Проект магистральной линии связи на участках железной дороги

Данные по организации магистральной и дорожной связи

Количество каналов Е1	Наличие линейного резервирования по схеме «1+1»	Тип мультиплексоров	Использование ОВ со смещенной дисперсией
350	-	STM - 4	+

Данные по организации связи для коммерческих нужд МПС и дороги

Количество каналов Е1	Наличие линейного резервирования по схеме «1+1»	Тип мультиплексоров	Использование ОВ со смещенной дисперсией
430	-	STM - 4	+

«+» - использовать, «-» - не использовать



4. Строительная длина ОК:

Строительная длина, км	9
Номер окна прозрачности для теоретического расчета дисперсии	3
Длина волны для теоретического расчета собственного затухания ОВ, мкм	1,31

Тип выбранного оборудования

Тип мультиплексора	Фирма	Тип обору-дования	Требуемое количество мультиплексоров	Требуемое число ОВ
			В том числе	Всего	В том числе	Всего
			Для маг. и дор. связи	Для коммерческих нужд МПС		Для маг. и дор. связи	Для комм. нужд МПС
STM-4 (350)	ECI	SDM-4 (288)	2	---	2	4	---	4
STM-4 (430)	ECI	SDM-4 (288)	---	2	2	---	4	4
Итого	-	-	2	2	4	4	4	8
Для оператив. тех. связи и резерв								10
Всего ОВ:								18

Параметры выбранных мультиплексоров

Синхронный мультиплексор - STM-4

Тип оборудования	SDM-4
Трибные интерфейсы, Мбит/с	2, 34, 140,155
Максимальная нагрузка на мультиплексор	288x2/18х34
Агрегатные интерфейсы: типы (число)	2хSTM-4
Тип/схема защищенного режима	1:1, 1+1/MSP

3.2.1 Выбор оптического кабеля и распределение ОВ в кабеле

Оптические кабели (ОК) должны быть рассчитаны на возможность передачи всех видов информации на базе современных и перспективных оптических технологий передачи.

По назначению ОК в отличии от электрических кабелей делятся на две основные группы:

Линейные - для прокладки вне зданий (для наружной прокладки);

Внутриобъектовые - для прокладки внутри объекта.

В настоящее время на железнодорожном транспорте применяется ВОЛС железнодорожной связи с прокладкой кабелей в пластмассовых трубопроводах, а также с подвеской ОК на опорах контактной сети и высоковольтных линиях автоблокировки.

Для этого используют марки ОК, например, кабель марки ОКМС фирмы «Трансволк». ОКМС - кабель магистральный, самонесущий кабель для подвески на опорах контактной сети и линий автоблокировки железных дорог, на опорах линий электропередач до 110 кВ и воздушных линий связи и эксплуатации при температуре от -60 до +70 С.

Кабель марки ОКМС полностью выполнен из диэлектрических материалов и имеет внутреннюю и внешнюю оболочку из полиэтилена, защитные покровы выполнены из арамидных нитей. В сердечнике кабеля расположены 6 или 8 оптических модулей (ОМ). Внешний и внутренний диаметр модулей составляет соответственно 2/1,3 мм, 2,4/1,6мм, 3/1,9мм. В каждом ОМ располагается от 2 до 12 одномодовых оптических волокон. Таким образом, в кабеле может быть уложено до 96 волокон. Тип волокна определяется стандартом:

- G 652- Стандарт для «одномодового» волокна, имеющего нулевую дисперсию на 1,31 мкм и допустимого для работы на 1,55 мкм;

- G 653 Стандарт для «одномодового» волокна со смещенной дисперсией, имеющего нулевую дисперсию на 1,55мкм и допустимую на 1,31мкм

- G 654 Стандарт для «одномодового» волокна, оптимизированного по затуханию для работы на 1,55мкм и имеющего нулевую дисперсию на 1,31мкм;

- G 655 Стандарт для «одномодового» волокна со смещенной дисперсией, имеющего малую нулевую дисперсию на 1,55мкм и допустимого для работы на 1,31мкм.

Также предусмотрим 6 ОВ для оперативно-технологической связи и 4 ОВ - в качестве резервных. Причем эти две резервные пары ОВ не относятся к системе резервирования «1+1» и могут располагаться при наличии свободных мест в разных оптических модулях (ОМ).

Рис. Кабель ОКМС-А-3/3(2,0)Сп-18(5)

1 - Центральный силовой элемент;

2 - Оптический модуль;

3 - Оптическое волокно;

4 - Гидрофобный заполнитель;

5 - Бандажная лента;

6 - Внутренняя оболочка;

7 - Арамидные упрочняющие нити;

8 - Внешняя оболочка

Выберем оптический кабель марки ОКМС-А-3/3(2,0)Сп-18 (5), где:

- ОКМС - оптический кабель магистральный самонесущий;

- внешняя оболочка - полиэтиленовая (в обозначении не указывается);

- защитные покровы А - обмотка из арамидных нитей;

- внутренняя оболочка - полиэтиленовая (в обозначении не указывается);

- число оптических модулей в кабеле - 6;

- номинальный наружный диаметр оптического модуля (2,0мм);

- центральный силовой элемент кабеля Сп - стеклопластиковый пруток;

- число оптических волокон 18 типа G.655 - (5).

Выбираем оптические волокна для магистральной и дорожной,а так же для комерческих нужд, типа NZDSF+ фирмы TrueWaweRA, предназначенные для работы в третьем окне прозрачности.

Распределение ОВ в кабеле ОКМС-А-6(2,4)Сп-16(2)/8(5)

Номер волокна в кабеле	Номер модуля цвет маркировки	Марка оптических волокон	Номер волокна в модуле	Примечание
1,2	I красный	NZDSF + TrueWaweRA	1,2	STM-4
3,4			3,4
5,6			5,6	резерв
	2 натуральный	-	-	-
7,8	3 натуральный	NZDSF + TrueWaweRA	1,2	ОТС
9,10			3,4
11,12			5,6
	4 натуральный	-	-	-
13,14	5 натуральный	NZDSF + TrueWaweRA	1,2	STM-4
15,16			3,4
17,18			5,6	резерв
	6 натуральный	-	-	-

3.2.2 Расчет параметров световодов

Важнейшим параметром световода является затухание передаваемой энергии. Потери наряду с дисперсией определяют длину ретрансляционного участка ВОЛС, т.е. расстояние, на которое можно передавать сигнал без усиления. Существуют две главные причины собственных потерь в световодах: поглощение и рассеяние энергии.

Затухание поглощения, _n связанное с потерями на диэлектрическую поляризацию, линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала световода tg()

Рассчитаем затухание поглощения, дБ/км:

где n - групповой показатель преломления, заданный в таблице 3.8 [1, с.67];

- длина волны, 1,31 мкм;

tg = 0,4·10^-11 - тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

Потери на рассеяние, возникающее в результате флуктуации показателя преломления, называются релеевскими и определяются по формуле, дБ/км:

где - длина волны, 1,31 мкм;

R_р- коэффициент рассеивания, зависит от материала ОВ;

R_р = 0,7 - 0,9 [(мкм⁴ ·дБ)/км].

Другими факторами, которые вносят вклад в общие потери, могут быть потери, вызванные механическими, конструктивными и эксплуатационными факторами при использовании волокна, а именно:

- потери, вызванные наличием в материале световода посторонних примесей;

- потери, вызванные различными дефектами при соединении волокон и т.д.

Характер зависимости наиболее важной составляющей этих потерь - потерь от посторонних примесей рассеяния на микроизгибах рассчитаем по формуле:

где С_ми - постоянная потерь на микроизгибах;

для = 1,31 мкм С_ми = 10^-7

NA - числовая апертура из табл.3.8 [1, с.67]; NA = 0,16

0,059 (дБ/км)

Суммарное значение собственного затухания оптического волокна:

_пк - коэффициент затухания в инфракрасной области в диапазоне волн свыше 1,6 мкм (для заданных длин волн не рассчитывается).

Вычислим:

0,115+0,271+0,059 = 0,445 (дБ/км)

Расчет дисперсии световодов. В световоде при передаче импульсных сигналов (отличающихся друг от друга различной мощностью) после прохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются и расширяются во времени, т.е. время подачи одного импульса увеличивается.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использования световодов, она существенно снижает дальность передачи по оптическому кабелю, т.к. чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и больше уширение импульса. Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и появление спектра, существование большого числа мод N.

В соответствии с заданием, дисперсия на длине волны 1550 нм для 3-го (1525 нм-1565 нм) окна прозрачности рассчитаем, используя линейную интерполяцию и граничные значения указанного параметра, по формуле:

(пс/нм км)

где и - значения дисперсии на границах окна (правой и левой соответственно);

- правая граница соответственно третьего или четвертого окон прозрачности;

- ширина соответствующего окна прозрачности, нм.

0 (пс/нм км)

Результаты расчета показателей сведем в таблицу:

0,115	0,271	0,059	0,445	0



3.2.3 Расчет длин регенерационных участков и размещение НРП по трассе кабеля

Расчет максимально допустимых длин регенераторных участков различных типов. Используем для регенераторных участков из табл. 3.10 [1, с.74] секции типа: L-4.1- длинные межстанционные регенераторные секции линейного оборудования STM-4, использующие источник излучения с длиной волны 1,31 мкм; L-4.2 - длинные межстанционные регенераторные секции линейного оборудования STM-4, использующие источник света с длиной волны 1.55 мкм.

Воспользовавшись расчетами в п. 3.3.3 и данными табл.3.8 [1, с.64], определим два максимальных значения собственного затухания оптического волокна: б_с1-на длине волны 1,31 мкм и б_с2-на длине волны 1,55 мкм.

В пункте 3.3.3 в соответствии с вариантом было рассчитано б_с1 для волокна NZDSF+типа G.655 на длине волны 1,31 мкм: б_с1 = 0,5 дБ/км.

По данным таблицы 3.8 [1, с.64] для волокна G.655 б_с2 = 0,25 дБ/км. Из двух значений выберем максимальное: б_с1 = 0,5 дБ/км Полученные данные перенесем в таблицу:

Значение параметров	Тип секции
	L-4.1 29,5 0,5	L-4.2 29,5 0,25
А, дБ/км
бс, дБ/км

где А - максимально допустимые потери на секцию [1 табл. 3.11, с. 75];

б_с - максимальное значение собственного затухания оптического волокна. В соответствии с исходными данными рассчитаем две максимально возможных длины соответствующих регенераторных участков:

Для секции L - 4.1:

L_ру1 = ,

где А - максимально допустимые потери на участок, А = 29.5 дБ;

б_р - затухание разъемного соединения, , б_р = 0,271 дБ;

n - количество разъемных соединителей, n = 2.

А_з - эксплуатационный запас на затухание кабеля с учетом будущих изменений его конфигурации , 4-6 дБ, А_з = 4 дБ;

б_с1- километрическое затухание одномодового ОВ на расчетной длине волны 1,31 мкм, б_с = 0,5 дБ/км;

Дб - увеличение затухания ОВ при температуре воздуха ниже -40 С, не превышает 0,05 дБ, Дб = 0,05 Дб;

б_нр - затухание неразъемного (сварного) соединения, б_нр = 0,1 дБ; б_нр = 0,059 дБ

L_сд - строительная длина кабеля, L_сд = 9 км;

m- количество промежуточных вводов магистрального кабеля на регенераторном участке, m = 2. Рассчитаем:

L_ру1 = 40,55 км

Для секции L - 4.2:

L_ру2 = ,

L_ру2 = 68.32 км

Результат расчета сведем в таблицу:

Тип секции	L-4.1	L-4.2
Lру, км	40,55 км	68.32 км



Размещение НРП по трассе ВОЛС и выбор типа секции для каждого из полученных регенераторных участков

На станциях О и Х разместим обслуживаемые регенерационные пункты (ОРП). Затем на некоторых станциях разместим НРП, соблюдая условия:

- количество НРП должно быть минимальным;

- для любого регенераторного участка учтем длину участка по кабелю, т.е. учтем провисание кабеля на опорах и изгибы трассы (4-5% от расстояния между станциями, где есть НРП);

- длина любого регенераторного участка не превышает наименьшую из длин L_ру для секций на длине волны 1,55 мкм.

На основе полученных данных изобразим схему трассы ВОЛС с размещенными на ней НРП, а также с указанием длин регенерационных участков по трассе и по кабелю. Так как длина участка между станциями О-Р превышает наименьшую длину регенерационного участка на длине волны 1,31 мкм, то выбираем тип секции L-1.2 для SТМ - 1, L-4.2 для SТМ - 4.

Параметры регенерационных участков

Участок	Система передачи	Длина участка (с уч. расхода 4,5%), км	Длина волны, нм	Тип интерфейса	Затухание участка, дБ	Энергетический потенциал аппаратуры, дБ	Эксплуатационный запас по затуханию, дБ
О-П	STM-4	65.835	1550	L-4.2	13.81	29,5	15.69
П-Р		12.54			6.3566		23.14
Р-С		45.98			11.0382		18.46
С-Т		63.745			13.5253		15.97
Т-Ф		53.295			12.06		17.43
Ф-Х		60.61			13.08		16.41

Расчёт затухания б, дБ для каждого регенерационного участка и эксплуатационный запас по затуханию, дБ, произведем по формуле:

,

где m-число промежуточных станций на рассматриваемом регенерационном участке;

Затухание участка О-П б, дБ (L_о-п = 65,835 км)

13.81 дБ

Затухание участка П-Р б, дБ (L_р-с = 12,54 км)

6,3566 дБ

Затухание участка Р -С б, дБ (L_р-нрп = 45,98 км)

11.0382 = дБ

Затухание участка С -Т б, дБ (L_с-нрп = 63,745 км)

13.5253 дБ

Затухание участка Т-Фб, дБ (L_т-у = 53,295 км)

12,06 дБ

Затухание участка Ф-Х б, дБ (L_у-х = 60,61 км)

13,08 Дб

Так как на каждом регенерационном участке имеется эксплуатационный запас по затуханию, значит типы секций выбраны верно.



Литература

1. Виноградов В.В., Кузьмин В.И., Гончаров А.Я. Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте: Учебник для ВУЗов.-М.:Транспорт,1990.

2. Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте: Учебник для ВУЗов ж.-д. транспорта / Г.В. Горелов, В.А. Кудряшов, В.В. Шмытинский и др., Под ред. Г.В. Горелова-М.: УМК МПС России, 1999.

3. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока.- М. Транспорт, 1989.

4. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых сетей связи.- М.: Радио и связь, 2000.

5. Бунин Д.А., Яцкевич А.И. Магистральные кабельные линии связи на железнодорожных дорогах.- М.: Транспорт, 1978.

6. Марков М.В., Михайлов А.Ф. Линейные сооружения железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.- М.: Транспорт, 1980.

7. А.В. Горелик. Задание на курсовой проект с методическими указаниями для студентов IV курса специальности: Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте (АТС).-М.: РОАТ, 2011.

Размещено на allbest.ru

...