсового проекта является разработка волоконно-оптической линии связи между двумя городами - Новосибирском и Куйбышев.

Задание на курсовой проект:

Вариант: 45

Оконечные пункты: Новосибирск - Куйбышев

л=1,55 мкм

n1=1,485

n2=1,482

1. Выбор и обоснование трассы прокладки кабеля

кабель оптический регенерационный канал

Трасса г. Новосибирск - г. Куйбышев.

Расстояние от Новосибирска до Куйбышева по автодорогам - ~340 км

Характеристика оконечных пунктов.

Новосибирск.

Новосибирск -- третий по численности населения и тринадцатый по площади город в России, имеет статус городского округа, административный центр Новосибирской области и Сибирского федерального округа, научный, культурный, промышленный, транспортный, торговый и деловой центр Сибири. Город расположен на Приобском плато, примыкающем к долине реки Обь, рядом с водохранилищем, образованным плотиной Новосибирской ГЭС.

Численность населения Новосибирска на 1 января 2011 года составляет 1 473 700 человек в границах города.

Экономика

Новосибирск является крупным промышленным центром. Основу промышленного комплекса составляют 214 крупных и средних промышленных предприятий. На их долю приходится более 2/3 объёма всей промышленной продукции Новосибирской области. Среднегодовая численность работников организаций составляет 421,2 тысяч человек. Ведущими отраслями промышленности являются энергетика, газоснабжение, водоснабжение, металлургия, металлообработка, машиностроение, на их долю приходится 94 % всего промышленного производства города. По данным новосибстата по состоянию на 1 января 2011 года в Новосибирске количество предприятий составило 132071 штук.

Наука и образование

Всемирную известность Новосибирску принёс Новосибирский Академгородок (Новосибирский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук), на территории которого расположены десятки научно-исследовательских институтов, Новосибирский государственный университет, Физико-математическая школа НГУ, Высший колледж информатики НГУ. Недалеко от Новосибирска, в наукограде Кольцово находится Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор». В поселке Краснообск расположено Сибирское отделение Российской академии сельскохозяйственных наук. Всего в Новосибирске 32 высших учебных заведения (11 университетов, 8 академий, 13 институтов), кроме того имеется 14 филиалов вузов других городов России (в том числе Москвы и Санкт-Петербурга). Самым крупным вузом является Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), в котором одновременно обучается более 22 тысяч студентов.

Куйбышев

Куйбышев -- город (с 1782) в России, административный центр Куйбышевского района, Новосибирской области. Численность постоянного населения по данным на 1 января 2011 года -- 47,2 тыс. человек.

Город расположен на реке Омь (приток Иртыша), на равнине, в полосе берёзово-осиновых колков, которые являются переходом от луговых степей Барабы к южной тайге, в 315 километрах от Новосибирска.

Геолого-климатический анализ местности.

Новосибирская область.

Новосибирская область расположена на юго-востоке Западно-Сибирской равнины. Площадь территории области 178,2 тыс. кмІ. Протяжённость области с запада на восток -- 642 км, с севера на юг -- 444 км.

На севере граничит с Томской областью, на юго-западе -- с Казахстаном, на западе -- с Омской областью, на юге -- с Алтайским краем, на востоке -- с Кемеровской областью.

Основные реки области -- Обь и Омь. Плотиной Новосибирской ГЭС образовано Новосибирское водохранилище (т. н. «Обское море»). Также в области расположено около 3 тыс. пресноводных, солёных и горько-солёных озёр (Чаны, Убинское, Сартлан и др).

Находится на юго-востоке Западно-Сибирской равнины. Занимает главным образом южную часть Васюганской равнины и Барабинскую низменность. На востоке -- отроги Салаирского кряжа (высота до 498 м). В центральной и южной частях -- гривистый рельеф. Гривы высотой 6-10 м вытянуты с северо-востока на юго-запад. Межгривные понижения заняты болотами и озерами. Месторождения нефти, природного газа, каменного угля, золота, керамических глин, торфа.

Климат континентальный, средняя температура января от ?16 на юге, до ?20 °C в северных районах. Средняя температура июля +18…+20 °C. Средняя годовая температура воздуха -- 0,2 °C. Абсолютный максимум -- +37 °C, минимум -- ?51 °C.

Заморозки на почве начинаются во второй половине сентября и заканчиваются в конце мая. Продолжительность холодного периода -- 178, тёплого -- 188, безморозного -- 120 дней.

Годовое количество осадков ? 425 мм, из них 20 % приходится на май--июнь, в частности, в период с апреля по октябрь выпадает (в среднем) 330 мм осадков, в период с ноября по март -- 95 мм.

86 безоблачных дней в году, 67 -- со сплошной облачностью.

Животный мир достаточно богат. На севере в лесных районах обитают медведь, северный олень, лось, рысь, косуля, росомаха, выдра, речной бобр. Основу пушного промысла составляют белка, колонок, горностай. Из птиц -- глухарь, рябчик. В лесостепной зоне обитают: волк, лисица-корсак, горностай, ласка, тушканчик, заяц-беляк, заяц-русак; в озерах Барабы -- ондатра, водяная крыса.

Выбор трассы прокладки кабеля

Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трем основным: минимальные капитальные затраты на строительство; минимальные эксплуатационные расходы; удобство обслуживания.

Для обеспечения первого требования учитывают протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных и шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, необходимость защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.

Для обеспечения второго и третьего требований учитывают жилищно-бытовые условия и возможность размещения обслуживающего персонала, а также создание соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей.

Для соблюдения указанных требований траса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода автомобильных дорог или вдоль профилированных проселочных дорог. Допускается спрямление трассы кабеля, если прокладка вдоль автомобильной дороги значительно удлиняет трассу.

При пересечении водных преград переходы выбирают в тех местах, где река имеет наименьшую ширину, нет скальных и каменистых грунтов, заторов льда и т.д. Следует избегать в месте перехода обрывистых или заболоченных берегов, перекатных участков, паромных переправ, стоянок судов, причалов и т.д.

Возможны несколько вариантов проектирования трассы. Рассмотрим маршрут вдоль автомобильной дороги и вдоль железной дороги (прокладка кабеля будет производиться в грунт).

Вдоль автомобильной дороги Р-381: Куйбышев - Барабинск. Затем по автомобильной дороги М-51: Барабинск - ст.Труновское - Филино - Катково - Новосибирск.

2. Вдоль автомобильных дорог Р-381: Куйбышев - Барабинск. Затем по автомобильной дороги М-51: Барабинск - Убинское - Каргат - Белобородово - Обь - Новосибирск.



Таблица 1.1 - Характеристика вариантов трассы

Характеристика трассы	Ед. Измер.	Количество единиц по вариантам
		вариант.№ 1	вариант.№ 2
1.Обшая протяженность Вдоль автомобильных дорог	Км	338	340
2.Способы прокладки кабеля: кабелеукладчиком; мехспособом; вручную в канализации.	Км	287,3 33,8 16,9	289 34 17
3. Количество переходов: через железные дороги; через автомобильные дороги. через судоходные реки через несудоходные реки	1 пер	4 18 1 4	10 32 1 3
4. Число обслуживаемых регенерационных пунктов	1 пункт	2	2

Как видно из таблицы 1.1, наиболее оптимальным вариантом является прокладка кабеля по первому варианту, так как имеет наименьшее количество препятствий между оконечными пунктами, которые усложняют и делают строительство более сложным.

2. Расчет необходимого числа каналов

Число каналов, связывающих заданные оконечные пункты, в основном зависит от численности населения в этих пунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи.

Численность населения в любом областном центре и в области в целом может быть определена на основании статистических данных последней переписи населения. Количество населения в заданном пункте и его подчиненных окрестностях с учетом среднего прироста населения:



, чел.,

где: - народонаселение в период переписи населения, чел.;

- средний годовой прирост населения в данной местности, %,

t - период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5-10 лет вперед по сравнению с текущим временем, следовательно:

,

где: - год составления проекта;

- год, к которому относятся данные .

Для Новосибирска (а):

лет;

Н0 Новосиб = Н0 НСО - Н0 Куйбыш = 2649,9 - 47,2 = 2602,7 тыс. чел

p = 2 %

Для Куйбышева (б):

лет;

Н0 Куйбыш = 47,2 тыс.чел.

p = 0,5 %

Соответственно:

тыс. чел.;

тыс. чел.;

Степень заинтересованности отдельных групп населения во взаимосвязи зависит от политических, экономических, культурных и социально-бытовых отношений между группами населения, районами и областями. Практически эти взаимосвязи определяются через коэффициент тяготения . В курсовом проекте следует принять .

Кроме того, телефонные каналы в междугородней связи имеют превалирующее значение, то необходимо определить сначала количество телефонных каналов между заданными оконечными пунктами. Для расчета телефонных каналов используют приближённую формулу:

,

где: - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5%, тогда ;

;

- коэффициент тяготения, ;

- удельная нагрузка, т.е. средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, ;

- количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания.

В перспективе количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами (телефонная плотность) равным 0,38 (т.е. для 100 жителей имеется 38 телефонных аппаратов), количество абонентов в зоне АМТС:

Тогда соответственно:

тыс. - количество аб.;

тыс. - количество аб.;

каналов

Но по кабельной магистрали организуют каналы и других видов связи, а также должны проходить и транзитные каналы. Общее число каналов между двумя междугородными станциями заданных пунктов:

,

где: - число двухсторонних каналов для телефонной связи;

- то же для телеграфной связи;

- то же для передачи проводного вещания;

- то же для передачи данных;

- то же для передачи газет;

- транзитные каналы.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, целесообразно общее число каналов между заданными пунктами выразить через телефонные каналы. Для курсового проекта можно принять:

Тогда общее число каналов рассчитывают по упрощенной формуле:

nаб 2nтф,

Также необходимо учесть число каналов для транзита, аренды, Интернета. В итоге общее число каналов:

Где nтранзит = nаб * 0,4 = 2nтф * 0,4 = 2 * 67 * 0,4 = 54 канала

nаренда = nаб * 0,5 = 2nтф * 0,5 = 2 * 67 * 0,5 = 67 канала

nint для внутризоновой линии берется от 30 до 40 потоков E1, т.е. от 900 до 1200 каналов. Возьмем для данного курсового проекта 1200 каналов (NE1=40).

Тогда

Таким образом получаем, что количество потоков E1 будет равно: 

3. Выбор аппаратуры ВОЛП

В оптических системах передачи используется то же принцип образования многоканальной связи, что и в системах работающих по электрическому кабелю, т.е. временное и частотное разделение каналов. В настоящее время все наибольшее распространение получают волоконно-оптические системы синхронной цифровой иерархии (Synchronous digital hierarchy, SDH-иерархические серии цифровых скоростей передачи и транспортных структур, стандартизированных рекомендациями МСЭ-Т).

Среди преимуществ стандарта SDH можно отметить следующее:

допускает использование систем разных производителей (стыковка на промежуточном уровне),

синхронный обмен данными в сети,

расширенные возможности передачи/приема информации об операциях, администрировании, обслуживании и развитии структуры (OAM&P) - Operations, administration, maintenance, and provisioning),

настройка сети на предоставление новых видов услуг.

Стандарт SDH определяет уровни скорости прохождения сигнала синхронного транспортного модуля (Synchronous Transport Module - STM). Основная скорость передачи сигнала составляет 155,520 Мбит/с. Более высокие скорости кратны основной скорости. Скорости передачи данных по каналам SDH представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Уровень	Модуль	Скорость передачи Мбит/с
1	STM-1	155,520 (155)
4	STM-4	622,080 (622)
16	STM-16	2488,320 (2500)
64	STM-32	9953,280 (10000)

Для данного курсового проекта в системе SDH выбираем 1-ый уровень (STM-1), т.к. в нем можно передать 63 пользовательских потоков E1, что удовлетворяет нашим условиям:

В качестве системы передачи в данном курсовом проекте предполагается взять систему FlexGain A155.

рисунок 3.1

FlexGain A155 - полнофункциональный SDH-мультиплексор STM-1/4 выделения/добавления для смешанного трафика TDM+Ethernet. FlexGain A155 предназначен для построения транспортных сетей SDH уровней STM-1/4, кольцевых и линейных структур. Может применяться в качестве кросс-коннектора, поддерживающего четыре направления STM-1. Поддерживает все типы защиты SDH- и Ethernet-трафика.Оптимизирован для строительства волоконно-оптических сетей связи с передачей совместного трафика TDM и Ethernet. Интерфейсы: E1, E3/DS3, STM-1о/е, STM-4 и Ethernet 10/100/1000BaseT. Поддерживает два направления STM-4 или до четырех направлений STM-1. Производительность матрицы кросс-коннекта 5*STM-1.

Особенности:

- Надежность (средний срок наработки на отказ более 20 лет)

- Безопасность (защита от несанкционированного доступа)

- Гибкость и масштабируемость

- Управляемость, включая контроль качества передачи

- Конвергенция TDM- и Ethernet-трафика

- Открытость

- Экономичность

- Простота в инсталляции и обслуживании

- Поддержка SFP-модулей

- Поддержка функций GFP, LCAT, MSTP, QoS

- Поддержка функций Holdover, Retiming

Таблица 3.2 Технические характеристики.

Тип оптического интерфейса	IC-1.2 (соответствует S1.2 + L1.2)
Оптический передатчик
Диапазон рабочих длин волн, нм	1550
Средняя мощность передачи, включая запас на старение: максимум, дБм минимум, дБм	0 -5
Максимальная ширина полосы (-20дБ)	< 0,5нм
Оптический приемник
Чувствительность приемника при коэффициентe ошибок 10-10, дБм	-34
Максимальный уровень, допустимый на входе, дБм	0
Диапазон допустимого затухания между S и R, дБ	0 ... 28
Длина ВО линии, включая 2 дБ на соединения и запас на восстановление ВОК, км	0 ... 100

Линейные интерфейсы
Тип интерфейса	STM-1o рек. ITU-T G.957/G.958	STM-1e рек. ITU-T G.703
Количество интерфейсов	1 ... 4	1 ... 4
Скорость передачи, Мбит/с	155,520	155,520
Линейный код	NRZ	CMI
Импеданс, Ом	-	75
Интерфейсы управления
Порт локального терминала	VT100, RS232
Порт сетевого управления	TCP/IP, 10BaseT
Интерфейс обслуживания станционного помещения
4 входа для внешних аварийных сигналов	оптопара внешний источник питания 48/60 В ток потребления 100 мА
2 выхода к сигнализации станции	релейный контакт напряжение на разомкнутых контактах < 72 В ток через замкнутые контакты < 100 мА
Цифровые интерфейсы служебной связи (EOW) и доступа к заголовкам SDH (AUX)
Тип интерфейса	V.11 синхронный (RJ-45)
Скорость передачи	64 кбит/с
Интерфейс внешней синхронизации
Вход	2*2048 МГц, рек. ITU-T G.703.10 (120 Ом сбалансированный)
Выход	2*2048 МГц, рек. ITU-T G.703.10 (120 Ом сбалансированный)
Требования к электропитанию
Напряжение электропитания	-48/-60 В (диапазон -36 ... 72 В) постоянного тока 110 ... 240 В переменного тока (с дополнительным адаптером)
Потребляемая мощность	до 45 Вт
Габариты
Шасси для 19" стойки (ВхШхГ)	90х440х300 мм
Условия эксплуатации
Температурный диапазон работы	+5 ... +45°С
Относительная влажность	< 85% при t = +25°С

4. Выбор типа оптического кабеля и описание его конструкции

При разработке конструкции кабеля следует учесть ряд требований:

а) Кабель должен быть надежно защищен от внешних механических воздействий; б) При изгибе кабеля или при его растяжении в процессе прокладки оптические волокна должны оставаться неповрежденными по всему сечению кабеля. Так как кабель будет проходить в грунте, в кабельной канализации и по мосту, а также возможно появление грызунов, выбираем кабель ОКЛ-01-6-24-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7 производства ЗАО «Самарская Оптическая Кабельная Компания».

Преимущества:

минимальный вес и диаметр;

высокая стойкость к воздействию растягивающих и раздавливающих нагрузок;

высокая молниестойкость;

высокое электрическое сопротивление защитной оболочки в течение всего срока службы;

надежная защита от повреждения грызунами;

низкая температура прокладки и эксплуатации;

использование материалов лучших зарубежных и отечественных изготовителей;

удобство прокладки и монтажа;

большой срок службы.

Описание конструкции кабеля типа ОКЛК (до 24 ОВ):

Рисунок 4.1 Конструкция кабеля типа ОКЛК (до 24 ОВ)

Цифровые обозначения на рисунке 4.1:

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

Центральный силовой элемент (ЦСЭ) -- диэлектрический стеклопластиковый пруток (или стальной трос в ПЭ оболочке), вокруг которого скручены оптические модули.

Гидрофобный гель -- заполняет пустоты скрутки по всей длине.

Поясная изоляция -- лавсановая лента, наложенная поверх скрутки.

Кордели -- сплошные ПЭ стержни для устойчивости конструкции.

Внутренняя оболочка -- композиция ПЭ низкой или высокой плотности.

Броня -- повив стальных оцинкованных проволок или диэлектрических высокопрочных стержней.

Наружная оболочка -- композиция светостабилизированного ПЭ.

Таблица 4.1 - Технические данные кабеля

Коэффициент затухания, дБ, не более: на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм	0.36 0.22
Хроматическая дисперсия, пс/(км · км), не более: на длине волны 1310 нм на длине волны 1550 нм	3.5 18
Допустимая растягивающая нагрузка, кН	7
Максимальное количество ОВ в кабеле	24
Максимальное количество модулей х ОВ в модуле	4х6
Диаметр кабеля, мм	13,1+1,0
Вес кабеля, кг/км	260
Температурный диапазон, єС: эксплуатация монтаж транспортирование и хранение	-60 - +50 не ниже -10 -60 - +50
Строительная длина, км	1-6
Срок службы, лет	не менее 30

5. Расчет параметров оптического кабеля

Зная значения показателей преломления сердцевины и оболочки ОВ, найдем числовую апертуру. Апертура - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется числовой аппертурой, определяемой из выражения:



n1 - показатель преломления сердцевины ОВ;

n2 - показатель преломления оболочки ОВ.

Отсюда найдем значение входной угловой апертуры (входная угловая апертура - максимально возможный угол ввода лучей на торец световода):

Обычно режим работы световода характеризуется обобщенным параметром V, включающим радиус сердечника, длину волны и коэффициент преломления сердечника и оболочки. Этот параметр называется нормированной (характеристической) частотой. Значение нормированной частоты рассчитывается по формуле:

a - радиус сердцевины ОВ;

- длина волны, мкм.

Определим число мод:

для ступенчатого ОВ - - одномодовое ОВ

Расчет затухания

Собственное затухание ов зависит от , n1 и n2 , и рассчитывается по формулам:

с=п+р ;

где п затухание поглощения, связано с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода (tg).

дБ/км,

tg - тангенс диэлектрических потерь ОВ.

tg=10-122•10-11

- длина волны, км.

Зададимся tg=1•10-12 тогда:

, дБ/км.

р - затухание рассеивания, обусловлено неоднородностями материала волоконного световода, размеры которых меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления;

k= 1,3810-23 Дж/К - постоянная Больцмана ;

Т=1500 К - температура плавления кварца;

= 8,110-11 м2/Н - коэффициент сжимаемости;

пр - затухание примеси, возникает за счет наличия в кварце посторонних ионов различных материалов или гидроксидных групп. В окне прозрачности пр =0, тогда:

с=п+р = 0,026+0,125=0,151 дБ/км; - собственные потери в ОВ;

Расчет дисперсии .

Дисперсия - рассеивание во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, приводящее к уширению импульса на приеме.

Полная дисперсия рассчитывается как сумма модовой и хроматической дисперсии.

;

В свою очередь хроматическая дисперсия состоит из материальной, волноводной и профильной дисперсии.

;

Материальная дисперсия - объясняется тем, что коэффициент преломления стекла изменяется с длиной волны , а практически любой, даже лазерный источник излучения генерирует не на одной длине волны (), а в определенном спектральном диапазоне (). В результате различные спектральные составляющие передаваемого оптического сигнала имеют различную скорость распространения, что приводит к их различной задержке на выходе волокна.

мат=М(); пс/км

- ширина спектра источника излучения,

=0,13 нм для ППЛ;

=1040 нм для СИД.

Возьмем значение =1 нм;

М() - удельная дисперсия материала, для =1,55мкм М() = -18пс/км•нм, тогда:

мат=1•(-18)= -18 пс/км.

волноводная (внутримодовая) дисперсия - обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

вол=В(); пс/км

В() - удельная волноводная дисперсия, для =1,55мкм В() = 12пс/км•нм.

вол = 1•12=12 пс/км.

профильная дисперсия - проявляется в реальных оптических волокнах и обусловлена отклонением продольных и поперечных геометрических размеров и форм реального ОВ от номинала.

пр=П(); пс/км

П() - удельная профильная дисперсия, для =1,55мкм П() = 5,5пс/км•нм.

пр =1•5,5=5,5 пс/км.

В одномодовых волокнах модовая дисперсия отсутствует, т. е. мод=0;

Результирующая дисперсия будет:

, пс/км,



6. Расчет длины участка регенерации ВОЛП

При проектировании высокоскоростных ВОЛП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию (L) и длина участка регенерации по широкополосности (LB), так как причины, ограничивающие предельные значения L и LB независимы.

В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию:

L макс - максимальная проектная длина участка регенерации;

L мин - минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величин длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения:

где Амакс, Амин (дБ) - максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания выбранной аппаратуры ВОЛП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 10-10;

ок (дБ/км) - километрическое затухание выбранного ОК;

нс (дБ) - среднее значение затухания мощности оптического излучения на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации;

Lстр - среднее значение строительной длины на участке регенерации;

рс (дБ) - затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя;

n - число разъемных оптических соединителей на участке регенерации;

() - суммарная дисперсия одномодового ОВ в выбранном ОК;

(нм) - ширина спектра оптического излучения выбранной СП;

В (МГц) - широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту для выбранной СП;

М (дБ) - системный запас ВОЛП по кабелю на участке регенерации.

Максимальное значение перекрываемого затухания (Амакс) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника для ВОСП на базе ЦСП. Минимальное значение перекрываемого затухания (Амин) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОСП на базе ЦСП.

В соответствии с методическими указаниями:

бнс= 0,08 дБ

брс= 0,3 дБ

n = 4

Максимальное значение перекрываемого затухания Амакс:

,

где: - минимальная мощность излучения передатчика;

- гарантированная чувствительность приемника;

Следовательно: .

Минимальное значение перекрываемого затухания:



,

где: - максимальная мощность излучения передатчика;

- уровень перегрузки приемника.

Следовательно: .

В технических характеристик аппаратуры приведена ширина спектра источника излучения () на уровне - 20 дБ, но нам необходимо знать это значение на уровне - 3 дБ, таким образом получаем:

Параметры оптических волокон и кабелей приведены в технических характеристиках на поставляемый оптический кабель () и определяются условиями и технологией прокладки ().

Системный запас () учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также изменение характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОСП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора.

Рекомендуемый диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2дБ (наиболее благоприятные условия эксплуатации) до 6дБ (наихудшие условия эксплуатации).

Таким образом, исходя из технических характеристик аппаратуры и параметров ОК имеем следующие данные:

;;

;;

;;

; ;

;; ;

Тогда:

Максимальная длина РУ:

Минимальная длина РУ:

Длина участка регенерации по широкополосности:

По результатам расчетов получено, что (1577 > 93,43) значит, аппаратура и кабель выбраны с техническими данными, обеспечивающими запас по широкополосности на участке регенерации.

7. Схема размещения регенерационных пунктов по трассе оптического кабеля

Общая протяженность трассы 338 км. Соответственно необходимо установить на протяжении всей трассы три необслуживаемых регенерационных пункта (в п. Кожурла, п.Суворинский, п.Катково) и два обслуживаемых (в п.Филино, п.Александровский). В п.Филино, п.Александровский производится выделение 5 потоков Е1.

На всей трассе прокладывается ОК марки ОКЛ-01-6-24-10/125-0,36/0,22-3,5/18-7 производства ЗАО «Самарская Оптическая Кабельная Компания».

На схеме организации связи (рисунок 7.1) обозначены:

А - г. Куйбышев

Б - п. Кожурла

В - п. Филино

Г - п. Суворинский

Д - п. Александровкий

Е - п. Катково

Ж - г Новосибрск



Рисунок 7.1 - Схема организации связи



8. Составление сметы на строительство линейных сооружений

Смета на строительство является основным документом, по которому осуществляется планирование капитальных вложений, финансирование строительства и расчета между подрядчиком и заказчиком за выполнение работы.

Для расчета локальной сметы необходимо определить длину кабеля с учетом эксплуатационного запаса при прокладке кабеля в грунте и в кабельной канализации.

Длина кабеля определится следующим образом:

Lкаб=(lб+ lм+ lвр)1,04+ lкан

где lб - длина трассы при бестраншейной прокладке (кабелеукладчиком);

lм - длина трассы, разрабатываемой мехспособом (экскаватор);

lвр - длина трассы, разрабатываемой вручную;

lкан - количество кабеля прокладываемого в канализации.

Бестраншейная прокладка - 85%.

Прокладка в траншею, разрабатываемую мехспособом 10%.

Прокладка в траншею, разрабатываемую вручную - 5%;

Прокладка в канализации - 4 км на город.

Таким образом получаем:

Lкаб= (287,3 + 33,8 + 16,9)•1,04 + 2•4= 357,52 км

Количество муфт по трассе:

;



Lтр - протяженность ВОЛП на загородном участке, км;

Lс.д. - строительная длина ОК, прокладываемого на загородном участке,км.

Количество муфт в колодцах кабельной канализации:

;

lс.д. в кабельной канализации примем равной 2 км.

Общее количество муфт:

n=nтр+nкан

Определим количество муфт:

шт.

n=nтр+nкан= 56+1+1= 58 шт.

Таблица 8.1 - Локальная смета на прокладку и монтаж оптического кабеля

Наименование работ и материалов	Един. изм.	Количество на всю линию	Стоимость материалов и работ, руб. *	Зарплата, руб.
			На ед. изм.	на всю длину	На ед. изм.	на всю длину
Оптический кабель	км	357,52	35000	12513200	-	-
Прокладка кабеля кабелеукладчиком	км	298,792	2244	670489,248	578,34	172803,36
Прокладка кабеля вручную (с учетом рытья и засыпки траншеи)	км	17,576	21420	376477,92	19720	346598,72
Протягивание кабеля в канализации	км	6	4658	27948	2522,8	15136,8
Строительство телефонной канализации	Прокладывается в существующей телефонной канализации	-	-	-	-
Устройство переходов через шоссейные и железнодорожные дороги	Один перех.	22	9350	205700	4726	103972
Устройство переходов через реки шириной: До 100 м До 200 м	Один перех.	4 1	2740,4 3570	10961,6 3570	714 1224	2856 1224
Монтаж, измерение и герметизация муфт	шт.	58	9792	567936	3468	201144
Итого У1	14376282,77
Заработная плата У2			843734,88
Накладные расходы на заработную плату 87% от У2			734049,34
Итого (У3= У1+1,87 У2)	15954067
Плановое накопление 8% от У3	1276325.36
Всего по смете PУ = (1+0,08) У3	17230392.36

Таблица 8.2 - Объектная смета на строительство линейных сооружений

№ п/п	Наименование работы и затрат	Сметная стоимость, тыс. руб.
1	Прокладка и монтаж кабеля	17230392.36
2	Временные здания и сооружения 3,2%	551372.55
3	Зимнее удорожание 4,5%	775367.66
4	Непредвиденные расходы 1,5%	258455.89
	Итого по смете	18815588.46

Произведем расчет стоимости канало-километра линейных сооружений для заданного числа каналов на магистрали, а также для максимального числа каналов, которые могут быть организованы по данному кабелю и системе передачи.



= 36.17руб./кан.км.

руб./км.

9. Расчет параметров надежности ВОЛП

Требуемая быстрота и точность передачи информации средствами электросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сети электросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающим показателем работы средств связи является надежность.

Надежность - комплексное свойство, которое в зависимости от условий строительства и эксплуатации, может включать долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость, либо определенное сочетание этих параметров. Надежность ОК - свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

При проектировании должна быть произведена оценка показателей надежности. В курсовом проекте необходимо рассчитать коэффициент готовности () и время наработки на отказ ().

Коэффициент готовности кабеля (ВОЛС) - вероятность того, что кабель (ВОЛС) окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых он подвергается профилактическому контролю.

Наработка на отказ - среднее значение времени наработки между двумя последовательными отказами.

Время восстановления ОК - продолжительность восстановления работоспособного состояния двух или нескольких ОВ.

Расчет параметров надежности в курсовом проекте будем производить для канала ОЦК на перспективной цифровой сети.

Требуемые показатели надежности для внутризоновой первичной сети (ВзПС) ВСС РФ с максимальной протяженностью Lм = 1400км приведены в таблице 9.1 в соответствии с РД 45.047 - 99.

Таблица 9.1 - Показатели надежности для СМП, LМ = 1400 км

Показатель надежности	Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой системы передачи	Канал ОЦК на перспективной цифровой сети	АЛТ
Коэффициент готовности	>0,99	>0,998	0,99
Среднее время между отказами, час	>111,4	>2050	>350
Время восстановления, час	<1,1	<4,24	См. примечание
Примечание: Для оборудования линейных трактов на ВзПС должно быть: время восстановления НРП- Тв нрп < 2,5 час (в том числе время подъезда-2 часа); время восстановления ОРП, ОП -Тв орп < 0,5 час; время восстановления ОК- Тв ок < 10 час (в том числе время подъезда 3,5 часа)

Среднее число отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км кабеля в год: .

Интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП определиться как:

,

где: - длина проектируемой трассы;

8760 - количество часов в году.

Коэффициент простоя:

,

где: часа - время восстановления;

Среднее время между отказами при длине магистрали, не равной :

,

где: - среднее значение времени между отказами, ч.

Коэффициент готовности: .

Сравним полученные значения параметров надежности с нормативными показателями.

Показатели надежности

Показатель надежности	Нормативный	Рассчитанный в проекте
Коэффициент готовности	> 0,998	0,99944408
Среднее время между отказами, час	> 2050	8491,12

Полученный в курсовом проекте коэффициент надежности получился выше, чем требуется в нормативных показателях, что свидетельствует о высокой надежности проектируемой ВОСП.

10. Определение места повреждение ОВ

Поиск места повреждения ОВ выполняется с помощью прибора оптического рефлектометра (Optical Time Domain Reflectometer, OTDR) - это электронно-оптический измерительный прибор‚ используемый для определения характеристик оптических волокон. Он определяет местонахождение дефектов и повреждений‚ измеряет уровень потерь сигнала в любой точке оптического волокна. Все‚ что нужно для работы с оптическим рефлектометром‚ - это доступ к одному концу волокна. Каждый тип неоднородности (сварное соединение волокон, трещина, оптический разъем и т.д.) имеет свой характерный образ на дисплее OTDR, и может быть легко идентифицирован оператором (рис. 10.1). В автоматическом режиме OTDR сам определяет тип неоднородности, рассчитывает потери на участках линии, коэффициенты отражения от неоднородностей и т.д.

Рисунок 10.1 Типичная рефлектограмма линии передачи.

По вертикальной оси в логарифмическом масштабе откладывается относительная мощность вернувшихся в рефлектометр импульсов, а по горизонтальной оси расстояние до места отражения Так, например, отражающие неоднородности (разъемные соединения волокон, трещины, торец волокна) проявляются на рефлектограмме в виде узких пиков, а неотражающие неоднородности (сварные соединения и изогнутые участки волокон) - в виде изгибов в рефлектограмме. Участки рефлектограммы, расположенные между неоднородностями, имеют вид прямых линий с отрицательным наклоном. Угол наклона этих прямых прямо пропорционален величине потерь в волокне.

Наиболее важное измерение‚ осуществляемое с помощью рефлектометра‚ - это определение места дефекта или обрыва волокна. Чтобы устранить повреждение‚ нужно определить его точное местонахождение. Френелевское отражение имеет место у большинства повреждений волокна. Оно выглядит как неожиданный всплеск на рефлектограмме волокна‚ указывающий на то‚ что импульс рефлектометра встретил на своем пути резкое изменение плотности стекла‚ т.е. встретил воздух в конце волокна. Расстояние до этого отражения на рефлектограмме показывает та точка‚ на которой появился всплеск. Если рефлектограмма после этого отражения возвращается к уровню обратного рассеяния‚ значит‚ волокно оборвано не полностью. То‚ насколько уровни обратного рассеяния до и после отражения отличаются друг от друга‚ говорит о том‚ сколько света потеряно на повреждение или дефект. Многие механические оптоволоконные соединения вызывают френелевское отражение. Для того чтобы не спутать их с повреждениями‚ надо знать те места‚ где они находятся в волокне. Если после отражающего события (неоднородности) появляется обратное рассеяние ‚ то это событие‚ вероятно‚ является механическим соединением. Если же после отражения появляется только шум‚ то это‚ вероятно‚ конец волокна.

Рисунок 10.2. Определение местонахождения конца волокна

Оптический кабель проектируется и применяется с таким расчетом, чтобы срок службы линии передачи был не менее 25 лет. Такой кабель, если он эксплуатируется в штатном режиме, обладает высокой степенью надежности. Но все же, за 25 лет кабель может быть поврежден случайно или умышлено. Случайные повреждения кабеля происходят, в основном, при земляных работах (около 40 %), умышленно его повреждают при кражах кусков кабеля (думая, что медный) или при стрельбе по нему из охотничьих ружей. Кроме того, кабель может быть поврежден грызунами или на линии может произойти авария (подвижка грунта, наводнение, удар молнии и т.д.). В большинстве случаев (~80 %) повреждаются сразу все волокна в кабеле, что приводит к простою линии и, соответственно, к большим финансовым потерям. Для примера, типичная стоимость простоя локальной сети за рубежом составляет около 100 тыс. долларов в минуту. Поэтому место повреждения кабеля должно быть найдено максимально быстро. Однако сделать это, учитывая большую протяженность регенерационного участка линии (типичная длина ~100 км), часто бывает сложно. С помощью рефлектометра можно измерить с хорошей точностью (порядка нескольких метров) длину волокна от начала линии до места повреждения волокна. Однако знания длины волокна недостаточно для того, чтобы определить положение места повреждения кабеля на трассе. Для этого нужно ещё осуществить привязку рефлектограммы к местности. Сделать это необходимо потому, что длина волокна, уложенного в кабель, обычно превышает длину кабеля, а длина кабеля в свою очередь превышает длину трассы. Общим для всех конструкций оптического кабеля является то, что деформации кабеля, неизбежно возникающие под действием окружающей среды, не должны приводить к возникновению напряжения в волокне. Только в этом случае удается избежать появления в волокне дополнительных потерь и обеспечить большой срок службы кабеля. Так, например, для достижения срока службы ~25 лет величина относительного удлинения волокна не должна превышать 0.2 %, что в несколько раз меньше допустимой величины относительного удлинения кабеля. Наиболее простым конструктивным решением, обеспечивающим механическую развязку волокна от несущих элементов кабеля, является свободная укладка волокна в кабель в виде спирали. При этом избыток волокна должен быть достаточно большим для того, чтобы деформации, которым подвергается кабель, приводили только к изменению шага спирали, и не создавали в волокне натяжения.

Величина избытка волокна зависит от конструкции кабеля. Так, например, волокно может быть уложено в виде спирали в трубчатом модуле (пластмассовом или металлическом) (рис. 10.3). Избыток волокна в таком модуле составляет 0.4...0.8%. Эти модули обычно свиваются слоями (повивами) вокруг центрального элемента кабеля. Возникающий при этом избыток волокна может достигать уже нескольких процентов. Для оценки - при избытке волокна около 3 % на расстоянии 30 км длина волокна может превысить длину кабеля примерно на 1 км.

Рисунок 10.3. Схема, поясняющая возникновение избытка волокна при его укладке в модуле

В свою очередь, длина кабеля может значительно (в 1.5 раза) превысить длину трассы. Происходит это потому, что кабель должен обходить различные препятствия и, кроме того, в линии имеются конструктивные запасы кабеля необходимые для его ремонта. Поэтому, несмотря на то, что с помощью рефлектометра можно с достаточно хорошей точностью измерить длину волокна от начала линии до места её повреждения, положение места повреждения волокна на местности будет известно с невысокой точностью порядка нескольких сот метров (рис. 10.4).

Рисунок 10.4. Схема, поясняющая причины возникновения неопределенности при определении места повреждения волокна

Неопределенность в определении места повреждения волокна можно уменьшить, представив рефлектограмму как функцию длины кабеля (а не как функцию длины волокна). Сделать это можно, если вместо группового показателя волокна установить в рефлектометре некий эффективный показатель преломления nэфф, позволяющий учесть избыток волокна в кабеле. Для того, чтобы рассчитать величину nэфф, нужно знать длину кабеля LK (её можно взять, например, из документации на кабель), групповой показатель преломления волокна nг (он обычно указывается производителем в спецификации на волокно) и длину волокна LB (она измеряется рефлектометром).

nэфф = (LКЧnГ) / LK

Найти величину nэфф можно и несколько иным способом, используя при вычислениях рефлектометр. Для этого надо установить курсоры на начало и конец кабельного участка известной длины и подобрать такое значение показателя преломления, при котором оптическая длина волокна будет равна физической длине кабеля. Далее с помощью функции автопоиска надо идентифицировать все строительные длины кабелей в линии и ввести в рефлектометр соответствующий им эффективный показатель преломления. В результате рефлектограмма будет представлена, как функция длины кабельной линии. На следующем этапе проводится привязка рефлектограммы к местности. Для этого, после завершения монтажа каждой муфты, записываются метки на кабеле с указанием его длины, а также километраж железной дороги или другого протяженного объекта, вдоль которого прокладывается кабель. В большинстве случаев такую привязку удается осуществить, так как из-за больших цен на землеотвод операторы связи стремятся использовать уже готовые инфраструктуры. Поэтому кабели часто прокладывают вдоль железных дорог ("Компания Транстелеком"), линий электропередач ("Ростелеком") или в полосе отчуждения газопроводов ("Газтелеком") и нефтепроводов ("Связьтранснефть"). Если положение муфты на местности известно, то при определении места повреждения волокон расстояние можно отсчитывать не от начала линии, а от ближайшей муфты. Это расстояние (порядка строительной длины кабеля 2…5 км) значительно меньше длины регенерационного участка линии (~100 км) и неопределенность в определении места повреждения волокна будет, соответственно, значительно меньше. Кроме того, на относительно коротком участке трассы проще учесть изгибы кабеля и его конструктивные запасы. При строительстве линий передачи часто используется технология прокладки кабеля в грунт. В этом случае возникает проблема поиска трассы. В России в грунт обычно прокладывают кабель бронированный стальной проволокой. Поэтому поиск трассы с таким кабелем (за счет наличия в нем металла) выполнить достаточно просто. В Казахстане, а иногда и в России, применяется технология задувки (затяжки) легкого небронированного кабеля в предварительно проложенную в грунт защитную пластмассовую трубку. Для облегчения поиска трассы с таким кабелем на некотором расстоянии поверх него в землю закапывается специальная металлическая лента. На этой ленте указывается километраж, и делаются надписи о том, что под ней находится оптический кабель (а не медный). Некоторые линии передачи, обладающие большой пропускной способностью, снабжены системой дистанционного мониторинга. Эта система позволяет проводить трассировку линии передачи по географической карте, обеспечивая соответствие между маркерами установленными на этой карте и расстояниями на рефлектограмме. При этом на электронной карте местности отображается положение всех узлов кабеля: муфт, конструктивных запасов кабеля, кабельных колодцев, изгибов кабеля и т.д. Рабочее окно карты дает возможность вводить дополнительную информацию и осуществлять поиск узлов кабеля и мест обрыва волокна.



Заключение

В данном курсовом проекте был разработан проект строительства магистральной волоконно-оптической линии передачи между городами Новосибирск и Куйбышев. В проекте были рассмотрены вопросы строительства: прокладка кабеля с использованием кабелеукладчика, прокладка ОК в кабельной канализации связи, на переходах через автомобильные и железные дороги. На основе исходных данных было рассчитано необходимое число каналов, параметры оптического волокна. По рассчитанным параметрам мы выбрали тип оптического кабеля и тип аппаратуры. Также была приведена схема размещения регенерационных участков. В заключение всей курсовой работы была приведена смета на строительство и монтаж ВОЛС, а также расчет параметров надежности.



Список используемых источников

1. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи: Учебник для вузов - М.: Радио и связь, 2008. - 544с.

2. Листвин А. В., Листвин В. Н. Рефлектометрия оптических волокон - М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с

3. Техническая документация для мультиплексора FlexGain A155

4. http://maps.mail.ru. Карты местности.

5. http://ru.wikipedia.org. Характеристика оконечных пунктов.

6. http://www.soccom.ru. Техническая документация по оптическому кабелю производства ЗАО «Самарская Оптическая Кабельная Компания»

Размещено на Allbest.ru

...