МГУПС
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ«ПЕРЕДАЧА ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ»
ТЕМА РАБОТЫ:
ПРИМЕНЕНИЕВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ВНУТРИЗОНОВОЙ СВЯЗИ
Проверил: Выполнил:
преподаватель студент 5 курса
Иванов В.П. Варабин Д.Е.
Шифр: 0461−цАТС−1096
г. НижнийНовгород
2009
СОДЕРЖАНИЕ
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
2. ВВЕДЕНИЕ
3. ТРАССА КАБЕЛЬНОЙЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
4. ОБОСНОВАНИЕ ИРАСЧЕТ ЧИСЛА КАНАЛОВ
5. ВЫБОР ТИПА ОПТИЧЕСКОГОКАБЕЛЯ
6. РАСЧЕТ ДЛИНЫУЧАСТКОВ РЕГЕНЕРАЦИИ
7. СХЕМА ОРГАНИЗАЦИИСВЯЗИ
8. РАСЧЕТ ПЕРВИЧНЫХПАРАМЕТРОВ ОВ
9. РАСЧЕТ ВТОРИЧНЫХПАРАМЕТРОВ ОВ
10. РАСЧЕТБЫСТРОДЕЙСТВИЯ ВОСП
11. РАСЧЕТ ПОРОГАЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПРОМ
12. РАСЧЕТ ЗАТУХАНИЯСОЕДИНИТЕЛЕЙ ОВ
13. РАСЧЕТРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
14. ОСНОВНЫЕТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЦЕПЯМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
15. РАСЧЕТТОКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ
16. РАЧЕТ НАДЁЖНОСТИОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Таблица 1 содержит данныео расстояниях Xij между населенными пунктами Ai и Aj, где i=1,2,…,6, i≠j.
Таблица 1Вариант
X12,
км.
X23,
км.
X34,
км.
X45,
км.
X56,
км.
X61,
км. 6 25 36 31 29 31 30
Таблица 2 содержит данныео численности населения H0(Ai), человек, в населенных пунктах Ai в 2009 г., где i=1,2,…,6.
Таблица 2Вариант
H0(A1), чел.
H0(A2), чел.
H0(A3), чел.
H0(A4), чел.
H0(A5), чел.
H0(A6), чел. 6 35000 25000 20000 27500 26000 55000
2. ВВЕДЕНИЕ
Разработка световодныхсистем и их опытная эксплуатация на железнодорожном транспорте началась вначале 80-х годов. В этих системах связи сигналы, несущие информацию, передаютпо оптическим световодам, которые представляют собой тонкие нити специальнойконструкции, изготовленные из диэлектрического материала, прозрачного дляприменяемого излучения. Волоконные световоды из особо чистого кварцевого стекланазываются оптическими волокнами и составляют основу оптических кабелей.
В качестве направляющейсреды передачи данных между населенными пунктами используется кабельная ВОЛС. Внастоящее время кабельным линиям, как правило, отдаётся предпочтение из-заповышенной живучести и удовлетворительной скрытности связи.
Потребности существенногоувеличения объемов, надежности и экономичности передачи цифровой информациипредопределили дальнейшие поиски в области разработки ЦСП. Семействооборудования, разработанное на принципах синхронной цифровой иерархии (SDH), явилось качественно новым этапомразвития техники систем передачи. Концепция SDH позволяет оптимально сочетатьпроцессы высококачественной передачи больших объемов цифровой информации спроцессами автоматизированного управления, контроля и обслуживания сети врамках единой системы.
Для переноса информации вSDH используются синхронные транспортные модули (Synchronous Transport Module, STM),которые представляют собой циклическую структуру с периодом повторения 125мкс. Основной модуль STM–1, модули высших уровней STM–4 и STM–16.
Синхронная цифроваяиерархия содержит три уровня, скорости, передачи которых относятся как 1:4:16.Номера уровней совпадают с этими числами: первый уровень (STM–1) имеет скоростьпередачи 155520 Кбит/с (155 Мбит/с), четвертый уровень (STM–4) – 622080 Кбит/с (620 Мбит/с), а16–й уровень имеет скорость передачи данных – 2488320 Кбит/с (2,5Гбит/с).
Если разделить скоростьпередачи соответствующего модуля на скорость передачи для одного канала (64Кбит/с), можно, с учетом служебных каналов, определить количество телефонных каналов.
Однако, например, сигналвидеоконференции ёмкостью 384 Кбит/с не может быть передан по каналу64 Кбит/с.
Поэтому в соответствии севропейским стандартом при рассмотрении ЦСП используют не телефонный канал, астандартные цифровые каналы, условно обозначаемые Е1 – Е5:
Е1 – первичный цифровойканал (ПЦК) 2048 Кбит/с (2 Мбит/с), соответствующий первому уровню вевропейской иерархии PDH;
Е2 – вторичный цифровойканал (ВЦК) 8448 Кбит/с, соответствующий второму уровню в европейской иерархииPDH;
Е3 – третичный цифровойканал (ТЦК) 34,368 Мбит/с, соответствующий третьему уровню в европейскойиерархии PDH;
Е4 – четвертичныйцифровой канал (ЧЦК) 139,264 Мбит/с, соответствующий четвертому уровню вевропейской иерархии PDH;
Е5 – пятеричный цифровойканал (ПЦК) 564,992 Мбит/с, соответствующий пятому (не стандартизованному)уровню в европейской иерархии PDH.
Если разделить скоростьпередачи мультиплексора STM–1 (155 Мбит/с) на скорость передачи для канала Е1 (2 Мбит/с) можно определитьмаксимальное количество каналов Е1 (максимальную нагрузку) для данногомультиплексора.
Однако, кромеинформационной нагрузки, STMнесут значительный объем избыточных сигналов, обеспечивающих функции контроля,управления и обслуживания, а также вспомогательной функции.
Поэтому, например, модульSTM–1 позволяет организовать не77 (155 Мбит/с: 2 Мбит/с = 77,5), а 63 канала Е1.
Основными элементамиприемопередающих модулей являются источник излучения с длиной волны,соответствующей одному из минимумов полных потерь в оптическом волокне, иприемник излучения. Оба модуля содержат электронные схемы для преобразованияэлектрических сигналов и стабилизации режимов работы и разъемные соединители.Линейный тракт содержит ОК, в который через примерно равные промежутки включенылинейные регенераторы, а в случае использования волнового уплотнения оптическихволокон – оптические усилители.
Дальностьнепосредственной связи по ВОЛС, так же, как и длина регенерационного участка,зависит от параметров оптических волокон и энергетических характеристикприемопередающих устройств.
3. ТРАССА КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИПЕРЕДАЧИ
На рисунке 1 представленсхематический план трассы ВОЛП с указанием:
– расстояния по трассемежду населенными пунктами;
– численности населения вкаждом населенном пункте;
– численности абонентовАТС в каждом населенном пункте;
– мест расположения ОРП.
Трасса кабельноймагистрали в прямом и обратном направлениях пересекает железнодорожные пути,автомобильную дорогу и реку.
Оптические кабели могутпрокладываться в трубах, коллекторах кабельной канализации, грунтах всехкатегорий, на мостах через болота и водные преграды. При выполненииопределенных условий и соблюдении соответствующих норм допускается прокладкаоптических кабелей вдоль и под железнодорожными путями (автомобильнымидорогами).
От правильного выборатрассы зависит стоимость сооружения кабельной линии, её долговечность, а такженадёжность и бесперебойность действия. Трасса выбирается с таким расчетом,чтобы число переходов кабеля через железную дорогу было минимальным, анеобходимые переходы устраивались в местах с наименьшим количеством путей.
При переходе кабеля черезреку учитываются особенности этой реки и, как правило, кабель прокладывается помосту в специально отведенных для этой цели желобах.
/>
4. ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТЧИСЛА КАНАЛОВ
Число каналов, связывающихзаданные населенные пункты, в основном зависит от численности населения в этихпунктах и от степени заинтересованности отдельных групп населения вовзаимосвязи.
Количество населения взаданных пунктах и их подчиненных окрестностях, чел., с учётом среднегоприроста определяется по формуле (1).
/> (1)
где /> – число жителей во времяпроведения переписи населения, чел., задано в таблице 1;
/> – средний годовой прирост населенияв данной местности, принимаем равным 2%;
t – период, определяемый как разностьмежду назначенным годом перспективного проектирования и годом проведенияпереписи населения, год, принимаем t = 5 лет.
Рассчитаем численностьнаселения во всех заданных населенных пунктах.
Численность населения впункте A1.
/>чел.
Численность населения впункте A2.
/>чел.
Численность населения впункте A3.
/>чел.
Численность населения впункте A4.
/>чел.
Численность населения впункте A5.
/>чел.
Численность населения впункте A6.
/>чел.
В перспективе количествоабонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется взависимости от численности населения, приживающего в зоне обслуживания.Принимая средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратамиравным 0,3, количество абонентов в зоне АМТС определим по формуле (2).
/> (2)
/> абонентов.
/> абонентов.
/> абонентов.
/> абонентов.
/> абонентов.
/> абонентов.
Далее рассчитаем числотелефонных каналов между заданными пунктами по формуле (3).
/>, (3)
где /> и /> – постоянные коэффициенты,соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям, обычно потеризадаются равными 5%, тогда />; />;
KT– коэффициент тяготения, показывающийвзаимосвязь между заданными оконечными и промежуточными населенными пунктами, впроекте принимаем KT=5%, то есть KT=0,05;
/> – удельная нагрузка, то есть средняянагрузка, создаваемая одним абонентом, в проекте принимаем /> Эрл;
/> и /> –количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС соответственно в пунктах Аи Б.
Подставим численныезначения.
/> канала.
/> каналов.
/> канала.
/> канала.
/> каналов.
/> каналов.
/> каналов.
/> каналов.
/> каналов.
/> каналов.
/> каналов.
/> канала.
/> каналов.
/> каналов.
/> каналов.
Из рассчитанных значенийчисла каналов составим матрицу исходящих и входящих каналов в виде таблицы 3.
Таблица 3Населенные пункты 1 2 3 4 5 6 1 22 20 23 22 29 2 18 20 20 25 3 19 18 22 4 20 26 5 25 6
Далее определимнеобходимое число межстанционных потоков Е1.
Е1 – первичный цифровойканал (ПЦК), скорость передачи данных составляет 2048 Кбит/с (2 Мбит/с),соответствующий первому уровню в европейской иерархии PDH.
Если разделить скоростьпередачи данных ПЦК 2048 Кбит/с на скорость передачи данных для одного канала(64 Кбит/с – основной цифровой канал (ОЦК)), то получится 32 канальныхинтервала, 30 из которых предназначены для организации цифровых каналов, аоставшиеся 2 – для передачи служебной информации и синхронизации, таким образомодин поток Е1 содержит 30 цифровых каналов для передачи информации.
/> канала, соответственно, необходим 1 потокЕ1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> канала, соответственно, необходим 1 потокЕ1.
/> канала, соответственно, необходим 1 потокЕ1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> канала, соответственно, необходим 1 потокЕ1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
/> каналов, соответственно, необходим 1поток Е1.
Итого 15 потоков Е1.
Тогда общее число потоковЕ1 составит:
/> (4)
/> потоков Е1.
Для реализациирассчитанного числа потоков (каналов) выберем аппаратуру SDH STM-1.
Мультиплексор STM-1 предназначен для организациицифрового потока со скоростью передачи 155 Мбит/с, работающий по одномодовомуОК с длиной волны 1,3 мкм. Для кольцевых структур построения сети используетсямультиплексор с функцией вставки/выделения, предназначенный для обеспеченияпростого доступа к трибутарным потокам PDH и SDH.
Основные техническиехарактеристики синхронного мультиплексора STM-1 фирмы «SIEMENS» приведены в таблице 4.
Основные технические характеристикиSTM-1 фирмы «SIEMENS»
Таблица 4Показатель Единица измерения
Мультиплексор STM-1 1. Номинальная скорость Мбит/с 155,520 2. Напряжение электропитания В 40,5 – 75 3. Потребляемая мощность Вт 70 – 160 4. Скорость входящих потоков: основной вариант на сопротивление 75 Ом, 120 Ом Мбит/с 2,048 5. Номинальная амплитуда импульса: симметричные соединители В 3±10% коаксиальные соединители В 2,37±10% 6. Ослабление дБ 6 при 1024 Гц 7. Количество интерфейсов на модуль количество 21 8. Общее число потоков количество 63 9. Линейный код – HDB 3 10. Номинальная длительность импульса нс 244 11. Частота синхронизации кГц 2048 12. Точность установки частоты синхронизации, не хуже ед.
/> 13. Диапазон длин волн нм 1285 – 1330 14. Энергетический потенциал на длине волны 1300 нм дБ 36 15. Тип волокна оптического кабеля – одномодовый 16. Переключение на резервный модуль с 10 17. Переключение на резервную линию мс 25
5. ВЫБОР ТИПА ОПТИЧЕСКОГОКАБЕЛЯ
Ведущая роль всовершенствовании линий связи принадлежит ВОК, которые по сравнению с обычнымиметаллическими кабелями обладают рядом преимуществ:
1. Высокаяпомехозащищенность цифровых линейных трактов от внешних электромагнитных полей,вследствие чего не требуется применять специальные меры по защите от опасныхнапряжений линий электропередачи и электрифицированных железных дорог.
2. Большаяширокополосность и пропускная способность волокна. ВОК работают в диапазонечастот 1014-1015 Гц. В световом диапазоне увеличиваетсянесущая частота в 6-10 раз. Отсюда теоретически увеличивается объемпередаваемой информации. Работают оптические линии со скоростью передачи до 10Гбит/с (опытные образцы до 100 Гбит/с).
3. Малое значениекоэффициента затухания в широкой полосе частот, что обеспечивает большие длинырегенерационных участков по сравнению с электрическими кабелями (10 – 150 кмвместо 2 – 6 км).
4. Малаяметаллоемкость и отсутствие дефицитных цветных металлов (медь, свинец) вкабеле.
5. Высокаяскрытность передачи информации.
6. Небольшие размерыкабеля (масса оптических кабелей в 10 – 20 раз меньше, чем электрических).
7. Высокая техникабезопасности (невоспламеняемость, отсутствие короткого замыкания).
8. Возможностьпрокладки кабеля между точками с большой разностью потенциалов.
Оптический кабель можетбыть использован при обычном построении Зоновой телефонной сети, но более полноего преимущества используются при организации связи по кольцевой схеме.
От правильности выбораоптического кабеля зависят капитальные затраты и эксплуатационные расходы напроектируемую ВОЛС. На выбор влияют, с одной стороны параметры ВОЛС(широкополостность или скорость передачи информации, длина волны оптического излучения,энергетический потенциал, допустимая дисперсия, искажения), с другой стороны,оптический кабель должен удовлетворять и техническим требованиям:
– возможность прокладки втех же условиях, в каких прокладываются электрические кабели;
– максимальноеиспользование существующей техники;
– устойчивость к внешнимвоздействиям.
Для внутризоновых сетейпредставляют интерес оптические кабели с длинами волны 1300 и 1550 нм,позволяющие реализовывать регенерационные участки (РУ) длинной 60 – 100 км.Промышленностью выпускаются кабели следующих марок: ОКЛ, ОКЗ, ОЗКГ, ОМЗКГ.
Исходя из техническиххарактеристик STM-1, приведенных в табл. 4, в проектепредусматривается использование оптического кабеля марки ОКЛК-01.
Дадим краткуюхарактеристику данного кабеля.
Кабель оптическийодномодовый для магистральных и зоновых сетей на длину волны λ=1300 нм,километрический коэффициент затухания 0,22 дБ/км, среднеквадратическое значениедисперсии оптического волокна 3,5 пс/нм·км.
Кабель предназначен дляпрокладки в трубах, коллекторах кабельной канализации, грунтах всех категорий,на мостах через болота и водные переходы.
Допускаемая температураэксплуатации от -40 до +500С.
Строительная длинаоптического кабеля составляет 2000 м. Допустимое раздавливающее усилие дляданного кабеля равно 1000 Н/см, допустимое растягивающее усилие от 7000 до80000 Н.
6. РАСЧЕТ ДЛИНЫ УЧАСТКОВРЕГЕНЕРАЦИИ
Длина регенерационногоучастка (РУ) цифровой волоконно-оптической системы передачи (ЦВОСП) зависит отмногих факторов, важнейшими из которых являются:
1. Энергетическийпотенциал (Э) определяет максимально-допустимое затухание оптического сигнала воптическом волокне (ОВ), разъемных и неразъемных соединителях на РУ, а также вдругих узлах ЦВОСП, дБ, равный:
/>, дБ, (5)
где /> – абсолютный уровеньмощности оптического сигнала (излучения), дБм;
/> – абсолютный уровень мощностиоптического сигнала на входе приёмного устройства, при котором коэффициентошибок или вероятность ошибки Рошодиночного регенератора непревышает заданного значения, дБм.
2. Дисперсия в OB, σ, пс/нм·км. Дисперсионные явления в ОВ приводят красширению во времени спектральных и модовых составляющих сигнала, то есть кразличному времени их распространения, что приводит к изменению формы идлительности оптических импульсных сигналов, к их уширению.
3. Помехи, обусловленныетепловыми шумами резисторов, транзисторов, полупроводниковых диодов,усилителей, шумами источников оптического излучения, шумами из-за отраженияоптического излучения от торцевой поверхности ОВ, модовыми шумами из-заинтерферентности мод, распространяющихся в ОВ; этот вид помех интегральноучитывается как собственные шумы.
4. Квантовый илифантомный шум, носителем которого является сам оптический сигнал (в силу егомалости по сравнению с другими составляющими шумов оптического линейноготракта, в проекте его не учитываем и влияние учитывается как влияниедестабилизирующих факторов).
5. Коэффициент затуханияОВ α1, дБ/км.
6. Минимальнодетектируемая мощность (МДМ) Wмдм, соответствующая минимальномупорогу чувствительности приемного устройства – фотоприемника ЦВОСП с заданнойвероятностью ошибки.
Для определения длины РУсоставляется схема (рис. 2). Как следует из рис. 2, затухание РУ, дБ, равно:
/>, (6)
где /> – затухание, вносимоеразъёмным оптическим соединителем, принимаем равным 0,5 дБ;
/> – число неразъёмных оптическихсоединителей;
/> – затухание, вносимое неразъёмнымоптическим соединителем, принимаем равным 0,1 дБ;
/> – коэффициент затухания ОВ,принимаем равным 0,3 дБ/км;
/> – длина регенерационного участка,км;
/> – допуски на температурные измененияпараметров ЦВОСП, в том числе и ОК, для типовых ВОСП равные 0,5 – 1,5 дБ, впроекте принимаем равным 1 дБ;
/> – допуски на ухудшение параметровэлементов ЦВОСП со временем (старение, деградация), /> дБ(зависит от типов источника и приёмника оптического излучения и их комбинаций),в проекте принимаем равным 5 дБ.
/>
Рис. 2
Расчетная схема РУ ЦВОСП
ОС-Р – оптическийсоединитель разъёмный (их число на РУ равно 2);
НРП – необслуживаемыйрегенерационный пункт;
ПРОМ – приемопередающийоптический модуль, преобразующий оптический сигнал в электрический,восстанавливающий параметры последнего и преобразующие его вновь в оптическийсигнал;
ОС-Н – оптическийсоединитель неразъёмный, число которых на единицу больше числа строительныхдлин ОК, составляющих РУ.
Для линейногооборудования SDH всегда известным является уровеньпередачи, то есть Рпер = +2… –4 дБ.
Длину регенерационногоучастка найдем по формуле:
/>, км. (7)
Энергетический потенциалЭ принимаем из технических данных аппаратуры STM-1 фирмы «SIEMENS», равный 36 дБ (таб. 4).
Все величины в формуле(7) известны, кроме /> – числанеразъёмных оптических соединителей. Число /> наединицу больше числа строительных длин.
Определим длину РУ />, км, считая, что затуханиевносимое неразъёмными оптическими соединителями равно нулю (то есть без учетаоптических потерь). При таком допущении длина РУ определится из выражения:
/>. (8)
Подставим численныезначения
/> км.
Теперь зная />, определим число строительныхдлин ОК, составляющих РУ по формуле:
/>, (9)
где /> – округление в сторонубольшего числа.
Подставим численныезначения
/>.
Число неразъёмныхоптических соединителей вычисляем по формуле:
/>. (10)
Подставим численныезначения
/>.
Затухание, вносимое этимисоединителями, равно />. Следовательно,длина РУ должна быть уменьшена на величину
/>. (11)
Подставим численныезначения
/> км.
Тогда длина РУ с учетомоптических потерь составит:
/>. (12)
Подставим численныезначения
/> км.
По формуле (7) выполнимпроверку:
/> км.
Следовательно, расчетдлины РУ с учетом оптических потерь выполнен верно.
Далее по формуле (6)определим затухание РУ.
/> дБ.
7. СХЕМА ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ
На рисунке 3 представленасхема организации связи между заданными районными центрами.
Для обеспечения связимежду заданными населенными пунктами организуется тридцать двухмегабитныхпотоков. Остальные потоки – резервные, используются на транзит, развитие, дляаренды, а также для организации связи с областным кольцом.
/>
Рис. 3
Схема организации связи
8. РАСЧЕТ ПЕРВИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВОВ
Одномодовое оптическоеволокно (ООВ) является направляющей системой для распространенияэлектромагнитных волн. Для их распространения по световоду используется явлениеполного внутреннего отражения на границе двух диэлектрических сред скоэффициентами преломления n1 и n2. Где /> –коэффициент преломления для сердечника – среда распространения волны НЕ11,ограниченная оболочкой с коэффициентом преломления />,при этом n1
Средой распространения иограничения является особо чистое кварцевое стекло с различной концентрациейлегирующих добавок для получения различных показателей преломления /> и />.
Определим относительноезначение показателя преломления:
/>. (13)
Подставим численныезначения
/>
По оптоволокну эффективнопередаются только лучи, заключенные внутри телесного угла φ, величинакоторого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Параметр световода,который характеризует выполнение данного условия называется числовая апертура (NA):
/>, (14)
где /> – апертурный угол – уголмежду оптической осью и одной из образующих светового конуса падающего в торецволоконного световода при котором угол падения равен критическому углу;
/> – коэффициент преломления среды, изкоторой луч попадает в световод (для воздуха />).
Подставим численныезначения
/>.
/>.
Для ООВ диаметрсердечника выбирается таким, чтобы обеспечить условия распространения толькоодной моды НЕ11. В этом случае, из условия одномодовой передачи,нормированная частота:
/>, (15)
где /> мкм – диаметр сердцевиныОВ;
/> мкм – длина волны источникаоптического излучения.
Подставим численныезначения
/>.
Одномодовая передачареализуется на гибридной волне НЕ11. Эта волна имеет нулевоезначение корня бесселевой функции Pnm=0,000, следовательно, она не имеет критической частоты иможет распространятся при любой частоте. Все другие волны имеют конечноезначение частоты и они не распространяются на частотах ниже критической.Интервал значений Pnm, при которых распространяется лишь один тип волны НЕ11 находитсяв пределах 0PnmPnm=2,25.
Определим критическуючастоту, Гц, при которй распространяется лишь один тип волны НЕ11:
/>, (16)
где />м/с – скорость света.
Подставим численныезначения
/> Гц.
Длину волны, излучаемуюисточником оптического излучения, определим по формуле:
/>. (17)
Подставим численныезначения
/> м.
Вывод:
Чтобы волоконный световодимел одномодовый режим передачи необходимо:
1. Длина волны источникаоптического излучения должна быть соизмерима с диаметром волоконного световода./>.
2. Показатели преломлениясердечника и оболочки (/> и />) должны отличатьсянезначительно, что характеризует параметр />.Для одномодового волокна />.Полученная величина /> удовлетворяетданному интервалу.
3. Для одномодовогосветовода нормированная частота должна быть менее 2,405. Полученная величина /> менее допустимой 2,405.
Таким образом, имеемодномодовый режим передачи, реализуемый на гибридной волне НЕ11, сдлиной передаваемой волны /> мкм.
9. РАСЧЕТ ВТОРИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВОВ
В световоде при передачеимпульсных сигналов (отличающихся друг от друга различной мощностью) послепрохождения ими некоторого расстояния световые импульсы искажаются ирасширяются во времени, то есть время подачи одного импульса увеличивается. Таккак импульсы передаются друг за другом с определенной частотой, то в результатенаступает такой момент, когда соседние импульсы начинают перекрывать другдруга, и вместо отдельных световых импульсов в световоде будет иметь местосплошной световой поток. Данное явление в теории световодов называютдисперсией.
Расширение импульсовустанавливает предельные скорости передачи информации по световоду при цифровоймодуляции и при малых потерях ограничивает длину ретрансляционного участка.Дисперсия ограничивает пропускную способность ВОЛС, которая предопределяетполосу частот />, пропускаемуюсветоводом, ширину линейного тракта и соответственно объем информации, которыйможно передать по ОК.
В одномодовых световодахотсутствует модовая дисперсия и в целом дисперсия оказывается существенноменьше. В данном случае возможно проявление волновой и материальной дисперсии.
Волновая дисперсияобусловлена процессами внутри моды и связана со световодной структурой моды.Она характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длиныволны.
Материальная дисперсияобусловлена зависимостью коэффициента преломления материала световода от длиныволны.
Однако, при длинах волн1,2...1,6 мкм происходит их взаимная компенсация, то есть />.
При взаимодействии всехфакторов форма сигнала на приёме не известна. Поэтому в качестве меры дисперсиииспользуется среднеквадратическая дисперсия в оптоволокне, пс/км:
/>, (18)
где /> нм – ширина полосы длинволн оптического излучения;
/> пс/км – номинальноезначение среднеквадратической дисперсии для ОК типа ОКЛ.
Подставим численныезначения
/> пс/км.
Дисперсия одномодового ОВменьше многомодового, что позволяет повышать скорость передачи данных иувеличивать длину регенерационных участков. Модовая дисперсия при одномодовомрежиме передачи отсутствует.
10. РАСЧЕТ БЫСТРОДЕЙСТВИЯВОСП
Выбор типа ОК может бытьоценен расчетом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.
Быстродействие системыопределяется инертностью её элементов и дисперсионными свойствами ОК.
Полное допустимоебыстродействие системы определяется скоростью передачи В', бит/с,способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяетсяпо формуле:
/>, (19)
где /> – коэффициент, учитывающийхарактер линейного сигнала (вид линейного кода), /> длякода NRZ;
/> – номинальная скорость передачиданных мультиплексора STM-1фирмы SIEMENS, принимаем из табл. 4.
Подставим численныезначения
/> нс.
В соответствии срекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем SDH является код NRZ.
Общее ожидаемоебыстродействие ВОСП, нс, определяется по формуле:
/>, (20)
где /> быстродействие передающегооптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типаисточника излучения; /> нс (для скорости155 Мбит/с);
/> – быстродействие приемногооптического модуля (ПРОМ), определяемое скоростью передачи информации и типомфотодетектора (ФД), /> нс;
/> – уширение импульса на длине РУ, нс.
/>. (21)
Подставим численные значения
/> нс.
/> нс.
В результате выполненныхрасчетов получили: />, следовательно,выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно, станционное и линейное оборудованиеВОСП будут обеспечивать неискаженную передачу линейного сигнала.
Величина, определяемая поформуле (22) называется запасом по быстродействию.
/>. (22)
Подставим численныезначения
/> нс.
11. РАСЧЕТ ПОРОГА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИПРОМ
Одной из основныххарактеристик приёмника оптического излучения является его чувствительность, тоесть минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптическогосигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум иливероятность ошибок.
В условиях идеальногоприема, то есть при отсутствии шума и искажений для обеспечения вероятностиошибок не хуже 10-9 требуется генерация 21 фотона на каждый приемныйимпульс. Это является фундаментальным пределом, который присущ любому физическиреализуемому фотоприемнику и называется квантовым пределом детектирования.
Соответствующаяуказанному пределу минимальная средняя мощность оптического сигнала, с/бит,длительностью:
/>, (23)
называется минимальнодетектируемой мощностью (МДМ).
Минимальная средняямощность оптического сигнала на входе ПРОМ, при которой обеспечивается заданноеотношение сигнал/шум или вероятность ошибок, называется порогомчувствительности.
Подставим численныезначения
/> с/бит.
12. РАСЧЕТ ЗАТУХАНИЯ СОЕДИНИТЕЛЕЙОВ
Уровень оптическоймощности, поступающей на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциаласистемы, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъёмных и неразъёмныхсоединителях.
Потери мощности в ОВнормируются и составляют, например, во втором окне прозрачности 0,36 дБ/км, а втретьем окне прозрачности 0,22 дБ/км (данные берутся из паспортных данныхОК).
Потери мощности внеразъёмном оптическом соединителе нормируются и составляют 0,1 дБ.
Потери мощности вразъёмном оптическом соединителе определяются суммой
/>, (24)
где /> – потери вследствиерадиального смещения на стыке ОВ (рис. 4);
/> – потери на угловое рассогласование(рис. 4);
/> – потери на осевое рассогласование(рис. 4);
/> – неучтенные потери.
Графическое изображениерадиального, углового и осевого рассогласований оптических волокон представленына рисунке 4.
/>
Рис. 4
Потери вследствиерадиального смещения в одномодовом ОВ, дБ, рассчитываются по формуле:
/>, (25)
где /> – величина максимальногорадиального смещения двух ОВ, /> мкм;
/> – параметр, определяющий диаметрмоды ООВ, /> мкм.
Подставим численныезначения:
/> дБ.
Угловое рассогласованиеОВ также приводит к существенным оптическим потерям. В формулы для расчетауказанных потерь, кроме угла рассогласования Θ, входят ещё и показателиволокна и воздуха. Из-за того, что в паспортных данных ОВ не приводитсявеличина ПП, расчет потерь из-за углового рассогласования вызывает определенныетрудности. Поэтому принимаем /> дБ.
Оптические потери вразъёмных соединителях увеличиваются также в результате осевогорассогласования.
Для расчета потерь из-заосевого рассогласования, дБ, можно воспользоваться следующей формулой:
/>, (26)
где /> – максимальное расстояниемежду торцами ОВ, /> мкм;
/> – апертурный угол, />.
Подставим численныезначения
/> дБ.
Неучтённые потери вразъёмном соединителе можно принять равными /> дБ.
Вычислим суммарные потерив разъёмном соединителе.
/> дБ.
При существующихтехнологиях потери в разъёмном соединителе не превышают 0,5 дБ, а в неразъёмномсоединителе не более 0,1 дБ.
13. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
Уровень оптическоймощности сигнала, падающего на вход ПРОМ, зависит от энергетического потенциалаВОСП, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъёмных соединителях, потерьмощности в неразъёмных соединителях.
Исходные данные длярасчета распределения энергетического потенциала поместим в таблицу 5.
Таблица 5Параметры Обозначение Единица измерения Значения 1. Уровень мощности передачи оптического сигнала
/> дБм -4 2. Максимальный уровень мощности приёма
/> дБм -25 3. Минимальный уровень мощности приёма
/> дБм -40 4. Энергетический потенциал ВОСП
Э дБ 36 5. Длина РУ
/> км 80 6. Строительная длина ОК
/> км 2 7. Количество строительных длин ОК на РУ
/> – 40 8. Количество разъёмных соединителей ОВ на РУ
/> – 2 9. Количество неразъёмных соединителей ОВ на РУ
/> – 41 10. Затухание оптического сигнала на разъёмном соединителе
/> дБ 0,48 11. Затухание оптического сигнала на неразъёмном соединителе
/> дБ 0,1 12. Коэффициент затухания ОВ
/> дБ 0,3
Уровень передачиоптического сигнала /> дБм. Уровеньсигнала после первого разъёмного соединителя:
/>. (27)
Подставим численныезначения
/> дБм.
Уровень сигнала послепервого неразъёмного соединителя станционного ОК и линейного ОК:
/>. (28)
Подставим численныезначения
/> дБм.
Уровень сигнала напозиции xi км, дБм:
/>, (29)
где xi – расстояние между станциями, км;
/> – округление в сторону большегочисла.
Подставим численныезначения
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
Уровень сигнала послевторого разъёмного соединителя является уровнем приёма, дБм.
/>, (30)
где /> – эксплуатационный запассистемы, /> дБ.
Подставим численныезначения
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
Для транспортных систем SDH в технических данных приводитсямаксимальный уровень приёма, который в курсовой работе можно оценить с помощью неравенства(31), (32):
/> (31)
/> (32)
На основании выполненныхрасчетов можно сделать вывод, что уровень приёма на каждом рассматриваемомучастке не входит в пределы неравенства (32). Для повышения уровня приёма накаждом участке предусматриваем установление аттенюаторов с затуханием 10 дБ.Тогда истинный уровень приёма составит:
/>, (33)
где 10 дБ – затуханиеаттенюатора.
Подставим численныезначения
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
Общее затухание наоптической соединительной линии, дБм, составляет:
/>. (34)
Подставим численныезначения
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
/> дБм.
По результатам расчетовможно сделать вывод, что затухание на каждом рассматриваемом участке оптическойсоединительной линии меньше энергетического потенциала ВОСП, равного 36 дБ,следовательно, энергетического потенциала аппаратуры достаточно для нормальногофункционирования ВОСП.
14. ОСНОВНЫЕТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЦЕПЯМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Современная аппаратура ЦСП предъявляет высокие требования ксистемам и устройствам электропитания, составляющим до 25% объёма аппаратурыпередачи. По мере микро- и миниатюризации аппаратуры передачи намечаетсятенденция роста этой величины. С увеличением объёма передаваемой информации иповышением её роли в автоматизированных системах управления к электропитаниюаппаратуры электросвязи предъявляются все более жёсткие требования.
К числу основных требований, которым должны отвечать системыи устройства электропитания, следует отнести бесперебойность подачи напряженияк аппаратуре связи, стабильность основных параметров во времени,электромагнитную совместимость с питаемой аппаратурой, высокие экономическиепоказатели, устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям иминимальный объем эксплуатационных работ.
Чтобы системы и устройства электропитания отвечали изложеннымтребованиям, они должны базироваться на следующих принципах:
− максимальное использование энергосистем, центральныхи местных электростанций в качестве основных и наиболее дешевых источниковэлектроэнергии, а также оборудование предприятий двумя независимыми вводами;
− применение на оконечных и промежуточных станцияхрезервных источников электроэнергии. Эти источники должны практически мгновеннозамещать отключившийся основной источник и иметь большой коэффициент готовности.Кроме того, они должны обеспечивать автономный режим работы предприятия втечение длительного времени. В настоящее время наибольшее распространениеполучили собственные электростанции, оборудованные автоматизированнымидизель-генераторными агрегатами, и аккумуляторные батареи;
− применение установок гарантированного питанияпостоянного и переменного тока, в состав которых входят преобразовательныеустройства;
− автоматизация электропитающих установок,предусматривающая выполнение основных функций электропитающих устройств безвмешательства эксплуатационного персонала;
− применениесовременных полупроводниковых приборов, а также введение избыточностиэлементов, что существенно повышает надёжность электропитания;
− построение системи устройств электропитания с максимальной унификацией оборудования;
− обязательноеиспользование дистанционного питания НРП, что является важным факторомповышения автоматизации и надёжности сети связи в целом.
15. РАСЧЁТ ТОКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙСЕТИ
Токораспределительная сеть (ТРС) для питания проектируемойаппаратуры по напряжению 48В рассчитывается по методике, разработанной ЦНИИСом«Методика расчета ТРС с учётом проекта допустимых норм нестандартных измененийнапряжения».
Необходимость расчета ТРС вызвана тем, что к устанавливаемойаппаратуре предъявляются более жёсткие требования по допустимым изменениямнапряжения, возникающим при нестандартных процессах в системе электропитания.
Наибольшие изменения напряжения питания аппаратуры возникаютпри резких изменениях тока нагрузки в электропитающей установке и ТРС. Такжеизменения нагрузки могут иметь место в аварийных ситуациях, главным образом прикоротких замыканиях в ТРС, на входных клеммах питания аппаратуры и т.п.
В этом случае ток короткого замыкания может достигатьнескольких тысяч ампер и, протекая по ТРС, создает запас энергии в еёиндуктивности. В результате этого, после срабатывания защиты, отсекающейучасток с коротким замыканием, возникают опасные перенапряжения.
Ограничением напряжения на входе ЭПУ, в ТРС и аппаратуре можнообеспечить сохранность и работоспособность аппаратуры. В качестве мерограничения перенапряжения используется включение автоматических включателей врядовой минусовой фидер, резко уменьшающих время протекания процесса короткогозамыкания, увеличение сопротивления рядовой минусовой проводки путем включенияв эту проводку дополнительных резисторов, ограничивающих эту величину токакороткого замыкания, и снижение индуктивности в ТРС путем максимальногосближения разнополярных питающих фидеров, что также снижает запасенную энергию,а следовательно, и перенапряжения. С целью максимального сниженияперенапряжения предлагается устройство магистрально-радиальной проводки отсуществующей ЭПУ до токораспределительного оборудования.
Токораспределительное оборудование предназначено длястабилизации напряжения, коммутации и распределения питания по рядамаппаратуры.
Исходными данными для расчета будут следующие параметры:
− напряжение 48 В (питание от 24 до 60 В);
− потребляемая мощность при полной комплектации −100 Вт.
Рассматриваем случай, когда к одному питающему кабелюподключаются все стойки ряда (стойка одна). Тогда длина кабеля рядовогопитания, м, равна:
/>, (35)
где /> м −приведённая длина кабеля, равная общей ширине рядом стоящих стоек, умноженнаяна коэффициент />;
/> м − длина соединительного кабеля отмагистральной шины до стойки.
Подставим численные значения
/> м.
Падение напряжения в рядовой проводке для напряжения +24 Впринято считать равным 0,1 В. Поэтому сечение и длина кабеля рядовой проводкивыбираются равными для кабеля -24 В.
Перемычки от рядового кабеля до стойки выполняются кабелем салюминиевой жилой сечением 16 мм2.
Рассчитаем момент тока по формуле:
/>, (36)
где /> −потребляемый аппаратурой ток, при мощности полной комплектации 100 Вт инапряжении питания 24 В.
Подставим численные значения
/> />.
Допустимое падение напряжения в магистральном фидере от меставвода фидера в ЛАЦ до наиболее удаленного ряда аппаратуры принимается длясредних ЛАЦ равным /> В.
Сечение магистральной шины рассчитаем по формуле:
/>, (37)
где /> −коэффициент пропорциональности для медной жилы.
Подставим численные значения
/> мм2.
16. РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
Требуемая быстрота и точность передачи информации средствамиэлектросвязи обеспечиваются высоким качеством работы всех звеньев сетиэлектросвязи: предприятий, линий связи, технических средств. Обобщающимпоказателем качества работы средств связи является надёжность.
В соответствии с ГОСТ 27.002-89 надёжность – свойствотехнической системы сохранять во времени в установленных пределах значения всехпараметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданныхрежимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения итранспортирования.
Надёжность отражает влияние главным образом внутрисистемныхфакторов − случайных отказов техники, вызываемых физико-химическимипроцессами старения аппаратуры, дефектами её изготовления или ошибкамиобслуживающего персонала.
Для удобства расчета показателей составим структурную схему,характеризующую надёжность зоновой линии связи. На этой схеме последовательносоединим элементы, которые должны быть работоспособными для сохраненияработоспособности всего элемента (рис. 5).
/>
Рис. 5
Схема замещения длярасчёта показателей надёжности
Для работоспособности линии связи все её элементы должны бытьработоспособными. И поэтому в эквивалентной схеме надёжности они соединяются последовательно.Если число элементов = n, товероятность безотказной работы и интенсивность отказов элементов составляютсоответственно /> и />, тогда вероятностьбезотказной работы всей линии связи:
/>, (38)
где />;
/>.
Таким образом, трассу ВОЛС можно представить однимэквивалентным элементом с интенсивностью отказов />:
/>, (39)
где /> −интенсивность отказов ОРП (ОП), 1/ч;
/> − интенсивность отказов 1 км кабеля, 1/ч;
/> − число ОРП;
/> − длина линии, км.
Обслуживаемые регенерационные пункты размещаются в каждом иззаданных населённых пунктов, таким образом, число ОРП равно шести, (/>).
Длину ВОЛС определим путём суммирования всех расстояний междузаданными населенными пунктами (/> км).
Далее по формуле (39) рассчитаем интенсивностью отказов />.
/> 1/ч.
Среднее время наработки до первого отказа:
/>. (40)
Подставим численные значения
/> ч ≈ 12 лет.
Среднее время восстановления:
/>, (41)
где /> ч − времявосстановления повреждения в ОРП;
/> ч − время восстановления повреждения на ОК.
Подставим численные значения
/> ч.
Интенсивность восстановления:
/>. (42)
Подставим численные значения
/> 1/ч.
Вероятность безотказной работы:
/>. (43)
Вероятность безотказной работы определим для следующихинтервалов времени: /> ч; /> ч; /> ч; /> ч; /> ч.
/> − предполагается, что до начала работы объектявляется, безусловно, работоспособным.
/>.
/>.
/>.
/>.
Результаты расчетов занесем в таблицу 6.
Таблица 6Вероятность безотказной работы
Интервал времени t, ч 1 720 8640 86400
/> 1 0,9999 0,9931 0,9196 0,4325
На рисунке 6 представлен график зависимости безотказнойработы от времени.
/>
Рис. 6
График зависимости безотказной работы от времени.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
волоконный оптический внутризоновый связь
Внастоящее время связь является одной из наиболее быстроразвивающихся частейинфраструктуры общества. Современный этап развития в области связихарактеризуется появлением новых телекоммуникационных технологий, а так же ихконвергенцией с информационными технологиями.
Этоспособствовало появлению новых типов сетей связи, расширению номенклатурыуслуг, предоставляемых пользователям, а так же усилению интеграции ресурсовсетей электросвязи. При этом возникает задача оптимального использованияресурсов сетей, построенных на базе сети связи общего пользования. Данныетенденции в области телекоммуникаций нашли свое отражение в эволюционном путиразвития сетей электросвязи России.
Связь является решающимфактором в достижении успеха конкурирующими коммерческими предприятиями и,следовательно, в экономическом росте и процветании любого региона. Поэтомуслияние на пороге 21-го века телекоммуникационных и компьютерных технологийпринимает решающее значение – точно так же, как это происходило при активномвнедрении электрификации в строительство железных дорог.
Высокие требования, предъявляемые к связи, обуславливаютнеобходимость огромных капиталовложений в инфраструктуру, следовательно,тщательное планирование и выбор перспективной системы имеют наивысший приоритет.Средства электросвязи во всем мире, в том числе в России являются определяющимфактором экономического развития страны, роста ее валового национального продукта.
Вкурсовой работе была рассмотрена возможность создания высокоскоростнойволоконно-оптической линии внутризоновой связи, которая соединяет по кольцевойсхеме районные центры, указанные в задании.
Вкачестве направляющей среды для проектируемой линии передачи данныхиспользовался волоконно-оптический кабель, который позволяет осуществлятьпередачу информации со скоростями намного большими, чем это позволяютметаллические кабели. Кроме того, оптические кабели обладают рядом другихпреимуществ, наблюдается тенденция снижения их стоимости, что в конечном итогевыводит их на лидирующие позиции при новом строительстве или модернизациисуществующих сетей и линий связи.
Выполнение курсовой работына тему: «Применение высокоскоростных волоконно-оптических линий внутризоновойсвязи» позволяет получить: современное представление о новой цифровой аппаратуре,применяемой в настоящее время на ВОЛС; навыки в выборе типа ОК, в расчетах числанеобходимых каналов связи, длины регенерационных участков, первичных ивторичных параметров оптического волокна, токораспределительной сети инадёжности оптической линии передачи, а также составлении различных схем.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙЛИТЕРАТУРЫ
1. Покацкий Д.А., Пушенко Д.В. Передачадискретной информации. Задание на курсовую работу с методическими указаниямидля студентов 5 курса специальности 210700 Автоматика, телемеханика и связь нажелезнодорожном транспорте (АТС) специализации 210702 Системы передачи ираспределения информации на железнодорожном транспорте (СПИ). – М.: РГОТУПС,2005. – 30 с.
2.Кудряшов В.А., Семенюта Н.Ф. Передача дискретной информации на железнодорожномтранспорте. Учеб. для вузов ж.-д. трансп. – М.: «Вариант», 1999. – 328 с.
3. Телекоммуникационныетехнологии 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.: УМКМПС России, 1999. – 576 с.
4. ОлиферВ.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебникдля вузов. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2006. – 958 с.
5. СлеповН.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио исвязь, 2000. – 468 с.
/ _________ / Варабин Д.Е.