Проектирование сети связи по технологии WDM

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование сети связи по технологии WDM



1. Задание на курсовой проект

1.1 Выбор участка проектирования

Исходные данные представлены в таблице 1.1

Полная схема сети связи представлена в Приложении 1.

Таблица 1.1 Участок проектирования

Два МВВ на проектируемый участок.

1.2 Выбор оптического кабеля и характеристик ОВ

Выбираем оптические кабель ОКЛ.

Кроме основных параметров кабелей, в таблицах 1.2 приведены значения хроматической дисперсии и строительной длины.

Таблица 1.2 Характеристики ОВ для кабеля ОКЛ



2. Расчеты для построения сети связи WDM

2.1 Оценка технологии WDM и типа оптического кабеля

Проектирование волоконно-оптических линий передачи с использованием технологии WDM и аппаратуры волоконно-оптических систем передачи со спектральным разделением оптических каналов ведется на основе исходных данных, заложенных в проектном задании,а также на основе предварительной оценки технологий WDM по числу оптических каналов и типу применяемого оптического кабеля.

Основным каналообразующим оборудованием для ВОСП-СР являются терминалы STM-16 и STM-64, используемые для передачи различного трафика: сигналов СЦИ и ПЦИ, ячеек АТМ, пакетов IP, передачи и распределения сигналов цифрового телевидения и др. При этом предусматривается реализация различных цепочек передачи: ПЦИ-СЦИ-ВОСП-СР, АТМ-СЦИ-ВОСП-СР, IP-АТМ-СЦИ-ВОСП-СР и IP-СЦИ-ВОСП-СР. Параметры, ограничивающие применение в оптических каналах STM-16 и STM-64, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Параметры применения в оптических каналах STM-16 и STM-64

На основе ВОСП-СР может выполняться как реконструкция существующих ВОЛП с целью повышения их пропускной способности, так и строительство новых, являющихся частью оптической транспортной сети (OpticalTransportNetwork - OTN).

Выбор числа оптических каналов определяется необходимостью удовлетворения потребностей в передаче различного трафика и, как правило, увязывается с ростом пропускной способности проектируемой ВОЛП от 10 до 100 Гбит/с и выше на ближайшую и отдаленную перспективу. В случае реконструкции ВОЛП число оптических каналов может быть ограничено возможностями проложенного кабеля, например, с волокном G.652.

Исходя из назначения проектируемой ВОСП-СР, схемы организации связи, пропускной способности, дальности передачи на основе технико-экономических расчетов выбирается одна из технологий WDM, таблица 2.2.

оптический каналообразующий передача

Таблица 2.2 - Технология спектрального разделения (СР)

Лучшим для передачи сигналов ВОСП-СР является волокно G.655 с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF). Это волокно в пределах рабочего диапазона (1550... 1565 нм) имеет небольшую, хорошо контролируемую хроматическую дисперсию от 3 пс/нм-км на длине волны 1530 нм до 0,7 пс/нм-км на длине волны 1560 нм. Такого значения дисперсии достаточно, чтобы подавить четырехволновое смешение.

Ограничение общей протяженности из-за влияния хроматической дисперсии приведены в таблице 3.3.



Таблица 2.3 - Ограничения общей протяженности, км, из-за влияния хроматической дисперсии

После выбора типа технологии WDM и типа ОВ осуществляют выбор аппаратуры и приступают к разработке схемы организации связи. Выбор аппаратуры первоначально сводится к определению оптических интерфейсов (стыков) на основе рекомендации МСЭ-Т G.692. После этого выбираются аппаратура и её производитель, а затем тип оптического кабеля и его производитель. Отметим, что на территории Российской Федерации применительно к аппаратуре ВОСП-СР действуют нормативные документы РД 45.286 и ОСТ 45.178, а наиболее применяемым является ОВ рекомендации G.652.

2.2 Схема организации связи на основе технологии WDM

Выбор той или иной конфигурации проектируемой ВОЛП определяется сетевой конфигурацией -- топологией сети. На ЕСЭ РФ для технологии WDM основными топологиями являются: линейная цепь с вводом/выводом, кольцевая структура и смешанные структуры, включающие в себя связанные кольца и линейные цепи с вводом/выводом. В зависимости от технико-экономических требований на ВОЛП могут использоваться как однонаправленные, так и двунаправленные ВОСП-СР.

Сетевая конфигурация проектируемой ВОЛП должны быть выбраны с учетом перспективного развития, в частности увеличения пропускной способности, возможности установки дополнительных устройств ввода/вывода и компенсации хроматической дисперсии.

Упрощенная схема линейной сетевой структуры с указанием основных точек нормирования (интерфейсов) параметров ВОСП-СР приведена на рисунке 2.1.

Напомним, что в составе аппаратуры ВОСП-СР помимо транспондеров допускается применение волновых конверторов для передачи и приема сигналов различных форматов (STM-N, IP, ATM, Ethernet и др.). Основное требование к транспондеру -- обеспечение стабильности центральной длины волны конкретного оптического канала. Кроме того, транспондер осуществляет регенерацию сигналов. По осуществлению регенерации сигналов различают два типа транспондеров:

Рисунок 2.1 - Линейная сетевая структура ВОСП-СР с вводом/выводом: ТР - транспондер;

ОМ/ОУ1- оптический мультиплексор (мультиплексор WDM)с оптическим усилителем мощности ОУ1 на передаче;

ОМС - оптическая мультиплексная секция;

ЭКУ - элементарный кабельный участок;

ОСП - оптическая секция передачи;

ОУ3 - линейный оптический усилитель;

ОУ2/ОД - оптический демультиплексор (демультиплексорWDM) с оптическим усилителем на входе ОУ2 (предусилитель на приеме);

ОМВВ - оптический мультиплексор ввода/вывода.



- транспондер типа TP-2R, осуществляющий регенерацию сигнала по амплитуде и по форме;

- транспондер типа TP-3R, осуществляющий регенерацию сигнала по амплитуде, по форме и положению относительно тактовых точек, т.е. в структуре такого транспондера имеется выделитель тактовой частоты.

Для TP-2R определен диапазон скоростей цифрового потока, а TP-3R предназначен для работы на одной (определенной) скорости передачи цифрового потока.

Упрощенная схема кольцевой структуры с вводом/выводом оптических каналов ВОСП-СР приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Кольцевая сетевая структура ВОСП-СР с вводом/выводом

Параметры оптических стыков в точках нормирования и для скоростей передачи цифровых потоков СЦИ приведены в таблице 2.4.

Параметры оптических стыков в точках нормирования главного оптического тракта (ГОТ) ГПд, Пд и ГПр приведены в таблице 2.5.

Обеспечение дальности передачи требует применения оптических усилителей, выбора их типа и размещения на регенерационной секции, состоящей из одной или нескольких оптических секций передачи (ОСП). Число таких секций на единицу больше числа линейных усилителей ОУ3. В зависимости от длины ОСП, которую по аналогии с системами передачи с ЧРК можно назвать длиной усилительного участка на входе и выходе ОМВВ возможна установка соответственно предварительного (ОУ2) и мощного (ОУ1) оптических усилителей. В составе аппаратуры ВОСП-СР допускается использование любых типов ОУ с параметрами, соответствующими установленным стандартам.

Основные параметры ОУПд (оптический усилитель передающий - ОУ1),

Таблица 2.4 - Параметры оптических стыков для различных скоростей передачи



Таблица 2.5 - Параметры оптических стыков в точках нормирования

ОУПр (оптический усилитель приемный - ОУ2) и ОУЛ (оптический усилитель линейный - ОУ3) приведены в таблице 2.6.

Таблица2.6 Основные параметры оптических усилителей

Нормирование защищенности осуществляется исходя из того, чтобы вносимые в оптический тракт на секции регенерации ВОСП-СР шумы усилителей не уменьшали результирующую защищенность ниже 18 дБ , что позволяет обеспечить значение коэффициента ошибок на регенерационной секции не более.

В ОСТ 45.178 не допускается превышение суммарной мощности оптического излучения более +27 дБм. Это определяет и верхний предел уровня мощности сигнала, дБм, в каждом оптическом канале на выходе усилителя передачи и линейного усилителя (ОУ1и ОУ3), который составляет:

При разработке схемы организации связи на основе топологий «точка-точка» или линейной сетевой структуры с вводом/выводом следует выбрать оптические мультиплексоры/демультиплексоры(ОМ/ОД). К наиболее типовым технологическим решениям относятся два типа ОМ/ОД:

- многоканальные для объединения/разъединения оптических сигналов в пределах одного из спектральных диапазонов C, L, S или на отдельных их участках с числом каналов больше двух;

- двухканальные для объединения/разъединения групп оптических каналов, например различных спектральных диапазонов. При выборе ОМ/ОД следует руководствоваться их параметрами.

При организации связи по топологиям линейная цепь и кольцо, предусматривающих ввод/вывод оптических каналов, необходимо также выбрать тип оптических мультиплексоров ввода/вывода (ОМ-ВВ).

Схема организации связи является основой для расчета параметров качества передачи, как правило, определяемой самой длинной регенерационной секцией. Для разработки схемы организации связи необходимо выполнить расчеты по определению максимальной длины усилительного участка и предельной протяженности регенерационной секции. Кроме того, необходимо рассчитать дисперсию и определить необходимость её коррекции.

Определим основные показатели качества на примере ВОЛП между станциями Ясногорск и Куровская, протяженностью 314 км для расчета высокоскоростной магистральной линии линейной сетевой структуры. На данном участке ВОЛП используется оптический кабель типа ОКЛ. Оптические волокна кабеля соответствуют Рекомендации МСЭ-Т G.652 и имеют следующие параметры:

- дисперсия на длине волны равна 18 пс/(нмкм);

- коэффициент затухания .

В качестве аппаратуры ВОСП-СР предполагается использование отечественного оборудования «Пуск», выпускаемого НТО «ИРЭ-Полюс».

На первом этапе организуем 16 оптических каналов со скоростью передачи 2,5 Гбит/c в каждом с возможностью их последующего увеличения, что обеспечивает в перспективе рост пропускной способности ВОЛП вплоть до 400 Гбит/c.

Так как влияние пятиволнового смешения (ЧВС - FWM) для волокна G.652 несущественно, то расстояние между каналами может быть выбрано равным 100 ГГц (0,8 нм) с базовой частотой Рекомендации МСЭ-Т G.694.1 равной 193,1 ГГц (1552,5 нм).

2.3 Расчет длины усилительного участка ВОСП-СР

Длина усилительного участка ВОСП-СР определяется по критерию перекрываемого затухания , которое численно равно усилению линейного усилителя ОУ3. Расчетная схема для определения длины усилительного участка показана на рисунке 2.3. Под ЭКУ понимается пассивный кабельный участок (между опорными точками на передаче S и на приеме R), не содержащий оптических усилителей и регенераторов. Рекомендации МСЭ-Т определяют точку S как точку ОВ сразу за оптическим разъемом ОС-Р, а точку R как точку ОВ перед оптическим разъемом ОС-Р.



Рисунок 2.3 - Расчетная схема для определения длины усилительного участка

ВОСП-СР: ОС-Р - оптическое соединение разъемное,

ОС-Н - оптическое соединение неразъемное

Согласно этой схеме затухание усилительного участка равно:

где - затухание неразъемного соединителя ОС-Н, дБ; - строительная длина оптического кабеля, км; - коэффициент затухания ОК, дБ/км

Отсюда длина усилительного участка:

Для уменьшения числа оптических усилителей целесообразно использовать усилительные участки максимальной длины , когда перекрываемое затухание максимально, т.е..

Рассчитаем длину усилительного участка ВОЛП.

Согласно ОСТ 45.178 в коде применения тип усилительного участка W обозначается:

Д - для длинного ЭКУ (L - longhaul) с максимальным затуханием не выше 22 дБ

О - для очень длинного ЭКУ (V - verylonghaul) с максимальным затуханием не выше 33 дБ

С - для сверхдлинного ЭКУ (U - ultralonghaul) с максимальным затуханием не выше 44 дБ.

С учетом выше изложенного участок типа применения Д с промежуточными линейными усилителями максимальное перекрываемое затухание составит 22 дБ,т.е. . Тогда для кабеля ОКЛ-02 с коэффициентом затухания при типовых значениях , =3км получим:

Данный расчет показывает, что длина усилительного участка превышает расстояния между любыми смежными станциями ВОЛП. Следовательно, можно сделать вывод о том, что промежуточные линейные усилители могут быть размещены на станциях реконструируемой ВОЛП, обеспечивающих их гарантированное энергоснабжение.

Для усилительного участка типа применения О максимальное перекрываемое затухание составит 33 дБ, т.е. . В этом случае:

Очевидно, что для данного примера такая длина усилительного участка не позволяет сократить число ЭКУ и уменьшить тем самым число промежуточных усилителей. Поэтому на реконструируемой ВОЛП целесообразно применить усилительные участки типа Д, так как по сравнению с типом применения О можно использовать более простые и дешевые оптические усилители, рассчитанные на компенсацию максимального затухания ЭКУ, равного 22 дБ.

2.4 Расчет защищенности и предельной протяженности регенерационной секции ВОСП-СР

В отличие от каскадов ОУ между оптическими усилителями уси-лительного участка имеется существенное затухание, поэтому на регенерационной секции ВОСП-СР необходимо учитывать снижение защищённости сигнала от квантовых шумов и шумов усиленной спонтанной эмиссии (ASE) в каждом усилительном участке.

Методику нахождения защищённости на регенерационной секции, содержащей i усилительных участков , рассмотрим на основе внешней диаграммы уровней, построенной в одном из направ-лений передачи для одного из оптических каналов. Фрагмент такой диаграммы уровней приведен на рисунке 2.4.

Как видно из рисунка, защищенность на i-м усилительном участке равна разности уровня сигнала на входе оптического усилителя и уровня шума, приведенного к входу усилителя, , т.е. .

Уровень сигнала на входе усилителя (точка R ЭКУ):

где - уровень сигнала на выходе линейного ОУ предшествующего



Рисунок 2.4 Фрагмент диаграммы уровней ВОСП-СР участка

Шумы, возникающие на отдельных усилительных участках, имеют независимый характер, поэтому их суммарная мощность будет равна сумме мощностей, т.е. составит:

Защищенность в точке с уровнем :

Число усилительных участков может быть только целым. Поэтому их максимальное число:

Уровень шума, приведенного ко входу усилителя:



где - уровень квантового шума; - логарифмический коэффициент шума.

Уровень квантового шума, дБм, в полосе частот оптического канала cцентральной частотой находится по формуле:

(1.9)

где - постоянная Планка.

С учетом (1.9) можно записать:

Отсюда можно найти предельную протяженность регенерационной секции:

На проектируемой или реконструируемой ВОЛП протяженности регенерационных секций не могут превышать. Отметим, что с целью обеспечения гарантированного энергообеспечения линейные усилителирасполагают, как правило, на станциях.

Поэтому реальные значения протяженностей усилительных участков и, следовательно, их затуханий различаются друг от друга. В этом случае следует построить внешнюю диаграмму уровней и найти мощ-ность накопленных на регенерационной секции шумов. Расчет мощно-сти накопленных шумов выполняют по формуле (3.5). Далее находят уровень этих шумов, определяют ожидаемую защищенность, сравни-вают её с допустимой величиной и делают соответствующий вывод.

2.5 Расчет дисперсии регенерационной секции

Дисперсия регенерационной секции рассчитывается по следующей методике.

1. По известной длине регенерационной секции , км, определяется ожидаемая (накапливаемая) дисперсия, пс:

где - удельная хроматическая дисперсия оптического волокна на длине волны , пс/(нм•км); - результирующая ширина спектра оптического сигнала, распространяющегося по ОВ, нм; - коэффициент поляризованной модовой дисперсии,.

Удельная хроматическая дисперсия оптического волокна находится для оптического канала с длиной волны по формуле:

где - паспортное значение коэффициента хроматической дисперсии волокна, указываемое для, S-коэффициент наклона дисперсионной характеристики ОВ,.

Величина определяется по формуле:



где - ширина спектра оптического излучения по уровню -20 дБ, нм; - ширина спектра цифрового сигнала, нм.

Ширина спектра цифрового сигнала:

где - центральная длина волны модулируемого источника излучения, нм;

В- скорость передачи, Гбит/с; с - скорость света в вакууме, которая здесь принимается равной ;

- коэффициент, равный 1 для сигнала в коде NRZ и 0,5 для сигналов в коде RZ.

Поляризационная модовая дисперсия рассчитывается только для скорости передачи в оптическом канале более 10 Гбит/c.

2. Определяется допустимая дисперсия (уширение импульса), пс:

где - коэффициент, зависящий от типа кода линейного цифрового сигнала (для кода NRZв=0,7 и для кода RZв=0,5),

В- скорость передачи, Гбит/c.

3. Ожидаемая вносимая дисперсия сравнивается с допустимой. Если выполняется условие , то компенсация дисперсии не требуется. В противном случае необходима компенсация дисперсии.

Традиционным решением является компенсация дисперсии при помощи пассивных модулей компенсации дисперсии (МКД), равномерно устанавливаемых на линии передачи. По сути это включение в оптический тракт отрезков компенсирующего волокна (DispersionCompensatingFiber - DCF) с отрицательной дисперсией. Как правило, МКД включают между каскадами линейного усилителя, так что его повышенное затухание не приводит к снижению защищенности.

4. Если компенсация дисперсия необходима, то определяется разность:

Исходя их полученной величины , определяется подходящий тип компенсирующего волокна и его параметры: коэффициент затухания, дБ/км, и коэффициент дисперсии , пс/(нм•км). После чего находится длина этого волокна:

и его затухание:

)

Типовые значения параметров компенсирующего волокна следующие: и .

Если затухание компенсирующего волокна DCF соизмеримо с затуханием усилительного участка, то оно распределяется на количество линейных усилителей k и находится затухание МКД, дБ.



При небольшом значении (порядка 3…6 дБ) можно ограничиться применением МКД на одном из усилительных участков. В этом случае принимают .

Значение должно удовлетворять условию:

(2.21)

где - максимальное усиление линейного усилителя;

- затухание усилительного участка, дБ.

Если условие (2.21) выполняется, то уменьшение длины усилительного участка не требуется, в противном случае необходимо уменьшить длину ЭКУ.

Рассчитаем защищенность и дисперсию для ВОЛП.

Найдем предельную протяженность регенерационной секции.

Сначала определим уровень передачи по одному каналу на выходе усилителя мощности ОУ1и линейного усилителя ОУ3. Уровень суммарной мощности оптического излучения на выходе усилителя мощности (усилителя передачи) и линейного усилителя примем равным, таблицы 3.5 и 3.6, максимально допустимому значению, т.е.. Оборудование «Пуск» позволяет организовать до 160 оптических каналов, следовательно, максимальный уровень сигнала в одном оптическом канале на выходе ОУ1и ОУ3 согласно формуле 1.1 составит:

Примем . Это позволяет в последующем наращивать число каналов. При этом уровень суммарной мощности не превысит максимально допустимого значения.

Далее найдем уровень квантового шума. Полоса частот оптического канала (Приложение 6) для скорости передачи 2,5 Гбит/с составляет 80 ГГц. Центральную частоту примем равной базовой частоте сетки частот G.694.1, т.е. f=193,1 ГГц. Подставляя эти величины в формулу (1.9), получим:

Примем, что входящий в формулу логарифмический коэффициент шума и допустимая защищенность имеют значения, удовлетворяющие нормативным требованиям таблицы 1.5 и 1.6, и составляют: допустимая защищенность, логарифмический коэффициент шума

По формуле (1.10) найдем максимальное число усилительных участков типа применения Д на регенерационной секции. Принимая получим:

.

Так как для типа применения Д в нашем случае , то согласно (1.11) имеем:

.

Как видно, величина превосходит протяженность реконструируемой линии, которая равна 314 км. Следовательно, можно сделать вывод о возможности применения на реконструируемой ВОЛП регенерационной секции с максимальной длиной 314 км и усилительными участками типа Д.

Далее выполним предварительное размещение оборудования линейного тракта.

Линейные усилители (ОУ3) расположим на станциях Серпухов, Подольск, Люблино, Панки, Воскресенск. На станции Столбовая, находящейся между ст. Серпухов и Подольск и на станции УМЖД находящейся между станциями Люблино и Панки предусмотрим установку оптического мультиплексора ввода/вывода (МВВ). МВВ вносит в оптический тракт дополнительные потери. Учитывая, что расстояние между пунктами Серпухов и Подольск; Люблино и Панки не превышает максимальную длину усилительного участка (60<81,48), (54<81,48).

Порядок расчета дисперсии.

1. По формуле (2.12) найдем ожидаемую дисперсию для канала с максимальной центральной длиной волны, где дисперсия для ОВ G.652 максимальна. Согласно сетке частот ОСТ 45.178 величина максимальной длины волны составляет 1560,61 нм. Для ее нахождения необходимо предварительно выполнить вычисления по формулам (2.13-2.15).

Сначала вычислим удельную хроматическую дисперсию для канала с центральной длиной волны 1560,61 нм. Для оптического кабеля ОКЛ-2 значение коэффициента хроматической дисперсии волокна, а для ОВ G.652 коэффициент наклона дисперсионной характеристики . По формуле (2.13) находим удельную хроматическую дисперсию на длине волны 1560,61 нм. Получим:

.

Далее по формуле (2.15) найдем ширину спектра цифрового сигнала в коде NRZ, используемом в нашем расчете. Подставляя в формулу , , и имеем:

Ширина спектра источника оптического излучения, входящая в (2.14), находится из соотношения где берется из таблицы (2.4) для соответствующей скорости и частотного расстояния между каналами. Для нашего расчета ширина спектра излучения в частотной области на уровне 20 дБ составляет 20 ГГц.

Тогда:

Ожидаемая дисперсия (2.12) будет равна:

2. Допустимую дисперсию определяем по формуле (2.16), в которой для кода NRZ следует принять. Получим:

В данном случае скорость передачи в оптическом канале не превышает 10 Гбит/c, поэтому поляризованной модовой дисперсией можно пренебречь.

3. Сравнивая ожидаемую дисперсию пс с допустимой 280 пс, видим, что условие не выполняется. Приходим к выводу о необходимости компенсации дисперсии.

4. По формуле (2.17) находим:

Далее для типовых параметров и по формуле (2.18) находим длину компенсирующего волокна:



и по формуле (2.19) его затухание:

Поскольку это затухание весьма существенно, то его необходимо распределить по линейным усилителям, число которых k=6 и затухание модуля компенсации дисперсии тогда согласно (2.20) составит

Так как участок Панки - Воскресенск является самым протяженным на проектируемой ВОЛП, то проверка выполнения условия (2.21) для остальных усилительных участков не требуется.

Рассчитаем ожидаемую защищенность.

Для расчета ожидаемой защищенности необходимо построить внешнюю диа-грамму уровней. Основой для построения диаграммы уровней является схема организации связи, которую можно составить исходя из структуры применяемого оборудования и размещения оконечных пунктов, промежуточных усилительных пунктов, а также пунктов ввода/вывода оптических каналов. Упрощенная схема организации связи для направления передачи Ясногорск - Куровская имеет вид, представленный на рисунке (3.5). Здесь оконечными пунктами Ясногорск и Куровская являются соответственно ОП - Ясногорск и ОП - Куровская. Пункты: Серпухов, Подольск, Люблино, Панки, Воскресенск - усилительные пункты; обозначены УП. Пункт Столбовая и УМЖД являются пунктами ввода/вывода оптических каналов ПВВ-Столбовая; ПВВ- УМЖД.



Рисунок 3.5 - Схема организации связи ВОЛП Ясногорск-Куровская на основе ВОСП-СР

На оконечных станциях, как следует из схемы организации связи, установлены: мультиплексоры (каналообразующее оборудование) STM-16, транспондеры (Тр), оптические мультиплексоры (ОМ) и оптические демультиплексоры (ОД), а также оптические усилители (ОУ1 - усилитель мощности и ОУ2 - предварительный усилитель). Усилительные пункты оборудованы линейными оптическими усилителями (ОУ3) с модулями компенсации дисперсии (МКД), включенными между каскадами линейных усилителей. На станциях Столбовая и УМЖД располагается оптический мультиплексор ввода/вывода (ОМВВ) с установленными на входе и выходе усилителями ОУ2и ОУ1, а также транспондеры каналов ввода/вывода. Все усилители выполнены на основе оптического волокна легированного эрбием (EDFA).

Исходными параметрами для построения внешней диаграммы уровней для направления Ясногорск-Куровская являются:

- уровни передачи по оптическому каналу на выходах: усилители мощности ОУ1 пунктов ОП-Ясногорск, ПВВ-Столбовая, ПВВ-УМЖД; линейных усилителей ОУ3 пунктов УП-Серпухов, УП-Подольск, УП-Люблино, УП-Панки, УП-Воскресенск и предусилителя ОУ2 пункта ОП-Куровская;

- уровни оптических усилителей на станциях УП-Серпухов, ПВВ-Столбовая, УП-Подольск, УП-Люблино, ПВВ-УМЖД, УП-Панки, УП-Воскресенск, ОП-Куровская;

- уровни приема на входе ОУ₃пунктов УП-Серпухов, УП-Подольск, УП-Люблино, УП-Панки, УП-Воскресенск и уровни приема на входе ОУ₂ пунктов ПВВ-Столбовая, ПВВ-УМЖД и ОП-Куровская;

- уровни приведенных шумов на входах ОУ3 пунктов УП-Серпухов, УП-Подольск, УП-Люблино, УП-Панки, УП-Воскресенск и уровни приема на входе ОУ2 пунктов ПВВ-Столбовая, ПВВ-УМЖД и ОП-Куровская;

- защищенности от шумов на усилительных участках.

Примем уровни передачи по оптическому каналу на выходах всех ОУ1 и ОУ3 одинаковыми и равными , что обеспечивается регулировкой коэффициентов усилений оптических усилителей. Уровень передачи на выходе ОУ2 пункта ОП-Ясногорск необходимо установить таким, чтобы не было перегрузки приемного транспондера. Согласно нормам таблицы 2.4 уровень перегрузки для расчета не должен превышать 0 дБм. При этом следует учесть, что между ОУ2 и транспондером включен оптический демультиплексор ОД, затухание которого составляет при организации 16 оптических каналов 7,5 дБ.

Очевидно, что во избежание перегрузки транспондера уровень на выходе ОУ2 пункта ОП-Куровская не должен превышать +7,5 дБм. Поэтому этот уровень, который на диаграмме уровней обозначен, можно также принять равным +5дБм.

Целесообразно усиления принять равными затуханиям прилегающих усилительных участков, которые рассчитаем по формуле:



;

;

;

;

;

;

;

9,5 дБ

Уровни приема на входах усилителей:

Уровни приведенных шумов на входах усилителей рассчитаем по формуле (2.18):



.

При этом логарифмический коэффициент шума примем равным 7 дБ для ОУ3 и 6 дБ для ОУ2, что соответствует нормативным параметрам. Уровень квантового шума .

Защищенность от шумов на усилительных участках рассчитаем по формуле: .



Результаты расчетов параметров диаграммы уровней сведены в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 - Параметры диаграммы уровней направления Ясногорск-Куровская

Диаграмма уровней, построенная на основании данных таблица 3.7, показана на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Диаграмма уровней оптического канала ВОЛП направления Ясногорск - Куровская.



Теперь можно рассчитать ожидаемую защищенность от накопленных на регенерационной секции шумов. Мощность накопленных шумов рассчитаем по формуле (2.9). Расчеты мощности шумов в точке с уровнем от отдельных усилительных участков для удобства сведем в таблицу 3.8.

Таблица 3.8 - Расчеты мощности шумов усилительных участков

Суммируя мощности шумов от отдельных усилительных участков, получаем мощность накопленных шумов:

Этой мощности шумов соответствует уровень:

Ожидаемая защищенность на регенерационной секции максимальной протяженности будет равна:



Видим, что ожидаемая защищенность превышает допустимую на 7 дБ. Следовательно, требования на качественные показатели будут выполнены: , а коэффициент ошибок не превысит . Можно сделать вывод о правильности принятых решений по выбору оборудования ВОСП-СР и размещению усилительных пунктов на реконструируемой ВОЛП.

3.6 Расчет надежности проектируемой ВОЛП

Волоконно-оптическая линия передачи представляет сложную динамическую систему, т.е. совокупность технических устройств или элементов, взаимодействующих в процессе выполнения производственных задач на основе определенной функциональной зависимости. Особенность систем передачи как сложных динамических систем состоит в рассредоточенности их оборудования и аппаратуры на больших территориях, отделенных большими расстояниями.

В теории надежности и эксплуатации сложных систем важным понятием является объект-- изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации. В процессе эксплуатации сложная система и ее компоненты являются объектом технической эксплуатации(ОТЭ).

Комплексным свойством ВОЛП как ОТЭ является надежность, т.е. свойство ОТЭ сохранять во времени значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения: использования по назначению, технического обслуживания и ремонта, хранения и транспортирования. Надежность ВОЛП будем рассматривать в режимах использования по назначению, технического обслуживания и ремонта.

Иногда для большей определенности и конкретизации различают следующие разновидности надежности: эксплуатационную и техническую (номинальную).

Под эксплуатационной надежностью понимается надежность, определяемая в реальных условиях эксплуатации с учетом комплексного воздействия внешних и внутренних факторов, связанных с климатическими и географическими особенностями эксплуатации, реальными режимами работы ОТЭ и условиями его обслуживания.

Под технической надежностью понимается надежность, определяемая путем испытания в заводских условиях при функционировании ОТЭ в соответствии с типовыми режимами, регламентированными техническими условиями. Далее будем вести речь об эксплуатационной надежности.

Важнейшим понятием в теории надежности является отказ -- событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния ОТЭ, т.е. состояния, при котором значения всех параметров, характеризующих способность ОТЭ выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической документации (НТД). Классификация отказов самая разнообразная, но на стадии технической эксплуатации ОТЭ основными являются эксплуатационные отказы, обусловленные нарушениями установленных правил и/или условий эксплуатации. По характеру изменения отказы как случайные события, подразделяются на внезапные отказы, характеризующиеся скачкообразным изменением одного или нескольких параметров ОТЭ и постепенные отказы, возникающие в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров ОТЭ.

Отличительный признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния, согласно которым устанавливается факт возникновения отказа, называется критерием отказа. Критерий отказа устанавливается НТД. Например, под критерием отказа типового канала понимается перерыв связи (снижение уровня более чем на 18 дБ) длительностью более 300 мс.

Процесс обнаружения и устранения отказа, т.е. перевод ОТЭ из неработоспособного состояния в работоспособное, называется восстановлением. По способности к восстановлению ОТЭ подразделяются на восстановляемые ОТЭ, использование которых возможно после восстановления, и на невосстанавливаемые ОТЭ, восстановление которых после отказа считается нецелесообразным или невозможным. ВОЛП являются восстанавливаемыми ОТЭ, показатели надежности которых определяются рядом эксплуатационно-технических характеристик, основные из которых:

- параметр потока отказов(интенсивность отказов ), представляющий собой отношение числа отказов объекта за определенный интервал времени к

длительности этого интервала времени при ординарном потоке отказов;

- среднее время наработки на отказ, представляющее собой среднее время между отказами оборудования в часах; параметр потока отказов связан со средним временем безотказной работы соотношением:

	(3.22)

- вероятность безотказной работы P(t)-- вероятность того, что в заданном интервале времени t объект будет находиться в работоспособном состоянии;

- среднее время восстановления , характеризующее среднее время, затраченное на восстановление объекта при возникновении отказа; это время складывается из времени поиска и устранения отказа, времени проведения регулировочно-настроечных работ и др.; величина измеряется в часах; величина, обратная времени восстановления, называется интенсивностью восстановления, 1/ч,

	(3.23)



- коэффициент готовности--вероятность того, что объект будет работоспособен в любой момент времени;

- коэффициент простоя -- вероятность того, что объект окажется в неработоспособном состоянии в произвольный момент времени.

	(3.24)

Коэффициент готовности связан со средним временем безотказной работы и средним временем восстановлениясоотношением:

	(3.25)

Между собой показатели надежности связаны определенными соотношениями:

	(3.26)

В связи с высокими требованиями на коэффициент готовности при расчете показателей надежности систем передачи на основе СЦИ в качестве расчетного показателя наиболее удобно выбрать коэффициент простоя:

	(3.27)

Отметим, что при оценке реальной готовности следует учитывать среднее время ремонта:



	(3.28)

где - среднее время задержки технического обслуживания, определяемое простоями оборудования из-за потерь времени на доставку запчастей.

Требуемые показатели качества и надежности для местной первичной сети (МСП), внутризоновой первичной сети (ВЗПС) и магистральной первичной сети (СМП) ЕСЭ РФ с максимальной протяженностьюбез резервирования являются строго регламентированными, таблица 3.9.

Таблица 3.9 - Показатели качества и надежности сетей связи

Среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100 км в год М=0,34. Тогда интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП :



	(3.29)

При длине канала L, не равной , среднее время между отказами определяется как:

	(3.30)

На первом этапе определим допустимые показатели надежности.

По формуле (3.30) определим среднее время между отказами . Подставив в нее значения , и длину проектируемой ВОЛП L=314 км, получим:

По формуле (3.25) определим допустимый коэффициент готовности , подставив в нее значениеч и значение :

Допустимый коэффициент простоя получим из формулы (3.27), подставив в нее значение

Для определения показателей надежности оборудования линейного тракта, включающего в себя =314 км оптического кабеля с интенсивностью отказов , числом мультиплексоров ввода/вывода , с интенсивностью отказов каждого следует рассчитать суммарную интенсивность отказов по формуле:

	(3.31)

Величину найдем по формуле (3.29), подставив в нее значение и =314 км:

Подставив в формулу (3.31) значения 1/ч, , и , найдем интенсивность отказов линейного тракта:

1/ч.

Среднее время безотказной работы линейного тракта:

Максимум среднего времени восстановления определяется временем восстановления оптического кабеля, т.е. .



Ожидаемый коэффициент простоя намного больше допустимого, т.е. , следовательно, необходимо провести мероприятия по повышению надежности.

Размещено на Allbest.ru

...